DE102015012410B4 - Process for the production of a respiratory protection filter made of rigid activated carbon material and a respiratory protection filter made of rigid activated carbon material - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Atemschutzfilters aus einem starren Aktivkohlematerial, wobei der Atemschutzfilter als monolithischer Formkörper eine Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen umfasst und die Kanäle mit zumindest einer Metallverbindung belegt sind und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:I. Ansetzen der Imprägnierlösung wobei das Bereitstellen der Imprägnierlösung erfolgt, indem Ammoniumchlorid, Zinkcarbonat und Natriummolybdat unter Rühren und bei leichter Erwärmung in einer 25% Ammoniaklösung gelöst werden;II. Bereitstellen des Monolithen, umfassend die folgenden Schritte a) bis e):a) Vermengen von Kohlenstoffpartikeln und zumindest einem Bindemittel unter Herstellung einer extrudierbaren Masse, wobei die Kohlenstoffpartikel Partikel aus Kohlenstoffmaterial sind und wobei das Kohlenstoffmaterial Aktivkohle oder Koks ist,b) Extrudieren der erhaltenen Masse unter Erhalt eines Stranges mit Kanälen,c) Aushärten des erhaltenen Stranges,d) Carbonisieren des Stranges oder von Strangabschnitten unter Erhalt von Kohlenstoff-Formkörpern oder Aktivkohle-Formkörpern,e) Aktivieren der carbonisierten Kohlenstoff-Formköper;III. Imprägnieren des Monolithen durch Tauchen oder Durchleiten der Imprägnierlösung;IV. Trocknung des Monolithen.A method for producing a respiratory protection filter from a rigid activated carbon material, wherein the respiratory protection filter comprises, as a monolithic molded body, a multiplicity of channels which are not connected to one another and which are arranged in parallel, and the channels are covered with at least one metal compound, and wherein the method has the following steps: I. Preparation of the impregnation solution whereby the impregnation solution is prepared by dissolving ammonium chloride, zinc carbonate and sodium molybdate in a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming; II. Providing the monolith, comprising the following steps a) to e): a) mixing carbon particles and at least one binder to produce an extrudable mass, wherein the carbon particles are particles of carbon material and wherein the carbon material is activated carbon or coke, b) extruding the obtained Mass to obtain a strand with channels, c) hardening of the strand obtained, d) carbonization of the strand or strand sections to obtain carbon molded bodies or activated carbon molded bodies, e) activation of the carbonized carbon molded bodies; III. Impregnating the monolith by dipping or passing the impregnation solution; IV. Drying of the monolith.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Atemschutzfilters aus einem starren Aktivkohlematerial , sowie einen Atemschutzfilter, der nach einem solchen Verfahren hergestellt ist, wobei der Atemschutzfilter als Formkörper mit einer Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen ausgestattet ist. Die Kanäle sind mit Metallverbindungen belegt. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Atemschutzfilter und Atemschutzmasken ausgestattet mit den Atemschutzfiltern.The invention relates to a method for producing a respiratory protection filter from a rigid activated carbon material, as well as a respiratory protection filter which is produced according to such a method, the respiratory protection filter being equipped as a molded body with a plurality of non-interconnected channels arranged in parallel. The channels are covered with metal connections. The invention further relates to the use of the respiratory protection filters and respiratory protection masks equipped with the respiratory protection filters.
Atemschutzfilter werden einerseits als Partikelfilter oder Gasfilter klassifiziert, je nachdem, ob die Atemschutzfilter Feststoffe oder Gase aufnehmen bzw. adsorbieren. Daneben gibt es Kombinationsfilter, die Schutz vor Gasen und Partikeln bieten. Bei Atemschutzfiltern in Fluchtfiltergeräten unterscheidet man weiterhin zwischen Brandflucht- und Industriefluchtfiltergeräten. Während die Filter der Brandfluchtgeräte in erster Linie vor Kohlenmonoxid (CO) schützen, sind die Filter der Industriefluchtgeräte auf einen Schutz vor unterschiedlichen Industriegasen ausgelegt. Dies spiegelt sich auch in den entsprechenden Normen wider. So wird beispielsweise in der EN 403 (Atemschutzgerät für Selbstrettung - Filtergeräte mit Haube zur Selbstrettung bei Bränden) das erforderliche Gasaufnahmevermögen bezüglich CO beschrieben, während in der DIN 58647-7 (Atemschutzgeräte für Selbstrettung - Fluchtfiltergeräte) das Aufnahmevermögen für die als ABEK-Gase bekannten Substanzen beschrieben wird. Die Abkürzung ABEK steht für Gase und Dämpfe von organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt > 65°C (A), anorganische Gase und Dämpfe, ausgenommen Kohlenmonoxid (B), Schwefeldioxid und andere saure Gase und Dämpfe (E) und Ammoniak und organische Ammoniak-Derivate (K). Eine weitere Verbreitung als die deutsche Norm
Der Aufbau der bekannten Atemschutzfilter kann unterteilt werden in solche, in denen das Filtermaterial in Form von (a) Granulaten oder Pulvern als gepackte Festbetten, (b) beladene Vliesstoffe, und (c) monolithische Filterkörper vorliegt.The structure of the known respiratory protection filters can be divided into those in which the filter material is in the form of (a) granules or powders as packed fixed beds, (b) loaded nonwovens, and (c) monolithic filter bodies.
