JP2004358399A

JP2004358399A - Method of removing volatile organic compound in air and removing apparatus used for the same

Info

Publication number: JP2004358399A
Application number: JP2003161333A
Authority: JP
Inventors: Norimichi Kawashima; 徳道川島; Yoshiichi Tokuoka; 由一徳岡; Takuo Murakami; 拓郎村上; Yoshihiro Niikura; 嘉浩新倉; Shiyuuichiro Yamaguchi; 秀一朗山口
Original assignee: Toin Gakuen
Current assignee: Toin Gakuen
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP4251919B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of efficiently removing a volatile organic compound (VOC) in air without using a photocatalyst such as existing TiO<SB>2</SB>and without accompanying the re-pollution of air in the desorption in the case of using activated carbon. <P>SOLUTION: In the method of removing the volatile organic compound in air, the volatile organic compound contained in air is removed by irradiating the air containing the volatile organic compound with light while bringing the air into contact with a porous carbon material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気中の揮発性有機化合物（以下ＶＯＣという）を効率よく除去する方法及びそれに用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、「シックハウス症候群」という人体異常現象が社会的な問題となっている。この「シックハウス症候群」とは、住宅の建材、内装材などから放散されるＶＯＣにより、目や喉の痛み、頭痛などの症状が引き起こされる疾患であり、その原因となる住宅から離れるとこれらの症状が軽減されるという特徴を有している。
【０００３】
この「シックハウス症候群」という用語は、米国で１９８０年代に発生した「シックビルディングシンドローム」から派生した造語であるが、この「シックビルディングシンドローム」は、近年、建材、内装材などに化学物質が多用されるようになって発生源が増大したことや、オイルショック以降の省エネルギー政策に基づく大型ビルディングにおける気密性の向上、換気性の抑制が原因となっていると考えられる。
【０００４】
ところで、「シックハウス症候群」の原因となるＶＯＣとしては、脂肪族又は芳香族の炭化水素、塩素化炭化水素、ケトン類、アルデヒド類などがあり、この中には発ガン性物質も含まれている。そして、その発生源も多種多様であり、前記した建材のほかに、開放型燃焼器具の燃料やヘアスプレー、塗料の溶剤なども含まれている。
【０００５】
このような状況下、空気中のＶＯＣを除去する方法や装置について、多くの研究がなされ、これまでＶＯＣを吸着する第１吸着剤と、ＶＯＣを分解する光触媒とを有し、さらに光分解により生じた二次有毒ガスを吸着するための第２吸着剤を備えた化学物質除去装置（特許文献１参照）、ＶＯＣを光触媒に接触させ、かつ光触媒を活性化する光照射を行う処理装置（特許文献２参照）、紫外線照射室、光触媒充填層及び活性炭充填層を備え、紫外線照射と光触媒作用により空気中のＶＯＣを分解したのち、副生ガスを活性炭に吸着させて汚染空気を浄化する装置（特許文献３参照）、酸素の存在下、フッ素系有機化合物と光触媒とを含む水層に光照射する方法（特許文献４参照）などが提案されている。
しかしながら、このような光触媒を用いるものは、コスト高になるのを免れず、実用化の点で必ずしも満足しうるものとはいえない。
【０００６】
また、ガス吸着剤を用いる方法は、その吸着容量に達するとそれ以上ＶＯＣを除去しなくなるという欠点があるし、光触媒を用いる方法は、コスト高になるのを免れないので、建物全体にわたって施工するのがむずかしいという欠点がある。
【０００７】
そのほか、プラズマ処理した活性炭を用いてトルエンガスや四塩化炭素を吸着除去する方法（特許文献５参照）のように活性炭を用いて空気中のＶＯＣを吸着除去する方法も知られているが、この方法では吸着後の温度条件の変化によって、いったん吸着したＶＯＣが脱離し、これが再び室内空気を汚染するという欠点がある。
【０００８】
一方、多孔質炭素材料、例えば活性炭は種々の気体や液体の吸着剤として広く用いられ、有害物質の除去にも利用されている。この多孔質炭素材料は、一般的には、多環芳香族分子の積層集合体と非晶質炭化水素からなり、孔径の異なる多種多様の細孔をもち、その表面と吸着質分子との接触における相互作用エネルギーに基づく吸着力により、有害物質を吸着し、空気中から有害物質を除去する能力を有しているが、これ自体光触媒能力を有することは知られていない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２３２１５４号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】
特開２００１−２３２１３６号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】
特開２００３−１３５５７６号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】
特開２０００−４０８０５号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献５】
特開平７−１８７６３６号公報（特許請求の範囲その他）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、既存のＴｉＯ_２のような光触媒を用いることなく、また活性炭を用いた場合の脱着による空気の再汚染を伴うことなしに、空気中のＶＯＣを効率よく除去する方法を提供することを目的としてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、空気中のＶＯＣを効率よく除去し得る方法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、ＶＯＣを含む空気を、多孔質炭素材料、例えば活性炭に接触させ、光を照射させると、活性炭に吸着したＶＯＣが容易に光分解して無害化することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む空気を多孔質炭素材料に接触させながら、光照射することを特徴とする空気中の揮発性有機化合物除去方法、及びガス取入口及びガス排出口を備えた透明ガラス管、その中に充填された多孔質炭素材料、該透明ガラス管の少なくとも一部に光照射するための光源から構成され、かつ上記ガス取入口が透明ガラス管内に空気を供給するための気体供給機構に連結されていることを特徴とする空気中の揮発性有機化合物除去装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、ＶＯＣを含む空気を多孔質炭素材料と接触させて、ＶＯＣを多孔質炭素材料に吸着させ、これに光を照射してＶＯＣを光分解して、無害の化合物に変換し、多孔質炭素材料から分解生成物を脱離させることにより、ＶＯＣを除去する。
【００１４】
