JP2010042334A - 自動車排気ガス除去フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の排気ガス中に多く含まれるとされるアルデヒドガス、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等の有害ガスを効率的に吸着浄化し、しかも耐久性のよい自動車排気ガス除去フィルターを提供する。
【解決手段】多孔質無機物質混抄紙からなるフィルター材に、ヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩とを担持させることにより、車の排気ガスに多く含まれるとされるアルデヒドガス、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等の有害ガスを効率的に吸着浄化し、しかも耐久性のよい排気ガス除去フィルター。
【選択図】なし

Description

本発明は、大気中の汚染物質である自動車の排気ガスに多く含まれるとされるアルデヒド類、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等を効率的に吸着浄化するフィルターに関する技術である。

ガス除去フィルターは、様々な用途に利用されており、その除去方法は大きく分類して活性炭やゼオライト等の吸着材を利用した吸着タイプと、オゾンや光触媒、金属フタロシアニン錯体等により汚染ガスを分解除去する触媒タイプ、あるいはこの吸着タイプと触媒タイプを併用した併用タイプに分けられる。このうち例えば、活性炭の優れた吸着作用を利用した技術がよく知られているが、これらは、汚染ガスを吸着し、周辺のガス濃度を短期的に低下させる働きには優れた方法とされているが、汚染成分の量が減少するわけではなく、飽和するまで吸着し、再び汚染ガスを放出することから、有効期間に限りのあるガス除去方法といわれ、最近では汚染ガスを分解除去する触媒タイプあるいは併用タイプのものが多くなっている。

特許文献１においては、ゼオライトと消臭剤とが少なくとも繊維の表面に担持されてなる繊維シートが記載され、ゼオライトが物理的に吸着したアルデヒド類を、消臭剤のアミノ基を有する化合物（ヒドラジン類）に化学的に吸着し二次発臭を防ぐ、自動車用キャビンフィルター用途の繊維シートを開示している。

また、出願人は特許文献２を出願しており、高いｐＨ環境にした第１消臭フィルターと、低いｐＨ環境にした第２消臭フィルターとを備え、前記第１消臭フィルターは、活性炭混抄紙に金属フタロシアニン錯体とヒドラジン誘導体を担持させたものからなる消臭フィルターで、前記第２消臭フィルターは、活性炭混抄紙に金属フタロシアニン錯体を担持させたものからなる消臭フィルターであって、塩基性臭と酸性臭を同時に効率よく吸着分解し、なかでもたばこ臭（アルデヒド類、酢酸、アンモニア等）に大きな消臭性能を有するものとして開示している。
特開２００７−１３６０２９ 特開２００７−２２９０９２

しかしながら、特許文献１の技術は、アルデヒド類のガス除去能力に優れてはいるが、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等のガス除去能力に満足のできるものではなかった。また、特許文献２の技術は、物理吸着と化学吸着と触媒を組み合わせたもので、吸着体に吸着された悪臭を、触媒により分解し脱臭する方法で、効率的に消臭する方法として有用な方法であるが、ヒドラジン誘導体と活性炭を担持させたフィルターは、初期の消臭性能は満足のいくものであるが、使用している間に消臭能力が急速に低下することが判明し、さらに耐久性のよいフィルターが求められていた。

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、自動車の排気ガスに多く含まれるとされるアルデヒドガス、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等の有害ガスを効率的に吸着浄化し、しかも耐久性のよい自動車排気ガス除去フィルターを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

［１］多孔質無機物質混抄紙からなるフィルター材に、ヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩を担持させたことを特徴とする自動車排気ガス除去フィルター。

［２］前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、ヒドラジン化合物が炭素数４〜８の酸ジヒドラジド化合物であることを特徴とする前項１に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

［３］前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、弱アルカリ性の金属塩がクエン酸三カリウム及び／またはクエン酸三ナトリウムのｐＨ７〜９の弱アルカリ性の金属塩であることを特徴とする前項１または２に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

［４］前記ヒドラジン化合物の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り５〜５０ｍｇの範囲であることを特徴とする前項１〜３のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

［５］前記弱アルカリ性の金属塩の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り２０〜２００ｍｇの範囲であることを特徴とする前項１〜４のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

［６］前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質の含有率が４０〜８０質量％であることを特徴とする前項１〜５のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

［７］前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質がシリカゲルまたはゼオライトであることを特徴とする前項１〜６のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。

