鉄系水蒸気吸着剤
【課題】 本発明は、水蒸気を吸脱着できるものであり、さらに、１００℃以下の温度で再生が可能で繰り返し使用できる水蒸気吸着剤を提供する。
【解決手段】 鉄及びアルミニウムを含有する含水酸化鉄（α−ＦｅＯ（ＯＨ）・鉄系層状化合物を主成分とする水蒸気吸着剤であって、鉄原料・アルミニウム検量とアルカリ原料を用いてｐＨ６〜１０の中性から弱アルカリ性領域の水溶液中で反応させて得ることができ、前記水蒸気吸着剤は、１００℃以下の温度で脱離・再生することも可能である。
【解決手段】 鉄及びアルミニウムを含有する含水酸化鉄（α−ＦｅＯ（ＯＨ）・鉄系層状化合物を主成分とする水蒸気吸着剤であって、鉄原料・アルミニウム検量とアルカリ原料を用いてｐＨ６〜１０の中性から弱アルカリ性領域の水溶液中で反応させて得ることができ、前記水蒸気吸着剤は、１００℃以下の温度で脱離・再生することも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の水蒸気を吸着する組成物である。具体的には、２５℃において相対湿度９６％で自重の３５ｗｔ％以上の水蒸気を吸着するものであり、しかも、６０℃以上で脱離・再生が可能で繰り返し使用ができる鉄系水蒸気吸着剤を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用する水蒸気吸着材料が数多く提案されているが、単位容積当たりの吸着容量が大きく、多様な吸着特性を持ち、安価で、環境に大きな負荷が小さく、低温で脱着できる材料は現在のところ知られていない。
【０００３】
従来、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等にシリカゲル・活性アルミナ・ゼオライト・活性炭などが使用されている。
【０００４】
しかしながら、ゼオライトや活性アルミナなどは低湿度領域での吸着特性は優れているものの、単位容積当たりの水蒸気吸着容量が小さく、低温での水蒸気脱離（再生）が困難であった。またその合成には、高価なオートクレーブや熱処理炉等が必要なために、安価に合成することが困難であった。活性炭は単位容積当たりの水蒸気吸着容量が小さく、可燃性・黒色・生体内での分解が困難であるために、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用することが困難であった。
【０００５】
また、シリカゲルについても、低温での水蒸気脱離（再生）が困難であることや中湿度領域での水蒸気吸着容量が小さいために、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用することが困難であった。
【０００６】
従来、除湿剤として、シリカゲルと酸化鉄もしくは他の金属酸化物との混合物（特許文献１）、調湿剤として、鉄及びチタンの水酸化物及び酸化物の少なくとも一方を主成分とするもの（特許文献２）等が知られている。また、水和含鉄アルミニウム酸化物を消臭剤又は調湿剤等に用いることが知られている（特許文献３）。一方、含水酸化鉄を溶液中のリン及び／又はフッ素を吸着除去する吸着剤として用いることが知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−２４３２０６号公報
【特許文献３】特開２００２−１５４８２５号公報
【特許文献４】特開２００６−３０５５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水蒸気の吸着剤であり、単位容積当たりの吸着容量が大きく、多様な吸着特性を持ち、安価で、環境に大きな負荷が小さく、低温で脱着できる材料は現在のところ知られていない。
【０００９】
即ち、前出特許文献１乃至２には、各種鉄化合物を用いて水蒸気を吸着することが記載されているが、単位容積当たりの吸着容量が大きいとは言い難いものである。
【００１０】
また、前出特許文献３には、鉄を含有する水和アルミニウム酸化物が記載されているが、水和アルミニウム酸化物を主成分とするものであり、アルミニウムを多量に含有するものであるから、水蒸気の吸着性が十分とは言い難いものである。
【００１１】
また、前出特許文献４には、含水酸化鉄を溶液中のリン及び／又はフッ素を吸着除去する吸着剤が記載されているが、アルミニウムを含有するものではなく、水蒸気の吸着性が十分とは言い難いものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。
【００１３】
即ち、本発明は、鉄系水蒸気吸着剤であって、前記吸着剤はアルミニウムを２〜１０ｗｔ％含有し、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ以上の含水酸化鉄粒子であることを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤である（本発明１）。
【００１４】
また、本発明は、含水酸化鉄粒子がα−ＦｅＯ（ＯＨ）及び／又は層状化合物であることを特徴とする本発明１記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明２）。
【００１５】
また、本発明は、鉄原料及びアルミニウム原料と、アルカリ原料として炭酸アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ・水酸化アルカリ混合水溶液とを用いて反応溶液のｐＨが６．０〜１０．０の領域で合成した含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物であることを特徴とする本発明１又は２記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明３）。
【００１６】
また、本発明は、含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物がアルミニウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、リンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする本発明１乃至３のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明４）。
【００１７】
また、本発明は、本発明１乃至４のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤であって、２５℃において相対湿度９６％で自重の５０ｗｔ％以上の水蒸気を吸着することを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤である（本発明５）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、広い相対湿度の範囲で水蒸気を吸着できるので、デシカント空調用ローター、調湿壁、結露防止剤、床下除湿剤として好適である。また、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤の製造は、高価で複雑な処理工程を必要としない。更に、硫化水素、メチルメルカプタン等の悪臭物質の除去に対しても本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は有効である。
【００１９】
さらに、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は無害な元素または化合物から構成されているので、該吸着剤自体を埋め立て処分した場合も、環境への負荷は小さい。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
【００２１】
先ず、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤（以下、「吸着剤」とする。）について述べる。
【００２２】
