DE102007003410A1 - Ionenaustausch-Filterpatrone aus modifizierten Naturfasergarnen zur Entfernung von Partikeln, Schwermetallen und Härtebildnern in der Wasseraufbreitung und deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Filterpatrone wirksam sowohl als Ionenaustauscher für Schwermetalle und/oder Härtebildner als auch als Filter zur Entfernung von Schwebstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass chemisch funktionalisierte Naturfasermaterialien allein bzw. mit nicht modifizierten Naturfasermaterialien textil verarbeitet und zu einer Filterpatrone konfektioniert sind.

Description

  • Titel der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine aus unbehandelten und/oder chemisch modifizierten Naturfasermaterialien konfektionierte Ionenaustausch-Filterpatrone und deren Herstellung sowie deren Anwendung zur Entfernung von partikulären Stoffen (z. B. Schwebstoffen, Fällprodukten) sowie gelösten Schwermetallen und/oder Härtebildnern aus Trink-, Brauch- bzw. Abwasser.
  • Stand der Technik
  • Oft sind in der Wasseraufbereitung mehrere Aufgaben zu lösen. Sowohl bei der Abwasserbehandlung als auch bei der Aufbereitung von Trinkwasser steht die Entfernung von partikulären (Schwebstoffen, Fällprodukten) und von echt gelösten Stoffen (Schwermetallen, Härtebildnern) im Vordergrund. Dabei besitzt insbesondere die Elimination von Schwermetallen, aufgrund ihrer meist toxischen Wirkung auf den Menschen und den damit einhergehenden niedrigen gesetzlichen Grenzwerten, eine übergeordnete Bedeutung. Während bei stark kontaminierten Wässern Fällungs-, Flockungs- und Elektrolyseverfahren zum Einsatz kommen, werden bei schwach kontaminierten Wässern hauptsächlich Adsorptions-, Membran- und Ionenaustauschverfahren eingesetzt.
  • Speziell die Anwendung von Ionenaustauschverfahren ist bei der Wasseraufbereitung in der Industrie sehr weit verbreitet. Die Vielfalt der Austauschertypen und Anwendungsformen ist groß, wobei die synthetischen Austauscherharze aus fossilen Rohstoffen, wie z. B. Polymerisate von Styrol, Acrylat, Acrylamid, dominieren.
  • Diese Ionenaustauscher werden vorwiegend als loses Material für eine Säulenpackung oder auch als Schüttgut in einsatzfertigen Ionenaustauscherkartuschen angeboten [u. a. EP 0010265 A2 , 1980; JP 002004298670 AA , 2004; KR 102005010492 AA , 2005]. Durch die Befüllung der Kartusche mit zusätzlichen Bestandteilen, wie z. B. mineralischen Sorptionsmaterialien (u. a. Zeolith, Montmorillonit) oder Aktivkohle, können gezielt auch andere Schadstoffe aus dem Wasser entfernt und ggf. auch die Filterwirkung für Partikel verbessert werden. Speziell in [ JP 000051133176 AA , 1976] wird auch die Verwendung von Ionenaustauschpapieren beschrieben.
  • Eine andere Ausführungsform synthetischer Ionenaustauscher sind so genannte Ionenaustauschfasern. Im engeren Sinne handelt es sich dabei um echte Kunstharzfasern, die durch den Einbau von funktionellen Gruppen Ionenaustauschereigenschaften erlangen. [ JP 04187248 , 1992; RU 1051989 C , 1995; DE 69511823 T2 , 2000] Einzeln sind diese Fasern nur von geringer Festigkeit und werden erst durch eine Weiterverarbeitung zu Flächengebilden stabilisiert.