自動車排気ガスの代表的ガスであるアルデヒドガスは、ヒドラジン化合物に化学吸着しやすく、二酸化硫黄や二酸化窒素は、弱アルカリ性の金属塩に吸着しやすい。また、多孔質無機物質は、多くのガスを吸着する性質を有している。
［１］の発明では、多孔質無機物質混抄紙からなるフィルター材にヒドラジン化合物を担持させているので、アルデヒド系ガスは、ヒドラジン化合物によって強力に化学吸着され再放出することなく除去される。また、多孔質無機物質はアルデヒド系ガスには有効ではないが、その他の多くのガスの吸着には有効で、排気ガスに多くあるとされるアンモニア等は、多孔質無機物質によって吸着することができる。さらに、同時に担持する弱アルカリ性の金属塩は、排気ガスに多くあるとされる二酸化硫黄や二酸化窒素に有効で、強力に硫黄系ガスや窒素系ガスを除去することができる。また、多孔質無機物質は、ヒドラジン化合物の化学吸着性能の耐久性や、弱アルカリ性の金属塩の性能に影響することがないので、自動車排気ガス除去フィルターとしての性能を十分発揮し維持することができる。

［２］の発明では、前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、ヒドラジン化合物が炭素数４〜８の酸ジヒドラジド化合物であるので、バインダーを必要とせず、多孔質無機物質の吸着性能を損ねることなく多孔質無機物質混抄紙に直接担持することができる。

［３］の発明では、前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、弱アルカリ性の金属塩がクエン酸三カリウム及び／またはクエン酸三ナトリウムのｐＨ７〜９の弱アルカリ性の金属塩であるので、排気ガスに多くあるとされる二酸化硫黄や二酸化窒素のような硫黄系ガスや窒素系ガス、酢酸等の酸性ガスに有効で、強力に硫黄系ガスや窒素系ガス、酸性ガスを除去することができる。

［４］の発明では、前記ヒドラジン化合物の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り５〜５０ｍｇの範囲に設定されているからアルデヒド系ガスの除去性能をいっそう向上させることができる。

［５］の発明では、弱アルカリ性の金属塩の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り２０〜２００ｍｇの範囲であるので、二酸化硫黄や二酸化窒素のような硫黄系、窒素系ガスを効率的に吸着除去することができる。

［６］の発明では、前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質の含有率が４０〜８０質量％であるから十分な吸着効果の得られるものとなり、また多孔質無機物質の脱落もなく、紙としての強度も確保することができる。

［７］の発明では、前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質がシリカゲルまたはゼオライトであるので、活性炭のようにヒドラジン化合物のアルデヒド吸着性能の耐久性に影響することがなく、活性炭と遜色ない吸着性能の自動車排気ガス除去フィルターを製造することができる。

本発明の自動車排気ガス除去フィルターは、大気中にある自動車排気ガスを効率的に吸着浄化するフィルターである。自動車排気ガス中には、アルデヒド系や硫黄系、窒素系の有害ガスが多く含まれているとされているが、本発明のフィルターは、その内の多くを占めているとされるアセトアルデヒド、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニアに特に有効で、しかも耐久性能の優れた自動車排気ガス除去フィルターである。

多孔質無機物質混抄紙は通常の湿式抄紙法により製造できる。例えばシリカゲルと天然パルプを水に添加し、水スラリーを作成する。そのスラリーを攪拌しながら所定の固形分濃度に調整し、その後カチオン系ポリマー又はアニオン系ポリマーを添加し、得られた凝集体水分散液を抄紙機を使い湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を行なうことによってシリカゲル混抄紙を得る。次に、このシリカゲル混抄紙をコルゲート加工機を用いて、例えばハニカム形状に加工しフィルターの形状にする。前記シリカゲル混抄紙によるハニカムフィルターはシリカゲルの強い吸着力によって各種ガスの吸着体の役割をなすものである。

この発明に使用する多孔質無機物質としては、ゼオライト、シリカゲル等を例示できる。ゼオライトやシリカゲルは、多孔質構造をもち表面積が広く、優れた吸着体として多く使われている。

多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質の含有率は４０〜８０質量％であることが好ましい。４０質量％を下回ると十分なガス吸着性能を得ることができず、８０質量％を上回ると必然的にセルロース系繊維の割合が減少する結果、多孔質無機物質混抄紙としての強度を確保することができない。中でも、多孔質無機物質混抄紙は、多孔質無機物質の含有率が５０〜７０質量％であるのが好ましい。さらに、多孔質無機物質含有率は、５５〜６５質量％であるのがより好ましい。

また、前記多孔質無機物質混抄紙に使用する繊維としては、天然パルプ、ポリオレフィン及びアクリル繊維などのフィブリル化繊維を用いればよいが、ヒドラジン化合物や弱アルカリ性の金属塩を担持し易いことから天然パルプが特に好ましい。

次にこのシリカゲル混抄紙のハニカム形状のものを、ヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩の混合溶液に含浸させ、乾燥することによって、自動車排気ガス除去フィルターを得ることができる。また、シリカゲル混抄紙の状態で、ヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩の混合溶液に浸し、乾燥したあとハニカム形状に加工し、フィルターの形状にして製造してもよい。

