DE19529812A1 - Filtermaterial und Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten - Google Patents

Filtermaterial und Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten

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Andreas Dr Schleicher
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtermaterial sowie ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, bei welchem ein Gasstrom oder eine Flüssigkeit mit einem Filtermaterial aus aliphatischen Polysulfiden in Kontakt gebracht wird.
Es ist bekannt, daß bei elektrophotographischen Kopier- und Druckverfahren kleine Mengen von Ozon gebildet werden. Das entstehende Ozon wird von den verwendeten Geräten, beispielsweise Fotokopierer oder Laserdrucker, permanent in die Umgebungsluft abgegeben. Ozon belästigt nicht nur durch seinen Geruch, sondern wirkt auch in geringen Konzentrationen gesundheitsschädlich. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, die die Entfernung des Ozons aus dem von derartigen Vorrichtungen freigesetzten Luftstrom beschreiben. Dabei wird das Ozon entweder zerstört oder chemisch oder physikalisch gebunden.
Bekannt ist die Zerstörung des Ozons durch Erhitzen oder durch Wechsel­ wirkung mit einem Metallkatalysator (vgl. JP-60 197 223 und JP-60 19 115). Nachteilig sind bei der thermischen Zerstörung des Ozons allerdings der Energiebedarf und die hohe Temperatur, die zur vollständigen Ozonzersetzung notwendig sind.
Ferner ist bekannt, den Gasstrom durch ein Filter zu leiten, in dem das Ozon katalytisch zersetzt wird (vgl. JP-58 081 425). Das Basismaterial des Filters ist mit einer oder mehreren Metallverbindungen, Metallen oder Legierungen, beispielsweise Eisen-, Mangan- oder Nickelverbindungen imprägniert, denen weiterhin eine Verbindung oder ein Metall aus der Gruppe der Edelmetalle, beispielsweise Palladium oder Platin, zugegeben wird. Diese Katalysatoren sind sehr teuer und haben meist nur eine begrenzte Lebensdauer, da solche heterogenen Katalysatoren durch verschiedene Katalysatorgifte schnell desaktiviert werden.
Bekannt ist auch ein Filter bestehend aus einem Trägermaterial aus Aluminiumoxid oder Aktivkohle, das mit ethylenisch ungesättigten Verbindungen imprägniert ist, die mit dem Ozon reagieren, (vgl. DE 37 28 802). Nachteilig ist, daß die Verbindungen, beispielsweise Terpene, je nach Trägermaterial in vielen Fällen flüchtig sind, also in geringen Mengen ausgetragen werden können und somit verloren gehen. Außerdem steht nur ein geringer Teil des Filtergewichtes als aktiver Bestandteil zur Verfügung.
Weiterhin ist ein Filter zur Ozonzersetzung bekannt, das aus einer Faserplatte besteht, deren Fasern einen ozonzersetzenden Katalysator enthalten (vgl. JP-03 270 718). Diese Fasern, die in einer bevorzugten Ausführungsform porös sind, bestehen aus einem Polymer mit einer der folgenden funktionellen Gruppen, die mit Ozon stark reagieren, z. B. -SH, =S, -NH₂, =NH, -CN und -OH. Als ozonzersetzende Katalysatoren werden Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan oder ihre Oxide sowie Tonerde und Kieselgur genannt. Die für die Herstellung des Filters benötigte Faser wird nach einem üblichen Spinnprozeß erhalten, wobei der Katalysator in der Spinnlösung dispergiert und nach dem Spinnen gleichmäßig in der Faser verteilt ist. Durch Zugabe eines zweiten Polymers, das mit dem ersten Polymer eine Phasentrennung hervorruft, und verschiedene Nachbehandlungen des Spinnproduktes erhält man eine poröse Phase, in der die Katalysatorpartikel enthalten sind. Die erhaltenen Fasern werden dann nach üblichen Methoden zu dem Filter konfektioniert. Abgesehen davon, da die als geeignet angesehenen Polymeren nur en bloc genannt werden - offenbart ist ausschließlich Polyacrylnitril - ist die Herstellung der Filter umständlich und sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Filtermaterial und ein Verfahren zur Ozonentfernung zur Verfügung zu stellen, bei denen die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein aliphatisches Polysulfid enthält.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, wobei das Gas oder die Flüssigkeit mit der Oberfläche eines Filtermaterials in Kontakt gebracht wird, das ein aliphatisches Polysulfid enthält.