本発明に係る吸着剤は、アルミニウムを含有する含水酸化鉄粒子粉末であり、例えば、α−ＦｅＯ（ＯＨ）（ゲータイト）、鉄含有層状化合物等である。
【００２３】
本発明に係る吸着剤のアルミニウム含有量は、２〜１０ｗｔ％である。２ｗｔ％未満の場合には、水蒸気の吸着が十分ではない。１０ｗｔ％を超える場合にも、水蒸気の吸着が十分ではない。好ましいアルミニウムの含有量は３〜９ｗｔ％であり、より好ましくは４〜８ｗｔ％である。
【００２４】
本発明に係る吸着剤の細孔容積は０．４ｍｌ／ｇ以上である。細孔容積が０．４ｍｌ／ｇ未満の場合、水蒸気の吸着量が少なくなる。好ましい細孔容積は０．４５ｍｌ／ｇ以上、より好ましくは０．５〜１．０ｍｌ／ｇである。
【００２５】
本発明に係る吸着剤の粒子形状は針状、薄片状、樹枝状、板状等が好ましい。
【００２６】
本発明に係る吸着剤のＢＥＴ比表面積値は１５０〜５００ｍ２／ｇが好ましい。ＢＥＴ比表面積値が１５０ｍ２／ｇ未満の場合には、単位重量当たりの水蒸気を吸着する細孔の容積が小さくなるので好ましくない。４００ｍ２／ｇを超える場合には、水蒸気の吸着には問題ないが、工業的に生産するには困難であり、取扱いにおいても困難である。より好ましいＢＥＴ比表面積は１８０〜４５０ｍ２／ｇであり、更により好ましくは２００〜４３０ｍ２／ｇである。
【００２７】
本発明に係る吸着剤の平均１次粒子径は２〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５〜２００ｎｍである。
【００２８】
本発明に係る吸着剤はＭｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＰから選ばれる１種以上の元素を含有してもよく、前記元素を含有することによって水蒸気の吸着能が向上する。Ｐの含有量は０．１〜５ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１．０〜４ｗｔ％である。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量は０．１〜１０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは０．５〜８ｗｔ％である。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒは含水酸化鉄及び鉄系層状化合物中に固溶して存在させることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る吸着剤はＰの含有量はＦｅに対するモル比（Ｐ／Ｆｅ）で１／５０〜１／３が好ましい。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量はＦｅに対するモル比（（Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ）／Ｆｅ）で１／５０〜１／３が好ましい。
【００３０】
次に、本発明に係る吸着剤の製造法について述べる。
【００３１】
本発明に係る吸着剤は、鉄原料及びアルミニウム原料と少なくとも炭酸アルカリを含むアルカリ原料とを混合し、反応溶液のｐＨを６．０〜１０．０に制御して酸化反応を行って得ることができる。
【００３２】
本発明における鉄原料としては、硫酸第一鉄水溶液、塩化第一鉄水溶液等を使用することができる。アルミニウム原料としては、硫酸アルミニウム水溶液、塩化アルミニウム水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液等を使用することができる。
【００３３】
アルカリ原料は、炭酸アルカリ水溶液としては炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸アンモニウム水溶液・尿素水溶液等であり、水酸化アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を使用することができる。
【００３４】
炭酸アルカリ水溶液、又は炭酸アルカリ及び水酸化アルカリの混合水溶液の使用量は、ＦｅとＡｌに対する当量比として１．２〜３、好ましくは１．３〜２．５である。
【００３５】
反応時のｐＨは６．０〜１０．０が好ましい。ｐＨが６．０未満の場合には、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。ｐＨ１０．０を越える場合にも、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。
【００３６】
反応温度は、通常、含水酸化鉄粒子が生成する４５℃以下の温度で行えば良い。４５℃を超える場合には、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。
【００３７】
酸化反応の前に窒素吹き込みによる脱炭酸反応を伴う熟成を行い、炭素含有量を調整してもよい。
【００３８】
前記含水酸化鉄粒子の生成反応における酸化手段は、酸素含有ガス（例えば空気）を液中に通気することにより行う。
【００３９】
本発明において、Ｍｎを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｍｎ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｍｎ原料としては、硫酸マンガンなどである。
【００４０】
本発明において、Ｔｉを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｔｉ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｔｉ原料としては、オキシ硫酸チタニウム、四塩化チタニウムなどの水溶性チタニウム塩である。
【００４１】
本発明において、Ｚｒを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｚｒ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｚｒ原料としては、オキシ硫酸ジルコニウムなどの４価のジルコニウム塩である。
【００４２】
本発明において、リンを含有する含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末を製造する際は、前記反応において、リン原料を添加して混合、熟成すればよい。また前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末にリン化合物を添加・混練してもよい。リン原料としては、オルトリン酸、リン酸水素二ナトリウムなどである。
【００４３】
また、前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物に、有機化合物及び無機化合物などを添加処理することによって、成型物の強度を向上させることができる。有機化合物としては、アクリル酸系バインダー、セルロース系バインダー・植物系繊維・合成樹脂繊維等を挙げることができる。無機化合物としては、水ガラス、コロイダルシリカ、ベーマイト等を挙げることができる。上記の添加剤の添加量は、含水酸化鉄粒子又は鉄系層状化合物に対して各々０．５〜２０重量％が好ましい。
【００４４】
本発明に係る吸着剤は、成型体又は造粒物としてもよい。
【００４５】
本発明に係る吸着剤の成型体の製造方法について述べる。
【００４６】
なお、本発明では、造粒の核となるような第３成分を加えて、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分とを核の周囲に複合化して形成することで吸着剤成分の使用量を低減することも可能である。
【００４７】
本発明では、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分により形成されるのが好ましいが、形成された造粒物の表面が完全に樹脂成分で覆われてしまうと、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末の吸着機能が発現しない場合がある。
