JPH10503121A - 気体から有機物質及びオゾンを除去するための方法及びフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 開示されている方法及びフィルターは気体から有機物質及びオゾンを除去するために使用される。この方法では、気体を最初にオゾン結合性ポリマーと接触させ、その後活性炭に接触させることによって気体からオゾン及び有機物質を取り除く。このフィルターはオゾン結合性ポリマーを含むフィルターユニット及び活性炭を含む第二のフィルターユニットを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 気体から有機物質及びオゾンを除去するための方法及びフィルター 本発明は、有機物質及びオゾンを含む気体流を最初にオゾン結合性ポリマーに 接触させ次いで活性炭に接触させる方法及びそれに関連したフィルターシステム に関する。 活性炭は、気体からガソリン又は溶媒蒸気のような望ましくない有機物質を除 典］、ファルベ及びレジツ（J．Falbe and M．Regitz）編、第９版、１巻、Geor gThieme Verlag，Stuttgart - New York 1989，p．83）。活性炭はオゾンを分解 することができ、気体からオゾンを除去するためのフィルター部材として使用さ れる。 活性炭をオゾン及び炭化水素のような有機物質を含む気体の精製に使用する場 合、その活性炭に先に有機物質が充填されていると以下に掲げるような望ましく ない作用が起きる（「活性炭及び酸化された活性炭における VOCの吸着特性の比 較」：ユー、チャン、チャン（J.H.You，H.L.Chiang，P.C.Chiang），Environ.P rogr．13，1994，31-36）： −オゾンは活性炭とはそれ以上直接反応しないが、すでに吸着されている有機物 質と反応して、特にこれらの有機物質が不飽和化合物の場合には部分的に化学分 解してしまう。 −吸着有機物質のオゾン酸化によって形成された分解産物が活性炭から脱着する ことにより、オゾン存在下の活性炭の精製作用が損なわれる。脱着された分解産 物によっては（例えば、ホルムアルデヒド）吸着された元の有機物質よりも毒性 が高いものがある。 −精製する気体中にオゾンが存在する場合、特に精製する排気流が比較的高濃度 のオゾン又は有機物質を含む場合には、活性炭が発火する恐れがある。 他の通常のオゾン分解用部材は、オゾン及び有機物質を含む気体の精製におい ては困難に行き当たる： −混合酸化物又は貴金属を含む化合物のような一般的オゾン分解用部材は炭化水 素の存在下ではそのオゾン分解活性を非常に速く失ってしまう。 −無機部材は粉塵を作ることがある。 −多くのオゾン分解用部材（例えば、混合酸化物）は周囲の高湿度に対して感受 性が高い。 −多くのオゾン分解用部材（例えば、貴金属）は触媒毒として作用する微量の気 体（H₂S、SO₂、ホルムアルデヒド）に対して感受性が高い。 従って本発明の目的は気体から有機物質及びオゾンを除去するための適当なフ ィルターであって、公知のフィルターシステムの欠点を持たず、それにもかかわ らず有機物質を除去する際の活性炭の好ましい性質を利用できるフィルターを開 発することにあった。 ポリ（フェニレンスルフィド）又はポリ（2,6-ジメチルフェニレンオキシド） のようなある種のポリマーは炭化水素又は他の揮発性有機化合物のような有機物 質によってそのフィルター作用が損なわれることなくオゾンと反応することが知 られている。そこで、オゾン及び有機物質を含む気体の精製を気体を最初にオゾ ン結合性ポリマーと接触させることとその後に活性炭に接触させることに分離す ることが可能である。 本発明は従って気体からオゾン及び有機物質を除去するための方法であって、 気体を最初にオゾン結合性ポリマーと接触させ、その後活性炭に接触させること を特徴とする方法に関する。 上記オゾン結合性ポリマーはポリ（アリーレンエーテル）及びイオウ含有性ポ リマーを含む。 ポリ（アリーレンエーテル）はメチル置換されたアリーレンエーテルユニット を持つポリマーを意味する。ポリ（2,6-ジメチルフェニレンオキシド）又はポリ （2,6-ジメチルフェニレンエーテル）がポリ（アリーレンエーテル）として好ま しく使用される（性質及び製造法については、アルマン（Ullmann）の工業化学 百科事典；A21巻，第５版，エルバーズ、ホーキンス及びシュルツ（B.Elvers，S .Hawkins and G.Schulz）編，VCH Publishers，Weinheim-New York 1992，p.605 ff.