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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Adsorptionsfiltertechnologie.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung adsorptive Formkörper,
welche insbesondere ausgehend von adsorptiven Strukturen auf Basis
von Agglomeraten von Adsorberpartikeln erhältlich sind.
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Des
weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Filter, welche die erfindungsgemäßen
adsorptiven Formkörper umfassen.
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Zur
Aufreinigung oder Aufbereitung von fluiden Medien, wie insbesondere
Gasen, Gasströmen oder Gasgemischen, wie z. B. Luft, oder
aber Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, kommen oft partikulare
Systeme auf Basis von Teilchen mit spezifischer Wirkung (z. B. Adsorbentien,
Ionenaustauscher, Katalysatoren etc.) zum Einsatz. So ist beispielsweise
die Verwendung von Adsorberpartikeln zur Entfernung von Gift- oder
Schadstoffen und Gerüchen aus Gas- oder Luftströmen
oder aber aus Flüssigkeiten aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die
Verwendung loser Schüttungen der vorgenannten Teilchen,
insbesondere in Form von sogenannten Schüttfiltern, ist
dabei die zentrale Anwendungsform, um die betreffenden Partikel,
wie z. B. Adsorberpartikel, mit dem betreffenden Gas oder der betreffenden
Flüssigkeit in Kontakt zu bringen.
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Da
bei kleinen Partikeln, wie z. B. Adsorberpartikeln, eine größere
Oberfläche zur Verfügung steht als bei größeren
Partikeln, ist bei den kleineren Partikeln erwartungsgemäß die
Wirkungsweise besser. Allerdings führen die kleinen Partikel
in loser Schüttung zu einem hohen Druckverlust, und zudem
wird durch die kleinen Partikel die Bildung von Kanälen
gefördert, was eine gewisse Durchbruchgefahr mit sich bringt.
Aus diesem Grund ist die bei Schüttungen verwendete Teilchengröße
oftmals nur ein Kompromiß, so daß meist nicht
die für die Anwendung optimalen Teilchengrößen
zum Einsatz kommen können. Insbesondere kommen zu Zwecken
der Erreichung wirtschaftlicher Betriebsbedingungen, insbesondere
eines akzeptablen Druckverlustes, oftmals größere
Partikel (z. B. Adsorberpartikel) zum Einsatz, als es für
eine optimale Nutzung der Adsorptionseffizienz wünschenswert
wäre, so daß oft ein beträchtlicher Teil
der theoretisch vorhandenen Kapazität nicht genutzt werden
kann.
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Aus
der
DE 38 13 564 A1 und
aus der zu derselben Patentfamilie gehörenden
EP 0 338 551 A2 ist eine
Aktivkohlefilterschicht für Gasmasken bekannt, welche ein
hochluftdurchlässiges, im wesentlichen formstabiles dreidimensionales
Trägergerüst umfaßt, an welchem eine
Schicht von körnigen, insbesondere kugelförmigen
Aktivkohleteilchen eines Durchmessers von 0,1 bis 1 mm fixiert ist,
wobei es sich bei dem Trägergerüst um ein Geflecht
aus Drähten, Monofilamenten oder Stegen oder um einen großporigen
retikulierten Polyurethanschaumstoff handeln kann. Nachteilig bei
dem dort beschriebenen System ist die Tatsache, daß ein zusätzliches
Trägermaterial benötigt wird, welches in einem
relativ aufwendigen Bearbeitungsprozeß mit den betreffenden
Partikeln beaufschlagt werden muß. Zudem beschränkt
das einmal gewählte Trägergerüst dann die
betreffende Anwendung.
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Weiterhin
ist aus der
DE 42 39
520 A1 ein Hochleistungsfilter bekannt, welches aus einem
dreidimensionalen Trägergerüst besteht, auf welchem
mittels einer Haftmasse Adsorberteilchen fixiert sind, wobei das Trägergerüst
durch einen thermisch stabilen und sehr hydrolysebeständigen
Kunststoff ummantelt ist, der ca. 20 bis 500%, bezogen auf den Träger,
beträgt. Insbesondere handelt es sich bei dem Trägergerüst
um einen großporigen retikulierten Polyurethanschaumstoff,
welcher durch ein Silikonharz, Polypropylen, hydrolysefestes Polyurethan,
ein Acrylat, einen Synthesekautschuk oder Fluorpolymere ummantelt
ist. Der Herstellungsprozeß für diese Strukturen
ist relativ aufwendig. Zudem erfordert die dort beschriebene Technologie
das Vorhandensein eines zusätzlichen Trägers.
