JPH0687995B2 - 空気の清浄方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粒子状物質及び酸性ガス、アルカリ性ガス並
びに臭気性ガスを含むガス流から該粒子状物質及び酸性
ガス、アルカリ性ガス、臭気性ガスを除去する方法及び
その装置に関するもので、特に家庭、事業所、病院等に
おける空気の清浄方法及びその装置に関するものであ
る。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来の空気清浄方法及びその装置においては、粒子状物
質の除去とSo₂、H₂SNOx、HCl、HNO₃、NH₃、O₃、各種の
溶媒、溶剤類及びメルカプタン、サルフアイド類、チオ
フエン等の悪臭物質、タール状物質等のガス状汚染物質
の除去は、夫々別個の除去装置を用いて行つていた。

空気中の粒子状物質を除去する方法としては、 （１） 機械的過方式 （２） 静電的に微粒子の捕集を行なう高電圧による荷
電及び静電フイルターによる捕集方式に大別されるが、
これらの方式には夫々次のような欠点があつた。

即ち、（１）機械的過方式においては、空気の清浄度
をあげるためには目の細かいフイルターを使用する必要
があるが、この場合圧損が高く、また目づまりによる圧
損の増加も著るしく、フイルター寿命が短いという欠点
があり、またガス状汚染物質の除去には全く効果のない
ものであつた。

（２） 静電フイルター方式においては電力を必要とし
保守管理並びに安全上面倒であり、且つガス状汚染物質
の除去には全く効果のないものであつた。

一方、ガス状汚染物質の除去は、吸着剤例えば活性炭を
充填した充填部に空気を通過させることにより行つてい
た。

これらの粒子状物質及びガス状汚染物質の空気からの除
去は、夫々別個の方式或いは装置により行われていたた
め、装置が複雑化、大型化し、また保守、管理の面でも
面倒であるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、空気中の粒子状物質及び酸性ガス、アルカリ
性ガス及び臭気性ガス等のガス状汚染物質をも同時に除
去しうる方法及び装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は、 （１） 空気中に含まれている粒子状物質を先づ予備荷
電せしめた後、繊維状物質上にイオン交換体をグラフト
重合することにより得られた陽イオン交換フィルターと
陰イオン交換フィルターよりなるイオン交換フィルター
（以下、単にイオン交換フィルターという）に接触させ
て荷電された粒子を捕集すると共にガス状汚染物質をも
同時に除去する方法。

及び （２） 空気吸入口から空気排出口までの空気流路上に
少くとも放電及び／又は摩擦により粒子状物質を帯電さ
せる予備荷電部とイオン交換フイルター部を設けてなる
空気清浄装置である。

つぎに本発明を図面に基いて詳しく説明する。

第１図は、摩擦帯電により予備荷電を行う空気清浄器を
示す概略図である。

室内の汚染空気１はフアン２により粗い粒子を粗フイル
ター３により除去しながら吸引される。

微粒子は、フアン２により摩擦帯電性物質４に衝突させ
られ、静電気を帯びる。

荷電微粒子及び室内の例えばSO₂、臭気性ガス等の汚染
ガスはイオン交換フイルター５で捕集され、高清浄度の
空気６が排出される。

摩擦帯電性物質４は、摩擦により微粒子に荷電を与える
物質であれば何でも良い。摩擦帯電序列がマイナスの物
質が好ましく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリ
フルオロクロロエチレン、ポリビニルクロライド、塩素
化ポリエーテル、ポリエチレン、イオウ、ポリアクリロ
ニトリル、天然ゴム、ブタジエンアクリロニトリル共重
合体、ポリクロロブタジエン、エポキシ樹脂、ポリビニ
ルブチラル、ポリエチレングリコールテトラフタレイ
ト、が好ましい。これらは単独で又は２種類以上組合せ
て用いることが出来る。

これら材料の使用形状は、板状、プリーツ状、網状等を
流れに平流、向流又はその中間状態とし、装置の用途、
形状、構造、希望する効果、経済性により適宜選択する
ことが出来る。

予備荷電を効果的に行うために、予備荷電部の断面は線
速度を大とするためイオン交換フイルター部の断面に比
べ狭くするのが好ましい。

次に、本発明で用いるイオン交換フイルターについて詳
しく説明する。

イオン交換フイルター５は、ガス流から荷電粒子状物質
及び酸性ガス、アルカリ性ガス並びに臭気性ガスを捕集
しうるものであればどのようなものでも用いうる。

イオン交換フイルターとしてはネツト状、織物状或いは
繊維状の空隙性高分子支持体上にイオン交換体をグラフ
ト重合により支持させたものが用いられ、これらは周知
の方法により適宜製造することができる。