を参照のこと）。 イオウ含有性ポリマーと言う表現には少なくとも１個のアリーレンチオエーテ ルユニット（-Ar-S-；Ar：アリーレン）を含有する全てのポリマーが含まれる。 アリーレン基は単核又は多核性の芳香核から成っていてもよい。このアリーレン 基は、１個以上のヘテロ原子を含んでいてもよく非置換か又は置換されていても よい少なくとも１個の５又は６員環から成る。ヘテロ原子は例えば窒素原子又は 酸素原子であり、置換基は例えば直鎖又は分枝のアルキル基である。上記イオウ 含有性ポリマーはイオウ架橋（-S-）の他にスルホキシド基（-SO-）又はスルホ ン基（-SO₂-）を含んでいてもよい。 イオウ含有性ポリマーは例えば、少なくとも１個のチオエーテル基を持つ式Ｉ の反復ユニットを持つ直鎖又は分枝のポリ（アリーレンスルフィド）系（平均分 子量，MW：4,000-200,000）である： -[(Ar¹)_n-X]_m-[(Ar²)_i-Y]_j-[(Ar³)_k-Z]_l-[(Ar⁴)_o-W]_p- (I) （式中、Ar¹、Ar²、Ar³、Ar⁴、W、X、Y及びZは互いに独立に同一又は異なってい る）。添字n、m、i、j、k、l、o及びpは０から４までの整数を示すが、それらの 合計は少なくとも２以上でなければならない。式(I)中のAr¹、Ar²、Ar³及びAr⁴ は単独のアリール系であるか又は、６ないし18個の炭素原子を持ち直接パラ−、 メタ−若しくはオルト−結合したアリール系である。W、X、Y及びZは-SO₂-、-S- 、-SO-、-O-、-CO-、-CO₂-、1-6個の炭素原子を有するアルキル又はアルキリデ ン基、及び式中R¹が1-6個の炭素原子を有するアルキル基又はアルキリデン基を 示す -NR¹-基から成る群から選択される結合基である。式(I)のアリール系は任 意でさらに、互いに独立に、アルキル基、ハロゲン原子、スルホン酸、アミノ基 、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基のような１個以上の 官能基を含んでいてもよい。さらに、式(I)のユニットから成るブロックコポリ マーも使用することができる。 ポリ（アリーレンチオエーテル）、特にポリ（フェニレンスルフィド）はエド モンズ及びヒル（EDMONDS and HILL）によるジハロゲン化芳香族と硫化ナトリウ ムの反応に基づいて製造することができる（US 3 354 129；US 4 016 145；アル マン（Ullmann）の工業化学百科事典；A21巻，エルバーズ、ホーキンス及びシュ ルツ（B.Elvers，S.Hawkins and G.Schulz）編，VCH，Weinheim-New York 1992 ， p．463も参照のこと）。スルホン基を持つポリ（アリーレンチオエーテル）の合 成は Chimia 28（9），（1974）567に記載されている。 ポリ（フェニレンスルフィド）（PPS）が上記のイオウ含有性ポリマーとして 好ましく使用される。PPS中のアリーレン基は1,4-及び／又は1,3-結合を持って いてもよい。PPSは直鎖ポリマー及び架橋ポリマーも示している。さらに、PPS はアリーレン基において、互いに独立に例えばアルキル基、ハロゲン原子、スル ホン酸、ヒドロキシル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基又はカルボキシル基の ような１ないし４個の官能基を含んでいてもよい。 本発明でポリ（アリーレンチオエーテル）を使用する場合、一般には4,000な いし200,000、好ましくは10,000ないし150,000、とりわけ25,000ないし100,000 の平均分子量を持つポリ（アリーレンチオエーテル）が適している。 上記オゾン結合性ポリマーは、粉末、顆粒、ファイバー、不織ウェブ、フェル ト、布、フィルム、焼結体、泡、成形品として、又は保持体の被膜若しくは含浸 物として使用することができる。とりわけ、表面積が特に大きい、例えばメッシ ュ又はハネカム構造を持つ成形品が適している。粉末、例えば市販の粒子サイズ のもの、及び顆粒も使用できる。この場合、処理する気体又は液体がポリマー部 材、例えば粉末固定ベッドの形態のポリマー部材を問題なく通過できることが重 要である。上記のポリマーをファイバーとして使用する場合は、ステープルファ イバー、ニードルドフェルト、不織布、カードスライバー又は布として使用する ことができる。フィルム又はフィルム断片も適当な形態にして使用することがで きる。 