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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter unter Verwendung einer Bismutverbindung, der zum Beispiel in einem Gassensor zum Einsatz kommen kann.
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Filter für Gase sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise dazu verwendet, Substanzen abzufangen, die das Messergebnis eines Sensors verfälschen könnten. Diese Substanzen können mithin mittels des Filters aus einem Gasgemisch, das beispielsweise durch den Gassensor analysiert werden soll, entfernt werden. Insbesondere Schwefelwasserstoff (H2S) ist dabei eine Substanz, die einerseits häufig vorkommt und andererseits die Empfindlichkeit vieler verschiedener Gassensoren beeinträchtigen kann.
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Es sind daher Filter bekannt, die dazu ausgebildet sind, Schwefelwasserstoff aus einem zu untersuchende Gasgemisch zu filtern. Dabei können insbesondere Bleiverbindungen als Filtermaterialien verwendet werden. Allgemein bekannt ist in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass Bleiacetat zum Nachweis - und mithin zur Bindung und zum Zurückhalten von Schwefelwasserstoff verwendbar ist (vgl. Römpp, Lexikon Chemie, 10. Auflage Band 1 (A-Cl), S. 472 „Bleipapier“).
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Problematisch ist dabei jedoch, dass Bleiverbindungen eine toxische Wirkung haben können.
Die RoHS-Richlinie der EU (EU 2011/65) hat verfügt, das Blei und deren Verbindungen in neuen Produkten nicht verarbeitet werden dürfen. Ausnahmeregelungen gelten nur vorübergehend.
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Darüber hinaus sind auch verschiedene andere Filterarten bekannt, so offenbart
DE 44 81 363 C2 ein Filtermittel, welches Aktivkohlefasern als Träger für ein chemisches Mittel vom MnOTyp enthält, zur Entfernung von Schwefelwasserstoff.
DE 198 42 528 A1 offenbart ebenfalls imprägnierte Fasermaterialien, enthaltend Manganverbindungen, die sich zur Entfernung von Schwefelwasserstoff eignen.
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DE 695 25 066 T2 offenbart die gemeinsame Verwendung von Mangan und Indium als elektrisch leitfähige Beschichtung auf einem Filtermedium und
US 2001/0016184 A1 offenbart die Verwendung von Indiumoxid als Substanz zur Verhinderung der Bildung von Schwefelwasserstoff.
US2004/0063578 A1 offenbart die Verwendung einer Zusammensetzung zur Entschwefelung von Abgasen, enthaltend Indiumoxid und einen Promotor, bei dem es sich um eine Manganverbindung handeln kann.
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DE 10 2015 001 591 B4 offenbart unter anderem die Verwendung eines Indiumhalogenides in Kombination mit einem weiteren Stoff in Filtermaterialen.
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Ausgehend davon ist es Ziel der Erfindung, Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Filter zu schaffen. Dieser soll kostengünstig und einfach herzustellen sein. Dabei ist es beispielsweise wünschenswert, einen Filter bzw. ein Filtermaterial bereitzustellen, das Schwefelverbindungen,insbesondere Schwefelwasserstoff aus einem Gasgemisch herausfiltert, für gewisse nachzuweisende Substanzen jedoch durchlässig ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Filter entsprechend den Patentansprüchen unter Verwendung eines Bismutverbindung vor.
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Unter einem Filtermaterial wird in diesem Zusammenhang ein Material verstanden, welches bei Kontakt mit einer bestimmten Substanz mit dieser reagiert und die Substanz auf diese Weise zurückhält oder derart verändert, dass sie unschädlich für den Filter nachfolgende Bauteile wird, andere Substanzen jedoch ungehindert passieren lässt. Ein solches Filtermaterial kann zum Beispiel partikelförmig sein wobei die einzelnen Partikel vom Gas umströmt werden, so dass gasförmige Substanzen an der Oberfläche der Partikel reagieren können.
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Es kann auch die Form einer Filtermatte haben, welche durchströmt wird, wobei die Gasprobe ebenfalls entlang der Oberfläche - beispielsweise entlang eines Geflechts oder entlang von Poren o. dgl. - strömt und mit dort vorhandenen Materialien, aus denen das Filtermaterial besteht, reagieren kann. Man erkennt, dass ein Filtermaterial sowohl aus einer einzigen reinen Substanz als auch aus einem Gemisch verschiedener Materialien bestehen kann.