Von diesen bekannten Adsorbensgefügen haben nur die gepackten Festbetten kommerzielle Bedeutung erlangt bzw. wurden soweit entwickelt, dass sie die strengen Filtrationsanforderungen für Gas- und Dampfatemschutz erfüllen. Praktisch alle solche Festbett-Filter für den Atemschutz sind zylindrisch aufgebaut, haben eine bestimmte Bettstärke und in parallelen Ebenen angeordnete Ein- und Ausgänge.Of these known adsorbent structures, only the packed fixed beds have achieved commercial importance or have been developed to such an extent that they meet the strict filtration requirements for gas and steam breathing protection. Practically all such fixed-bed filters for respiratory protection are of cylindrical construction, have a certain bed thickness and inputs and outputs arranged in parallel planes.
Wirtschaftliche Bedeutung haben bisher vor allem Atemschutzfilter erlangt, welche mit granulierter Aktivkohle (Aktivkohleschüttung) gefüllt sind. Daneben sind wenige Filter mit sogenannter fixierter Aktivkohle bekannt, die entweder auf Schaum geträgertes Aktivkohlegranulat enthalten oder mit Aktivkohlepads gefüllt sind, in denen Aktivkohlegranulat mittels Polymeren verklebt ist. Die Aktivkohle kann sowohl unbehandelt als auch imprägniert in Mehrbereichsfiltern eingesetzt werden.So far, respiratory protection filters filled with granulated activated carbon (activated carbon bulk) have achieved economic importance. In addition, a few filters with so-called fixed activated carbon are known, which either contain activated carbon granulate supported on foam or are filled with activated carbon pads in which activated carbon granulate is glued by means of polymers. The activated carbon can be used both untreated and impregnated in multi-range filters.
Alle bisher bekannten Systeme haben einen relativ hohen Atemwiderstand und sind mechanisch nur begrenzt belastbar und müssen deshalb in ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff verfüllt und fixiert werden. Das Gehäuse ist mit einem Adapter zum Anschluss an eine Maske oder Haube versehen. Die Atemschutzfilter sind austauschbar, jedoch nicht recyclebar und erzeugen so Abfall mit den bekannten Nachteilen.All previously known systems have a relatively high breathing resistance and can only be mechanically stressed to a limited extent and must therefore be filled and fixed in a housing made of metal or plastic. The housing is provided with an adapter for connection to a mask or hood. The respiratory protection filters are exchangeable, but not recyclable and thus generate waste with the known disadvantages.
Ein Nachteil bei der Verwendung von Aktivkohleschüttungen ist, dass wenn die Aktivkohleschüttung Erschütterungen ausgesetzt ist, die Aktivkohlepartikel aneinander reiben und einen Abrieb erzeugen. Auch kann die Homogenität der Schüttung hierunter leiden.A disadvantage of using activated charcoal beds is that if the activated charcoal packing is exposed to vibrations, the activated charcoal particles rub against one another and produce abrasion. The homogeneity of the bed can also suffer from this.
Aus dem Stand der Technik sind monolithische Filterkörper enthaltend Aktivkohle bekannt. Als Matrix für die Aktivkohle sind offenporige Schaumstoffe, Phenoplaste, Polyurethane, Gips, Papierträger und Kohlenstoffgerüste vorgeschlagen worden.Monolithic filter bodies containing activated carbon are known from the prior art. Open-pore foams, phenoplasts, polyurethanes, plaster of paris, paper supports and carbon frameworks have been proposed as a matrix for the activated carbon.
