DE102020124160A1

DE102020124160A1 - Filterkartusche, Luftfilter, umfassend eine Filterkartusche, und Verwendung einer Filterkartusche

Info

Publication number: DE102020124160A1
Application number: DE102020124160.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Bauch; Volkmar Chowanietz; Florian Keller; Tobias Warth; Christoph Hitzke
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Filterkartusche (1), insbesondere zur Abscheidung von Stickoxiden, umfassend eine Mehrzahl von Aufnahmevolumina (8, 9, 10) zur Aufnahme von zumindest einem Adsorberelement, wobei ein erstes Adsorberelement in einem ersten Aufnahmevolumen (8) Aktivkohle umfasst, ein zweites Adsorberelement in einem zweiten Aufnahmevolumen (9) ein Trägermaterial umfasst, das vorzugsweise mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und ein drittes Adsorberelement in einem dritten Aufnahmevolumen (10) basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, wobei das zweite Aufnahmevolumen (9) und das dritte Aufnahmevolumen (10) so in der Filterkartusche (1) angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche (1) strömendes Gas das zweite Aufnahmevolumen (9) vor dem dritten Aufnahmevolumen (10) durchströmt, und das erste Aufnahmevolumen (8) so in der Filterkartusche (1) angeordnet ist, dass ein durch die Filterkartusche (1) strömendes Gas das erste Aufnahmevolumen (8) vor dem zweiten Aufnahmevolumen (9) oder das erste Aufnahmevolumen (8) nach dem dritten Aufnahmevolumen (10) durchströmt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Luftfilter mit einer derartigen Filterkartusche (1) und die Verwendung einer derartigen Filterkartusche (1).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filterkartusche, insbesondere zur Abscheidung von Stickoxiden, umfassend eine Mehrzahl von Aufnahmevolumina zur Aufnahme von zumindest einem Adsorberelement. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Luftfilter mit einer derartigen Filterkartusche. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Filterkartusche.
Stand der Technik
Industrieabgase, der Straßenverkehr und private Feuerstätten, um nur einige Beispiele zu nennen, erzeugen in Städten und Ballungszentren Stäube und/oder Schadgase, wie Ozon, NO_x und CO. Diese Stäube und/oder Schadgase stellen ein Gesundheitsrisiko für den Menschen dar. Aus diesem Grunde sind vielfach obere Grenzwerte für die Konzentration dieser Stäube und/oder Schadgase vorgesehen. Derartige Grenzwerte werden jedoch gerade in Städten und Ballungszentren vor allem bei zunehmend auftretenden widrigen Wetterlagen (kein Regen, Inversion, geringe Windgeschwindigkeiten, kein Luftaustausch zwischen Höhenschichten) häufig um ein Vielfaches überschritten. Es können nun verschiedene Maßnahmen eingeleitet werden, die eine Reduktion der Konzentrationen der Stäube und/oder Schadgase bewirken. Diese können zum einen in der Vermeidung oder Reduzierung der Emission solcher Stäube und/oder Schadgase bestehen. Zum anderen können sie alternativ oder zusätzlich auch in der Abscheidung der emittierten Stäube und/oder Schadgase aus der Umgebungsluft bestehen.
Die Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen erfordert in der Regel ein großflächig umgesetztes Maßnahmenkonzept und ist daher kurzfristig kaum darstellbar. Die Abscheidung der Stäube und/oder Schadstoffe aus der Umgebungsluft könnte nach individuellem Bedarf in Wohn- und Aufenthaltsräumen des täglichen Lebens und insbesondere auch in einer stark mit Stäuben und/oder Schadstoffen belasteten Umgebung durch Einsatz geeigneter Filtersysteme erreicht werden. Beispielsweise könnte die Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft im Innenraum von Automobilen, die sich in Ballungsräumen zwangsläufig in einer stark mit Schadstoffen belasteten Umgebung bewegen, durch geeignete Filter vermindert werden, wobei die Abtrennung von Feinstaub und Stickoxiden von besonderem Interesse ist.
Insbesondere, wenn die unerwünschten Bestandteile des Gasgemisches Moleküle sind, die physisorptiv in nur geringem Maße abscheidbar sind, ist es für eine hocheffiziente Abtrennung in der Regel erforderlich, diese unerwünschten molekularen Bestandteile durch Chemisorption im Filtermedium festzuhalten. Dafür sind geeignete Chemisorbentien erforderlich.
Es besteht somit der fortwährende Bedarf, Filtermedien bereitzustellen, die geeignet sind, unerwünschte Bestandteile, insbesondere Stickoxide, aus einem Gasgemisch, insbesondere Umgebungsluft, teilweise oder vollständig abzuscheiden. Die Filtermedien sollen einerseits zu einem möglichst niedrigen Druckverlust in dem zu reinigenden Gasstrom führen. Dazu ist es in der Regel erforderlich, dass die Filtermedien die unerwünschten Bestandteile des Gasgemisches in hocheffizienter Weise aus dem Gasstrom zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch möglichst umfassend, entfernen, damit die Filtermedien in geringen Schichtdicken eingesetzt werden können. Andererseits sollen in den Filtermedien kostengünstige und gut handhabbare Agentien zum Einsatz kommen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Lösung zu diesem Problem bereitgestellt.