  • In [ DE 2510362 , 1976] wird ein Herstellungsverfahren beschrieben, in dem die Fäden aus dem Ionenaustauschpolymer mit einem zusätzlichen Trägerfaden zu einem Gewebe bzw. Gewirke verarbeitet werden. Dies kann zum einen durch die Verzwirnung der einzelnen Fäden aber auch durch einen Stützüberzug aus dem Trägermaterial erfolgen. Die Patentansprüche beschränken sich auf die textile Herstellung, spezielle Anwendungen werden in diesem Zusammenhang nicht erwähnt.
  • Eine andere Möglichkeit zur Konfektionierung von Ionenaustauschfasern ist auch die in [ JP 59018731 , 1984] dargestellte so genannte „Sea and Island"-Struktur. Diese besteht aus einer „Sea"-Komponente, einem Polymer mit Ionenaustauschfunktion, und einer „Island"-Komponente, einem Verstärkungspolymer. Mittels Schmelzspinnverfahren entsteht daraus eine Verbundfaser, die im Anschluss in Wasser durch starkes Rühren zerkleinert und danach unter Druck zu einem Filterpapier zusammengepresst wird.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Ionenaustauschgeweben bzw. -papieren durch Konfektionierung von Ionenaustauschfasern wird in [ DE 10134020 A1 , 2003] beschrieben. Bei diesem Prozess wird mit einem Papiermaschinensieb aus einer Suspension zunächst eine Schicht aus Naturfasern erzeugt. In der zweiten Stufe werden darauf synthetische Ionenaustauschfasern abgelagert, die während der Trocknung an die Grundschicht „anschmelzen". Dieses Filtergewebe ist speziell zur Entfernung von Härtebildnern und Schwermetallen aus Tee bzw. Kaffee vorgesehen.
  • Im weiteren Sinne wird der Begriff Ionenaustauschfaser auch für auf ein inertes Trägermaterial aufgebrachte bzw. eingelagerte Kat- bzw. Anionenaustauscher, meist in Perlform, verwendet. Dazu sind folgende Schutzrechte bekannt.
    • a) Eine Anwendung solcher Ionenaustauschfasern ist in [ JP 04198330 AA , 1992] beschrieben. Danach besteht jede einzelne Faser zunächst aus einem Kunststoff-Vollzylinder, auf dem an der Faseroberfläche durch thermisches Verschweißen ein spezielles Polymer aufgebracht wird, das die austauschaktiven funktionellen Gruppen enthält. Diese Fasern sind als textiles Flächengebilde konfektioniert und in ein Kartuschengehäuse eingebracht, so dass die Vorrichtung auch über entsprechende Filtrationseigenschaften gegenüber Feststoffteilchen verfügt.
    • b) In einem Patent [ KR 20050014939 , 2005] ist der Aufbau eines Ionenaustauschfilters beschrieben, bei dem einzelne Ionenaustauschfasern gitterförmig und in mehreren Schichten übereinander angeordnet sind. Auch hier wird als Trägermaterial ein Kunststoffzylinder verwendet, auf dem jedoch die Kunstharzperlen direkt aufgeklebt und zum Schutz mit einem nicht funktionalisierten, textilen Flächengebilde umwickelt sind. Dieser Filter ist vorwiegend zur Entfernung von sauren und basischen Bestandteilen aus Gasen vorgesehen.
    • c) Aus einem weiteren Patent [ DE 19917614 A1 , 2000] ist auch die Herstellung spezieller Sorptionsformkörper mittels Trocken-Nassextrusionsverfahren bekannt. Dabei wird eine Suspension aus gelöster Cellulose und gemahlenen Kunstharzaustauschern extrudiert und danach ausgefällt. Die entstandenen Formkörper (Fasern, Filamente etc.) werden entsprechend der Anwendung zu Filz, Vlies, Papier oder Ähnlichem weiterverarbeitet.