In der
Es sind aber auch bereits Aktivkohleformkörper mit monolithischer Struktur und einer Vielzahl von parallelen Kanälen (
Ein Beispiel für die Verwendung von nicht-monolithischen Filtern mit parallelen Kanälen für den Atemschutz ist die
Die
Die
Die
Die
Die nachveröffentlichte
Die
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Filter zur Verwendung als Atemschutzfilter zur Verfügung zu stellen, der einfach handhabbar ist, einen geringen Atemwiderstand liefert und eine gute und konstante Filterleistung aufweist auch bei schwankenden Gasvolumenströmen.The object of the present invention is to provide a filter for use as a respiratory protection filter which is easy to handle, provides a low breathing resistance and has a good and constant filter performance even with fluctuating gas volume flows.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, den Imprägnierungsaufwand gegenüber der Imprägnierung von partikulärer Aktivkohle zu vermindern. Außerdem wäre es wünschenswert, auf das bei Verwendung gepackter Festkörperbetten aus Granulaten oder Pulvern notwendige stabilisierende Gehäuse verzichten zu können.Another object of the present invention is to reduce the impregnation effort compared to the impregnation of particulate activated carbon. In addition, it would be desirable to be able to dispense with the stabilizing housing required when using packed solid beds made of granules or powders.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are the subject matter of the subclaims or are described below.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Atemschutzfilters aus einem starren Aktivkohlematerial, wobei der Atemschutzfilter als monolithischer Formkörper eine Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen umfasst und die Kanäle mit zumindest einer Metallverbindung belegt sind, weist die folgenden Schritte auf:
- I. Ansetzen der Imprägnierlösung wobei das Bereitstellen der Imprägnierlösung erfolgt, indem Ammoniumchlorid, Zinkcarbonat und Natriummolybdat unter Rühren und bei leichter Erwärmung in einer 25% Ammoniaklösung gelöst werden, [siehe Ausführungsbeispiele];
- II. Bereitstellen des Monolithen, umfassend die folgenden Schritte a) bis e):
- a) Vermengen von Kohlenstoffpartikeln und zumindest einem Bindemittel unter Herstellung einer extrudierbaren Masse, wobei die Kohlenstoffpartikel Partikel aus Kohlenstoffmaterial sind und wobei das Kohlenstoffmaterial Aktivkohle oder Koks ist,
- b) Extrudieren der erhaltenen Masse unter Erhalt eines Stranges mit Kanälen,
- c) Aushärten des erhaltenen Stranges,
- d) Carbonisieren des Stranges oder von Strangabschnitten unter Erhalt von Kohlenstoff-Formkörpern oder Aktivkohle-Formkörpern,
- e) Aktivieren der carbonisierten Kohlenstoff-Formköper;
- III. Imprägnieren des Monolithen durch Tauchen oder Durchleiten der Imprägnierlösung;
- IV. Trocknung des Monolithen.
- I. Preparation of the impregnation solution, the impregnation solution being prepared by dissolving ammonium chloride, zinc carbonate and sodium molybdate in a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming, [see exemplary embodiments];
- II. Providing the monolith, comprising the following steps a) to e):
- a) mixing carbon particles and at least one binder to produce an extrudable mass, wherein the carbon particles are particles of carbon material and wherein the carbon material is activated carbon or coke,
- b) extruding the mass obtained to obtain a strand with channels,
- c) hardening of the strand obtained,
- d) carbonizing the strand or strand sections to obtain carbon molded bodies or activated charcoal molded bodies,
- e) activating the carbonized carbon molded bodies;
- III. Impregnating the monolith by dipping or passing the impregnation solution through;
- IV. Drying the monolith.
Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter umfassen ein starres Aktivkohlematerial, insbesondere monolithischer Natur, sind als Formkörper mit einer Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen ausgestattet, wobei die Kanäle sind mit Metallverbindungen belegt und sind nach einem Verfahren hergestellt, das die folgenden Schritte aufweist
- I. Ansetzen der Imprägnierlösung wobei das Bereitstellen der Imprägnierlösung erfolgt, indem Ammoniumchlorid, Zinkcarbonat und Natriummolybdat unter Rühren und bei leichter Erwärmung in einer 25% Ammoniaklösung gelöst werden,;
- II. Bereitstellen des Monolithen, umfassend die folgenden Schritte a) bis e):
- a) Vermengen von Kohlenstoffpartikeln und zumindest einem Bindemittel unter Herstellung einer extrudierbaren Masse, wobei die Kohlenstoffpartikel Partikel aus Kohlenstoffmaterial sind und wobei das Kohlenstoffmaterial Aktivkohle oder Koks ist,
- b) Extrudieren der erhaltenen Masse unter Erhalt eines Stranges mit Kanälen,
- c) Aushärten des erhaltenen Stranges,
- d) Carbonisieren des Stranges oder von Strangabschnitten unter Erhalt von Kohlenstoff-Formkörpern oder Aktivkohle-Formkörpern,
- e) Aktivieren der carbonisierten Kohlenstoff-Formköper;
- III. Imprägnieren des Monolithen durch Tauchen oder Durchleiten der Imprägnierlösung;
- IV. Trocknung des Monolithen.