Offenbarung der Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Filterkartusche, insbesondere zur Abscheidung von Stickoxiden, umfassend eine Mehrzahl von Aufnahmevolumina zur Aufnahme von zumindest einem Adsorberelement, bereitgestellt, wobei
ein erstes Adsorberelement in einem ersten Aufnahmevolumen Aktivkohle umfasst, ein zweites Adsorberelement in einem zweiten Aufnahmevolumen ein Trägermaterial umfasst, das vorzugsweise mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und
ein drittes Adsorberelement in einem dritten Aufnahmevolumen basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst,
wobei
das zweite Aufnahmevolumen und das dritte Aufnahmevolumen so in der Filterkartusche angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das zweite Aufnahmevolumen vor dem dritten Aufnahmevolumen durchströmt, und
das erste Aufnahmevolumen so in der Filterkartusche angeordnet ist, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das erste Aufnahmevolumen vor dem zweiten Aufnahmevolumen oder das erste Aufnahmevolumen nach dem dritten Aufnahmevolumen durchströmt.
Dabei umfasst die Erfindung die folgenden Ausführungsformen:

(1) Filterkartusche, insbesondere zur Abscheidung von Stickoxiden, umfassend eine Mehrzahl von Aufnahmevolumina zur Aufnahme von zumindest einem Adsorberelement, wobei ein erstes Adsorberelement in einem ersten Aufnahmevolumen Aktivkohle umfasst, ein zweites Adsorberelement in einem zweiten Aufnahmevolumen ein Trägermaterial umfasst, das vorzugsweise mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und ein drittes Adsorberelement in einem dritten Aufnahmevolumen basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, wobei das zweite Aufnahmevolumen und das dritte Aufnahmevolumen so in der Filterkartusche angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das zweite Aufnahmevolumen vor dem dritten Aufnahmevolumen durchströmt, und das erste Aufnahmevolumen so in der Filterkartusche angeordnet ist, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das erste Aufnahmevolumen vor dem zweiten Aufnahmevolumen oder das erste Aufnahmevolumen nach dem dritten Aufnahmevolumen durchströmt.

Bevorzugt ist das Adsorberelement als Schüttung zumindest eines Adsorbens, insbesondere in Granulat und/oder Partikelform, ausgebildet, das in das jeweilige Aufnahmevolumen der Filterkartusche eingefüllt ist.
Die Filterkartusche ist bevorzugt als hohlzylindrische Filterkartusche ausgebildet.

(2) Filterkartusche nach Ausführungsform (1), wobei die Mehrzahl von Aufnahmevolumina koaxial in der Filterkartusche angeordnet und in einer Radialrichtung fluiddurchlässig ausgebildet ist, wobei sich die Zusammensetzungen der Adsorberelemente in den Aufnahmevolumina voneinander unterscheiden.
(3) Filterkartusche nach Ausführungsform (1) oder (2), wobei die Mehrzahl von Aufnahmevolumina mittels einer Mehrzahl von perforierten koaxialen Zwischenwänden ausgebildet ist, wobei die Zwischenwände einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen und zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung der Filterkartusche angeordnet sind.
(4) Filterkartusche nach Ausführungsform (3), wobei die Zwischenwände fluiddicht an einem geschlossenen Endkörper und an einem offenen Endkörper festgelegt sind, wobei der offene Endkörper eine Strömungseintrittsöffnung aufweist, die vorzugsweise in einem in Radialrichtung innersten Aufnahmevolumen angeordnet ist.
(5) Filterkartusche nach Ausführungsform (4), wobei zumindest ein mechanisches Befestigungselement an dem geschlossenen Endkörper und/oder dem offenen Endkörper angeordnet ist, wobei das Befestigungselement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung, insbesondere einen Bajonettverschluss, mit einer externen Struktur auszubilden.
(6) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (5), wobei das erste Adsorberelement Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; wobei das zweite Adsorberelement ein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, aber keine nicht imprägnierte Aktivkohle und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; wobei das dritte Adsorberelement basisch imprägnierte Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst.
(7) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (6), wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements ausgewählt ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Kieselgel (SiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und/oder einer Kombination davon; und/oder wobei das Permanganatsalz, mit dem das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumpermanganat (KMnO₄), und/oder einer Kombination davon; und/ oder wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist.
(8) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (7), wobei die Aktivkohle des ersten Adsorberelements und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, bevorzugt 30 bis 60, aufweist, und/oder wobei die Aktivkohle des ersten Adsorberelements und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine BET-Oberfläche von 300 bis 1500 m²/g aufweist, insbesondere 500 bis 1500 m²/g.
(9) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (8), wobei die Base, mit der die Aktivkohle des dritten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) und/oder einer Kombination davon; und/oder wobei die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.%, mehr bevorzugt 10 bis 15 Gew.% aufweist.
(10) Luftfilter, umfassend eine Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9).
(11) Verwendung einer Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) und/oder eines Luftfilters nach der Ausführungsform (10), in einer Vorrichtung zur Reinigung einer Umgebungsluft, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eine Klimatisierungsanlage, eine Lüftungsanlage, ein Ventilationssystem oder eine Brennstoffzelle, insbesondere ein Brennstoffzellenluftfilter, insbesondere ein Brennstoffzellen-Kathodenluftfilter, ist.
(12) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9), wobei das erste Adsorberelement, das zweite Adsorberelement und das dritte Adsorberelement so angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das erste Adsorberelement vor dem zweiten Adsorberelement und das zweite Adsorberelement vor dem dritten Adsorberelement durchströmt.
(13) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9), wobei das erste Adsorberelement, das zweite Adsorberelement und das dritte Adsorberelement so angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das zweite Adsorberelement vor dem dritten Adsorberelement und das dritte Adsorberelement vor dem ersten Adsorberelement durchströmt.