本発明方法で用いる多孔質炭素材料としては、通常の吸着剤として用いられている活性炭、例えば木、竹、石炭、草炭、堅果の殻など自然産物の炭化により得られる活性炭や、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックや、サランやポリ塩化ビニリデン樹脂の炭化により得られる合成活性炭などを挙げることができる。そのほか、石炭を原料とし球形活性炭製造法（公資研法）、流動法（北関試法）などにより製造した粒状活性炭なども好適に用いられる。この中でも、特にヤシ殻炭、無煙炭及び木炭の中から選ばれた活性炭が好ましい。
【００１５】
これらの多孔質炭素材料は、孔径１０〜１０００Å、好ましくは１００〜５００Åの範囲の細孔を有し、ＢＥＴ表面積８００〜１２００ｍ^２／ｇ、好ましくは１０００〜１１００ｍ^２／ｇをもつものがよい。この多孔質炭素材料は、通常粒度４〜３０メッシュ、好ましくは６〜１２メッシュの範囲の粉粒体として用いられるが、所望ならば繊維状、ハニカム状、シート状などに成形して用いることもできる。
【００１６】
また、本発明における照射光としては、波長４００〜７００ｎｍの範囲の可視光が用いられる。この光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどが用いられる。
【００１７】
次に添付図面に従って本発明装置を説明する。
図１は本発明装置を説明するための縦断面図であり、筐体１内に多孔質炭素材料２を充填したカラム３と、その周囲に配置された光源４，…によって構成されている。処理されるべきＶＯＣを含む空気は、供給ポンプ５により、カラムの空気取入口６からカラム内に導入され、多孔質炭素材料２と接触しながら、カラムを通過して空気排出口７から排出される。そして、カラム内を通過している間に、光源４，…から照射される光によりＶＯＣは分解され、無害化された副生成物となる。この図においては、カラムの前に供給ポンプ５が連結されているが、所望ならばカラムの後に吸込ポンプを連結して、空気を流入させることもできる。この際の流入速度は、カラム寸法により変わるが、一般にＳＶ５〜５０ｍｉｎ^−１の範囲が用いられる。
このようにして、５０〜１００分の処理で空気中のＶＯＣをほとんど除去することができる。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
デシケーター中にトルエンガス２５０ｐｐｍを含む空気と、粒状活性炭素（関東化学社製）２．５８ｇを充填し、トルエンガスの初濃度を測定したのち、波長４００〜７００ｎｍの可視光を照射し、気体検知管［ガステック（ＧＡＳＴＥＣ）社製，Ｎｏ．１２２］を用いてトルエン濃度の経時的変化を測定した。その結果を図２にグラフＡとして示す。
【００２０】
比較例１
粒状活性炭素を用いないで、他は実施例と同様にして操作し、トルエン濃度の経時的変化を測定した。その結果を図２にグラフＢとして示す。
【００２１】
比較例２
光照射を行わないで、他は実施例と同様にして操作し、トルエン濃度の経時的変化を測定した。
その結果を図２にグラフＣとして示す。
【００２２】
これらの結果から分るように、光照射のみでは、トルエンガス濃度の減少は認められない。また、活性炭のみを用いた場合には、時間経過とともにトルエン濃度の減少が認められたが、その減少割合は、活性炭と光照射を併用した場合に比べ、著しく小さい。
【００２３】
実施例２
トルエン２０００ｐｐｍを含む空気を調製し、試料ガスとした。デシケーターに粒状活性炭素（関東化学社製）２．５８ｇを添加し、試料ガスを充填したのち、光照射を行った。１２０分静置後、ガスタイトシリンジでデシケーター中の気相を採取し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ３５３Ｂ、ＧＬサイエンス社製）で分析し、経過時間０分のガスも同様に分析を行った。
【００２４】
ガスクロマトグラフィーで、光照射前後におけるデシケーターの気相を分析した結果を図３に示す。保持時間１３分付近に見られる大きなピークはトルエンのピークである。図中、（Ｉ）は活性炭と光照射を併用した場合、（ＩＩ）は活性炭単独の場合、（ＩＩＩ）は未処理の場合である。
この図から明らかなように、試料ガス充填時の活性炭−光照射系及び活性炭単独系では、未処理系には見られない新規なピーク（ａ）、（ｂ）が確認された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、光触媒を用いずに多孔質炭素材料と光照射の併用により効率よく空気中のＶＯＣを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１例の説明縦断面図。
【図２】実施例１及び比較例におけるトルエン濃度の経時的変化を示すグラフ。
【図３】実施例２における各試料のガスクロマトグラム。
【符号の説明】
１筐体
２多孔質炭素材料
３カラム
４光源
５供給ポンプ
６空気取入口
７空気排出口[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for efficiently removing volatile organic compounds (hereinafter referred to as VOCs) from air and an apparatus used therefor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an abnormal human body phenomenon called “sick house syndrome” has become a social problem. This "sick house syndrome" is a disease in which VOCs emitted from house building materials and interior materials cause symptoms such as pain in the eyes, throat, and headaches. Is reduced.
[0003]
The term "sick house syndrome" is a coined word derived from the "sick building syndrome" that originated in the 1980s in the United States. It is thought that this is due to the increase in the number of sources and the improvement of airtightness and suppression of ventilation in large buildings based on energy conservation policies after the oil crisis.
[0004]
By the way, VOCs that cause "sick house syndrome" include aliphatic or aromatic hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, ketones, aldehydes, and the like, which also include carcinogens. . There are various sources, including fuel for open-type combustion appliances, hair spray, and solvent for paints, in addition to the building materials described above.
[0005]