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Des
weiteren sind aus der
DE
43 43 358 A1 Aktivkohle enthaltende poröse Körper
bekannt, welche aus Platten und Agglomeraten aus vermahlener, in
einer porösen SiO
2-Matrix eingebauten
Aktivkohle bestehen. Insbesondere werden dort poröse Platten
oder Körper mit adsorbierenden Eigenschaften beschrieben, bei
denen Aktivkohlekörner oder Aktivkohlekügelchen
bzw. Aktivkohle enthaltende Körner oder Kügelchen
mit Hilfe einer Silikatlösung an einander zum Haften gebracht
sind und nachfolgend die Silikatbrücken in Silicagelbrücken
umgewandelt und die Körper getrocknet sind. Nachteilig
hierbei ist die festgelegte Geometrie dieser porösen Körper
sowie deren mangelnde Flexibilität und Kompressibilität,
infolge derer sie für Filterbedingungen unter mechanischer
Belastung nicht geeignet sind. Weiterhin nachteilig ist, daß die
aktivkohlehaltigen Partikel vollständig mit der Silikatlösung
benetzt werden, so daß ein großer Teil der Kapazität
dieser Partikel nicht mehr für adsorptive Prozesse zur
Verfügung steht.
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Gleichermaßen
sind aus der
DE 43
31 586 C2 Agglomerate aus Aktivkohle bekannt, bei denen
Aktivkohleteilchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 bis 5 mm durch
leichten Druck unter Erwärmung um ein etwa gleichgroßes
Teilchen aus Pech angeordnet und zum Haften gebracht sind und nachfolgend
das Pechteilchen durch Oxidation unschmelzbar gemacht und in Aktivkohle
umgesetzt ist, so daß der freie Zwischenraum zwischen den
Teilchen im Agglomerat eine Weite von mindestens 10 Vol.% der Teilchengröße
aufweist. Nachteilig bei den dort beschriebenen Teilchen ist die
relativ aufwendige, energiereiche Herstellung sowie die mangelnde
Kompressibilität der erhaltenen Agglomerate. Infolge der
Starrheit der Aktivkohleagglomerate ist eine Verwendung für
Filteranwendungen unter mechanischer Belastung nicht vorgesehen.
Auch ist infolge der mangelnden Kompressibilität eine Weiterverarbeitung
zu Formkörpern unter Verpressung nicht möglich.
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Gleiches
trifft auch auf die porösen Körper mit adsorbierenden
Eigenschaften gemäß der
DE 42 38 142 A1 zu, welche
Adsorberteilchen umfassen, die über Brücken aus
anorganischem Material, insbesondere Tonerde, miteinander verbunden
sind, wobei die Hohlräume zwischen den Adsorberteilchen
10 bis 100% des Volumens der Adsorberteilchen ausmachen. Auch die
dort beschriebenen porösen Körper weisen eine
nur geringe Flexibilität und Kompressibilität
auf, so daß eine Verwendung unter mechanischer Belastung
und eine Weiterverarbeitung zu Formkörpern unter Verpressung
ausgeschlossen ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, adsorptive
Formkörper bereitzustellen, welche die zuvor geschilderten
Nachteile des Standes der Technik zumindest weitgehend vermeiden
oder aber wenigstens abschwächen.
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Insbesondere
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, adsorptive
Formkörper bereitzustellen, welche die Nachteile herkömmlicher
Schüttfilter auf Basis von einzelnen Partikeln vermeiden bzw.
zumindest abschwächen und zudem insbesondere auch eine
Verwendung unter mechanischer Belastung ermöglichen, insbesondere
eine ausreichende Flexibilität und/oder Kompressibilität
aufweisen.
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Die
zuvor geschilderte Aufgabenstellung wird vorschlagsgemäß – gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – durch den Gegenstand
von Schutzanspruch 1 gelöst, welcher einen erfindungsgemäßen
adsorptiven Formkörper betrifft; weitere, vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind
Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
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Des
weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ein erfindungsgemäßer
Filter nach Schutzanspruch 32, welcher einen adsorptiven Formkörper
nach der vorliegenden Erfindung umfaßt; weitere, vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind
Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.
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Es
versteht sich von selbst, daß Ausgestaltungen, Ausführungsformen,
Vorteile und dergleichen, welche nachfolgend zu Zwecken der Vermeidung
von Wiederholungen nur zu einem Erfindungsaspekt angeführt sind,
selbstverständlich auch in bezug auf die übrigen
Erfindungsaspekte entsprechend gelten.