【００４８】
次に、前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂との複合造粒物からなる吸着剤の製造法について述べる。
【００４９】
本発明における含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分との混合・複合化は、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末１００重量部に対して、エチレンビニルアルコール共重合樹脂又はポリビニルアセタール樹脂を含む溶液を樹脂固形分換算で３．０重量部〜１２．０重量部加え、混合、混練及び造粒をワンプロセスで行うか、混合、混練プロセスと、押し出しなどによる造粒を別プロセスで行うことができる。
樹脂溶液の溶媒としては、水／アルコール混合液あるいはアルコールが好ましい。樹脂溶液の濃度としては５〜３０ｗｔ％が好ましい。必要に応じて、界面活性剤などの添加剤を加えてもよい。
【００５０】
混合、混練及び造粒をワンプロセスで行う乾式装置としては、攪拌混合造粒機、流動層造粒機などがある。また、含水酸化鉄粒子と樹脂成分をスラリー化して、湿式の噴霧造粒機や真空凍結造粒機を使用することも可能である。混合及び混練を行う装置としては、リボンミキサー、ニーダ、パグミル、サンドミル、ヘンシシェルミキサーなどの固定容器型、コンクリートミキサーなどの回転容器型、ロールミルなどのロール型混練機を用いることができる。造粒プロセスを行う装置としては、転動造粒機、押出し造粒機、破砕造粒機、ロールプレス圧縮造粒機、タブレッティング圧縮造粒機などが挙げられる。
【００５１】
含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分とを混合・複合化した後、引き続き、乾燥処理を行い、吸着剤中の水又は／及びアルコール溶媒を十分に取り除く。乾燥温度は４０〜１２０℃が好ましい。
【００５２】
なお、本発明に係る吸着剤は、造粒の核となるような第３成分を加えて、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分を核の周囲に複合化して形成することでこれらの使用量を低減することも可能である。第３成分としては０．１〜２ｍｍ程度の所望のサイズのセラミックビーズや樹脂製のビーズまたは円柱などのその他の形状のものを用いることができる。その複合化の方法は、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分の総量が１００重量部に対して、第３成分を５０〜２０００重量部添加し、攪拌混合造粒機などの装置を用いて高速混合、分散及び造粒をワンプロセスで行うとよい。
【００５３】
また、本発明に係る吸着剤の形状は、球形状・円柱状・ハニカム状に成型して、吸着剤として使用することができる。成型体の大きさは、０．５〜１００ｍｍが好ましい。また本発明の水蒸気吸着剤を紙・布・紙布・樹脂フィルム・金属板・木製板・セラミック板・石膏ボード・土壁等を塗布して使用することができる。
【００５４】
また、本発明に係る吸着剤は、閉鎖系及び流通系で使用することができる。使用できる用途はデシカント空調用ローター吸着剤・屋外機器用結露防止剤・住宅用調湿壁・住宅用二重サッシ用結露防止剤・ヒートポンプ・空調用脱湿剤・床下湿度調整剤等に使用することができる。
【００５５】
＜作用＞
本発明において重要な点は、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、水蒸気を広範囲の相対湿度にわたって、吸着できるという事実である。
【００５６】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤が水蒸気に対して、高い吸着能を有する理由は未だ明らかではないが、後出実施例及び比較例に示すとおり、吸着剤を構成する含水酸化鉄粒子粉末及び／又は鉄系層状化合物の粒子内及び粒子間に大きさの異なる細孔が多く存在することによるものと本発明者は推定している。
【００５７】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、悪臭成分であるオキシカルボン酸類等の酸性物質や硫化水素等の硫黄化合物に対して吸着能を有するので、悪臭物質を除去できる能力を有する。
【００５８】
本発明に係る水蒸気吸着剤は、１〜２０ｎｍの領域の細孔を多く含み、水蒸気の吸着は物理吸着が主たるメカニズムであるので、１００℃以下の温度での水蒸気吸着剤として再利用が可能である。
【実施例】
【００５９】
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
【００６０】
本発明に係る吸着剤の結晶相の同定は、「Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２５００（理学電機（株）製）」（管球：Ｃｕ、管電圧：４０ｋＶ、管電流：３００ｍＡ、ゴニオメーター：広角ゴニオメーター、サンプリング幅：０．０１０°、走査速度：４．００°／ｍｉｎ、発散スリット：１／２°、散乱スリット：１／２°、受光スリット：０．１５ｍｍ）を使用して行った。
【００６１】
本発明に係る吸着剤のＢＥＴ比表面積値はＢＥＴ法により測定した値で示した。本発明に係る吸着剤の細孔容積は細孔分布測定機ＴｒｉＳｔａｒ３０００（ＳＨＩＭＡＤＺＵ）で測定して求めた。
【００６２】
本発明に係る吸着剤のＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎなどの金属元素含有量の分析は、該粉末を塩酸で溶解し、「プラズマ発光分光分析装置 ＳＰＳ４０００（セイコー電子工業（株））」で測定して求めた。
【００６３】
本発明に係る吸着剤の炭素含有量（重量％）、硫黄含有量（重量％）は、カーボン・サルファーアナライザー：ＥＭＩＡ−２２００（ＨＯＲＩＢＡ製）により測定した。
【００６４】
実施例１：吸着剤の製造
反応容器中に、０．６７ｍｏｌ／ｌのＮａ２ＣＯ３水溶液２５ｌを投入した後、Ｆｅ２＋０．６４ｍｏｌ／ｌとＡｌ３＋０．１６ｍｏｌ／ｌの硫酸塩水溶液１５ｌ（Ｎａ２ＣＯ３量は、Ｆｅに対し１．４当量に該当する。）を添加・混合し、温度４２℃の懸濁液を調製した。
【００６５】
上記懸濁液中に、毎秒１００ｌの割合で空気を流しながら、温度４２℃で、３時間通気して黄褐色沈澱粒子を生成させた。黄褐色沈澱粒子は、濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００６６】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、ゲータイトであり、ＢＥＴ比表面積が１９４ｍ２／ｇの樹枝状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が４２．６ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが５．６）炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．３５ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０５ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．７０ｍｌ／ｇであった。
【００６７】
実施例２：吸着剤の製造
反応容器中に、０．６２ｍｏｌ／ｌのＮａ２ＣＯ３水溶液２５ｌを投入した後、Ｆｅ２＋０．６４ｍｏｌ／ｌとＡｌ３＋０．１６ｍｏｌ／ｌの硫酸塩水溶液１５ｌ（Ｎａ２ＣＯ３量は、Ｆｅに対し１．３当量に該当する。）を添加・混合し、温度３０℃の懸濁液を調製した。
【００６８】