Under such circumstances, many studies have been made on a method and an apparatus for removing VOCs in the air. Until now, the method has a first adsorbent that adsorbs VOCs, a photocatalyst that decomposes VOCs, and further has a photodecomposition. A chemical substance removing device provided with a second adsorbent for adsorbing the generated secondary toxic gas (see Patent Document 1), a processing device for bringing VOC into contact with a photocatalyst and performing light irradiation for activating the photocatalyst (Patent Reference 2), an ultraviolet irradiation chamber, a photocatalyst packed layer and an activated carbon packed layer, and after decomposing VOCs in the air by ultraviolet irradiation and photocatalysis, adsorb by-product gas on activated carbon to purify contaminated air ( A method of irradiating a water layer containing a fluorine-containing organic compound and a photocatalyst with light in the presence of oxygen (see Patent Document 3) has been proposed.
However, the use of such a photocatalyst is unavoidable in that the cost is high, and is not always satisfactory in terms of practical use.
[0006]
Further, the method using a gas adsorbent has a drawback that VOCs cannot be removed any more when the adsorption capacity is reached, and the method using a photocatalyst is unavoidable to increase the cost. There is a disadvantage that it is difficult.
[0007]
In addition, a method of adsorbing and removing VOCs in air using activated carbon, such as a method of adsorbing and removing toluene gas and carbon tetrachloride using plasma-treated activated carbon (see Patent Document 5), is also known. The method has a drawback in that once adsorbed VOCs are desorbed due to a change in temperature conditions after adsorption, and this contaminates indoor air again.
[0008]
On the other hand, porous carbon materials, for example, activated carbon, are widely used as adsorbents for various gases and liquids, and are also used for removing harmful substances. This porous carbon material is generally composed of a stack of polycyclic aromatic molecules and an amorphous hydrocarbon, has a wide variety of pores having different pore sizes, and has a contact between the surface and the adsorbate molecules. Has the ability to adsorb harmful substances and remove harmful substances from the air by means of the adsorption power based on the interaction energy in the above, but is not known to itself have photocatalytic ability.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-232154 A (Claims and others)
[Patent Document 2]
JP 2001-232136 A (Claims and others)
[Patent Document 3]
JP 2003-135576 A (Claims and others)
[Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-40805 (Claims and others)
[Patent Document 5]
JP-A-7-187636 (Claims and others)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a method for efficiently removing VOCs in the air without using a photocatalyst such as the existing TiO ₂ and without recontaminating the air by desorption when using activated carbon. It was made for the purpose of.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to develop a method capable of efficiently removing VOCs in the air. As a result, the air containing the VOCs is brought into contact with a porous carbon material, for example, activated carbon, and irradiated with light. The present inventors have found that VOCs adsorbed on activated carbon are easily photodegraded and made harmless, and based on this finding, the present invention has been accomplished.
[0012]