  • Unter dem Gesichtspunkt der Schonung natürlicher, nicht regenerativer Ressourcen wurden in den letzten zehn Jahren auch wissenschaftliche Untersuchungen zur Schwermetall-Sorptionskapazität verschiedener einheimischer Naturmaterialien (u. a. Stärke, Cellulose, Hanf, Seegras etc.) durchgeführt. Diese haben den Vorteil, dass sie aus preiswerten und nachwachsenden Rohstoffquellen stammen bzw. sogar als Rest- oder auch Abfallstoff anfallen. Eine Vielzahl solcher Adsorbenzien sind in [Biotechnol. Prog. 1995, 11, 235–250] beschrieben.
  • Bis auf wenige Ausnahmen, wie z. B. Seegras [ DE 10336990 A1 , 2005], verfügen die meisten der untersuchten Naturstoffe nur über ein sehr geringes Bindungsvermögen gegenüber Schwermetallen. Durch eine gezielte chemische Modifizierung, hier im Speziellen die Phosphorylierung, gelang es ionenaustauschaktive Gruppen in die Struktur einzubauen und somit die Schwermetallbindungskapazität entscheidend zu erhöhen. Hierzu existieren bereits verschiedene Patente für Lignocellulose [ WO 9311196 , 1993], Holzspäne [ DE 4239749 A1 , 1994], Sägemehl [ JP 1215349 , 1989], Stärke [ JP 6173193 , 1994], Getreidemahlrückstände [ DE 19718452 A1 , 1998] und cellulosehaltige Materialien [ EP 1036109 A1 , 2000; DE 19917614 A1 , 2003].
  • Bisher existieren jedoch nur sehr wenige Veröffentlichungen zur Konfektionierung chemisch modifizierter Naturmaterialen. Diese beschränken sich im Wesentlichen auf die Anwendung als Filterpapier bzw. -vlies.
    • a) Im Patent [ DE 2908185 A1 , 1979] steht vorwiegend der Funktionalisierungsprozess von Cellulose mit austauschaktiven Iminodiessigsäure- oder Iminodipropionsäurerestgruppen im Vordergrund. Es wird aber auch die hier im Kontext prinzipiell relevante Ausformung zu Filterpapieren beschrieben. Dort wird ebenso erwähnt, dass die so modifizierten Cellulosen erforderlichenfalls mit anderen Kunstfasern gemischt und „z. B. als Garne, Gewebe oder Gespinste oder Gewirke, zum Einsatz gelangen".
    • b) In einem weiteren Patent [ DE 19924435 A1 , 2000] wird ein Herstellungsverfahren für Filterpapiere mit Ionenaustauscheigenschaften beschrieben, bei dem vorwiegend phosphorylierte und carbamidierte Cellulosefasern (u. a. Baumwoll-Linters, Zellstoffe aus verschiedenen Hölzern, Recyclingfasern aus Altpapier) eingesetzt werden. Die Funktionalisierung kann dabei wahlweise vor bzw. nach der eigentlichen Filterherstellung, die in bekannter Art und Weise erfolgt, durchgeführt werden. Die Anwendung des Produktes beschränkt sich vorwiegend auf die Aufbereitung von Trinkwasser im Haushalt (Enthärtung und Schwermetallentfernung), speziell in [ DE 10215642 A1 , 2003] für die Zubereitung von Kalt- bzw. Heißgetränken.
  • Aufgabenstellung und -lösung
  • Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer leistungsfähigen Ionenaustausch-Filterpatrone für die Wasseraufbereitung, die sich sowohl durch eine hohe Ionenaustauschkapazität gegenüber Kationen (Schwermetalle, Härtebildner) auszeichnet als auch gleichzeitig als Filter zur Entfernung von Partikeln wirksam ist.
  • Da das Herstellungsverfahren möglichst umwelt- und ressourcenschonend sein soll, ist es insbesondere Aufgabe der Erfindung, für die Herstellung nachwachsende Naturfasermaterialien zu verwenden und deren Modifizierung bzw. Konfektionierung so zu gestalten, dass die Fasern bzw. deren Anwendungsform eine hohe Festigkeit und Beständigkeit bei ebenfalls großer Austauschkapazität besitzen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Patentansprüchen beschriebene Ionenaustausch-Filterpatrone gelöst. Merkmale der in der Erfindung bevorzugten Ausführungsformen der Filterpatrone werden in den Patentansprüchen 5 bis 8 präzisiert. Die Verwendung wird in den Ansprüchen 7 bis 10 beschrieben.