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Weiterhin
versteht es sich von selbst, daß bei nachfolgenden Werte-,
Zahlen- und Bereichsangaben die angegebenen Bereiche nicht beschränkend
zu verstehen sind; es versteht sich für den Fachmann, daß einzelfallbedingt
oder an wendungsbezogen von den angegebenen Bereichen und Angaben
abgewichen werden kann, ohne daß der Rahmen der vorliegenden
Erfindung verlassen ist.
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Dies
vorausgeschickt, wird im folgenden die vorliegende Erfindung näher
beschrieben.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist somit – gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ein adsorptiver
Formkörper, welcher aus einer Vielzahl adsorptiver Strukturen
auf Basis von Agglomeraten von Adsorberpartikeln (d. h. also aus
einer Vielzahl von Agglomeraten von Adsorberpartikeln) aufgebaut
ist.
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Der
erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
umfaßt eine Vielzahl von kornförmigen, vorzugsweise kugelförmigen
Adsorberpartikeln. Dabei können die Adsorberpartikel zumindest
teilweise über ein vorzugsweise thermoplastisches organisches
Polymer, insbesondere Bindemittel, miteinander verbunden sein bzw.
können die Adsorberpartikel zumindest teilweise an ein
vorzugsweise thermoplastisches organisches Polymer, insbesondere
Bindemittel, gebunden und/oder zum Haften gebracht sein.
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Bevorzugterweise
ist der erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
einstückig bzw. monolithisch ausgebildet.
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Der
erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
kann im übrigen beliebige geometrische bzw. dreidimensionale
Formen aufweisen: So kann beispielsweise der erfindungsgemäße
adsorptive Formkörper zylindrisch, stabförmig,
tellerförmig, quaderförmig, polyedrisch oder dergleichen
ausgebildet sein.
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Der
erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
weist einen ausgezeichneten Druckverlust auf. Insbesondere weist
der erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
einen längenbezogenen Druckverlust bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 0,2 m/s von höchstens 200 Pa/cm, insbesondere höchstens
150 Pa/cm, vorzugsweise höchstens 100 Pa/cm, besonders
bevorzugt höchstens 90 Pa/cm, ganz besonders bevorzugt höchstens
70 Pa/cm, noch mehr bevorzugt höchstens 50 Pa/cm, auf.
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Typischerweise
weist der erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
einen längenbezogenen Druckverlust bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 0,2 m/s im Bereich von 5 bis 200 Pa/cm, insbesondere 5 bis 150
Pa/cm, vorzugsweise 5 bis 100 Pa/cm, besonders bevorzugt 7,5 bis
90 Pa/cm, ganz besonders bevorzugt 10 bis 80 Pa/cm, auf.
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Der
erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
ist insbesondere ausgehend von adsorptiven Strukturen auf Basis
von Agglomeraten von Adsorberpartikeln (d. h. also ausgehend von
Adsorberpartikelagglomeraten), insbesondere wie zuvor beschrieben
und nachfolgend noch näher definiert, erhältlich,
insbesondere durch Verpressen dieser adsorptiven Strukturen bzw.
Adsorberpartikelagglomerate.
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Was
die erfindungsgemäß zur Herstellung des adsorptiven
Formkörpers nach der vorliegenden Erfindung eingesetzten
adsorptiven Strukturen auf Basis von Agglomeraten von Adsorberpartikeln
anbelangt, so umfassen die einzelnen Agglomerate jeweils eine Vielzahl
von kornförmigen, vorzugsweise kugelförmigen Adsorberpartikeln.
Die adsorptiven Strukturen zeichnen sich dabei insbesondere dadurch
aus, daß die Adsorberpartikel eines einzelnen Agglomerats über
ein vorzugsweise thermoplastisches organisches Polymer, insbesondere
Bindemittel, miteinander verbunden sind und/oder daß die
Adsorberpartikel eines einzelnen Agglomerats an ein vorzugsweise
thermoplastisches organisches Polymer, insbesondere Bindemittel,
gebunden und/oder zum Haften gebracht sind.
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Der
Begriff der ”Agglomerate”, wie er im Rahmen der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist sehr weit zu verstehen
und bezeichnet insbesondere eine mehr oder weniger verfestigte bzw.
zusammengefügte Anhäufung von vorher losen Bestandteilen
(d. h. einzelnen Adsorberpartikeln = Basispartikeln) zu einem mehr oder
weniger festen Verbund. Der Begriff der ”Agglomerate” bezeichnet
im Rahmen der vorliegenden Erfindung sozusagen technisch hergestellte
Zusammenballungen bzw. Anhäufungen einzelner Adsorberpartikel, welche
im vorliegenden Fall durch ein organisches Polymer zusammengefügt
sind.