- I. Preparation of the impregnation solution, the impregnation solution being prepared by dissolving ammonium chloride, zinc carbonate and sodium molybdate in a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming;
- II. Providing the monolith, comprising the following steps a) to e):
- a) mixing carbon particles and at least one binder to produce an extrudable mass, wherein the carbon particles are particles of carbon material and wherein the carbon material is activated carbon or coke,
- b) extruding the mass obtained to obtain a strand with channels,
- c) hardening of the strand obtained,
- d) carbonizing the strand or strand sections to obtain carbon molded bodies or activated charcoal molded bodies,
- e) activating the carbonized carbon molded bodies;
- III. Impregnating the monolith by dipping or passing the impregnation solution through;
- IV. Drying the monolith.
Monolithisch meint, dass der Aktivkohle-Formkörper aus einem Stück ohne Umformung (abgesehen von einem Zuschneiden) als Ganzkörper z.B. durch Extrusion hergestellt ist.Monolithic means that the shaped activated carbon body is made from one piece without deformation (apart from cutting) as a whole body, e.g. by extrusion.
Aktivkohle-Formkörper mit einer Vielzahl von parallelen Kanälen haben den Vorteil, dass sie dem Anwender von Atemschutzfiltern einen Gebrauch einer Atemschutzmaske mit verringertem Atemwiderstand im Vergleich zu Masken mit konventionellen Gasfiltern ermöglichen und hierdurch eine lange ermüdungsfreie Anwendung des Atemschutzes ermöglichen.Activated charcoal moldings with a large number of parallel channels have the advantage that they enable the user of respiratory protection filters to use a respiratory protection mask with reduced breathing resistance compared to masks with conventional gas filters and thus enable long, fatigue-free use of the respiratory protection.
Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter können aufgrund ihrer mechanischen Stabilität unmittelbar als Filterkörper eingesetzt werden. Auf ein aufwändiges Gehäuse, das jeweils mit dem Filtermaterial zu entsorgen wäre, kann verzichtet werden. Durch einen einfach gestalteten Einschub an z.B. einer Maske ist es möglich, den Adsorber aus der Maske zu entfernen und zu entsorgen. Der Einschub verfügt über eine Abdichtung. Der Atemschutzfilter kann zur besseren Maßhaltigkeit in dem Einschub mit geringen Mengen Kunststoff umspritzt sein. Durch das Anbringen des Einschubs unmittelbar an der Maske kann das Sichtfeld deutlich verbessert werden, außerdem bietet der Filter an der Gasmaske nur geringe mechanische Angriffspunkte, was die Arbeitssicherheit z.B. in engen Bereichen verbessert.The respiratory protection filters according to the invention can be used directly as filter bodies due to their mechanical stability. A complex housing, which would have to be disposed of with the filter material, can be dispensed with. A simply designed insert on a mask, for example, makes it possible to remove the adsorber from the mask and dispose of it. The slide-in unit has a seal. The respiratory protection filter can be encapsulated with small amounts of plastic for better dimensional accuracy in the insert. By attaching the insert directly to the mask, the field of vision can be significantly improved, and the filter on the gas mask only offers low mechanical points of attack, which improves work safety, e.g. in narrow areas.
Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter besitzen aufgrund ihrer definierten Geometrie einen sehr homogenen Aufbau und zeichnen sich als Filtermedium in Atemschutzsystemen wie Atemschutzmasken durch einen geringen Druckabfall bei hoher Adsorptionsleistung aus. Durch die Imprägnierung der Aktivkohle-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung mit Imprägnierlösungen gelingt die Herstellung von Aktivkohle-Formkörpern zum Schutz vor z.B. ABEK Gasen in Atemschutzfiltern.The respiratory protection filters according to the invention have a very homogeneous structure due to their defined geometry and are characterized as a filter medium in respiratory protection systems such as respiratory masks by a low pressure drop with a high adsorption capacity. The impregnation of the activated charcoal moldings according to the present invention with impregnation solutions enables the production of activated charcoal moldings for protection against e.g. ABEK gases in respiratory protection filters.