  • Ausgangsmaterial für die Herstellung der Ionenaustausch-Filterpatrone sind Naturfasermaterialien, und/oder natürliche Rest- und Abfallstoffe. Durch die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen werden im Gegensatz zu den polymeren Ionenaustauschern die fossilen Ressourcen geschont.
  • Je nach Ausgangsmaterial werden durch eine gezielte chemische Modifizierung, wahlweise durch
    • a) Phosphorylierung zum Einbringen von ionenaustauschaktiven Gruppen in cellulosehaltigen Naturfasern, wie Hanf oder Flachs, bzw.
    • b) durch Borierung oder Sulfatierung zur biologischen Stabilisierung speziell von Seegras, das schon im Rohzustand über ionenaustauschaktive Gruppen verfügt; die Materialeigenschaften wesentlich verbessert. Die chemische Modifizierung der Naturfasermaterialien kann entweder im unverarbeiteten Zustand oder konfektioniert als Garne oder dünne Bänder erfolgen.
  • Die chemische Modifizierung der Naturfasermaterialien wird erfindungsgemäß durch Verwendung der Mikrowellentechnologie oder durch klassische Verfahrensweise [ DE 4239749 C2 , 1994] realisiert. Speziell bei der neuartigen, Mikrowellen-gestützten Prozessführung kann sowohl kontinuierlich mit durchlaufendem Faden als auch diskontinuierlich im Chargenbetrieb mit bereits fertig konfektionierten Filterpatronen gearbeitet werden. Die chemische Modifizierung untergliedert sich in die folgenden Schritte: Anmaischen des Naturmaterials mit Reagenzien, z. B. Phosphorsäure und Harnstoff für die Phosphorylierung, Umsetzung bei erhöhten Temperaturen von 150 bis 200°C und Waschen des Produktes.
  • Bei der kontinuierlichen Verfahrensweise, bei der die chemische Modifizierung vor der Konfektionierung erfolgt, durchläuft der Naturfaserfaden bzw. ein schmales Band aus Naturmaterialien über Umlenkrollen geleitet die verschiedenen Maischbäder, anschließend die Mikrowellenanlage und danach die Spülbäder. Diese kontinuierliche Prozessführung ist im Vergleich zum klassischen Verfahren erst durch die geringen Reaktionszeiten von ein bis zehn Minuten möglich, da die zu modifizierenden Naturfasermaterialien durch die direkte Einkopplung der Mikrowellenstrahlen schneller erwärmt werden. Inhomogenitäten im Energiefeld des Mikrowellenofens werden durch eine spezielle Anordnung der Rollen und zusätzliche Einbauten ausgeglichen.
  • Bei der halbkontinuierlichen Verfahrensweise werden die Naturfasermaterialien vor der chemischen Modifizierung zunächst als Filterpatrone in den im Patent beschriebenen Ausführungsformen konfektioniert und erst im Anschluss daran funktionalisiert. Das geschieht gleichermaßen durch Anmaischen, chemische Umsetzung im Mikrowellenofen und Spülen. Auch bei diesem Herstellungsverfahren ist die direkte Einkopplung der Mikrowellenstrahlung und dadurch die gleichmäßige, schnelle Erwärmung der Filterpatrone von Vorteil. Im Vergleich mit dem klassischen Verfahren im Umluftofen, bei dem die Reaktionszeit für die Phosphorylierung mindestens eine Stunde betragen würde, genügen bei der Mirkowellentechnologie bereits wenige Minuten.