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Was
den Begriff der ”Vielzahl von Adsorberpartikeln” anbelangt,
so sind hierunter im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere
mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Adsorberpartikel zu
verstehen.
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Im
allgemeinen bildet bei den erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen das organische Polymer mindestens einen Kern
des jeweiligen Agglomerats aus.
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Insbesondere
sind dabei die Adsorberpartikel eines einzelnen Agglomerats jeweils
an mindestens einem Kern aus organischem Polymer, insbesondere Bindemittel,
angeordnet und/oder angelagert. Dabei können die einzelnen
Agglomerate jeweils einen oder aber mehrere Kerne aus organischem
Polymer, insbesondere Bindemittel, umfassen.
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Die
Größe des Kerns aus organischem Polymer, insbesondere
Bindemittel, kann dabei in weiten Grenzen variieren.
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Insbesondere
besitzt in den erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven
Strukturen der Kern aus organischem Polymer, insbesondere Bindemittel,
eine Größe von 100 bis 2.000 μm, insbesondere
150 bis 1.500 μm, vorzugsweise 200 bis 1.000 μm.
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Üblicherweise
kann dabei das Größenverhältnis von Kern
aus organischem Polymer, insbesondere Bindemittel, zu einzelnem
Adsorberpartikel mindestens 1:1, insbesondere mindestens 1,25:1,
vorzugsweise mindestens 1,5:1, besonders bevorzugt mindestens 2:1,
ganz besonders bevorzugt mindestens 3:1, betragen.
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Zur
Gewährleistung einer guten Adsorptionseffizienz, insbesondere
Adsorptionskinetik und Adsorptionskapazität, enthalten
die einzelnen Agglomerate im allgemeinen jeweils mindestens 5 Adsorberpartikel,
insbesondere mindestens 10 Adsorberpartikel, vorzugsweise mindestens
15 Adsorberpartikel, besonders bevorzugt mindestens 20 Adsorberpartikel.
Die einzelnen Agglomerate können jeweils bis zu 50 Adsorberpartikel, insbesondere
bis zu 75 Adsorberpartikel, vorzugsweise bis zu 100 Adsorberpartikel
oder mehr, umfassen.
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Das
Gewichtsverhältnis von Adsorberpartikeln zu organischem
Polymer in den einzelnen Agglomeraten und somit im erfindungsgemäßen
adsorptiven Formkörper als solchem kann gleichermaßen
in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen weisen die einzelnen
Agglomerate jeweils ein Gewichtsverhältnis von Adsorberpartikeln
zu organischem Polymer je Agglomerat von mindestens 2:1, insbesondere
mindestens 3:1, vorzugsweise mindestens 5:1, besonders bevorzugt
mindestens 7:1, ganz besonders bevorzugt mindestens 8:1, auf. Üblicherweise
weisen die einzelnen Agglomerate jeweils ein Gewichtsverhältnis
von Adsorberpartikeln zu organischem Polymer je Agglomerat im Bereich
von 2:1 bis 30:1, insbesondere 3:1 bis 20:1, vorzugsweise 4:1 bis
15:1, besonders bevorzugt 5:1 bis 10:1, auf. Die vorgenannten Untergrenzen
erklären sich dadurch, daß eine ausreichende Anzahl
bzw. Menge von Adsorberpartikeln zur Gewährleistung einer
ausreichenden Adsorptionseffizienz vorhanden sein muß,
wohingegen die vorgenannten Obergrenzen dadurch bedingt sind, daß eine
ausreichende Menge an organischem Polymer zur Gewährleistung
eines stabilen Verbunds bzw. Agglomerats vorhanden sein müssen.
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Im
allgemeinen sind die einzelnen Agglomerate der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen selbsttragend ausgebildet. Dies hat den Vorteil,
daß kein zusätzlicher Träger erforderlich
ist.
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Im
allgemeinen sind die einzelnen Agglomerate der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen teilchenförmig ausgebildet. Dabei
können die Teilchengrößen der einzelnen
Agglomerate in weiten Bereichen variieren. Insbesondere können
die einzelnen Agglomerate der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen Teilchengrößen, insbesondere
Teilchendurchmesser, im Bereich von 0,01 bis 20 mm, insbesondere
0,05 bis 15 mm, vorzugsweise 0,1 bis 10 mm, besonders bevorzugt
0,2 bis 7,5 mm, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 5 mm, aufweisen.