Ein aliphatisches Polysulfid (kurz "Polysulfid" genannt) ist ein Polymer, das mindestens eine Alkylensulfid-Einheit ([-R-S-],R = Alkylen) enthält. Polysulfide und deren Herstellung sind beschrieben in Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Volume A21, worauf Bezug genommen wird.
Geeignete Polysulfide für die Anwendung als Filtermaterial entstehen durch eine Gleichgewichts-Polykondensationsreaktion von bifunktionellen (= disubstituierten) organischen Verbindungen wie Dihalogen-Verbindungen (Alkane, Ether etc.) und Alkali-Polysulfiden der Formel (I)
M₂Sx (I)
worin x = 1 bis 6 ist und M für ein Alkalimetall, Erdalkalimetall oder Ammonium (NH₄) steht. Den bifunktionellen organischen Verbindungen kommt dabei die Funktion eines "Monomeren" zu.
Monomere zur Polysulfidbildung sind beispielsweise
  • 1. polyfunktionelle Kohlenwasserstoff-Verbindungen X-(CH₂)n-X¹
  • 2. polyfunktionelle Ether-Verbindungen X-(R¹OR²)n-X¹, X-(R¹SR²)n-X¹
  • 3. polyfunktionelle ungesättigte Verbindungen X-(R¹-C = C-R²)n-X¹,
wobei X und X¹ Halogenatome wie Chlor, Brom oder Jod, vorzugsweise Chlor,
R¹, R² geradkettige oder verzweigte C₁- bis C₁₅-Alkyleneinheiten und
n eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten.
Alkyleneinheiten sind beispielsweise -[(CH₂)m]- mit m = 1 bis 10.
Derartige bifunktionelle organischen Halogen-Verbindungen und deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt.
Bevorzugt von den bifunktionellen organischen Halogen-Verbindungen zur Polysulfid-Bildung sind 1,2-Dichlorethan und Bis(2-chlorethyl)formal, sowie als Vernetzungskomponente 1,2,3-Trichlorpropan.
Unter Alkali-Polysulfiden der Formel (I) versteht man solche Alkali-, Ammonium- oder Erdalkali-Verbindungen, die zusammen mit den bifunktionellen, organischen Verbindungen die systembildenden Komponenten der aliphatischen Polysulfide darstellen.
Zur Herstellung eines Filters können die Polymere als Pulver, Fasern, Folien oder andere Formkörper eingesetzt werden. Durch geeignete Verfahren lassen sich Filter auch mit besonders großer Oberfläche herstellen, beispielsweise mit Gitter- oder Wabenstruktur. Die zu verwendenden Pulver besitzen handelsübliche Teilengrößen, wobei auch Granulate verwendbar sind. Wichtig hierbei ist es, daß das zu behandelnde Gas oder die Flüssigkeit durch das Pulver, beispielsweise in Form eines Festbettes, ohne Störung durchgeleitet werden kann. Werden die Polymere als Fasern verwendet, werden diese als Stapelfasern, Nadelfilz, "non woven" Material, Kardenband oder Gewebe eingesetzt. Auch Folien oder Folienschnipsel können in geeigneter Form Verwendung finden.
Der ozonhaltige Gasstrom oder die Flüssigkeit kann bei jeder Temperatur, die unterhalb des Erweichungspunktes der Polymeren liegt, mit dem Filtermaterial gemäß der Erfindung behandelt werden. Im allgemeinen liegt die Temperatur im Bereich von -10 bis +80°C, vorzugsweise 0 bis 50°C.
Die Entfernung von Ozon erfolgt im allgemeinen quantitativ, wobei die Reaktionszeiten von der Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Mediums und der Oberfläche des Filterguts und/oder der Schütthöhe bei Pulvern abhängig ist. Im allgemeinen beträgt die Verweilzeit im Filter 0,1 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 0,5 Sekunden bis 1 Minute. Die Grenzwerte können aber auch überschritten werden.