上記懸濁液中に、毎秒１２０ｌの割合で空気を流しながら、温度３０℃で、４時間通気して黄褐色沈澱粒子を生成させた。得られた黄褐色懸濁液の半分を濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００６９】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、非晶質であり、ＢＥＴ比表面積が３７９ｍ２／ｇの薄片状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が３７．６ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが４．８ｗｔ％）炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．４２ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０８ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．６５ｍｌ／ｇであった。得られた薄片状を呈した粒子の側面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、約１ｎｍの周期構造を有していた。
【００７０】
実施例３〜８、比較例１〜２
水蒸気吸着剤の生成反応におけるアルカリ水溶液の種類、濃度及び使用量、第一鉄塩水溶液の種類、濃度及び使用量、鉄置換原料の種類、濃度、使用量を種々変化させた以外は、実施例１又は２と同様にして含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物を生成した。
【００７１】
このときの製造条件を表１に、得られた含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物の諸特性を表３に示す。
【００７２】
吸着剤の製造（リン処理）：実施例２−２
実施例２で得られた残り半分の黄褐色懸濁液に８．５ｗｔ％のオルトリン酸溶液をゆっくり滴下して、懸濁液のｐＨを５．７に調整した。そして懸濁液のｐＨを５．７に１時間保持した後、濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００７３】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、非晶質であり、ＢＥＴ比表面積が４１４ｍ２／ｇの薄片状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が２８．５ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが３．７ｗｔ％）リンの含有量が３．２ｗｔ％炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．０２ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０１ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．７３ｍｌ／ｇであった。
【００７４】
実施例３−２、４−２、５−２
黄褐色粒子粉末の種類（黄色懸濁液）、オルトリン酸の使用量及び処理のｐＨ、処理温度及び処理時間を種々変化させた以外は、実施例２−２と同様にしてリン処理した含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物を生成した。
【００７５】
このときの製造条件を表２に、得られた含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物の諸特性を表３に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【表２】
【００７８】
【表３】
【００７９】
＜室温における水蒸気吸脱着試験＞
使用例１〜１２、比較使用例１〜５
前処理として、ガラス製ベセル中で試料２００ｍｇを１２０℃、４時間真空脱気した後、ベルソープａｑｕａ３（日本ベル製）を使用して、２５℃における水蒸気等温吸着曲線を測定した。２５℃下で、相対湿度を０〜９６％まで変化させ、相対湿度１０％、５０％、９６％における単位重量あたりの水蒸気吸着量（ｍｇ／ｇ）で示した。また、前記測定で相対湿度を９６％にした後、相対湿度を低下させて、相対湿度８０％及び６０％のときの吸着量を測定して、脱着量とした。
【００８０】
このときの諸特性を表３に示す。
【００８１】
【表４】
【００８２】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度５０％の環境下で８ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することができ、２５℃、相対湿度９６％の環境下では３０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することが確認できた。しかも、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度８０％の環境下で２５ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着でき、２５℃、相対湿度６０％の環境下では１０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着することが確認できた。比較例では、脱離が難しいものであった。
【００８３】
＜６０℃における水蒸気吸脱着試験＞
使用例１３〜２４、比較使用例６〜１０
前処理として、ガラス製ベセル中で試料２００ｍｇを１２０℃、４時間真空脱気した後、ベルソープａｑｕａ３（日本ベル製）を使用して、６０℃における水蒸気等温吸着曲線を測定した。６０℃下で、相対湿度を６０％まで上昇させ、相対湿度１０％、１５％、６０％における単位重量あたりの水蒸気吸着量（ｍｇ／ｇ）で示した。また、前記測定で相対湿度を６０％にした後、相対湿度を低下させて、相対湿度１５％及び１０％のときの吸着量を測定して、脱着量とした。
【００８４】
【表５】
【００８５】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、６０℃、相対湿度１０％の環境下で３．０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することができ、６０℃、相対湿度６０％の環境下では７．５ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することが確認できた。しかも、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度１０％の環境下では３ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、広い相対湿度範囲の水蒸気分圧で単位重量当たり多量の水蒸気を吸着できるので、調湿剤等の水蒸気吸着剤として好適である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の水蒸気を吸着する組成物である。具体的には、２５℃において相対湿度９６％で自重の３５ｗｔ％以上の水蒸気を吸着するものであり、しかも、６０℃以上で脱離・再生が可能で繰り返し使用ができる鉄系水蒸気吸着剤を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用する水蒸気吸着材料が数多く提案されているが、単位容積当たりの吸着容量が大きく、多様な吸着特性を持ち、安価で、環境に大きな負荷が小さく、低温で脱着できる材料は現在のところ知られていない。
【０００３】
従来、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等にシリカゲル・活性アルミナ・ゼオライト・活性炭などが使用されている。
【０００４】