(14) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9), (12) oder (13), wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements eine Korngröße von 100 bis 5000 µm aufweist und/oder wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements eine Korngröße von 200 bis 3000 µm, bevorzugt 230 bis 2000 µm, mehr bevorzugt 250 bis 1000 µm, besonders bevorzugt 300 bis 800 µm, am meisten bevorzugt 350 bis 600 µm aufweist.
(15) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (14), wobei das Permanganatsalz, mit dem das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumpermanganat (KMnO₄), Magnesiumpermanganat (Mg(MnO₄)₂), Calciumpermanganat (CaMnO₄), Bariumpermanganat (BaMnO₄), Lithiumpermanganat (LiMnO₄), und/oder einer Kombination davon.
(16) Filterkartusche nach der Ausführungsform (15), wobei das Permanganatsalz, mit dem das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumpermanganat (KMnO₄), und/oder einer Kombination davon.
(17) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (16), wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.%, bevorzugt einen Imprägnierungsgrad von 2 bis 20 Gew.%, mehr bevorzugt 3 bis 15 Gew.%, besonders bevorzugt 4 bis 12 Gew.%, aufweist.
(18) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (17), wobei die Base, mit der die Aktivkohle des dritten Adsorberelements imprägniert ist, ein Metallsalz ist, das als Anion ein Anion enthält, das aus Hydroxid, Carbonat und einer Kombination davon ausgewählt ist.
(19) Filterkartusche nach der Ausführungsform (18), wobei die Base, mit der die Aktivkohle des dritten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) und/oder einer Kombination davon.
(20) Filterkartusche nach der Ausführungsform (18) oder (19), wobei die Base, mit der die Aktivkohle des zweiten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOH), Kaliumcarbonat (K₂CO₃) und/oder einer Kombination davon.
(21) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (20), wobei die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, bevorzugt 30 bis 60 mesh, aufweist und/oder wobei die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine BET-Oberfläche von 300 bis 1500 m²/g aufweist, insbesondere 500 bis 1500 m²/g.
(22) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (21), wobei die Filterkartusche ein viertes Adsorberelement umfasst, wobei das vierte Adsorberelement ausgewählt ist aus
1. (i) einem Adsorberelement, das säureimprägnierte Aktivkohle umfasst,
2. (ii) einem Adsorberelement, das Kaliumiodid-imprägnierte Aktivkohle umfasst, und
3. (iii) einem Adsorberelement, das textiles flächiges Material bestehend aus Naturfasern, synthetischen Polymerfasern und/oder einer Kombination davon umfasst, und
4. (iv) einem Adsorberelement, das eine Kombination von zwei oder mehr der Adsorberelemente (i), (ii) oder (iii) ist.
(23) Filterkartusche nach Ausführungsform (22), wobei das vierte Adsorberelement so angeordnet ist, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das vierte Adsorberelement als erstes Adsorberelement oder als letztes Adsorberelement der Filterkartusche durchströmt.
(24) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (22) oder (23), wobei das textile flächige Material ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder ein Vlies ist.
(25) Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (22) bis (24), wobei das vierte Adsorberelement eine Schicht umfasst, die säureimprägnierte Aktivkohle umfasst, wobei die Säure ausgewählt ist aus Phosphorsäure (H₃PO₄) und/oder Schwefelsäure (H₂SO₄).
(26) Luftfilter, umfassend eine Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (25).
(27) Verwendung einer Filterkartusche nach einer der Ausführungsformen (1) bis (9) oder (12) bis (25) oder eines Luftfilters nach der Ausführungsform (26) in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft.
(28) Verwendung nach der Ausführungsform (27), wobei die Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft in einer Klimatisierungsanlage, einer Lüftungsanlage, einem Ventilationssystem oder einer Brennstoffzelle, insbesondere einem Brennstoffzellenluftfilter, insbesondere einem Brennstoffzellen-Kathodenluftfilter, angeordnet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung detailliert beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden die im Folgenden aufgeführten Begriffe zur Beschreibung der Erfindung verwendet. Diese Begriffe sind dem Fachmann bekannt und werden mit den im Folgenden erläuternden Bedeutungen verwendet.
Mit dem Begriff „Stickoxide“ werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung alle bekannten Oxide des Stickstoffs bezeichnet, insbesondere Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂), aber auch Distickstoffmonoxid (N₂O), Distickstofftrioxid (N₂O₃) und Distickstofftetroxid (N₂O₄). Diese Oxide des Stickstoffs stehen miteinander in dynamischen Gleichgewichten, d.h. bei Vorliegen eines dieser Stickoxide bilden sich in der Regel auch die anderen genannten Stickoxide, wenngleich das dynamisch Gleichgewicht in der Regel deutlich auf der Seite des Stickstoffdioxids (NO₂) liegt, so dass die anderen Stickoxide in vielen Fällen nur in vergleichsweise geringen Mengen vorliegen.