Das Filtermaterial auf Basis von eines aliphatischen Polysulfids kann im allgemeinen als unverschnittenes Material eingesetzt werden. Möglich ist aber auch der Zusatz von üblichen Füllstoffen, wie Kreide, Talk, Ton, Glimmer, und/oder faserförmigen Verstärkungsmitteln, wie Glas- und Kohlenstoffasern, Whiskers, sowie weiteren üblichen Zusatzstoffen und Verarbeitungshilfsmitteln, beispielsweise Gleitmitteln, Trennmitteln, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren.
Das Filter gemäß der Erfindung kann bei allen ozonhaltigen Gasströmen und Flüssigkeiten verwendet werden. So findet es beispielsweise Anwendung bei der Beseitigung des bei der Sterilisation verwendeten oder aus einem Kopiergerät entstandenen Ozons, ferner zur Entfernung und Unschädlich­ machung von Ozon in Flüssigkeiten.
Beispiele
Das in den Beispielen als Ausgangsstoff benötigte Ozon wurde in einem handelsüblichen Ozonerzeuger hergestellt, der mit reinem Sauerstoff gespeist wurde.
Die Ozonkonzentration wurde mit einem Meßgerät der Firma Horiba APOA 350E (Industriestr. 9, D-61449 Steinbach) auf UV-Photometerbasis bestimmt.
Anschließend wurde das Ozon-Sauerstoff-Gemisch mit Luft oder Argon bis zu den genannten Konzentrationen verdünnt. Da bekannt ist, daß sich Ozon in Wasser und in feuchten Gasen langsam zersetzt, wurden die zur Verdünnung eingesetzten Gase getrocknet. Nach der Verdünnung wurde der Gasstrom geteilt. Ein Teil wurde durch ein Leerrohr, ein anderer durch ein entsprechendes, mit dem Filtermaterial gefülltes vertikales Rohr geleitet. Um das Polymer aufnehmen zu können, war das Glasrohr am unteren Ende mit einer porösen Glasplatte (Fritte) verschlossen. Die Strömungsgeschwindigkeiten wurden so reguliert, daß pro Zeiteinheit gleiche Volumina durch die beiden Rohre strömten.
In ein Glasrohr mit einem Durchmesser von ca. 25 mm, das am unteren Ende mit einer Glasfritte verschlossen war, wurden verschiedene Mengen eines aliphatischen Polysulfids (®Thiokol FA, Thiokol GmbH) eingefüllt. Durch dieses Pulverbett wurde der ozonhaltige Gasstrom geleitet. Dabei wurden nacheinander die Strömungsgeschwindigkeiten und die Ozonkonzentration eingestellt. Gemessen wurde über den jeweils in der Tabelle angegebenen Zeitraum.
Tabelle 1

Claims (10)

1. Filtermaterial zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein aliphatisches Polysulfid enthält.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein aliphatisches Polysulfid enthält, welches entstanden ist durch Polykondensation von
A)
  • 1. polyfunktionellen Kohlenwasserstoff-Verbindungen X-(CH₂)n-X¹,
  • 2. polyfunktionellen Ether-Verbindungen X-(R¹OR²)n-X¹, X-(R¹SR²)n-X¹, und
  • 3. polyfunktionellen ungesättigte Verbindungen X-(R¹-C = C-R²)n-X¹,
wobei in den Formeln die Substituenten X und X¹ Halogenatome und R¹ und R² aliphatische Kohlenwasserstoffreste sind, und
B) Alkali-Polysulfiden
wobei X und X¹ für Chlor, Brom oder Jod,
R¹ und R² für C₁- bis C₁₅-Alkyleneinheiten und
n eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten.
3. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein aliphatisches Polysulfid enthält, welches entstanden ist durch Polykondensation von 1,2-Dichlorethan und Bis(2-chlorethyl)formal, sowie als Vernetzungskomponente 1,2,3-Trichlorpropan.
4. Filter zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, das ein aliphatisches Polysulfid enthaltendes Filtermaterial enthält.
5. Verfahren zur Entfernung von Ozon aus aus Gasen und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas oder die Flüssigkeit mit einem Filtermaterial, das ein aliphatisches Polysulfid enthält, in Kontakt gebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einer Temperatur im Bereich von -10 bis +80°C durchgeführt wird.
7. Verfahren Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeit 0,1 Sekunden bis 10 Minuten beträgt.
8. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 1 in Form von Pulvern, Fasern, Folien oder Formkörpern.
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