また、ヒドラジン化合物は、水に溶解するヒドラジン化合物であれば特に限定されるものではないが、炭素数４〜８の酸ジヒドラジド化合物が好適である。さらに好ましくは炭素数４〜６の酸ジヒドラジド化合物が好適である。例えば炭素数６のアジピン酸ジヒドラジド、炭素数５のグルタル酸ジヒドラジド、炭素数４のマレイン酸ジヒドラジド等が挙げられる。

多孔質無機物質混抄紙１ｇあたり、ヒドラジン化合物の担持量は、５〜５０ｍｇの範囲に設定するのが好ましい。ヒドラジン化合物の担持量が５ｍｇを下回るものでは、アルデヒド系の有害ガスの十分な吸着性能を得られない。また、５０ｍｇを上回っても格段の吸着性能の向上が得られるわけではない。

次に、弱アルカリ性の金属塩としては、クエン酸三カリウム及び／またはクエン酸三ナトリウムが好適で、ｐＨ７〜９の弱アルカリ性の金属塩を担持させるのがよい。弱アルカリ性の環境下にあるので、自動車の排気ガス中に多くあるとされる二酸化硫黄のような硫黄系ガスや二酸化窒素のような窒素系ガス、酢酸等の酸性ガスに有効で、強力に硫黄系ガス、窒素系ガス、酸性ガスを除去することができる。

多孔質無機物質混抄紙１ｇあたりの、弱アルカリ性の金属塩の担持量は、２０〜２００ｍｇの範囲に設定するのが好ましい。弱アルカリ性の金属塩の担持量が２０ｍｇを下回る場合には、二酸化硫黄、二酸化窒素、酢酸等のガスに十分な吸着性能が得られない。また、２００ｍｇを上回って担持させてもそれに見合う吸着性能の向上が得られるわけではない。

本発明において、ｐＨ環境は、ｐＨ７〜９の範囲に維持されることが好ましい。ｐＨ環境が７未満では二酸化硫黄、二酸化窒素等の吸着スピードが急速に低下し、ｐＨ環境が９を超えるとアンモニアの吸着スピードが急速に低下するので好ましくない。さらに好ましいｐＨ環境は、ｐＨ７．５〜８．５がよい。

また、本発明の自動車排気ガス除去フィルターにおいては、前記多孔質無機物質混抄紙に発明を妨げない範囲で、さらに他の消臭剤や臭気吸着剤や添加剤等を担持せしめた構成を採用しても良い。

次ぎに実施例により、本発明を具体的に説明する。なお実施例における各種ガス除去性能の測定は次のように行った。

（初期性能試験）
自動車排気ガス除去フィルターから切り出した試験片（４００×３００ｍｍ 厚さ２０ｍｍ １４５セル／ｉｎｃｈ^２）を毎分８００リットルの通気を行なうファンをセットした空気清浄機のフィルターホルダーに固定し、内容量１ｍ^３のアクリルボックス内に入れた後、ボックス内において濃度が１００ｐｐｍとなるように二酸化硫黄と二酸化窒素とアセトアルデヒドとアンモニアを１：１：４：１の割合で混合したガスを注入し、五分経過後にこの混合ガスの残存濃度を測定し、混合ガスの除去率（％）を算出し初期性能とした。除去率９５％以上を合格とした。

（繰り返し耐久性能試験）
上記性能試験を２０回繰り返し行ったあと、そのまま空気清浄機を動かし３０分間経過してこの混合ガスの残存濃度を測定し、混合ガスの除去率（％）を算出し耐久性能とした。除去率８０％以上を合格とした。

＜実施例１＞
ゼオライト７０質量部と天然パルプ３０質量部を水２００質量部に添加し、水スラリーを作成する。得られた凝集体水分散液を抄紙機を使い湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を行ないゼオライト混抄紙を得た。得られたゼオライト混抄紙の一部をコルゲート加工機を用いて波型形状紙に加工した。この波型形状紙と平面形状紙を、エチレンー酢酸ビニル共重合体からなる接着剤で接着して積層し、セル密度が２３０セル／ｉｎｃｈ^２のフィルター材を得た。次に、炭素数６のアジピン酸ジヒドラジド１．０質量％とクエン酸三ナトリウム５．０質量％を水に溶解して処理液を作成し、この処理液に、前記フィルター材を含浸した後、水洗して乾燥することによってｐＨ７．９のフィルターを得た。アジピン酸ジヒドラジドのゼオライト混抄紙への担持量は、ゼオライト混抄紙１ｇ当り２０ｍｇ、クエン酸三ナトリウムの担持量は、１００ｍｇであった。また、ゼオライト混抄紙におけるゼオライトの含有率は７０質量％であった。上記の初期性能試験、繰り返し耐久性能試験のガス除去試験を行ない表１に記載した。