Der Begriff „Aktivkohle“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Kohlenstoff mit hochporöser, offenporiger Struktur. Die spezifische Oberfläche, die durch BET-Messungen, d.h. durch Gasadsorptionsmessungen, ermittelt werden kann, beträgt typischerweise 300 m²/g oder mehr. Typischerweise liegt Aktivkohle in feinkörniger Form vor, insbesondere um eine größere spezifische Oberfläche bereitzustellen. Aktivkohle kann aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen unter Verkokung und anschließender oder gleichzeitiger Aktivierung hergestellt werden. Unter „Aktivierung“ werden dabei Verfahren bezeichnet, die der Vergrößerung der Porosität und somit der inneren Oberfläche dienen, die üblicherweise in Gasaktivierung und chemische Aktivierung unterteilt werden. Bei der Gasaktivierung geht man von bereits verkoktem Material aus und setzt dieses dem oxidierenden Einfluss eines Gasstromes, wie z.B. Wasserdampf, Kohlendioxid, Luft oder deren Gemische aus. Die Aktivierungstemperatur liegt bei etwa 700 bis 1000°C, wobei der Kohlenstoff nach der Wassergasreaktion partiell verbrannt wird und somit ein poröses hochaktives Kohlenstoffgerüst entsteht. Bei der chemischen Aktivierung mischt man zunächst meist unverkoktes, kohlenstoffhaltiges Material mit dehydratisierenden und oxidierend wirkenden Chemikalien. Anschließend wird die Mischung auf 400 bis 800°C erhitzt. Die Aktivierungsmittel (z.B. Zinkchlorid, Phosphorsäure oder Schwefelsäure) werden anschließend ausgewaschen und zurückgewonnen. Die Aktivierung kann generell in Drehrohr-, Etagen- Schacht-, Wirbelschichtöfen, Wirbelschicht- oder Fließbettreaktoren durchgeführt werden.
Unter dem Begriff „Korngröße“ eines teilchenförmigen Feststoffs, der beispielsweise ein imprägnierter oder nicht-imprägnierter Träger sein kann, versteht man im Rahmen dieser Beschreibung eine Teilchenfraktion, die durch Sieben aus einer Teilchenmischung mit größerer Teilchengrößenverteilung erhalten werden kann. Als „Korngröße“ wird daher in der Regel ein Korngrößenbereich angegeben, dessen Ober- und Untergrenze durch die Maschenweite der Siebe einer Siebkaskade definiert wird, zwischen denen sich die bezeichnete Teilchenfraktion beim Sieben ansammelt. Beispielweise bezeichnet die Korngröße 30 bis 80 mesh die Teilchenfraktion, die sich beim Sieben unter einem Sieb mit 30 Maschen pro Zoll (30 mesh) auf einem Sieb mit 80 Maschen pro Zoll (80 mesh) sammelt.
Mit dem Begriff „Imprägnierungsgrad“ wird im Rahmen dieser Beschreibung die Beladung eines Trägers (z.B. Aktivkohle oder Al₂O₃) mit einem Imprägnierungsmittel (z.B. einem Permanganatsalz oder einer Base wie NaOH) bezeichnet. Der Imprägnierungsgrad (Angaben in Gewichtsprozent, Gew.%) kann entsprechend der Formel $I m p r ä g n i e r u n g s g r a d = \frac{m (Imprägnierungsmittel)}{m (Träger) + m (Imprägnierungsmittel)}$
als Gewichtsprozentsatz berechnet werden, wobei
m (Imprägnierungsmittel) = Masse des eingesetzten Imprägnierungsmittels und
m (Träger) = Masse des eingesetzten Trägermaterials.
Unter dem Begriff „Chemisorption“ wird im Rahmen dieser Beschreibung die Anlagerung von Molekülen, insbesondere aus einem Gasgemisch, an der Oberfläche eines Trägermaterials unter Ausbildung einer chemischen Bindung verstanden. Ein Molekül kann je nach seiner chemischen Beschaffenheit mindestens eine Form der chemischen Bindung eingehen, z.B. eine ionische, kovalente, oder Wasserstoffbrückenbindung, vorzugsweise eine kovalente Bindung.
Die erfindungsgemäße Filterkartusche umfasst mindestens drei Adsorberelemente, die nachfolgend im Detail beschrieben werden.
Erstes Adsorberelement
Das erste Adsorberelement umfasst Aktivkohle. In einer Ausführungsform weist die Aktivkohle eine Korngröße von 10 bis 80 mesh auf, bevorzugt von 30 bis 60 mesh. Die Korngröße der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Herstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden und insbesondere durch Mahlen und Sieben eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erste Adsorberelement eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m²/g auf. Die BET-Oberfläche der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Herstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden.
Korngröße und/oder BET-Oberfläche der Aktivkohle des ersten Adsorberelements können variiert werden, um die Adsorptionskapazität des ersten Adsorberelements einzustellen. In dem ersten Adsorberelement erfolgt eine möglichst starke Physisorption von unerwünschten molekularen Bestandteilen eines durchströmenden Gasgemisches (insbesondere von Ozon, flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen (z.B. CO oder n-Butan), SO₂, H₂S, NH₃ oder Formaldehyd).
Zweites Adsorberelement
Das zweite Adsorberelement umfasst ein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist. In einer Ausführungsform ist das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements ausgewählt aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Kieselgel (SiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und/oder einer Kombination davon. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements Aluminiumoxid (Al₂O₃). Die Wahl eines geeigneten Trägermaterials kann unter anderem vom Imprägnierungsmittel und dem Imprägnierungsgrad abhängen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements eine Korngröße von 100 bis 5000 µm auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial eine Korngröße von 200 bis 3000 µm, bevorzugt 230 bis 2000 µm, mehr bevorzugt 250 bis 1000 µm, besonders bevorzugt 300 bis 800 µm, am meisten bevorzugt 350 bis 600 µm auf.