Neben der normgerechten Schutzwirkung übertrifft ein solcher Atemschutzfilter alle bisher bekannten geringen Druckabfälle und ist damit für den Träger von Atemschutzgeräten, insbesondere Atemschutzmasken, kaum spürbar bzw. benötigt in gebläseunterstützten Atemschutztechnologien nur einen Bruchteil an Energie. In portablen Atemschutzsystemen gelingt dadurch der Einsatz von leistungsoptimierten Akkus, was für den Anwender einen zusätzlich spürbaren Vorteil bedeutet.In addition to the standard-compliant protective effect, such a respiratory protection filter surpasses all previously known low pressure drops and is therefore hardly noticeable for wearers of respiratory protective devices, in particular respiratory masks, or requires only a fraction of energy in fan-assisted respiratory protection technologies. In portable respiratory protection systems, this enables the use of performance-optimized batteries, which is an additional noticeable advantage for the user.
Die Kohlenstoffpartikel sind Partikel aus Kohlenstoffmaterial, deren etwaige weitere Bestandteile während des Carbonisierens pyrolysieren und sich zumindest teilweise in Kohlenstoff umwandeln. Das Kohlenstoffmaterial kann Aktivkohle oder Koks aus den verschiedensten Ausgangsmaterialien sein, bspw. aus Holz, Torf, Steinobstkernen, Nußschalen, Kokosnussfasern, Kunststoffen, Steinkohlekoks und/oder Braunkohlekoks.The carbon particles are particles of carbon material, any other constituents of which pyrolyze during carbonization and are at least partially converted into carbon. The carbon material can be activated carbon or coke made from a wide variety of starting materials, for example from wood, peat, stone fruit kernels, nutshells, coconut fibers, plastics, hard coal coke and / or lignite coke.
Die Aktivierung erfolgt z.B. durch Gasaktivierung oder chemisch. Bei der Gasaktivierung wird das Material einer Temperatur von 800-1000°C in einem oxidierenden Gasstrom wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Luft oder Gemischen dieser Gase ausgesetzt. Bei der Herstellung mit chemischer Aktivierung wird das Material bei 500-900°C mit Chemikalien behandelt wie Dehydratisierungsmitteln (z. B. Zinkchlorid, Phosphorsäure) oder durch trockene Destillation. Die so erhaltene Rohaktivkohle wird anschließend oxidativ aktiviert bei 700-1000 °C mit Wasserdampf oder Kohlendioxid, zum Teil auch mit Luft.The activation takes place e.g. by gas activation or chemically. During gas activation, the material is exposed to a temperature of 800-1000 ° C in an oxidizing gas stream such as water vapor, carbon dioxide, air or mixtures of these gases. When manufacturing with chemical activation, the material is treated at 500-900 ° C with chemicals such as dehydrating agents (e.g. zinc chloride, phosphoric acid) or by dry distillation. The crude activated carbon obtained in this way is then oxidatively activated at 700-1000 ° C. with water vapor or carbon dioxide, sometimes also with air.
Die extrudierbare Masse kann weitere pulverfömige Bestandteile enthalten, wie Tone, Feuerfestmaterialien oder Keramikmaterialien aber auch Microspheren, Glasfasern und/oder Karbonfasern. Die extrudierbare Masse kann auch unter Zugabe einer Flüssigphase, wie Wasser, hergestellt worden sein.The extrudable mass can contain further powdery components, such as clays, refractory materials or ceramic materials, but also microspheres, glass fibers and / or carbon fibers. The extrudable mass can also have been produced with the addition of a liquid phase, such as water.
Als Bindemittel sind geeignet Wassergläser z.B. mit amorphem pulverförmigem Siliziumdioxid, Phenolharze wie Resole oder Novolacke, Furanharze, Epoxidharze oder Polyesterharze oder deren Mischungen.Suitable binders are water glasses, e.g. with amorphous powdered silicon dioxide, phenolic resins such as resols or novolaks, furan resins, epoxy resins or polyester resins or mixtures thereof.
Bei Herstellung der monolithischen Aktivkohle-Formkörper durch Extrudieren werden die dickflüssigen härtbaren Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Matrize herausgepresst. Der Aktivkohle-Adsorber wird als Strang erhalten der dann nach den Erfordernissen in entsprechende Längen abgetrennt wird.When manufacturing the monolithic activated charcoal moldings by extrusion, the viscous hardenable masses are continuously pressed out of a shaping die under pressure. The activated carbon adsorber is obtained as a strand which is then cut into appropriate lengths as required.