Bei den vorgenannten Teilchengrößenangaben handelt
es sich um absolute Teilchengrößen.
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Typischerweise
besitzen die einzelnen Agglomerate der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen jeweils eine himbeer- oder brombeerartige
Struktur. Dabei sind einzelne äußere Adsorberpartikel um
einen oder mehrere innere Kerne aus organischem Polymer angeordnet.
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Vorteilhafterweise
ist das eingesetzte organische Polymer thermoplastisch ausgebildet. Üblicherweise ist
das organische Polymer weiterhin hitzeklebrig ausgebildet. Bevorzugt
ist das organische Polymer aus Polymeren aus der Gruppe von Polyester,
Polyamiden, Polyethern, Polyetherestern und/oder Polyurethanen sowie
deren Mischungen und Copolymeren ausgewählt.
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Bei
dem organischen Polymer handelt es sich bevorzugterweise um ein
vorzugsweise thermoplastisches Bindemittel, insbesondere um einen
vorzugsweise thermoplastischen Klebstoff, bevorzugt auf der Grundlage
von Polymeren aus der Gruppe von Polyester, Polyamiden, Polyethern,
Polyetherestern und/oder Polyurethanen sowie deren Mischungen und
Copolymeren.
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Üblicherweise
ist das organische Polymer, insbesondere das Bindemittel, vorzugsweise
der Schmelzklebstoff, bei 25°C und Atmosphärendruck
fest.
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Typischerweise
besitzt das organische Polymer, insbesondere das Bindemittel, vorzugsweise
der Schmelzklebstoff, einen Schmelz- oder Erweichungsbereich oberhalb
von 100°C, vorzugsweise oberhalb von 110°C, insbesondere
oberhalb von 120°C. Im allgemeinen weist das organische
Polymer, insbesondere das Bindemittel, vorzugsweise der Schmelzklebstoff,
eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 100°C,
vorzugsweise mindestens 125°C, insbesondere mindestens
150°C, auf.
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Zur
Gewährleistung einer guten Adsorptionseffizienz, insbesondere
Adsorptionskinetik und/oder Adsorptionskapazität, ist es
vorteilhaft, wenn die Adsorberpartikel der einzelnen Agglomerate
zu höchstens 50%, insbesondere zu höchstens 40%,
bevorzugt zu höchstens 30%, ganz besonders bevorzugt zu
höchstens 20% oder weniger, ihrer Oberfläche mit
organischem Polymer bedeckt und/oder belegt sind. Ein gewisser Bedeckungsgrad
der Oberfläche ist jedoch erforderlich, um eine gute Haftung
der Adsorberpartikel an das organische Polymer zu gewährleisten.
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Was
die Adsorberpartikel anbelangt, so besitzen diese üblicherweise
eine poröse Struktur. Des weiteren sind die Adsorberpartikel,
wie zuvor geschildert, kornförmig, insbesondere kugelförmig
ausgebildet. Hierdurch wird einerseits eine möglichst hohe
Oberfläche für die Adsorption zur Verfügung
gestellt und andererseits eine gute mechanische Belastbarkeit sowie
eine gute Fixierbarkeit bzw. Verklebbarkeit gewährleistet.
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Die
Teilchengrößen der Adsorberpartikel können
gleichermaßen in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise
weisen die Adsorberpartikel absolute Teilchengrößen,
insbesondere absolute Teilchendurchmesser, im Bereich von 0,001
bis 3 mm, insbesondere 0,005 bis 2,5 mm, vorzugsweise 0,01 bis 2
mm, besonders bevorzugt 0,02 bis 1,5 mm, ganz besonders bevorzugt
0,05 bis 1 mm, auf.
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Auch
die mittleren Teilchengrößen der Adsorberpartikel
können in weiten Bereichen variieren: Im allgemeinen weisen
die Adsorberpartikel mittlere Teilchengrößen,
insbesondere mittlere Teilchendurchmesser (D50), im Bereich von
0,01 bis 2 mm, insbesondere 0,05 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis
1 mm, auf.
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Die
Adsorberpartikel können aus einem Material bestehen, welches
ausgewählt ist aus der Gruppe von Aktivkohle; Zeolithen;
anorganischen Oxiden, insbesondere Siliciumdioxiden, Silicagelen
und Aluminiumoxiden; Molekularsieben; mineralischen Granulaten;
Klathraten; metallorganischen Gerüstmaterialien (MOFs) sowie
deren Mischungen. Besonders bevorzugt ist Aktivkohle.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Adsorberpartikel
aus kornförmiger, insbesondere kugelförmiger Aktivkohle
gebildet.