  • Aufgrund der erheblichen Einsparung an Energie durch kürzere Reaktionszeiten und an Chemikalien u. a. durch hohe Standzeiten der Prozessbäder sowie der geringeren Waschwassermengen ist das Mikrowellen-Verfahren ökologischer und zudem wirtschaftlicher.
  • Die Konfektionierung der Naturfasermaterialien, insbesondere beim kontinuierlichen Herstellungsverfahren, erfolgt in Abhängigkeit von der Stabilität der phosphorylierten Naturfasergarne bzw. -bänder. Bei geringen Reißfestigkeiten werden diese durch Einbangen von nicht funktionalisierten Stützfäden durch Verzwirnen, Umwickeln (Gimpe), Umflechten oder Umstricken (Biese) verstärkt und je nach Ausführungsform zu textilen Flächengebilden, wie Geweben, Gewirken oder Vlies weiterverarbeitet.
  • Die chemisch modifizierten und konfektionierten Naturfasergarne mit Ionenaustauscheigenschaften und nicht modifizierte Einfachgarne werden erfindungsgemäß bei der Filterpatrone in technischer Ausführung I (vgl. 2)
    • a) entweder lagenweise oder in einer Lage jeweils im Wechsel bzw.
    • b) gefacht, verzwirnt oder miteinander umwunden und ggf. durch Weben, Wirken oder als Vlies zu schmalen Bändern weiterverarbeitet (vgl. 1) und anschließend auf den Patronenkern aufgewickelt.
  • Die chemisch modifizierten und konfektionierten Naturfasern oder schmalen Bänder mit Ionenaustauscheigenschaften und nicht modifizierte Einfachgarne werden in technischer Ausführung II erfindungsgemäß durch Weben, Wirken oder als Vlies zu textilen Flächengebilden verarbeitet und diese als mehrschichtige glatte Manschette (vgl. 3) oder auch als plissierte Manschette (vgl. 4) über den Patronenkern gezogen. Der Vorteil dieser Variante ist, dass die Manschette nach vollständiger Beladung unkompliziert ausgetauscht werden kann.
  • Die Wickeltechnik der Einzelgarne (Wickeldichte, Anzahl der Wicklungen) bzw. die Gewebestruktur (Webdichte, Webdicke) bestimmen die Ionenaustauschkapazität, die Durchströmungseigenschaften und die Filterwirkung (Partikeltrenngrenze) der Filterpatrone.
  • Da die Ionenaustausch-Filterpatrone gleichzeitig über eine Filterfunktion für Feststoffpartikel und eine Ionenaustauschfunktion für gelöste Kationen verfügt, ist deren Anwendung eine alternative Möglichkeit für eine kompakte Wasseraufbereitung. Durch die Kombination verschiedener Abtrenntechnologien in einer kompakt ausgeführten Trenneinheit reduzieren sich die Investitions- und Wartungskosten beträchtlich (z. B. Apparate-, Gehäuse-, Leitungsaufwand).
  • Erfindungsgemäß wird die Filterpatrone zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung, speziell zur Entfernung von Schwermetallen und/oder Härtebildnern und/oder Schwebstoffen aus wässrigen Medien, eingesetzt. Aufgrund der einfachen Handhabbarkeit, dem geringen apparatetechnischen Aufwand und der unkomplizierten Entsorgung eignet sich die Filterpatrone besonders auch als Einwegfilter für dezentrale und zeitlich begrenzte, temporäre Anwendungen, wie Enthärtung von Brunnen- und Brauchwasser in dezentralen Anlagen und Entfernung von Schwermetallen in Brauch- und Kreislaufwässern.
  • Die beladenen Naturfaser-Filterpatronen können je nach Anwendung zur Enthärtung problemlos, z. B. durch Kompostierung, entsorgt werden.
  • Bei Verwendung zur Entfernung von Schwermetallen in hohen Konzentrationen ist die Patrone der thermischen Verwertung durch Vergasung oder Verbrennung zuzuführen.