イオン交換体としては、アニオン交換体或いはカチオン
交換体が使用できるが通常はこの両者を適当な割合で混
合して用いられる。

支持体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ブチレン、ポリブテン等の脂肪族系不飽和炭化水素の重
合体、ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等の芳香
族系炭化水素の重合体、ポリビニルシクロヘキサン等の
脂環式系炭化水素の重合体、あるいはこれらの炭化水素
の共重合体、あるいは、ポリ四フツ化エチレン、ポリフ
ツ化ビニリデン、エチレン−四フツ化エチレン共重合
体、四フツ化エチレン−六フツ化プロピレン共重合体、
フツ化ビニリデン−六フツ化プロピレン共重合体等のフ
ツ素含有不飽和炭化水素の重合体又はその共重合体など
が用いられる。

また、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエステ
ル、セルロース、羊毛、絹あるいはこれらの混合物を用
いることもできる。

これら支持体は、空隙性支持体として用いられ、その形
状はガス流との接触面積が広く、かつ、抵抗の少ない形
状であればよく、例えば適宜の薄膜状の布、好ましくは
ネツト状などの織物状あるいは繊維状等、適宜の形状の
ものが用いられる。

空隙性支持体の空隙率は10〜95％好ましくは50〜85％で
ある。空隙性支持体の形状、厚さ、空隙率は装置の形
状、使用する材質、構造、期待する効果等により適宜決
めることが出来る。

本発明で使用しうるイオン交換体としては、特に限定さ
れることはなく、種々の陽イオン交換体あるいは陰イオ
ン交換体が使用される。

例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、フ
エノール性水酸基などの陽イオン交換基含有交換体、第
１級〜第３級アミノ基、第４級アンモニウム基、スルホ
ニウム基、ホスホニウム基などの陰イオン交換基含有交
換体、あるいは前記陽及び陰両イオン交換基を含有する
重合型または縮合型の均質型または不均質型のイオン交
換体が挙げられる。

代表例としては、アクリル酸、メタクリル酸、またはス
チレン、ハロメチルスチレン、アシルオキシスチレン、
ヒドロキシスチレン、アミノスチレン、ビニルベンゼン
スルホン酸等のスチレン化合物、ビニルピリジン、２−
メチル−５−ビニルピリジン、２−メチル−５ビニルイ
ミダゾール、アクリルニトリル、あるいは硫酸、クロル
スルホン酸、スルホン酸などの陽または陰イオン交換
基、またはこれに転換し得る基を有するモノマーの重合
体またはこれらのモノマーとジビニルベンゼン、トリビ
ニルベンゼン、ブタジエン、エチレングリコールジビニ
ルエーテル、エチレングリコールジメタクリレート、な
どの二個以上の二重結合を有するモノマーとの共重合
体、またはポリエチレン、ポリビニルフルオロカーボン
エーテルもしくはポリテトラフルオロエチレンにスチレ
ンをグラフト重合したポリマー等に夫々必要に応じて陽
および／または陰のイオン交換基を導入するか、または
イオン交換基に転換してなるイオン交換体、テトラフル
オロエチレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニ
ルモノマーとイオン交換基またはイオン交換基に交換し
うる基を有するパーフルオロビニルモノマーとのコポリ
マーからなるイオン交換体がある。

支持体にイオン交換体を担持させる方法は、特に限定さ
れることはなく、周知の方法で実施しうる。

例えば支持体に、紫外線またはα線、β線、電子線、γ
線などの電離性放射線の照射、あるいは酸素、オゾン、
クロルスルホン酸、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、過
酢酸などの酸化剤による処理、またはこれらの２種以上
の処理を行なつた後モノマーをグラフトし、イオン交換
体を担持させる方法、あるいは、支持体（例えばポリエ
チレン）に電離性放射線を照射した後、アクリル酸およ
び／またはメタクリル酸の水溶液を反応させてグラフト
重合体を得、これを水酸化ナトリウム水溶液で処理する
方法等が挙げられる。