Das Imprägnierungsmittel für das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements ist ein Permanganatsalz, das ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumpermanganat (KMnO₄), Magnesiumpermanganat (Mg(MnO₄)₂), Calciumpermanganat (CaMnO₄), Bariumpermanganat (BaMnO₄), Lithiumpermanganat (LiMnO₄), und/oder einer Kombination davon, wobei die handelsüblichen und kostengünstigeren Verbindungen Natriumpermanganat (NaMnO₄) und/oder Kaliumpermanganat (KMnO₄) bevorzugt sind. Imprägnierte Trägermaterialien sind kommerziell erhältlich. Das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements kann dabei je nach Bedarf mit einem Permanganatsalz oder mehreren Permanganatsalz imprägniert sein. Je besser löslich das Permanganatsalz in Wasser ist, desto bevorzugter ist es in der Regel als Imprägnierungsmittel in dem zweiten Adsorberelement. Ferner ist die Anwendung eines Permanganatsalzes bevorzugt, mit dem ein möglichst hoher Imprägnierungsgrad erreicht werden kann. So ist Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Kaliumpermanganat (KMnO₄) bevorzugt und Natriumpermanganat (NaMnO₄) besonders bevorzugt.
Das feste Trägermaterial weist einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.% auf, insbesondere 2 bis 20 Gew.%, bevorzugt 3 bis 15 Gew.%, besonders bevorzugt 4 bis 12 Gew.%. Ein geeigneter Imprägnierungsgrad wird in Hinsicht auf das verwendete feste Trägermaterial gewählt.
Unerwünschte molekulare Bestandteile der Luft werden an dem zweiten Adsorberelement oxidiert. Insbesondere wird beispielsweise NO an dem zweiten Adsorberelement zu NO₂ oxidiert. Da Oxide von Nichtmetallen wie etwa Stickstoff und Schwefel in der Regel saure Eigenschaften aufweisen und somit mit basischen Materialien reagieren, wird durch die Oxidation an dem zweiten Adsorberelement eine Chemisorption an dem basisch imprägnierten Adsorberelement besonders vorteilhaft möglich. Die Oxidationskapazität des zweiten Adsorberelements kann beispielsweise durch den Imprägnierungsgrad gesteuert werden.
Drittes Adsorberelement
Das dritte Adsorberelement umfasst eine basisch imprägnierte Aktivkohle. Bei der Base handelt es sich um ein Metallsalz, das als Anion ein Anion enthält, das aus Hydroxid, Carbonat und/oder einer Kombination davon ausgewählt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Base ausgewählt aus Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) und einer Kombination davon. Besonders bevorzugt sind hierbei die handelsüblichen und kostengünstigen Basen Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Kaliumcarbonat (K₂CO₃). Die Aktivkohle des dritten Adsorberelements kann dabei je nach Bedarf mit einer Base oder mehreren Basen imprägniert sein. Je besser löslich die Base in Wasser ist, desto bevorzugter ist sie in der Regel als Imprägnierungsmittel in dem dritten Adsorberelement.
Die Aktivkohle weist einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.% auf, insbesondere 5 bis 20 Gew.%, bevorzugt 10 bis 15 Gew.%.
In einer weiteren Ausführungsform weist das dritte Adsorberelement eine Korngröße von 10 bis 80 mesh auf, bevorzugt von 30 bis 60 mesh. Die Korngröße der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Herstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden und insbesondere durch Mahlen und Sieben eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das dritte Adsorberelement eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m²/g auf. Die BET-Oberfläche der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Herstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden.
Ferner ist die Anwendung einer Base bevorzugt, mit der ein möglichst hoher Imprägnierungsgrad erreicht werden kann. Dies kann zudem erreicht werden, indem die Aktivkohle eine möglichst hohe spezifische Oberfläche aufweist und ein Verfahren zur Imprägnierung (z.B. Nass- oder Sprühverfahren) mehrmals mit frischer Basen-Lösung wiederholt wird. Beim Nassverfahren kann die Imprägnierung der Aktivkohle während ihrer Aktivierung (insbesondere während der Gasaktivierung) mit einer wässrigen Lösung aus geeigneter Base bestimmter Konzentration versetzt und anschließend erhitzt werden. Während der Erhitzung werden die unerwünschten angelagerten Wassermoleküle aus der Aktivkohlenoberfläche entfernt. Im Gegensatz dazu wird im Sprühverfahren eine wässrige Lösung aus geeigneter Base bestimmter Konzentration auf die Aktivkohle gesprüht.
Unerwünschte molekulare Bestandteile des Gasstroms, die bereits durch das zweite Adsorberelement geströmt sind und saure Eigenschaften aufweisen, werden an dem dritten Adsorberelement abgeschieden. Insbesondere wird NO₂, aber auch SO₂ und SO₃, in Gegenwart von imprägnierten Base-Molekülen des dritten Adsorberelements abgeschieden.
Es ist daher wünschenswert, die Oberfläche der Aktivkohle möglichst effizient durch Basenmoleküle zu bedecken. Durch eine hohe Bedeckung der Oberfläche, d.h. einen hohen Imprägnierungsgrad, kann einerseits die Fähigkeit, saure Schadgasmoleküle zu chemisorbieren, gesteigert werden, und zudem kann eine in diesem Adsorberelement unerwünschte reduzierende Eigenschaft der Aktivkohle minimiert oder vollständig unterdrückt werden. Es kann somit die unerwünschte Reduktion von Schadgasen unterdrückt werden, deren saure Eigenschaften zur Chemisorption durch die Base, mit der die Aktivkohle des dritten Adsorberelements imprägniert ist, genutzt werden sollen.