  • Abbildungen
  • 1: Beispiele für die textile Verarbeitung der Fäden
    • a) durch Verzwirnung von Stütz- und Ionenaustauschfäden
    • b) als Vlies aus Stütz- und Ionenaustauschfäden
    • c) als Gewebe, speziell als Leinwandbindung, aus verzwirnten Stütz- und Ionenaustauschfäden
  • 2: Ionenaustausch-Filterpatrone in technischer Ausführungsform I als wickel
  • 3: Ionenaustausch-Filterpatrone in technischer Ausführungsform II mit glatter Manschette
  • 4: Ionenaustausch-Filterpatrone in technischer Ausführungsform II mit plissierter Manschette
    • 1
    Ionenaustauschfaden
    2
    Stützfaden
    3
    aufzubereitendes Wasser
    4
    gereinigtes Wasser
  • Ausführungsbeispiele
  • Beispiel 1:
  • Es wurden die Sorptionseigenschaften unbehandelter und chemisch modifizierter Naturmaterialien in Beladungsversuchen getestet. Dabei wurde jeweils 100 mg Trockensubstanz des zu untersuchenden Fasermaterials der Ionenaustausch-Filterpatrone in einen Erlenmeyerkolben eingewogen und durch intensives Schütteln mit 100 ml einer 0,01 molaren Metallsalzlösung für 3 Stunden in Kontakt gebracht. Danach wurde der Rest-Metallgehalt in der Lösung mittels Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt.
  • In Abhängigkeit vom eingesetzten Ausgangsmaterial variieren die ermittelten Ionenaustauschkapazitäten sehr stark (Tabelle 1). Besonders auffällig ist das hohe Bindungsvermögen von Seegras (unbehandelt 1,6 mmol(eq)/g TS, modifiziert 3,3 mmol(eq)/g TS) und von Hanf (modifiziert 3,6 mmol(eq)/g TS). Die Ergebnisse entsprechender Perkolationsversuche mit Modell- und Realwasser bestätigten ebenfalls die prinzipielle Eignung der Sorptionsmaterialien. Tabelle 1: Ionenaustauschkapazitäten für Nickel von unbehandelten und phosphorylierten Naturstoffe
    Naturmaterial IAK in mmol(eq) pro g Trockensubstanz
    unbehandelt phosphoryliert
    Holzstifte (Kiefer) 0,2 2,8
    Holzspäne (Buche, 1 mm) 0,1 2,4
    Holzspäne (Kiefer, 1 mm) 0,1 2,7
    Holzmehl (< 0,2 mm) 0,2 2,8
    Stroh 0,1 1,4
    Seegras 1,5 3,4
    Cellulosefasern 0,1 2,2
    Baumwolle 0,3 0,6
    Hanffasern 0,2 3,8
    Hanfscheben 0,1 2,2
    Flachsfasern 0,1 3,4
    Leinenfasern (vorbehandelt) 0,1 3,8
    Jutefasern 0,4 3,0
    Kenaffasern 0,2 3,2
    Ramiefasern 0,2 2,9
    Brennnesselfasern 0,2 2,7
    Sisalfasern 0,5 1,7
    Bananenfasern 0,3 2,8
    Kokosfasern 0,3 1,2
  • Beispiel 2:
  • Aufgrund der gegenüber anderen Naturmaterialien vergleichsweise hohen Ionenaustauschkapazität des phosphorylierten Hanfgarnes wurden auch mehrere Versuche zur Ermittlung der Selektivität und Beladungskapazität für verschiedene zweiwertige Metall-Ionen durchgeführt. Dabei zeigten sich vergleichbare Ionenaustauschkapazitäten für die Metall-Ionen: Nickel 3,2 mmol(eq)/g; Kupfer 3,9 mmol(eq)/g; Mangan 3,2 mmol(eq)/g und Calcium 3,9 mmol(eq)/g. Das ermöglicht sowohl den Einsatz als so genannten Polizeifilter für Schwermetalle als auch die Anwendung als Enthärter in der Wasseraufbereitung.