Eine andere Art der Herstellung des Formkörpers besteht darin, die Aktivkohlemasse flächig mit einer Wellenstruktur auszubringen bzw. aufzubringen, und diese Flächen durch Aufrollen zu einem Aktivkohle-Formkörper zu formen. Eine solche Methode ist in der
Der Aktivkohle- Formkörper enthält Kanäle die parallel zueinander ausgerichtet sind, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Aktivkohle-Formkörpers oder gegeneinander verdreht. Die Kanäle erstrecken sich dabei vorzugsweise vollständig durch den Aktivkohle- Formkörper hindurch mit Öffnungen an den Stirnflächen. Vorzugsweise korrespondiert jede Kanalöffnung auf der einen Stirnfläche mit einer Kanalöffnung auf der anderen Stirnseite, ohne dass die Kanäle untereinander verbunden sind. Der Aktivkohle- Formkörper kann z.B. in Form eines Quaders oder eines Zylinders vorliegen.The shaped activated carbon body contains channels which are aligned parallel to one another, in particular essentially parallel to the longitudinal axis of the shaped activated carbon body or rotated relative to one another. The channels preferably extend completely through the shaped activated carbon body with openings on the end faces. Each channel opening on one end face preferably corresponds to a channel opening on the other end face without the channels being connected to one another. The shaped activated carbon body can be in the form of a cuboid or a cylinder, for example.
Besonders geeignet sind Aktivkohle-Formkörper, die unabhängig voneinander aufweisen:
- ― mittlere Kanallängen von 17 bis 150 mm, vorzugsweise 25 mm bis 110 mm,
- ― mittlere Kanaldurchmesser von 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm und
- ― mittlere Kanaldichten von 200 bis 800 cpsi, vorzugsweise 400 bis 600 cpsi. cpsi (cells per square inch): wird hier in der Bedeutung von Anzahl der Kanäle pro Quadratinch, auf der Eintrittsfläche bezogen, verwandt.
- - Average channel lengths from 17 to 150 mm, preferably 25 mm to 110 mm,
- - mean channel diameter of 0.3 to 2 mm, preferably 0.5 to 1 mm and
- - mean channel densities of 200 to 800 cpsi, preferably 400 to 600 cpsi. cpsi (cells per square inch): is used here in the meaning of the number of channels per square inch, based on the entrance area.
Durch die laminar angeordneten Kanäle im Aktivkohle-Formkörper gelingt überraschenderweise durch ein Füllen der Kanäle mit der Imprägnierlösung die Aufbringung bzw. Kombination von Metallverbindungen, z.B. durch Tauch- oder Flutverfahren, als Beschichtung der Kanalinnenwände, so dass deren Durchgängigkeit erhalten bleibt.Thanks to the laminar channels in the shaped activated carbon body, by filling the channels with the impregnating solution, metal compounds can surprisingly be applied or combined, e.g. by immersion or flooding, as a coating of the inner walls of the channel so that their continuity is maintained.
Die Imprägnierung erfolgt z.B. durch zumindest folgende Schritte
- 1. Ansetzen der Imprägnierlösung,
- 2. Bereitstellen des Monolithen,
- 3. Imprägnieren des Monolithen durch Tauchen oder Durchleiten der Imprägnierlösung, und
- 4. Trocknung des Monolithen.
- 1. Prepare the impregnation solution,
- 2. Provision of the monolith,
- 3. Impregnating the monolith by dipping or passing the impregnation solution through, and
- 4. Drying the monolith.
Nach einer Ausgestaltung wird eine zink- und molybdänthaltige Beschichtung der Aktivkohle (Imprägnierung) zumindest im Bereich der Kanäle des monolithischen Aktivkohle- Adsorbers vorgenommen. Die Imprägnierung erfolgt vorzugsweise mit einer in Wasser oder in einer wässrigen Ammoniaklösung löslichen Metallverbindung, wie einer Zink- und Molybdän-Verbindung, z.B. durch Rühren und Lösen von Zinkcarbonat, Ammoniumchlorid, Ammoniumcarbonat und Natriummolybdat. Der monolithische Aktivkohlekörper wird mit einer solchen Imprägnierlösung getränkt und sorgsam getrocknet, z.B. durch warme / heiße Luft, bis der Wassergehalt des imprägnierten Monolithen unterhalb von 3 m% liegt (m% = Massenprozent, auch als Massenabteil (w) bezeichnet).According to one embodiment, the activated carbon (impregnation) is coated with zinc and molybdenum at least in the area of the channels of the monolithic activated carbon adsorber. The impregnation is preferably carried out with a metal compound soluble in water or in an aqueous ammonia solution, such as a zinc and molybdenum compound, e.g. by stirring and dissolving zinc carbonate, ammonium chloride, ammonium carbonate and sodium molybdate. The monolithic activated carbon body is impregnated with such an impregnation solution and carefully dried, e.g. by warm / hot air, until the water content of the impregnated monolith is below 3 m% (m% = mass percent, also referred to as mass compartment (w)).