しかしながら、ゼオライトや活性アルミナなどは低湿度領域での吸着特性は優れているものの、単位容積当たりの水蒸気吸着容量が小さく、低温での水蒸気脱離（再生）が困難であった。またその合成には、高価なオートクレーブや熱処理炉等が必要なために、安価に合成することが困難であった。活性炭は単位容積当たりの水蒸気吸着容量が小さく、可燃性・黒色・生体内での分解が困難であるために、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用することが困難であった。
【０００５】
また、シリカゲルについても、低温での水蒸気脱離（再生）が困難であることや中湿度領域での水蒸気吸着容量が小さいために、デシカント空調用ローターおよび調湿壁等に使用することが困難であった。
【０００６】
従来、除湿剤として、シリカゲルと酸化鉄もしくは他の金属酸化物との混合物（特許文献１）、調湿剤として、鉄及びチタンの水酸化物及び酸化物の少なくとも一方を主成分とするもの（特許文献２）等が知られている。また、水和含鉄アルミニウム酸化物を消臭剤又は調湿剤等に用いることが知られている（特許文献３）。一方、含水酸化鉄を溶液中のリン及び／又はフッ素を吸着除去する吸着剤として用いることが知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−２４３２０６号公報
【特許文献３】特開２００２−１５４８２５号公報
【特許文献４】特開２００６−３０５５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水蒸気の吸着剤であり、単位容積当たりの吸着容量が大きく、多様な吸着特性を持ち、安価で、環境に大きな負荷が小さく、低温で脱着できる材料は現在のところ知られていない。
【０００９】
即ち、前出特許文献１乃至２には、各種鉄化合物を用いて水蒸気を吸着することが記載されているが、単位容積当たりの吸着容量が大きいとは言い難いものである。
【００１０】
また、前出特許文献３には、鉄を含有する水和アルミニウム酸化物が記載されているが、水和アルミニウム酸化物を主成分とするものであり、アルミニウムを多量に含有するものであるから、水蒸気の吸着性が十分とは言い難いものである。
【００１１】
また、前出特許文献４には、含水酸化鉄を溶液中のリン及び／又はフッ素を吸着除去する吸着剤が記載されているが、アルミニウムを含有するものではなく、水蒸気の吸着性が十分とは言い難いものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。
【００１３】
即ち、本発明は、鉄系水蒸気吸着剤であって、前記吸着剤はアルミニウムを２〜１０ｗｔ％含有し、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ以上の含水酸化鉄粒子であることを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤である（本発明１）。
【００１４】
また、本発明は、含水酸化鉄粒子がα−ＦｅＯ（ＯＨ）及び／又は層状化合物であることを特徴とする本発明１記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明２）。
【００１５】
また、本発明は、鉄原料及びアルミニウム原料と、アルカリ原料として炭酸アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ・水酸化アルカリ混合水溶液とを用いて反応溶液のｐＨが６．０〜１０．０の領域で合成した含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物であることを特徴とする本発明１又は２記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明３）。
【００１６】
また、本発明は、含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物がアルミニウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、リンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする本発明１乃至３のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤である（本発明４）。
【００１７】
また、本発明は、本発明１乃至４のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤であって、２５℃において相対湿度９６％で自重の５０ｗｔ％以上の水蒸気を吸着することを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤である（本発明５）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、広い相対湿度の範囲で水蒸気を吸着できるので、デシカント空調用ローター、調湿壁、結露防止剤、床下除湿剤として好適である。また、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤の製造は、高価で複雑な処理工程を必要としない。更に、硫化水素、メチルメルカプタン等の悪臭物質の除去に対しても本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は有効である。
【００１９】
さらに、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は無害な元素または化合物から構成されているので、該吸着剤自体を埋め立て処分した場合も、環境への負荷は小さい。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
【００２１】
先ず、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤（以下、「吸着剤」とする。）について述べる。
【００２２】
本発明に係る吸着剤は、アルミニウムを含有する含水酸化鉄粒子粉末であり、例えば、α−ＦｅＯ（ＯＨ）（ゲータイト）、鉄含有層状化合物等である。
【００２３】
本発明に係る吸着剤のアルミニウム含有量は、２〜１０ｗｔ％である。２ｗｔ％未満の場合には、水蒸気の吸着が十分ではない。１０ｗｔ％を超える場合にも、水蒸気の吸着が十分ではない。好ましいアルミニウムの含有量は３〜９ｗｔ％であり、より好ましくは４〜８ｗｔ％である。
【００２４】
本発明に係る吸着剤の細孔容積は０．４ｍｌ／ｇ以上である。細孔容積が０．４ｍｌ／ｇ未満の場合、水蒸気の吸着量が少なくなる。好ましい細孔容積は０．４５ｍｌ／ｇ以上、より好ましくは０．５〜１．０ｍｌ／ｇである。
【００２５】
本発明に係る吸着剤の粒子形状は針状、薄片状、樹枝状、板状等が好ましい。
【００２６】
本発明に係る吸着剤のＢＥＴ比表面積値は１５０〜５００ｍ２／ｇが好ましい。ＢＥＴ比表面積値が１５０ｍ２／ｇ未満の場合には、単位重量当たりの水蒸気を吸着する細孔の容積が小さくなるので好ましくない。４００ｍ２／ｇを超える場合には、水蒸気の吸着には問題ないが、工業的に生産するには困難であり、取扱いにおいても困難である。より好ましいＢＥＴ比表面積は１８０〜４５０ｍ２／ｇであり、更により好ましくは２００〜４３０ｍ２／ｇである。
【００２７】
本発明に係る吸着剤の平均１次粒子径は２〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５〜２００ｎｍである。
【００２８】