That is, the present invention provides a method for removing volatile organic compounds in air, which comprises irradiating light while bringing air containing volatile organic compounds (VOC) into contact with the porous carbon material, and a gas inlet and gas. A transparent glass tube provided with an outlet, a porous carbon material filled therein, a light source for irradiating at least a part of the transparent glass tube with light, and the gas inlet is provided with air inside the transparent glass tube. And a device for removing volatile organic compounds in air, which is connected to a gas supply mechanism for supplying air.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the method of the present invention, air containing VOC is brought into contact with the porous carbon material to adsorb the VOC to the porous carbon material, and is irradiated with light to photodecompose the VOC to convert it into a harmless compound. VOC is removed by removing decomposition products from the porous carbon material.
[0014]
Examples of the porous carbon material used in the method of the present invention include activated carbon used as a general adsorbent, for example, activated carbon obtained by carbonizing natural products such as wood, bamboo, coal, peat, nut shells, furnace black, and channel. Examples include carbon black such as black, thermal black, and acetylene black, and synthetic activated carbon obtained by carbonizing Saran or polyvinylidene chloride resin. In addition, granular activated carbon produced from a coal as a raw material by a spherical activated carbon production method (public research institute method), a flow method (Kitaseki test method), or the like is also suitably used. Among them, activated carbon selected from coconut shell charcoal, anthracite charcoal and charcoal is particularly preferable.
[0015]
These porous carbon material, pore size 10～1000A, preferably has pores in the range of 100 Å to 500 Å, BET surface area 800~1200m ² / g, preferably from those having 1000~1100m ² / g. This porous carbon material is usually used as a powder having a particle size of 4 to 30 mesh, preferably 6 to 12 mesh. If desired, the porous carbon material may be formed into a fibrous, honeycomb, sheet or the like. it can.
[0016]
In addition, as the irradiation light in the present invention, visible light having a wavelength of 400 to 700 nm is used. As this light source, a xenon lamp, a halogen lamp, a metal halide lamp, or the like is used.
[0017]
Next, the device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the apparatus of the present invention, and is constituted by a column 3 in which a casing 1 is filled with a porous carbon material 2, and light sources 4,. The air containing the VOC to be treated is introduced into the column by the supply pump 5 from the air inlet 6 of the column, and is discharged from the air outlet 7 through the column while contacting the porous carbon material 2. You. The VOC is decomposed by light emitted from the light sources 4 while passing through the column, and becomes a harmless by-product. In this figure, the supply pump 5 is connected before the column, but if desired, a suction pump can be connected after the column to allow air to flow. The inflow speed at this time varies depending on the column size, but is generally in the range of SV5 to 50 min- ¹ .
In this manner, VOCs in the air can be almost removed by the treatment for 50 to 100 minutes.
[0018]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0019]
Example 1
A desiccator is filled with air containing 250 ppm of toluene gas and 2.58 g of granular activated carbon (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and after measuring the initial concentration of toluene gas, irradiates visible light with a wavelength of 400 to 700 nm to detect gas. Tube [manufactured by GASTEC, No. 122], the change over time in the toluene concentration was measured. The result is shown as a graph A in FIG.