Besonders bevorzugt sind folgende Adsorbentienkombinationen:
- - Zink-Verbindung (A1) mit Molybdän-Verbindung (B),
- - Kupfer-Verbindung (A2) mit Molybdän-Verbindung (B),
- - Silber-Verbindung (A3) mit Molybdän-Verbindung (B).
- - zinc compound (A1) with molybdenum compound (B),
- - copper connection (A2) with molybdenum connection (B),
- - Silver connection (A3) with molybdenum connection (B).
Es sind aber auch Kombinationen von A1+A2, A1+A3, A2+A3, oder sogar aller Mitglieder A1-A3 mit B möglich. Bevorzugt ist A1 +B, A2+B oder A1+A2+B.Combinations of A1 + A2, A1 + A3, A2 + A3, or even all members A1-A3 with B are also possible. Preferred is A1 + B, A2 + B or A1 + A2 + B.
Als Kupfer- Verbindung wird vorzugsweise Kupfercarbonat (insbesondere basisch) eingesetzt. Vorzugsweise ist die Imprägnierung bzw. Imprägnierlösung chromfrei.Copper carbonate (especially basic) is preferably used as the copper compound. The impregnation or impregnation solution is preferably chromium-free.
Es ist auch möglich, mehrere unterschiedlich beschichtete Aktivkohle-Adsorber hintereinander einzusetzen, so dass die Atemluft von diesen nacheinander durchströmt wird.It is also possible to use several differently coated activated carbon adsorbers one behind the other so that the breathing air flows through them one after the other.
Der Atemschutzfilter weist vorzugsweise die Metallverbindung jeweils einzeln und in Kombination in folgender Konzentration (berechnet bezogen auf das Metall) auf:
- • 1 bis 8 m% Zink,
- • 0,1 bis 2,5 m% Molybdän,
- • 1 bis 10 m% Kupfer und/oder
- • 0,1 bis 2 m% Silber.
- • 0,2 bis 6 m% eines Chlorids, berechnet als Cl, oder
- • 1 bis 12 m% eines Phosphats, berechnet als Phosphorsäure.
- • 1 to 8% zinc,
- • 0.1 to 2.5 m% molybdenum,
- • 1 to 10 wt% copper and / or
- • 0.1 to 2% silver.
- • 0.2 to 6% by mass of a chloride, calculated as Cl, or
- • 1 to 12 wt% of a phosphate, calculated as phosphoric acid.
Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter sind nach einer Ausführungsform Teil von Atemschutzmasken, deren Gesichtsteil die Atemorgane von der Umgebungsluft abkapselt, indem das Gesichtsteil ausreichend eng am Gesicht anliegt.According to one embodiment, the respiratory protection filters according to the invention are part of respiratory masks, the face part of which encapsulates the respiratory organs from the ambient air by the face part lying sufficiently close to the face.
Soll die Maske über längere Zeiträume ohne ungebührliche Beschwerden getragen werden, ist das Gesichtsteil weich und biegsam gestaltet. Arbeitet die Atemschutzmaske mit auswechselbaren Filtern, besteht der Filter typischerweise aus einem Filterelement, das in ein Gehäuse eingebaut ist. Die Kupplung des Gehäuses enthaltend das Filterelement mit dem Atemlufteingang der Atemschutzmaske erfolgt mittels eines Adapters, womit das Gehäuse für das Filterelement typischerweise gleichzeitig in einem Komplementärgehäuse an dem Gesichtsteil aufgenommen wird. Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter können jedoch auch unmittelbar eingesetzt werden, d.h. ohne Komplementärgehäuse. Die Atemschutzmasken können z.B. als Vollmaske oder als Halbmaske, die nur Mund und Nase umschließen, ausgebildet sein.If the mask is to be worn for longer periods of time without undue discomfort, the face piece is designed to be soft and flexible. If the respirator works with exchangeable filters, the filter typically consists of a filter element that is built into a housing. The coupling of the housing containing the filter element with the breathing air inlet of the respiratory protection mask takes place by means of an adapter, with which the housing for the filter element is typically received at the same time in a complementary housing on the face part. The respiratory protection filters according to the invention can, however, also be used directly, i.e. without a complementary housing. The respiratory protection masks can, for example, be designed as full face masks or half masks that only enclose the mouth and nose.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter in geschlossenen und halbgeschlossenen Atemkreisläufen eingesetzt werden, die dazu dienen, dem Anwender eine von der Umgebungsluft ganz oder teilweise unabhängige Atmung zu ermöglichen. Dies ist zum Beispiel bei Arbeitskreislaufgeräten der Feuerwehren, für Gruben, aber auch Fluchtgeräten, Tauchgeräten oder U-Booten der Fall. Durch die Führung der Atemluft im Kreislauf kann Atemgas gespart werden. Hierfür ist es jeweils erforderlich, das vom Anwender produzierte und ausgeatmete Kohlendioxid und andere Schadstoffe abzureichern.Furthermore, the respiratory protection filters according to the invention can be used in closed and semi-closed breathing circuits, which are used to enable the user to breathe completely or partially independent of the ambient air. This is the case, for example, with working circuit devices of fire brigades, for pits, but also escape devices, diving devices or submarines. By guiding the breathing air in the circuit, breathing gas can be saved. For this it is necessary to reduce the carbon dioxide and other pollutants produced and exhaled by the user.