別の方法として、支持体にイオン交換体との親和性の大
きい重合層（接着層）を介して、イオン交換体を支持さ
せる方法がある。この方法は、先ず支持体に、イオン交
換体との接着層を形成するためモノマーをグラフト重合
させる。接着層を形成するためのモノマーは、その重合
体がイオン交換体に対して、大きい親和力乃至は接着性
を有するものが使用される。このようなモノマーとして
は例えばプロピレンなどのオレフインモノマー、塩化ビ
ニルなどのハロゲン化ビニルモノマー、スチレン誘導
体、アクリロニトリルなどのニトリル基を有するモノマ
ー、ブタジエンのようなジエンモノマー、酢酸ビニル、
アクリル酸エチルのような酸エステル基を有するモノマ
ーがある。

これらのモノマーを支持体に前述の電離性放射線照射及
び／又は酸化剤処理などの手段にてグラフト重合させ
る。即ち、支持体を予めこれら手段にて前処理した後、
上記グラフトさせるべきモノマー溶液を含浸させて重合
させるか、或いは紫外線、放射線の場合は支持体にモノ
マー溶液を含浸させた状態で照射しても良い。次に、支
持体に前記イオン交換体を支持させる。この方法は、イ
オン交換体の種類やその製造法などにより異なるが、例
えば次の様に行う。前記イオン交換体の原料モノマー混
合物を重（縮）合する前に支持体に含浸させ、含浸後に
該モノマー混合物を重（縮）合させるか、或いは予め部
分的に重（縮）合させた初期重（縮）合体をそのまま、
又は必要に応じて適宜の溶媒に溶解させて支持体に含浸
させ、含浸後に重（縮）合を完結させる。

この方法の特長は、支持体にはイオン交換体形成モノマ
ーと親和性の大きいグラフト重合物が存在するので、モ
ノマー混合物又はその初期重（縮）合物によつて、支持
体の接着層は、膨潤又は溶解し、含浸が充分に行なわれ
る。この結果続いて行われるモノマー混合物又はその初
期重（縮）合物の重合により、その重合物がグラフト重
合層を介して支持体と緊密に一体化した構造が得られ
る。

支持体に含浸し重合させた重合物が、十分にイオン交換
基を有しない場合は、続いて周知の手段により陽又は陰
イオン交換基が導入され、イオン交換フイルターが得ら
れる。

この様にして、イオン交換フイルターが製造され、繊維
状又は織物状のアニオン交換フイルター及びカチオン交
換フイルターが得られる。

使用するアニオン交換フイルター及びカチオン交換フイ
ルターの種類、充填量、及びその比率は、ガス流中の荷
電微粒子の荷電状態や濃度、或いはガス流中の汚染物質
並びに悪臭物質の種類や濃度等により適宜決めることが
出来る。

例えば、アニオン交換フイルターは負荷電の微粒子や酸
性ガス例えばH₂Sの捕集に、又カチオン交換フイルター
は正荷電の微粒子やアルカリ性ガス例えばNH₃の捕集に
効果的である。又、充填量やその比率は、前記捕集物質
の濃度や濃度比率に対応して見合う量を、装置の形状、
構造、圧損等を考慮し、適宜決めれば良い。標準的に
は、アニオン交換フイルター40（V/V％）、に対しカチ
オン交換フイルター60（V/V％）の割合で充填されたも
のを用うればよい。

図面に関する説明では、予備荷電部後流のフイルター５
のみにイオン交換フイルターを使用する方式を説明した
が、粗フイルター３にも同様に使用出来ることは言うま
でもない。

例えば汚染ガスやタール性物質の濃度が濃い場合は、フ
イルター３にもイオン交換フイルターを用いる場合、そ
の後流側の保守等が容易となるので好ましい。

イオン交換フイルターの使用個所は、装置の形状、構
造、希望する効果、経済性等により適宜決めることがで
きる。

予備荷電方法として放電を利用する場合には、周知の方
法を用いることが出来る。放電は通常正放電を行ない微
粒子を正帯電せしめる。

フアンの材質を摩擦帯電物質とするか、又は摩擦帯電物
質と同じ材質のフイルムをフアンに貼りつけて使用する
場合には、図面に示す摩擦帯電体４は省略しうる。

実施例１ 下記の手段で製造したイオン交換フイルターを第１図に
示した空気清浄器を用い、試験した。

摩擦帯電物質；ポリテトラフルオロエチレンフイルム1.
6m²用いた。

充填割合；アニオン交換フイルター40％、カチオン交換
フイルター60％ 発生ガス；線香の煙（平均粒径0.2〜0.5μｍ）、50mg/m
³にH₂S及びNH₃をそれぞれ10ppmになる様加えた。