Viertes Adsorberelement
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann die Filterkartusche zumindest noch ein viertes Adsorberelement aufweisen, das säureimprägnierte Aktivkohle, Kaliumiodid-imprägnierte Aktivkohle, ein textiles flächiges Material und/oder eine Kombination davon umfasst.
Ein viertes Adsorberelement kann somit säureimprägnierte Aktivkohle umfassen, wobei die Säure insbesondere ausgewählt ist aus Phosphorsäure (H₃PO₄), Schwefelsäure (H₂SO₄), und/oder einer Kombination davon. Die Säureimprägnierung dient beispielsweise der gezielten Entfernung von alkalischen Gasen wie Ammoniak oder Aminen.
Ferner kann das vierte Adsorberelement Kaliumiodid-imprägnierte Aktivkohle umfassen, die zur gezielten Entfernung von Schadgasen wie Schwefelwasserstoff (H₂S) und Merkaptanen geeignet ist.
Das vierte Adsorberelement kann textiles flächiges Material umfassen, das aus Naturfasern, synthetischen Polymerfasern und/oder einer Kombination davon besteht. Das vierte Adsorberelement dient der Entfernung von Partikeln aus dem durchströmenden Gas. Bei dem textilen flächigen Material handelt es sich dabei um ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder ein Vlies.
Filterkartusche
Das zweite und dritte Adsorberelement sind in der Filterkartusche so angeordnet, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das zweite Adsorberelement vor dem dritten Adsorberelement durchströmt. Durch dieses besondere Merkmal können Schadgase auf höchsteffiziente Art und Weise aus der Umgebungsluft entfernt werden. Dabei werden Schadgase (z.B. NO) zunächst in dem zweiten Adsorberelement oxidiert (z.B. NO₂) und anschließend auf der basisch-imprägnierten Aktivkohle des dritten Adsorberelements effizient abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt vorzugsweise durch Chemisorption. Es wird eine gezielte und effiziente Entfernung von unerwünschten sauren Gasen (wie Stickoxiden) aus der Luft erreicht.
Das erste Adsorberelement ist so angeordnet, dass ein durch die Filterkartusche strömendes Gas das erste Adsorberelement vor dem zweiten Adsorberelement oder das erste Adsorberelement nach dem dritten Adsorberelement durchströmt.
In einer Ausführungsform wird das erste Adsorberelement in der Filterkartusche ausströmseitig angeordnet (Gas durchströmt das erste Adsorberelement nach dem zweiten und dem dritten Adsorberelement). Bei dieser Anordnung kann vermieden werden, dass unerwünschte und daher abzutrennende Bestandteile des Gasstroms durch Kontakt mit Aktivkohle des ersten Adsorberelements zunächst reduziert werden und dann beim Passieren des zweiten Adsorberelements erneut oxidiert werden müssen, um in dem dritten Adsorberelement chemisorbiert werden zu können. Die oxidative Kapazität des zweiten Adsorberelements kann somit effizienter genutzt werden und die Standzeit des zweiten Adsorberelements erhöht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste Adsorberelement in der Filterkartusche anströmseitig angeordnet (Gas durchströmt das erste Adsorberelement vor dem zweiten und dem dritten Adsorberelement). Bei dieser Anordnung können Schadgase zumindest teilweise abgetrennt werden, bevor der Gasstrom das zweite und dritte Adsorberelement erreicht. Auch in diesem Fall kann die Kapazität des zweiten und dritten Adsorberelements somit effizient für solche Schadgase genutzt werden, die in dem ersten Adsorberelement nicht adsorbiert werden können, so dass die Standzeit des zweiten und dritten Adsorberelements erhöht werden kann.
Die Mehrzahl von Aufnahmevolumina ist koaxial in der Filterkartusche angeordnet und in einer Radialrichtung fluiddurchlässig ausgebildet. In dieser Ausführungsform kann jedes aus dem ersten, zweiten und dritten Adsorberelement eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Durch dieses Merkmal wird insbesondere eine gezielte Aufeinanderfolge von den Reaktionen erreicht, durch die Schadgase schrittweise in jedem Adsorberelement zu Schadgas-Intermediaten umgesetzt und schließlich irreversibel an dem dritten Adsorberelement abgeschieden werden. Es können so unerwünschte und kontraproduktive Nebenreaktionen vermieden werden.
Die Mehrzahl von Aufnahmevolumina ist mittels einer Mehrzahl von perforierten koaxialen Zwischenwänden ausgebildet, wobei die Zwischenwände einen kreisringförmigen Querschnitt ausweisen und zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung der Filterkartusche angeordnet sind. Diese konzentrische Anordnung der Aufnahmevolumina zur Aufnahme des Adsorberelements dient der Stabilisierung des Adsorberelements beziehungsweise der Adsorberelemente gegen mechanische Einwirkungen und zu deren Immobilisierung. Die Zwischenwände sind dabei perforiert, um Luftdurchlässigkeit zwischen den verschiedenen Aufnahmevolumina sicherzustellen. Die Perforation sollte dabei so gewählt werden, dass ein Druckabfall des die Filterkartusche durchströmenden Gases weitgehend minimiert wird.