ポリ（フェニレンスルフィド）又はポリ（2,6-ジメチルフェニレンオキシド） のようなオゾン結合性ポリマーによる保持体の被膜は、保持体にイオウ含有性ポ リマーの溶液をつけることにより得ることができる。含浸体は、例えば吸収性の 保持体を浸すことにより製造される。使用される保持体は一般に、ガラス、シリ カゲル、酸化アルミニウム、砂、セラミック素材、金属のような無機物及びプラ スチックのような有機物である。 金属、例えば特に貴金属及び遷移金属、又は遷移金属酸化物のような金属酸化 物もオゾン結合性ポリマーに、例えば含浸によってつけることもでき、これらの 金属又は金属酸化物は小クラスターの形態を取る。 上記オゾン結合性ポリマーは一般的には混合していない材料として使用するこ とができる。しかしながら、白亜、タルク、クレイ、雲母のような通常の充填材 、並びに／又はグラスファイバー及び／若しくはカーボンファイバーのような繊 維強化材、ホイスカー及び他の通常の添加材；並びに例えば滑剤、剥離剤、抗酸 化剤及びUV安定化剤ような加工助剤を添加することも可能である。 本発明はさらに少なくとも１個のオゾン結合性ポリマー及び活性炭を含むフィ ルターに関する。このフィルターは精製する気体流が最初にオゾン結合性ポリマ ーに接触し、次いで活性炭に接触するように組み立てられている。 上記フィルターはオゾン結合性ポリマー及び活性炭を含む単独のエレメントを 含んでいてもよい。このようなフィルターは組み合わせフィルターと呼ばれる。 上記フィルターは又、連続して接合された別々のフィルター（オゾン結合性ポリ マーを含む１個のフィルターと活性炭を含む１個のフィルター）を含んでいても よい。 驚くべきことに、オゾン結合性ポリマー及び活性炭を組み合わせることによっ て吸着体としての活性炭の有効寿命が延びる。 本発明のフィルターを使用するか又は本発明の方法を実施する場合、一般に0. 1ないし60秒、好ましくは0.2ないし５秒のフィルター接触時間及び0.02ないし１ メートル／秒、好ましくは0.05 - 0.5メートル／秒の直線取水速度が用いられる 。 上記の新規フィルター又は方法によって、有機物質を高濃度（例えば、1,000p pm）に含む気体を精製することができる。一般には上記フィルター又は方法は精 製する気体中に0.05ないし100ppmの範囲の濃度で有機物質が存在する状態で行わ れる。この有機物質は例えば飽和又は不飽和の炭化水素及び芳香族化合物、特に ベンゼン、トルエン、tert-ブチルメチルエーテル及び直鎖又は分枝のC₄ないしC₁₂ アルカン類のようなガソリン蒸気中に含まれる化合物でもよい。 精製する気体としては、工業プロセス又は地球物理学的過程で形成されるあら ゆるタイプの気体又は排気ガスが可能である。上記方法は地下原料の燃焼と強い 日光照射の組み合わせにより形成されるような汚染空気（「光化学スモッグ」） の精製に特に適している。 上記の新規フィルター及び方法は以下の利点を特徴とする： −ポリマー性フィルター部材がオゾンと定量的に結合し、炭化水素、微量の気体 及び周囲湿度による影響を受けない。従ってオゾンフリーの空気だけが下流の活 性炭に通過するために、充填された活性炭上でオゾンによる有害な分解産物が発 生することがなく、オゾンによる活性炭の分解も起こらない。 −オゾン濾過及び有機物質の吸着を分離することにより吸着された有機物質の酸 化が避けられる。 −オゾン結合性フィルター部材が、例えば、繊維部材（不織ウェブ、布、ステー プルファイバー等）又は種々の粒子サイズの顆粒のような非常に多様な形態で使 用できる。 −イオウ含有性ポリマー、特にポリ（アリーレンチオエーテル）が難燃性且つ耐 溶剤性であり、融点が250℃よりも高く、毒性がなく、実質的に炭化水素を吸着 しない。よって、ここに開示する組み合わせフィルターの場合、通常の活性炭フ ィルターと比較して、実質的に何の制約も予想できない。 −オゾン結合性ポリマーと活性炭の当該組み合わせにより、活性炭の有効寿命が 著しく延長される。 実施例 一般的な実験デザイン： 実験装置中に周囲空気をファンを用いて吸入し、炭化水素、オゾン及び大気水 分を添加した後、フィルターを通過させた。 使用したオゾン発生器はホリバ（Horiba：Industriestrasse 8，61449 Steinb ach）の工業用オゾンテストガス発生器である。オゾン濃度及び炭化水素濃度を 測定する分析装置は上記と同じ製造元によるものを用いた（それぞれ、APOA 350 E型及びAPHA 350E型）。 実験に使用したフィルターは、ポリ（フェニレンスルフィド）及び活性炭、活 性炭、又はポリ（フェニレンスルフィド）が充填された内径2.5cm、長さ10 cmのガラス管を含んでいた。