[0020]
Comparative Example 1
The operation was performed in the same manner as in the example except that granular activated carbon was not used, and the change over time in the toluene concentration was measured. The result is shown as a graph B in FIG.
[0021]
Comparative Example 2
The operation was performed in the same manner as in the example except that the light irradiation was not performed, and the time-dependent change in the toluene concentration was measured.
The result is shown as a graph C in FIG.
[0022]
As can be seen from these results, no decrease in the concentration of toluene gas was observed only by light irradiation. When only activated carbon was used, a decrease in the toluene concentration was observed over time, but the rate of decrease was significantly smaller than when activated carbon and light irradiation were used in combination.
[0023]
Example 2
Air containing 2000 ppm of toluene was prepared and used as a sample gas. 2.58 g of granular activated carbon (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was added to a desiccator, and after filling with a sample gas, light irradiation was performed. After standing for 120 minutes, the gas phase in the desiccator was collected with a gas-tight syringe, and analyzed by gas chromatography (GC353B, manufactured by GL Science), and the gas with an elapsed time of 0 minutes was similarly analyzed.
[0024]
FIG. 3 shows the results of analyzing the gas phase of the desiccator before and after light irradiation by gas chromatography. The large peak seen at a retention time of around 13 minutes is the toluene peak. In the figure, (I) shows a case where activated carbon and light irradiation are used in combination, (II) shows a case where activated carbon is used alone, and (III) shows a case where no treatment is performed.
As apparent from this figure, in the activated carbon-light irradiation system and the activated carbon alone system at the time of filling the sample gas, new peaks (a) and (b) not observed in the untreated system were confirmed.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, VOCs in the air can be efficiently removed by using a porous carbon material together with light irradiation without using a photocatalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view of an example of the device of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the change over time in the concentration of toluene in Example 1 and Comparative Example.
FIG. 3 is a gas chromatogram of each sample in Example 2.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 housing 2 porous carbon material 3 column 4 light source 5 supply pump 6 air inlet 7 air outlet

Claims

A method for removing volatile organic compounds in air, comprising irradiating light while bringing air containing volatile organic compounds into contact with the porous carbon material.

The method according to claim 1, wherein light having a wavelength of 400 to 700 nm is irradiated.

A transparent glass tube having a gas inlet and a gas outlet, a porous carbon material filled therein, and a light source for irradiating at least a part of the transparent glass tube with light; An apparatus for removing volatile organic compounds in air, which is connected to a gas supply mechanism for supplying air into a transparent glass tube.

The apparatus according to claim 3, wherein the porous carbon material is at least one activated carbon selected from coconut shell charcoal, anthracite charcoal and charcoal.

The apparatus according to claim 4, wherein the activated carbon has a particle size of 4 to 30 mesh.