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Zur
Gewährleistung einer guten Adsorptionseffizienz ist es
von Vorteil, wenn die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel eine spezifische Oberfläche (BET-Oberfläche)
von mindestens 500 m2/g, insbesondere mindestens
750 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.000
m2/g, besonders bevorzugt mindestens 1.200 m2/g, aufweisen. Üblicherweise weisen
die Adsorberpartikel eine spezifische Oberfläche (BET-Oberfläche)
im Bereich von 500 bis 4.000 m2/g, insbesondere
750 bis 3.000 m2/g, vorzugsweise 900 bis
2.500 m2/g, besonders bevorzugt 950 bis
2.000 m2/g, auf.
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Des
weiteren sollten die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel eine gute mechanische Belastbarkeit aufweisen. Üblicherweise
weisen die Adsorberpartikel, insbesondere die Aktivkohlepartikel,
vorzugsweise die Aktivkohlekörner oder Aktivkohlekügelchen,
einen Berstdruck von mindestens 5 Newton, insbesondere einen Berstdruck
im Bereich von 5 Newton bis 50 Newton, pro Partikel auf.
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Zur
Gewährleistung guter Adsorptionseffizienzen sollten die
eingesetzten Adsorberpartikel weiterhin über hohe Adsorptionsvolumina,
hohe Gesamtporenvolumina nach Gurvich, hohe Gesamtporositäten
sowie hohe spezifische Gesamtporenvolumina verfügen.
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Üblicherweise
weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Adsorberpartikel
ein ein Adsorptionsvolumen Vads von mindestens
250 cm3/g, insbesondere mindestens 300 cm3/g, vorzugsweise mindestens 350 cm3/g, besonders bevorzugt mindestens 400 cm3/g, auf. Typischerweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel ein Adsorptionsvolumen Vads im
Bereich von 250 bis 3.000 cm3/g, insbesondere
300 bis 2.000 cm3/g, vorzugsweise 350 bis
2.500 cm3/g, auf.
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Des
weiteren weisen die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel üblicherweise ein Gesamtporenvolumen nach
Gurvich von mindestens 0,50 cm3/g, insbesondere
mindestens 0,55 cm3/g, vorzugsweise mindestens
0,60 cm3/g, besonders bevorzugt mindestens
0,65 cm3/g, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,70
cm3/g, auf. Typischerweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich im Bereich
von 0,50 bis 2,0 cm3/g, insbesondere 0,55
bis 1,5 cm3/g, vorzugsweise 0,60 bis 1,2
cm3/g, besonders bevorzugt 0,65 bis 1,0
cm3/g, auf.
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Ferner
verfügen die erfindungsgemäß eingesetzten
Adsorberpartikel über eine hohe Gesamtporosität. Üblicherweise
weisen die Adsorberpartikel eine Gesamtporosität im Bereich
von 10% bis 80%, insbesondere 20% bis 75%, vorzugsweise 25% bis
70%, auf.
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Schließlich
weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Adsorberpartikel
ein hohes spezifisches Gesamtporenvolumen auf. Üblicherweise
weisen die Adsorberpartikel ein spezifisches Gesamtporenvolumen
im Bereich von 0,01 bis 4,0 cm3/g, insbesondere
0,1 bis 3,0 cm3/g, vorzugsweise 0,2 bis
2,0 cm3/g, auf. Dabei kann der Anteil an
Poren mit Porendurchmessern ≤ 75 Å, vorteilhafterweise
mindestens 65%, insbesondere mindestens 70%, vorzugsweise mindestens
75%, betragen.
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Bevorzugt
eingesetzte Adsorberpartikel mit den vorgenannten Eigenschaften,
insbesondere auf der Basis kugelförmiger Aktivkohle, sind
von der Blücher GmbH, Erkrath, Deutschland, oder von der
Adsor-rech GmbH, Premnitz, Deutschland, erhältlich.
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Wie
zuvor beschrieben, lassen sich die erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen bzw. die sie bildenden Agglomerate zu einem
erfindungsgemäßen adsorptiven Formkörper
verarbeiten, was insbesondere mittels Verpressung erfolgen kann.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen ist darin zu sehen, daß sie – sowohl
in loser Schüttung oder in Form eines Formkörpers – gegenüber
einer losen Schüttung einzelner Adsorberpartikel einen
deutlich reduzierten Druckverlust aufweisen, wie zuvor beschrieben.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung lassen sich somit ausgehend von
kornförmigen bzw. sphärischen Adsorbentien bzw.