Die Zwischenwände sind fluiddicht an einem geschlossenen Endkörper und an einem offenen Endkörper festgelegt, wobei der offene Endkörper eine Strömungseintrittsöffnung aufweist, die vorzugsweise in einem in Radialrichtung innersten Aufnahmevolumen angeordnet ist. Ein Luftstrom von zu reinigender Luft tritt durch den offenen Endkörper in die Filterkartusche ein. Der Luftstrom kann beispielsweise mittels einer Luftstromerzeugungsvorrichtung erzeugt werden, die Teil einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft sein kann, in der auch die erfindungsgemäße Filterkartusche Verwendung finden kann. Der geschlossene Endkörper der Filterkartusche kann dem offenen Endkörper der Filterkartusche vorzugsweise in der Axialrichtung der Filterkartusche gegenüberliegend angeordnet sein. Der Luftstrom kann die Filterkartusche in dieser Richtung mithin nicht verlassen. Er wird in eine Radialrichtung der Filterkartusche umgelenkt. Dabei passiert er das zwischen dem offenen Endkörper und dem geschlossenen Endkörper angeordnete Aufnahmevolumen, in dem das zumindest eine Adsorberelement angeordnet ist. Der Luftstrom passiert das beziehungsweise die Adsorberelemente und verlässt die Filterkartusche wieder. Die Filterkartusche wird also bevorzugt von innen nach außen durchströmt. Es resultiert ein hoher Adsorptionskoeffizient und eine effiziente Ausnutzung des (beschränkt) vorhandenen Bauraums. Eine Durchströmung von außen nach innen ist jedoch ebenso möglich.
Zumindest ein mechanisches Befestigungselement ist an dem geschlossenen Endkörper und/oder dem offenen Endkörper angeordnet, wobei das Befestigungselement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung, insbesondere einen Bajonettverschluss, mit einer externen Struktur auszubilden. Das mechanische Befestigungselement dient der Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen der Filterkartusche mit einer externen Struktur, beispielsweise an einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft. Das mechanische Befestigungselement kann beispielsweise als pilzförmiger Knopf auf der Stirnseite des offenen Endkörpers der Filterkartusche ausgebildet sein, der in einen korrespondierenden (Quer-) Schlitz an der externen Struktur eingeführt werden kann. Durch Verdrehen (beispielsweise in einer Umfangsrichtung) der Filterkartusche relativ zu der externen Struktur kann dann eine mechanische Verbindung zwischen der Filterkartusche und der externen Struktur hergestellt werden. Diese ist durch die Verdrehung in Gegenrichtung wiederum einfach zu lösen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:

1 eine erfindungsgemäße Filterkartusche mit drei Aufnahmevolumina;
2 eine erfindungsgemäße Filterkartusche mit zwei Aufnahmevolumina.

Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Filterkartusche 1. Die Filterkartusche 1 weist einen geschlossenen Endkörper 2 und einen offenen Endkörper 3 auf. In einer Axialrichtung der Filterkartusche 1 erstrecken sich konzentrisch eine erste Zwischenwand 4, eine zweite Zwischenwand 5, eine dritte Zwischenwand 6 und eine vierte Zwischenwand 7. Dabei bildet die erste Zwischenwand 4 eine Innenwandung der Filterkartusche 1; die vierte Zwischenwand 7 bildet eine Außenwandung der Filterkartusche 1. Zwischen der ersten Zwischenwand 4 und der zweiten Zwischenwand 5 ist ein erstes Aufnahmevolumen 8 ausgebildet. Zwischen der zweiten Zwischenwand 5 und der dritten Zwischenwand 6 ist ein zweites Aufnahmevolumen 9 ausgebildet. Zwischen der dritten Zwischenwand 6 und der vierten Zwischenwand 7 ist ein drittes Aufnahmevolumen 10 ausgebildet. Die Aufnahmevolumina 8, 9, 10 dienen der Aufnahme von Adsorberelementen (nicht dargestellt) in der Filterkartusche 1. Die Adsorberelemente können identisch zueinander oder verschieden voneinander ausgebildet sein.
Die Filterkartusche 1 dient der Reinigung von Umgebungsluft von Stäuben und/oder Schadgasen. Zu diesem Zweck wird die zu reinigende Umgebungsluft durch die Filterkartusche 1 strömen. Dabei tritt die zu reinigende Umgebungsluft durch eine Strömungseintrittsöffnung 11 in die Filterkartusche 1 ein. Die eintretende Umgebungsluft kann jedoch die Filterkartusche 1 an dem geschlossenen Endkörper 2 nicht wieder verlassen. Sie wird daher in einer Radialrichtung durch die zu diesem Zweck mit einer Perforation versehenen Zwischenwände 4, 5, 6, 7 und damit durch die in den Aufnahmevolumina 8, 9, 10 befindlichen Adsorberelemente strömen. In diesen Adsorberelementen erfolgt eine (ggf. schrittweise) Umsetzung der in der Umgebungsluft befindlichen Schadgase zu Schadgas-Intermediaten, so dass die Schadgase schließlich irreversibel an dem Adsorberelement in dem dritten Aufnahmevolumen 10 abgeschieden werden.