＜実施例２＞
実施例１において、２．０質量％の炭素数４のマレイン酸ジヒドラジドを溶解した以外は実施例と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは７．７であった。また、マレイン酸ジヒドラジドのゼオライト混抄紙への担持量は、ゼオライト混抄紙１ｇ当り４０ｍｇであった。なお、このフィルターにおけるガス除去試験結果を表１に記載した。

＜実施例３＞
実施例１において、クエン酸三ナトリウム５．０質量％に替えてクエン酸三カリウム８．０質量％とした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは８．９であった。また、得られたフィルターにおいて、クエン酸三カリウムの担持量は、ゼオライト混抄紙１ｇ当り１６０ｍｇであった。このフィルターにおけるガス除去試験結果を表１に記載した。

＜実施例４＞
実施例１において、炭素数６のアジピン酸ジヒドラジド０．４質量％とした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは７．９で、アジピン酸ジヒドラジドのゼオライト混抄紙への担持量は、ゼオライト混抄紙１ｇ当り８ｍｇであった。このフィルターにおけるガス除去試験結果を表１に記載した。

＜実施例５＞
実施例１において、シリカゲル３０質量部と天然パルプ３０質量部を水２００質量部に添加し、水スラリーを作成するものとした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、シリカゲル混抄紙におけるシリカゲルの含有量は５０質量％であった。このフィルターにおけるガス除去試験結果を表１に記載した。

＜実施例６＞
実施例１において、クエン酸三ナトリウム５．０質量％に替えてクエン酸三ナトリウム２．０質量％とした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは７．９であった。また、得られたフィルターにおいて、クエン酸三カリウムの担持量は、ゼオライト混抄紙１ｇ当り４０ｍｇであった。このフィルターにおけるガス除去試験結果を表１に記載した。

＜比較例１＞
実施例１において、クエン酸三ナトリウム５．０質量％を混入しなかった以外は実施例１と同様にして、ｐＨ６．５のフィルターを得た。このフィルターにおけるガス除去試験結果を表２に記載した。

＜比較例２＞
実施例１において、炭素数６のアジピン酸ジヒドラジドを混入しなかった以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは８．０であった。また、このフィルターにおけるガス除去試験結果を表２に記載した。

＜比較例３＞
実施例１において、ゼオライト７０質量部を混入しなかった以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは７．９であった。また、このフィルターにおけるガス除去試験結果は表２に記載したように、全ての項目で満足のいかない結果となった。

＜比較例４＞
実施例１において、炭素数６のアジピン酸ジヒドラジド１．０質量％に替えて、炭素数１０のセバシン酸ジヒドラジド１．０質量％とした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。このフィルターのｐＨは８．０でガス除去試験結果を表２に記載した。セバシン酸ジヒドラジドは水に不溶解なのでフィルターに担持し難くまた脱離しやすかった。

＜比較例５＞
実施例１において、シリカゲル３０質量部と天然パルプ７０質量部を水２００質量部に添加し、水スラリーを作成するものとした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得た。なお、フィルターのｐＨは７．９であった。また、このフィルターにおけるガス除去試験結果を表２に記載した。

＜比較例６＞
実施例１において、シリカゲル８５質量部と天然パルプ１５質量部を水２００質量部に添加し、水スラリーを作成するものとした以外は実施例１と同様にして、フィルターを得たが、フィルターとしての強度が不足し使えるものではなかった。

本発明の技術は、特に車の排気ガスに多くあるとされるアルデヒドガス、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等の有害ガスを効率よく取り除くフィルター材として、自動車用や屋内用のエアコン、空気清浄機等のフィルター材として広く利用される。

Claims (7)

1. 多孔質無機物質混抄紙からなるフィルター材に、ヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩を担持させたことを特徴とする自動車排気ガス除去フィルター。
2. 前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、ヒドラジン化合物が炭素数４〜８の酸ジヒドラジド化合物であることを特徴とする請求項１に記載の自動車排気ガス除去フィルター。
3. 前記自動車排気ガス除去フィルターにおいて、弱アルカリ性の金属塩がクエン酸三カリウム及び／またはクエン酸三ナトリウムのｐＨ７〜９の弱アルカリ性の金属塩であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車排気ガス除去フィルター。
4. 前記ヒドラジン化合物の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り５〜５０ｍｇの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。
5. 前記弱アルカリ性の金属塩の担持量が多孔質無機物質混抄紙１ｇ当り２０〜２００ｍｇの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。
6. 前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質の含有率が４０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。
7. 前記多孔質無機物質混抄紙において、多孔質無機物質がシリカゲルまたはゼオライトであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動車排気ガス除去フィルター。