  • Beispiel 3:
  • Es wurde ein Funktionsmuster nach dem Prinzip der Ausführungsform I angefertigt. Dabei wurde ein Hanfgarn (2/3,5 WI natur) mit einem Durchmesser von 1 mm auf einen mikrowellentransparenten Kern aus Glas aufgewickelt. Die konfektionierte Patrone wurde anschließend in einem Maischbad mit den Reagenzien benetzt und danach im Mikrowellenofen bei ca. 160°C phosphoryliert (Ansatzverhältnis: 200 g Hanfgarn, 86 ml ortho-Phosphorsäure, 310 g Harnstoff). Die Patrone wurde hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zur Schwermetallentfernung getestet, wobei Nickel erfolgreich aus Realwasser entfernt werden konnte. Es ergab sich eine Ionenaustauschkapazität von 3,5 mmol(eq) pro Gramm Fasermaterial. Die Filterwirkung der Patrone ist dabei von der Wickeldichte abhängig und liegt in der Größenordnung von wenigen Mikrometern.
  • Beispiel 4 und folgende zur Ionenaustauschkapazität und Filterwirkung verschiedener Konfektionierungen u. a. mit Stützfäden, werden nachgereicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)

  1. Filterpatrone wirksam sowohl als Ionenaustauscher für Schwermetalle und/oder Härtebildner als auch als Filter zur Entfernung von Schwebstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass chemisch funktionalisierte Naturfasermaterialien allein bzw. mit nicht modifizierten Naturfasermaterialien textil verarbeitet und zu einer Filterpatrone konfektioniert sind.
  2. Filterpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasermaterialien a) durch Phosphorylierung zum Einbringen von ionenaustauschaktiven Gruppen und/oder b) durch Borierung oder Sulfatierung zur biologischen Stabilisierung chemisch modifiziert werden.
  3. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasermaterialien im klassischen Verfahren chemisch modifiziert werden.
  4. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasermaterialien in einem Mikrowellen-gestützten Verfahren chemisch modifiziert werden.
  5. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasermaterialien vor der Konfektionierung chemisch modifiziert werden.
  6. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasermaterialien vor der Modifizierung als Filterpatrone konfektioniert und anschließend chemisch modifiziert werden.
  7. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 6 in technischer Ausführung I, dadurch gekennzeichnet, dass aus Naturfasermaterialien hergestellte und hinsichtlich Ionenaustauschkapazität und Festigkeit optimierte Fäden oder schmale Bänder auf einen Patronenkern gewickelt sind.
  8. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 7 in technischer Ausführung I dadurch gekennzeichnet, dass funktionalisierte Fäden mit Ionenaustauscheigenschaften und nicht modifizierte Fäden hauptsächlich zur mechanischen Verstärkung a) entweder lagenweise oder in einer Lage jeweils im Wechsel oder b) zunächst gefacht, verzwirnt oder umwunden und anschließend durch Weben, Wirken oder als Vlies zu schmalen Bändern weiterverarbeitet auf den Patronenkern aufgewickelt werden.
  9. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 6 in technischer Ausführung II, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Naturfasermaterialien hergestellte Manschette über einen Patronenkern gezogen ist.
  10. Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 6 und 9 in technischer Ausführung II, dadurch gekennzeichnet, dass die verarbeiteten Fäden oder schmalen Bänder durch Weben, Wirken oder als Vlies zu textilen Flächengebilden weiterverarbeitet und diese a) als mehrschichtige glatte Manschette oder b) auch als plissierte Manschette über den Patronenkern gezogen wird.
  11. Verwendung der Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 10 zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung, speziell zur Entfernung von Schwermetallen und/oder Härtebildnern und/oder Schwebstoffen aus wässrigen Medien.
  12. Verwendung der Filterpatrone nach Anspruch 1 bis 10 in dezentralen, temporären Anwendungen als Einwegfilter.
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