Die Filterkartusche 1 wird vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft eingesetzt werden. Sie muss sodann in einer solchen Vorrichtung befestigt werden. Hierzu weist die Filterkartusche 1 ein Befestigungselement 12 auf. Das Befestigungselement 12 ist hier als ein pilzartiger Knopf ausgebildet. Dieser kann beispielsweise zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses zwischen der Filterkartusche 1 und einer externen Struktur der Vorrichtung zur Reinigung der Umgebungsluft verwendet werden. Hierzu wird das Befestigungselement 12 in einen korrespondierenden (Quer-) Schlitz in der externen Struktur eingeführt und die Filterkartusche 1 durch Verdrehen in dieser festgelegt werden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Filterkartusche 1 nach einer weiteren Ausführungsform. Im Gegensatz zur Filterkartusche 1 der ersten Ausführungsform der 1 weist die Filterkartusche 1 der 2 nur eine erste Zwischenwand 4, eine zweite Zwischenwand 5 und eine dritte Zwischenwand 6 auf. Die erste Zwischenwand 4 definiert die Innenwandung der Filterkartusche 1; die dritte Zwischenwand 6 definiert die Außenwandung der Filterkartusche 1. Zwischen der ersten Zwischenwand 4 und der zweiten Zwischenwand 5 ist das erste Aufnahmevolumen 8 angeordnet. Zwischen der zweiten Zwischenwand 5 und der dritten Zwischenwand 6 ist das zweite Aufnahmevolumen 9 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind also insgesamt nur zwei Aufnahmevolumina 8, 9 vorgesehen. Im Übrigen entsprechen die Merkmale denen der 1.
Die Ausgestaltung der verschiedenen möglichen Adsorberelemente, die in den Aufnahmevolumina 8, 9, 10 vorteilhaft aufgenommen werden können und deren Funktionsweisen wurden oben bereits im Detail beschrieben. Es wird daher auf diese Beschreibung verwiesen und auf deren Wiederholung verzichtet.

Claims

Filterkartusche (1), insbesondere zur Abscheidung von Stickoxiden, umfassend eine Mehrzahl von Aufnahmevolumina (8, 9, 10) zur Aufnahme von zumindest einem Adsorberelement, wobei ein erstes Adsorberelement in einem ersten Aufnahmevolumen (8) Aktivkohle umfasst, ein zweites Adsorberelement in einem zweiten Aufnahmevolumen (9) ein Trägermaterial umfasst, das vorzugsweise mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und ein drittes Adsorberelement in einem dritten Aufnahmevolumen (10) basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, wobei das zweite Aufnahmevolumen (9) und das dritte Aufnahmevolumen (10) so in der Filterkartusche (1) angeordnet sind, dass ein durch die Filterkartusche (1) strömendes Gas das zweite Aufnahmevolumen (9) vor dem dritten Aufnahmevolumen (10) durchströmt, und das erste Aufnahmevolumen (8) so in der Filterkartusche (1) angeordnet ist, dass ein durch die Filterkartusche (1) strömendes Gas das erste Aufnahmevolumen (8) vor dem zweiten Aufnahmevolumen (9) oder das erste Aufnahmevolumen (8) nach dem dritten Aufnahmevolumen (10) durchströmt.
Filterkartusche (1) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Aufnahmevolumina (8, 9, 10) koaxial in der Filterkartusche (1) angeordnet und in einer Radialrichtung fluiddurchlässig ausgebildet ist, wobei sich die Zusammensetzungen der Adsorberelemente in den Aufnahmevolumina (8, 9, 10) voneinander unterscheiden.
Filterkartusche (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Aufnahmevolumina (8, 9, 10) mittels einer Mehrzahl von perforierten koaxialen Zwischenwänden (4, 5, 6, 7) ausgebildet ist, wobei die Zwischenwände (4, 5, 6, 7) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen und zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung der Filterkartusche (1) angeordnet sind.
Filterkartusche (1) nach Anspruch 3, wobei die Zwischenwände (4, 5, 6, 7) fluiddicht an einem geschlossenen Endkörper (2) und an einem offenen Endkörper (3) festgelegt sind, wobei der offene Endkörper (2) eine Strömungseintrittsöffnung (11) aufweist, die vorzugsweise in einem in Radialrichtung innersten Aufnahmevolumen (8) angeordnet ist.
Filterkartusche (1) nach Anspruch 4, wobei zumindest ein mechanisches Befestigungselement (12) an dem geschlossenen Endkörper (2) und/oder dem offenen Endkörper (3) angeordnet ist, wobei das Befestigungselement (12) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung, insbesondere einen Bajonettverschluss, mit einer externen Struktur auszubilden.
Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Adsorberelement Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; wobei das zweite Adsorberelement ein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, aber keine nicht imprägnierte Aktivkohle und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; wobei das dritte Adsorberelement basisch imprägnierte Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst.
Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements ausgewählt ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Kieselgel (SiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und/oder einer Kombination davon; und/oder wobei das Permanganatsalz, mit dem das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumpermanganat (KMnO₄), und/oder einer Kombination davon; und/oder wobei das Trägermaterial des zweiten Adsorberelements Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist.
Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Aktivkohle des ersten Adsorberelements und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, bevorzugt 30 bis 60, aufweist, und/oder wobei die Aktivkohle des ersten Adsorberelements und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle des dritten Adsorberelements eine BET-Oberfläche von 300 bis 1500 m²/g aufweist, insbesondere 500 bis 1500 m²/g.
Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Base, mit der die Aktivkohle des dritten Adsorberelements imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) und/oder einer Kombination davon; und/oder wobei die basisch imprägnierte Aktivkohle der dritten Adsorberelements einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.%, mehr bevorzugt 10 bis 15 Gew.% aufweist.
Luftfilter, umfassend eine Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verwendung einer Filterkartusche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eines Luftfilters nach Anspruch 10, in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eine Klimatisierungsanlage, eine Lüftungsanlage, ein Ventilationssystem oder eine Brennstoffzelle, insbesondere ein Brennstoffzellenluftfilter, insbesondere ein Brennstoffzellen-Kathodenluftfilter, ist.