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Bei einem erfindungsgemäßen Filter ist es von besonderem Vorteil, dass das Filtermaterial ein Bismutsalz enthält. Dabei ist es vorstellbar, dass das Filtermaterial vollständig aus dieser Bismutverbindung besteht und auch, dass das Filtermaterial ein Gemisch verschiedener Komponenten und Füllstoffe ist. Dabei ist die Bismutverbindung diejenige Komponente, die das Zurückhalten der gefilterten Substanzen bewirkt (aktive Komponente). Beispielsweise ist denkbar, dass das Filtermaterial zusätzlich zu der Bismutverbindung einen Träger, einen Stabilisator, einen Farbstoff, ein oder mehrere Füllstoffe o.dgl. aufweist. Es hat sich gezeigt, dass ein Filter, der ein Filtermaterial mit einem Bismutsalz, insbesondere Bismutacetat, als aktiver Komponente aufweist, selektiv Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefelwasserstoff, zurückhalten kann. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass beispielsweise und unter anderem Blausäure, Mercaptane oder auch Thiophen-Verbindungen, wie zum Beispiel Tetrahydrothiophen, einen solchen Filter ungehindert passieren können. Ein solcher Filter ist somit unter anderem als Schwefelwasserstofffilter für einen Blausäure-Sensor, für einen Mercaptan-Sensor oder für einen Thiophen-Sensor verwendbar.
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Es ist von Vorteil, wenn das Filtermaterial weitere Bestandteile neben der Bismutverbindung aufweist. Bei diesen weiteren Bestandteilen kann es sich beispielsweise um Zusätze, Füllstoffe und Trägermaterialien handeln. Die weiteren Bestandteile können die Stabilität der Filtermaterialien über einen langen Zeitraum verbessern. Dies kann insbesondere durch Stoffe erreicht werden, die die Feuchtigkeit regulieren bei Beibehaltung der Gasdurchlässigkeit.
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Die Zusatzbestandteile können beispielsweise sicherstellen, dass das aktive Filtermaterial, welches die Bindung des H2S und/oder der bei der H2S-Bindung entstehenden Nebenprodukte bewirkt, optimal von dem Gasstrom umströmt und durchdrungen werden kann. Beispielsweise ist auch vorstellbar, dass ein Trägermaterial mit der aktiven Komponente des Filtermaterials beschichtet oder imprägniert ist.
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In einer ersten Ausführungsvariante ist denkbar, dass die Filtermaterialien als lose Schüttung ausgebildet sind. Dabei kann das Material aus porösen Trägerpartikeln bestehen, die jeweils mit dem Filtermaterial imprägniert sind.
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Mischungen von Siliziumdioxid und PTFE (Teflon) sorgen bevorzugt für eine gute Feuchtigkeitstoleranz bei Beibehaltung der Gasdurchlässigkeit.
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Die Filtermaterialmischung kann als lose Schüttung von einer Membran umschlossen oder in ein Filtergehäuse eingebracht werden.
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Möglich ist auch, die Bismutverbindung in einer Mischung mit Siliziumdioxid und Teflon zu einem m Pressling zu verarbeiten.
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Denkbar ist dabei auch, dass das verschiedene Schichten eingesetzt werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass in einem Gehäuse sich verschiedene Filterschichten in verschiedenen Mischungsverhältnissen befinden. Vorstellbar ist auch, dass die Schichten die Form eines porösen Vliesmaterials aufweisen, welches mit dem Filtermaterial behandelt ist. Eine Beschichtung des Materials kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das jeweilige Vlies (Vliesmaterial) in eine entsprechende Lösung des Filtermaterials getaucht oder mit dieser getränkt wird.
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Als besonders vorteilhaft haben sich in verschiedenen Einsatzformen die Zusatz- und Füllstoffe Siliziumdioxid und PTFE(Polytetrafluorethylen) in Partikelform erwiesen.
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Die Filterhülle kann dabei beispielsweise eine Scheibe, Folie oder Membran aus porösen PTFE (Polytetrafluorethylen) sein.
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Das Gehäuse kann beispielsweise eine ringförmige Kunststoffscheibe sein. Diese Kunststoffscheibe kann beispielsweise auf dem PTFE-Träger montiert sein und einen Haltevorsprung für die Filtermaterialien aufweisen. Beispielsweise ist denkbar, dass die Kunststoffscheibe ein oder mehrere Vliesmaterialien, die mit den Filtermaterialien getränkt sind, zwischen dem PTFE-Träger und diesem Haltevorsprung festhält.