異なるフィルター部材を含むフィルターの場合は、 混合を避けるために小さなグラスファイバーウールをフィルター部材の間に加え た。 容積流量は流量計でモニターした。 実施例１：組み合わせフィルター／活性炭フィルターの比較 組み合わせフィルター（実施例 1.1）の場合、有機物質の漏出は単純な活性炭 フィルター（実施例 1.2）の場合よりも約10時間遅く発生する。実施例 1.1の 組み合わせフィルターは活性炭フィルター（実施例 1.2）よりも高い吸着能力を 有機物質に対して示す。 実施例２：異なる配置による活性炭／PPS組み合わせフィルターの比較実験 この実験では、精製する気体がPPS及び活性炭を通過するフィルターであって フィルター部材の配列がPPS／活性炭であるもの（実施例 2.1）と活性炭／PPSで あるもの（実施例 2.2）の性質を比較する。 この結果から、活性炭フィルターの前にオゾン結合性フィルターを取り付けた 場合（実施例 2.1）に活性炭フィルターからの有機物質の漏出が減少することが 示されている。逆の場合（活性炭の下流にオゾン結合性ポリマーを取り付けた場 合、実施例 2.2）の方が、有機物質が漏出するまでの有効寿命が短い。 実施例３：ポリ（1,4-フェニレンスルフィド）による有機物質の吸着 結果から、有機物質のポリ（フェニレンスルフィド）への吸着が実質的にない ことが示されている。有機物質に対する吸着能力はポリマーの重量に基づいて0. 01%未満である。活性炭の場合、この値はその重量のおよそ5 - 10%である。従っ て、上記のPPS／活性炭組み合わせフィルターの吸着作用が有機物に対して改善 されたのはポリマーによる追加的な吸着効果によるのではなく、先に述べた活性 炭とPPSの異なる性質が理想的な様式で互いに補い合うことによる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気体からオゾン及び有機物質を除去するための方法であって、気体を最初に オゾン結合性ポリマーと接触させ、その後活性炭に接触させることを含む方法。 ２．気体からオゾン及び有機物質を除去するためのフィルターであって、当該フ ィルターが少なくとも１個のオゾン結合性ポリマー及び活性炭を含むことを特徴 とするフィルター。 ３．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、当該オゾ ン結合性ポリマーがポリ（アリーレンチオエーテル）、好ましくはポリ（フェニ レンスルフィド）、又はポリ（アリーレンエーテル）、好ましくはポリ（2,6-ジ メチルフェニレンオキシド）であることを特徴とする方法又はフィルター。 ４．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、当該ポリ （アリーレンエーテル）が 2,6-ジメチルフェノキシユニットを含むことを特徴 とする方法又はフィルター。 ５．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、当該オゾ ン結合性ポリマーが粉末、顆粒、ファイバー、不織ウェブ、フェルト、布、ステ ープルファイバー、フィルム、フィルム部分、成形品又はそれらの組み合わせと して使用されることを特徴とする方法又はフィルター。 ６．請求項１に記載の方法であって、使用温度がマイナス10℃ないし150℃の範 囲、好ましくは10ないし50℃の範囲であることを特徴とする方法。 ７．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、除去され る当該有機物質が脂肪族化合物又は芳香族化合物であることを特徴とする方法又 はフィルター。 ８．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、除去され る当該有機物質がガソリン蒸気中に含まれる少なくとも１個の化合物であること を特徴とする方法又はフィルター。 ９．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、除去され る当該有機物質が飽和又は不飽和の炭化水素、好ましくはベンゼン、トルエン、 tert-ブチルメチルエーテル又は直鎖若しくは分枝のC₄ないしC₁₂アルカン類であ ることを特徴とする方法又はフィルター。 10．請求項１に記載の方法又は請求項２に記載のフィルターであって、当該フィ ルターがオゾンフィルター及び有機物質用フィルターを含むか、又は両方のシル ターユニットを含む単独のフィルターとして含むことを特徴とする方法又はフィ ルター。