Adsorberpartikeln, aber auch ausgehend von anderen Formen von Adsorbentien,
mit Hilfe von organischen Polymeren, insbesondere Bindemitteln bzw.
Schmelzklebern, Agglomerate herstellen, welche im Schüttbett
wie aber auch in einer zu einem adsorptiven Formkörper
verpreßten Form eine sehr geringe Druckdifferenz aufweisen,
insbesondere im Vergleich z. B. mit Schüttungen aus vergleichbaren
kornförmigen bzw. sphärischen Adsorbentien bzw.
Adsorberpartikeln oder Splitterkohlen. Die erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Agglomerate und die hieraus insbesondere mittels Verpressen
erhältlichen, erfindungsgemäßen adsorptiven
Formkörper sind daher besonders für den Einsatz
in Anwendungen geeignet, bei denen es sowohl auf eine geringe Druckdifferenz
als auch auf einen geringen Anfangsdurchbruch ankommt.
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Die
vorliegende Erfindung ist folglich mit einer Vielzahl von Vorteilen
verbunden, von denen vorstehend nur einige genannt worden sind und
nachfolgend in nicht beschränkender und nicht abschließender
Weise einige weitere aufgezählt seien:
Wie zuvor erwähnt,
weisen die erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven
Strukturen bzw. Agglomerate – sowohl im Schüttbett
als auch verpreßt zu einem erfindungsgemäßen
adsorptiven Formkörper – eine im Vergleich zu
den reinen Basisadsorberpartikeln deutlich verringerte Druckdifferenz
auf, ohne daß andere Adsorptionseigenschaften, wie z. B.
Adsorptionskinetik, Adsorptionskapazität, Anfangsdurchbruch
oder dergleichen, beeinträchtigt sind.
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Weiterhin
weisen die erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven
Strukturen bzw. Agglomerate gute mechanische Beständigkeiten
bei gleichzeitig guter Flexibilität und Kompressibilität
auf, so daß die erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen bzw. Agglomerate ohne weiteres verpreßt
und zu entsprechenden stabilen und selbsttragenden adsorptiven Formkörpern
beliebiger Geometrie verarbeitet werden können, was nachfolgend
noch im Detail geschildert ist.
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Die
erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
bzw. Agglomerate ermöglichen einen sehr hohen Aktivierungsgrad
und somit eine sehr hohe Kapazität der Basisadsorberpartikel,
verbunden mit einer sehr guten mechanischen Stabilität;
durch die Agglomeratbildung kommt es – im Vergleich zu
den nichtagglomerierten Basisadsorberpartikeln – zu keiner
nennenswerten Verringerung der mechanischen Stabilität,
und dies bei gleichbleibend sehr hohen Aktivierungsgraden, wie dies
für die nichtagglomerierten Basisadsorberpartikel der Fall
ist.
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Mit
den erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
bzw. Agglomeraten wird zudem eine hohe Gesamtadsorptionseffizienz
auch bei niedrigen Adsorbatkonzentrationen aufgrund sehr hoher möglicher Adsorptionspotentiale
der Basisadsorberpartikel erreicht.
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Aufgrund
der hochreinen Oberflächen der Basisadsorberpartikel werden
durch hohe relative Feuchten keine nennenswerten Effizienzverluste
beobachtet.
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Infolge
der hohen Abriebs- und Belastungshärten der Basisadsorberpartikel
sind die erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven
Strukturen bzw. Agglomerate und die hieraus erhältlichen
adsorptiven Formkörper nach der vorliegenden Erfindung
zumindest im wesentlichen staubfrei ausgebildet, insbesondere enthalten
sie zumindest im wesentlichen keine lungengängigen Staubpartikelgrößen.
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Zudem
bleibt in den erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven
Strukturen bzw. Agglomeraten die hervorragende Imprägnierbarkeit
der Basispartikel erhalten (z. B. mehr als 60% im Benetzungstest).
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Zudem
wird eine hohe Breitenwirksamkeit der Adsorption durch eine effiziente,
im Rahmen des Herstellungsprozesses der Basisadsorberpartikel einstellbare
Porengrößenverteilung (z. B. Kombination von sehr hohen
Mikro- und Meso-/Makroporenvolumina) sowie eine sehr gute Imprägnierbarkeit
der Basisadsorberpartikel erreicht. Im Rahmen der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen bzw. Agglomerate ist es beispielsweise möglich,
Adsorberpartikel mit unterschiedlichen Porengrößenverteilungen
innerhalb eines einzigen Agglomerats miteinander zu kombinieren,
so daß die Breitenwirksamkeit der Adsorption deutlich verbessert
wird.