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Das Gehäuse kann auch die Form einer Dose, Hülse oder Topf haben, in welcher eine Schüttung von Partikeln, welche entweder aus den Filtermaterialien bestehen oder mit diesen behandelt sind, eingefüllt wird. Diese Hausung ist beispielsweise mithilfe der Membran, Folie oder Scheibe (jeweils PTFE) verschließbar. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Partikel bei Erschütterung aus dem Filter herausfallen.
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Es versteht sich von selbst, dass verschiedenste Varianten der Gehäuseform denkbar sind, die Gasdurchlässigkeit gewährleisten und die mindestens die aktive Bismutverbindung enthalten.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von Bismutsalzen als Filtermaterial, das zum Zurückhalten von Schwefelwasserstoff dient. Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung von Bismutsalzen in einem Filter für einen elektrochemischen Gassensor.
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Wie bereits oben beschrieben hat es sich als vorteilhaft und effektiv herausgestellt, Schwefelwasserstoff mithilfe von Bismutsalzen aus einem Gasgemisch herauszufiltern. Dies gilt insbesondere, wenn gleichzeitig in dem Gasgemisch vorhandene Blausäure, Mercaptane oder Thiophen Verbindungen das Filtermaterial ungehindert passieren können sollen. Ganz besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Bismutverbindung Bismutacetat ist. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das aktive Filtermaterial im Wesentlichen aus der Bismutacetat besteht.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche. Jede Art von Schüttung in verformbaren Säckchen, Pads oder festen Gehäusegeometrien ist möglich, solange der Gasstrom diese durchströmt.
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Ein zu untersuchendes Gas durchströmt den Filter. Auf diese Weise kann in dem zu untersuchenden Gas enthaltener Schwefelwasserstoff mit dem Bismutacetat und in Form von Bismutsulfid gebunden werden.
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Die Partikel im Filter bestehen mindestens aus der Bismutverbindung. Zusätzlich ist die Beimischung von Siliziumdioxid, PTFE, porösen Aluminiumoxid, Aktivkohle oder sonstigen gasdurchlässigen Substanzen von Vorteil für den Filtereinsatz. Auch Feuchte regulierende Substanzen können die Stabilität verbessern.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Bespielhaft werden in den Zeichnungen drei mögliche Ausführungen skizziert in schematischer Darstellung und nicht maßstabsgetreu hinsichtlich der Größe der Einzelkomponenten.
- 1 : Pad, Schüttung einer Filtermaterialmischung in flexibler Membranhülle (1) mit Angabe der Richtung (R) des Gasstromes
- 2 : Schematische Darstellung eines Gehäuses (24) mit verschiedenen Filterschichten (21, 22, 23) in unterschiedliche Zusammensetzung, bzw. Mischung mit Angabe der Richtung (R) des Gasstromes
- 3 : Pressung einer Filtermaterialmischung (3) mit Angabe der Richtung (R) des Gasstromes
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Als Bismutverbindungen kommen im Schwefelwasserstofffilter vorzugsweise Bismutsalze zum Einsatz, darunter vorzugsweise Bismutacetat.
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Die Bismutverbindungen kommen allein oder mit ein bis mehreren weiteren Substanzen zum Einsatz. Das Filtermaterial wird geschüttet, gepresst oder auf Trägermaterial fixiert.
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Das Filtermaterial wird beispielweise in einer frei formbaren geschlossenen gasdurchlässigen Membranhülle (Sack) oder in einem Behältnis mit gasdurchlässiger Eintritts- und Austrittsmembran eingesetzt.
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Das Filtermaterial wird zum Zurückhalten von Schwefelwasserstoff und gleichzeitiger Passage des zu detektierenden Gases, bzw. erwünschten Gases eingesetzt.
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Im Filtermaterial werden neben der Bismutverbindung vorzugsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) und Siliziumdioxid in unterschiedlichen Korngrößen und Mischungsverhätnissen eingesetzt.
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Die gasdurchlässige Membran besteht vorzugsweise aus PTFE.
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Das Filtermaterial ermöglicht bleifreie Filterung von Schwefelwasserstoff.
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Bezugszeichenliste
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- R
- Richtung des Gasstromes
- 1
- Pad, Schüttung einer Filtermaterialmischung in flexibler Membranhülle
- 21
- Filtermaterialmischung
- 22
- Filtermaterialmischung
- 23
- Filtermaterialmischung
- 24
- Filtergehäuse
- 3
- Pressung einer Filtermaterialmischung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4481363 C2 [0005]
- DE 19842528 A1 [0005]
- DE 69525066 T2 [0006]
- US 2001/0016184 A1 [0006]
- US 2004/0063578 A1 [0006]
- DE 102015001591 B4 [0007]