本発明に係る吸着剤はＭｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＰから選ばれる１種以上の元素を含有してもよく、前記元素を含有することによって水蒸気の吸着能が向上する。Ｐの含有量は０．１〜５ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１．０〜４ｗｔ％である。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量は０．１〜１０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは０．５〜８ｗｔ％である。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒは含水酸化鉄及び鉄系層状化合物中に固溶して存在させることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る吸着剤はＰの含有量はＦｅに対するモル比（Ｐ／Ｆｅ）で１／５０〜１／３が好ましい。Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量はＦｅに対するモル比（（Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ）／Ｆｅ）で１／５０〜１／３が好ましい。
【００３０】
次に、本発明に係る吸着剤の製造法について述べる。
【００３１】
本発明に係る吸着剤は、鉄原料及びアルミニウム原料と少なくとも炭酸アルカリを含むアルカリ原料とを混合し、反応溶液のｐＨを６．０〜１０．０に制御して酸化反応を行って得ることができる。
【００３２】
本発明における鉄原料としては、硫酸第一鉄水溶液、塩化第一鉄水溶液等を使用することができる。アルミニウム原料としては、硫酸アルミニウム水溶液、塩化アルミニウム水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液等を使用することができる。
【００３３】
アルカリ原料は、炭酸アルカリ水溶液としては炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸アンモニウム水溶液・尿素水溶液等であり、水酸化アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を使用することができる。
【００３４】
炭酸アルカリ水溶液、又は炭酸アルカリ及び水酸化アルカリの混合水溶液の使用量は、ＦｅとＡｌに対する当量比として１．２〜３、好ましくは１．３〜２．５である。
【００３５】
反応時のｐＨは６．０〜１０．０が好ましい。ｐＨが６．０未満の場合には、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。ｐＨ１０．０を越える場合にも、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。
【００３６】
反応温度は、通常、含水酸化鉄粒子が生成する４５℃以下の温度で行えば良い。４５℃を超える場合には、ＢＥＴ比表面積値が低下し、吸着剤として好ましくない。
【００３７】
酸化反応の前に窒素吹き込みによる脱炭酸反応を伴う熟成を行い、炭素含有量を調整してもよい。
【００３８】
前記含水酸化鉄粒子の生成反応における酸化手段は、酸素含有ガス（例えば空気）を液中に通気することにより行う。
【００３９】
本発明において、Ｍｎを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｍｎ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｍｎ原料としては、硫酸マンガンなどである。
【００４０】
本発明において、Ｔｉを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｔｉ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｔｉ原料としては、オキシ硫酸チタニウム、四塩化チタニウムなどの水溶性チタニウム塩である。
【００４１】
本発明において、Ｚｒを含有する含水酸化鉄粒子粉末を製造する際は、前記反応において、Ｚｒ原料を添加して混合、熟成すればよい。Ｚｒ原料としては、オキシ硫酸ジルコニウムなどの４価のジルコニウム塩である。
【００４２】
本発明において、リンを含有する含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末を製造する際は、前記反応において、リン原料を添加して混合、熟成すればよい。また前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末にリン化合物を添加・混練してもよい。リン原料としては、オルトリン酸、リン酸水素二ナトリウムなどである。
【００４３】
また、前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物に、有機化合物及び無機化合物などを添加処理することによって、成型物の強度を向上させることができる。有機化合物としては、アクリル酸系バインダー、セルロース系バインダー・植物系繊維・合成樹脂繊維等を挙げることができる。無機化合物としては、水ガラス、コロイダルシリカ、ベーマイト等を挙げることができる。上記の添加剤の添加量は、含水酸化鉄粒子又は鉄系層状化合物に対して各々０．５〜２０重量％が好ましい。
【００４４】
本発明に係る吸着剤は、成型体又は造粒物としてもよい。
【００４５】
本発明に係る吸着剤の成型体の製造方法について述べる。
【００４６】
なお、本発明では、造粒の核となるような第３成分を加えて、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分とを核の周囲に複合化して形成することで吸着剤成分の使用量を低減することも可能である。
【００４７】
本発明では、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分により形成されるのが好ましいが、形成された造粒物の表面が完全に樹脂成分で覆われてしまうと、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末の吸着機能が発現しない場合がある。
【００４８】
次に、前記含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂との複合造粒物からなる吸着剤の製造法について述べる。
【００４９】
本発明における含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と有機高分子樹脂成分との混合・複合化は、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末１００重量部に対して、エチレンビニルアルコール共重合樹脂又はポリビニルアセタール樹脂を含む溶液を樹脂固形分換算で３．０重量部〜１２．０重量部加え、混合、混練及び造粒をワンプロセスで行うか、混合、混練プロセスと、押し出しなどによる造粒を別プロセスで行うことができる。
樹脂溶液の溶媒としては、水／アルコール混合液あるいはアルコールが好ましい。樹脂溶液の濃度としては５〜３０ｗｔ％が好ましい。必要に応じて、界面活性剤などの添加剤を加えてもよい。
【００５０】
混合、混練及び造粒をワンプロセスで行う乾式装置としては、攪拌混合造粒機、流動層造粒機などがある。また、含水酸化鉄粒子と樹脂成分をスラリー化して、湿式の噴霧造粒機や真空凍結造粒機を使用することも可能である。混合及び混練を行う装置としては、リボンミキサー、ニーダ、パグミル、サンドミル、ヘンシシェルミキサーなどの固定容器型、コンクリートミキサーなどの回転容器型、ロールミルなどのロール型混練機を用いることができる。造粒プロセスを行う装置としては、転動造粒機、押出し造粒機、破砕造粒機、ロールプレス圧縮造粒機、タブレッティング圧縮造粒機などが挙げられる。
【００５１】
含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分とを混合・複合化した後、引き続き、乾燥処理を行い、吸着剤中の水又は／及びアルコール溶媒を十分に取り除く。乾燥温度は４０〜１２０℃が好ましい。
【００５２】