Versuchsbeispiele:Test examples:
Verwendete Chemikalien:
Imprägnierlösung 1:Impregnation solution 1:
In 1771,4 g einer 25 % Ammoniaklösung wurden unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35-40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate were dissolved in 1771.4 g of a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming (approx. 35-40 ° C.).
Imprägnierlösung 2:Impregnation solution 2:
In 971,4 g einer 25 % Ammoniaklösung wurden unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35-40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate were dissolved in 971.4 g of a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming (approx. 35-40 ° C.).
Imprägnierlösung 3:Impregnation solution 3:
In 1314,3 g einer 25 % Ammoniaklösung wurde unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35-40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate were dissolved in 1314.3 g of a 25% ammonia solution with stirring and with slight warming (approx. 35-40 ° C.).
Imprägnierung und Trocknung:Impregnation and drying:
Ein monolithischer Aktivkohle-Formkörper mit den Abmessungen ca. 50 x 50 x 110 mm (400 cpsi) (Gewicht jeweils ca. 95 g) wurde für 5 min vollständig jeweils in eine der Imprägnierlösungen 1 bis 3 getaucht. Anschließend wurde der noch tropfnasse Monolith mit einem Druckluft-Stoß von überschüssiger Imprägnierflüssigkeit befreit und mit 160 °C heißer Luft bei einem Volumenstrom von ca. 85 L/min für ca. 30 min durchströmt. Der so behandelte Monolith zeigte nach dem Trocknen eine Gewichtszunahme (Beladung) durch die Imprägnierung wie aus Tabelle 1 ersichtlich. Der Wasseranteil des Monolithen betrug nach der Trocknung etwa 2,5 m%.A monolithic shaped activated carbon body with the dimensions approx. 50 x 50 x 110 mm (400 cpsi) (weight approx. 95 g each) was completely immersed in one of the impregnation solutions 1 to 3 for 5 minutes. The still dripping wet monolith was then freed from excess impregnating liquid with a blast of compressed air and air at 160 ° C. flowed through it at a volume flow of approx. 85 L / min for approx. 30 min. The monolith treated in this way showed an increase in weight (loading) as a result of the impregnation after drying, as can be seen from Table 1. The water content of the monolith was about 2.5 m% after drying.
Gasprüfung:Gas test:
Die imprägnierten Monolithe wurden mittels Dichtmasse gasdicht in Gehäusen, welche ihrerseits einen RD40 Rundgewindeanschluss aufweisen, verklebt und die Gasadsorption geprüft. Die Ergebnisse der erhaltenen Standzeiten sind in Tabelle 1 zusammengetragen.
Tab. 1
Die Prüfung erfolgte jeweils gemäß EN 14387: 30 L/min, 20 °C, 70 % r.F., bei 1000 ppm Schadgas, Der Widerstand des Monolithen (Abmessungen s.o.) betrug unter diesen Bedingungen in allen Fällen weniger als 25 Pa (gemessen nach EN 14387). Dies ist um Faktor 3 bis 4 besser als bei vergleichbaren Gasadsorptionsfiltern für Atem luft.The test was carried out in accordance with EN 14387: 30 L / min, 20 ° C, 70% RH, at 1000 ppm harmful gas, the resistance of the monolith (dimensions see above) was under these conditions in all cases less than 25 Pa (measured in accordance with EN 14387 ). This is 3 to 4 times better than with comparable gas adsorption filters for breathing air.
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