装置大きさ;200×200×250mm 上記の発生ガス５/minを空気清浄器に吸入し、イオン
交換フイルター出口における濃度を測定した。

尚、摩擦帯電物質の無い場合は、微粒子21mg/m³、H₂S、
NH₃＜0.1ppm、タール5mg/m³であつた。

イオン交換樹脂膜の製造法 アニオン交換フイルター：繊維状のポリプロピレンを
窒素中で電子線20Mradを照射し、次いでヒドロキシスチ
レンモノマーとイソプレンを含む溶液に浸漬し、グラフ
ト重合反応を行つた。反応後、四級アミノ化を行い、ア
ニオン交換膜を得た。

カチオン交換フイルター：繊維状のポリプロピレンを
窒素中で電子線20Mradを照射し、次いでアクリル酸水溶
液に浸漬し、グラフト重合反応を行つた。反応後、水酸
化ナトリウム溶液で処理を行い、カチオン交換膜を得
た。

〔発明の効果〕

1.粒子状物質及び酸性ガス、アルカリ性ガス、臭気性ガ
スの捕集方法として、イオン交換フイルターを用いたこ
とにより、 ガス流中の粒子状物質及び酸性ガス、アルカリ性ガ
ス、臭気性ガスが１つの装置で高効率で除去出来る。

ガス流中のタール状物質も同時に除去出来る。

捕集粒子等の捕集物の飛散が無く、定常運転状態が
長期間にわたり継続出来る。

2.イオン交換フイルターの形状をネツトなどの織物状、
又は繊維状にしたことにより、 抵抗の少ない実用的なアニオン交換フイルター、カ
チオン交換フイルターが得られた。

3.予備荷電方式として、放電又は摩擦帯電を行い、後流
でイオン交換体で微粒子等を捕集するようにしたことに
より、 ガス流中微粒子等の汚染物質は、後流への流出が実
質的に無視できる位高効率で捕集され、高清浄なガス流
が得られた。

4.荷電方式（放電か、摩擦帯電か）の選択やアニオン交
換フイルター及びカチオン交換フイルターを空気中の粒
子状物質やガス状汚染物質、タール質の濃度、種類等に
より適宜使い分け、又組合せることが出来るので、用
途、装置の形状、経済性等の目的に最適な装置とするこ
とが出来た。

5.従来の静電的に捕集を行う方式に比べ、安全であり、
維持、管理が容易なコンパクトで多機能かつ経済的な清
浄装置が提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を説明するためのもので断面
概略図を示す。 １……汚染空気、２……フアン、３……粗フイルター、
４……摩擦帯電性物質、５……イオン交換フイルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０３Ｃ 3/38 8925−4Ｄ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気中に含まれている粒子を放電又は摩擦
   帯電により荷電せしめた後、繊維状物質上にイオン交換
   体をグラフト重合することにより得られた陽イオン交換
   フィルターと陰イオン交換フィルターよりなるイオン交
   換フィルターに通して荷電された粒子を捕集することを
   特徴とする空気の清浄方法。
2. 【請求項２】摩擦帯電を空気中に含まれている粒子と、
   摩擦帯電序列が負の物質との摩擦により行う特許請求の
   範囲第１項記載の空気の清浄方法。
3. 【請求項３】摩擦帯電を、空気中に含まれている粒子と
   ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレ
   ン、ポリビニルクロライド、塩素化ポリエーテル、ポリ
   エチレン、イオウ、ポリアクリロニトリル、天然ゴム、
   ブタジエンアクリロニトリル共重合体、ボリクロロブタ
   ジエン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラル、ポリエチ
   レングリコールテレフタレイトよりなる群から選ばれた
   １種又は２種以上の物質との摩擦により行う特許請求の
   範囲第２項記載の空気の清浄方法。
4. 【請求項４】イオン交換フィルターの形状が、織物状又
   は繊維状のものである特許請求の範囲第１項乃至第３項
   の何れか１つに記載の空気の清浄方法。
5. 【請求項５】空気吸込口から空気排出口までの空気流路
   上に少なくとも放電及び／又は摩擦により粒子を帯電さ
   せる予備荷電部と繊維状物質上にイオン交換体をグラフ
   ト重合することにより得られた陽イオン交換フィルター
   と陰イオン交換フィルターよりなるイオン交換フィルタ
   ー部を設けてなる空気清浄装置。