なお、本発明に係る吸着剤は、造粒の核となるような第３成分を加えて、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分を核の周囲に複合化して形成することでこれらの使用量を低減することも可能である。第３成分としては０．１〜２ｍｍ程度の所望のサイズのセラミックビーズや樹脂製のビーズまたは円柱などのその他の形状のものを用いることができる。その複合化の方法は、含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物粉末と樹脂成分の総量が１００重量部に対して、第３成分を５０〜２０００重量部添加し、攪拌混合造粒機などの装置を用いて高速混合、分散及び造粒をワンプロセスで行うとよい。
【００５３】
また、本発明に係る吸着剤の形状は、球形状・円柱状・ハニカム状に成型して、吸着剤として使用することができる。成型体の大きさは、０．５〜１００ｍｍが好ましい。また本発明の水蒸気吸着剤を紙・布・紙布・樹脂フィルム・金属板・木製板・セラミック板・石膏ボード・土壁等を塗布して使用することができる。
【００５４】
また、本発明に係る吸着剤は、閉鎖系及び流通系で使用することができる。使用できる用途はデシカント空調用ローター吸着剤・屋外機器用結露防止剤・住宅用調湿壁・住宅用二重サッシ用結露防止剤・ヒートポンプ・空調用脱湿剤・床下湿度調整剤等に使用することができる。
【００５５】
＜作用＞
本発明において重要な点は、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、水蒸気を広範囲の相対湿度にわたって、吸着できるという事実である。
【００５６】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤が水蒸気に対して、高い吸着能を有する理由は未だ明らかではないが、後出実施例及び比較例に示すとおり、吸着剤を構成する含水酸化鉄粒子粉末及び／又は鉄系層状化合物の粒子内及び粒子間に大きさの異なる細孔が多く存在することによるものと本発明者は推定している。
【００５７】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、悪臭成分であるオキシカルボン酸類等の酸性物質や硫化水素等の硫黄化合物に対して吸着能を有するので、悪臭物質を除去できる能力を有する。
【００５８】
本発明に係る水蒸気吸着剤は、１〜２０ｎｍの領域の細孔を多く含み、水蒸気の吸着は物理吸着が主たるメカニズムであるので、１００℃以下の温度での水蒸気吸着剤として再利用が可能である。
【実施例】
【００５９】
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
【００６０】
本発明に係る吸着剤の結晶相の同定は、「Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２５００（理学電機（株）製）」（管球：Ｃｕ、管電圧：４０ｋＶ、管電流：３００ｍＡ、ゴニオメーター：広角ゴニオメーター、サンプリング幅：０．０１０°、走査速度：４．００°／ｍｉｎ、発散スリット：１／２°、散乱スリット：１／２°、受光スリット：０．１５ｍｍ）を使用して行った。
【００６１】
本発明に係る吸着剤のＢＥＴ比表面積値はＢＥＴ法により測定した値で示した。本発明に係る吸着剤の細孔容積は細孔分布測定機ＴｒｉＳｔａｒ３０００（ＳＨＩＭＡＤＺＵ）で測定して求めた。
【００６２】
本発明に係る吸着剤のＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎなどの金属元素含有量の分析は、該粉末を塩酸で溶解し、「プラズマ発光分光分析装置 ＳＰＳ４０００（セイコー電子工業（株））」で測定して求めた。
【００６３】
本発明に係る吸着剤の炭素含有量（重量％）、硫黄含有量（重量％）は、カーボン・サルファーアナライザー：ＥＭＩＡ−２２００（ＨＯＲＩＢＡ製）により測定した。
【００６４】
実施例１：吸着剤の製造
反応容器中に、０．６７ｍｏｌ／ｌのＮａ２ＣＯ３水溶液２５ｌを投入した後、Ｆｅ２＋０．６４ｍｏｌ／ｌとＡｌ３＋０．１６ｍｏｌ／ｌの硫酸塩水溶液１５ｌ（Ｎａ２ＣＯ３量は、Ｆｅに対し１．４当量に該当する。）を添加・混合し、温度４２℃の懸濁液を調製した。
【００６５】
上記懸濁液中に、毎秒１００ｌの割合で空気を流しながら、温度４２℃で、３時間通気して黄褐色沈澱粒子を生成させた。黄褐色沈澱粒子は、濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００６６】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、ゲータイトであり、ＢＥＴ比表面積が１９４ｍ２／ｇの樹枝状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が４２．６ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが５．６）炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．３５ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０５ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．７０ｍｌ／ｇであった。
【００６７】
実施例２：吸着剤の製造
反応容器中に、０．６２ｍｏｌ／ｌのＮａ２ＣＯ３水溶液２５ｌを投入した後、Ｆｅ２＋０．６４ｍｏｌ／ｌとＡｌ３＋０．１６ｍｏｌ／ｌの硫酸塩水溶液１５ｌ（Ｎａ２ＣＯ３量は、Ｆｅに対し１．３当量に該当する。）を添加・混合し、温度３０℃の懸濁液を調製した。
【００６８】
上記懸濁液中に、毎秒１２０ｌの割合で空気を流しながら、温度３０℃で、４時間通気して黄褐色沈澱粒子を生成させた。得られた黄褐色懸濁液の半分を濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００６９】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、非晶質であり、ＢＥＴ比表面積が３７９ｍ２／ｇの薄片状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が３７．６ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが４．８ｗｔ％）炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．４２ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０８ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．６５ｍｌ／ｇであった。得られた薄片状を呈した粒子の側面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、約１ｎｍの周期構造を有していた。
【００７０】
実施例３〜８、比較例１〜２
水蒸気吸着剤の生成反応におけるアルカリ水溶液の種類、濃度及び使用量、第一鉄塩水溶液の種類、濃度及び使用量、鉄置換原料の種類、濃度、使用量を種々変化させた以外は、実施例１又は２と同様にして含水酸化鉄粒子及び／又は鉄系層状化合物を生成した。
【００７１】
このときの製造条件を表１に、得られた含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物の諸特性を表３に示す。
【００７２】
吸着剤の製造（リン処理）：実施例２−２
実施例２で得られた残り半分の黄褐色懸濁液に８．５ｗｔ％のオルトリン酸溶液をゆっくり滴下して、懸濁液のｐＨを５．７に調整した。そして懸濁液のｐＨを５．７に１時間保持した後、濾別、水洗、乾燥、粉砕した。
【００７３】
得られた黄褐色粒子粉末は、Ｘ線回折の結果、非晶質であり、ＢＥＴ比表面積が４１４ｍ２／ｇの薄片状を呈した粒子からなり、鉄の含有量（Ｔ−Ｆｅ）が２８．５ｗｔ％、アルミニウムの含有量（Ｔ−Ａｌが３．７ｗｔ％）リンの含有量が３．２ｗｔ％炭素量（Ｔ−Ｃ）が０．０２ｗｔ％、硫黄量（Ｔ−Ｓ）が０．０１ｗｔ％であった。また得られた黄褐色粒子粉末の細孔容積は０．７３ｍｌ／ｇであった。
【００７４】
実施例３−２、４−２、５−２
黄褐色粒子粉末の種類（黄色懸濁液）、オルトリン酸の使用量及び処理のｐＨ、処理温度及び処理時間を種々変化させた以外は、実施例２−２と同様にしてリン処理した含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物を生成した。
【００７５】
このときの製造条件を表２に、得られた含水酸化鉄粒子及び鉄系層状化合物の諸特性を表３に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【表２】
【００７８】
【表３】
【００７９】
＜室温における水蒸気吸脱着試験＞
使用例１〜１２、比較使用例１〜５
前処理として、ガラス製ベセル中で試料２００ｍｇを１２０℃、４時間真空脱気した後、ベルソープａｑｕａ３（日本ベル製）を使用して、２５℃における水蒸気等温吸着曲線を測定した。２５℃下で、相対湿度を０〜９６％まで変化させ、相対湿度１０％、５０％、９６％における単位重量あたりの水蒸気吸着量（ｍｇ／ｇ）で示した。また、前記測定で相対湿度を９６％にした後、相対湿度を低下させて、相対湿度８０％及び６０％のときの吸着量を測定して、脱着量とした。
【００８０】
このときの諸特性を表３に示す。
【００８１】
【表４】
【００８２】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度５０％の環境下で８ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することができ、２５℃、相対湿度９６％の環境下では３０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することが確認できた。しかも、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度８０％の環境下で２５ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着でき、２５℃、相対湿度６０％の環境下では１０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着することが確認できた。比較例では、脱離が難しいものであった。
【００８３】
＜６０℃における水蒸気吸脱着試験＞
使用例１３〜２４、比較使用例６〜１０
前処理として、ガラス製ベセル中で試料２００ｍｇを１２０℃、４時間真空脱気した後、ベルソープａｑｕａ３（日本ベル製）を使用して、６０℃における水蒸気等温吸着曲線を測定した。６０℃下で、相対湿度を６０％まで上昇させ、相対湿度１０％、１５％、６０％における単位重量あたりの水蒸気吸着量（ｍｇ／ｇ）で示した。また、前記測定で相対湿度を６０％にした後、相対湿度を低下させて、相対湿度１５％及び１０％のときの吸着量を測定して、脱着量とした。
【００８４】
【表５】
【００８５】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、６０℃、相対湿度１０％の環境下で３．０ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することができ、６０℃、相対湿度６０％の環境下では７．５ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を吸着することが確認できた。しかも、本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、２５℃、相対湿度１０％の環境下では３ｍｇ／ｇ以上の水蒸気を脱着することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る鉄系水蒸気吸着剤は、広い相対湿度範囲の水蒸気分圧で単位重量当たり多量の水蒸気を吸着できるので、調湿剤等の水蒸気吸着剤として好適である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を吸着する鉄系吸着剤であって、前記吸着剤はアルミニウムを２〜１０ｗｔ％含有し、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ以上の含水酸化鉄粒子であることを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項２】
含水酸化鉄粒子がα−ＦｅＯ（ＯＨ）及び／又は層状化合物であることを特徴とする請求項１記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項３】
鉄原料及びアルミニウム原料と、アルカリ原料として炭酸アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ・水酸化アルカリ混合水溶液とを用いて反応溶液のｐＨが６．０〜１０．０の領域で合成した含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項４】
含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物がアルミニウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、リンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤であって、２５℃において相対湿度９６％で自重の５０ｗｔ％以上の水蒸気を吸着することを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項１】
水蒸気を吸着する鉄系吸着剤であって、前記吸着剤はアルミニウムを２〜１０ｗｔ％含有し、細孔容積０．４ｍｌ／ｇ以上の含水酸化鉄粒子であることを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項２】
含水酸化鉄粒子がα−ＦｅＯ（ＯＨ）及び／又は層状化合物であることを特徴とする請求項１記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項３】
鉄原料及びアルミニウム原料と、アルカリ原料として炭酸アルカリ水溶液又は炭酸アルカリ・水酸化アルカリ混合水溶液とを用いて反応溶液のｐＨが６．０〜１０．０の領域で合成した含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項４】
含水酸化鉄粒子及び／又は層状化合物がアルミニウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、リンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄系水蒸気吸着剤であって、２５℃において相対湿度９６％で自重の５０ｗｔ％以上の水蒸気を吸着することを特徴とする鉄系水蒸気吸着剤。
【公開番号】特開２０１２−２１３６９５（Ｐ２０１２−２１３６９５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９８６３（Ｐ２０１１−７９８６３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１６６４４３）戸田工業株式会社 (406)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１６６４４３）戸田工業株式会社 (406)
【Ｆターム（参考）】
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