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Durch
freie Wahl der Agglomeratfraktion im Bereich der Basisadsorberpartikeldurchmesser
bis hin zu den Agglomeratdurchmessern ist der Druckverlust frei
einstellbar.
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Wie
zuvor geschildert, wird sowohl bei loser Schüttung der
erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
bzw. Agglomerate als auch bei den hieraus durch Verpressen erhältlichen
adsorptiven Formkörpern nach der vorliegenden Erfindung
im Vergleich zu Korn- oder Formaktivkohlen bei gleicher Adsorptionskapazität
ein deutlich geringerer Druckverlust beobachtet.
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Durch
freie Wahl der Basisadsorberpartikelgröße (z.
B. veränderliches Oberflächen/Volumen-Verhältnis)
und durch freie Wahl des Basisadsorberpartikelaktivierungsgrads
(z. B. veränderliche Porengrößenverteilung)
ist die Gesamtadsorptionseffizienz und die Gesamtadsorptionskinetik
einstellbar bzw. steuerbar.
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Gleichermaßen
lassen sich Schüttdichte und Kapazität bei vorgegebenem
Druckverlust beispielsweise durch freie Wahl der Basisadsorberpartikelgröße
(z. B. veränderliches Oberflächen/Volumen-Verhältnis) einstellen.
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Infolge
des hohen Puffervolumens wird ein etwaiger Adsorptionsverlust aufgrund
der organischen Polymerbestandteile, insbesondere Schmelzklebstoffbestandteile,
kompensiert, so daß kein signifikantes bis kein geblocktes
Porenvolumen durch die organischen Polymerbestandteile vorliegt.
Ein etwaiger Kapazitätsverlust infolge der Bestandteile
des organischen Polymers ist außerst gering.
-
Die
Herstellung eines erfindungsgemäßen adsorptiven
Formkörpers, insbesondere wie er zuvor beschrieben worden
ist, erfolgt gemäß einem Verfahren, im Rahmen
dessen adsorptive Strukturen auf Basis von Agglomeraten von Adsorberpartikeln,
insbesondere wie zuvor beschrieben, verpreßt werden. Typischerweise erfolgt
das Verpressen unter Erwärmen, vorzugsweise unter Erwärmen
auf Temperaturen unterhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur
des organischen Polymers. Üblicherweise erfolgt das Verpressen
unter gleichzeitiger Formgebung.
-
Die
erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
auf Basis von Agglomeraten von Adsorberpartikeln können
durch ein mehrstufiges Verfahren hergestellt werden, wobei bei diesem
mehrstufigen Herstellungsverfahren für die adsorptiven
Strukturen derart vorgegangen wird,
- a) daß zunächst
kornförmige, vorzugsweise kugelförmige Adsorberpartikel
einerseits und Partikel von vorzugsweise thermoplastischem organischem
Polymer, insbesondere Bindemittel, andererseits miteinander in Kontakt
gebracht und vermischt werden,
- b) daß die resultierende Mischung nachfolgend auf Temperaturen
oberhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur des organischen
Polymers erwärmt wird und
- c) daß schließlich das resultierende Produkt
auf Temperaturen unterhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur
des organischen Polymers abgekühlt wird.
-
Typischerweise
wird in Verfahrensschritt b) die erreichte Temperatur für
eine definierte Zeitdauer gehalten, insbesondere für mindestens
eine Minute, vorzugsweise mindestens 5 Minuten, vorzugsweise mindestens
10 Minuten. Typischerweise wird die erreichte Temperatur für
eine Zeitdauer von 1 bis 600 Minuten, insbesondere 5 bis 300 Minuten,
bevorzugt 10 bis 150 Minuten, gehalten. Die Haltedauer ist danach
zu bemessen, daß die gesamte Charge auf eine einheitliche
Temperatur gebracht wird und alles organische Polymer, insbesondere
aller Schmelzkleber, vollständig aufgeschmolzen ist.
-
Im
allgemeinen erfolgt während der Durchführung von
Schritt b), insbesondere beim vorgenannten Erwärmungs-
und/oder Haltevorgang, ein Energieeintrag, vorzugsweise mittels
Mischen. Über den Energieeintrag läßt
sich insbesondere die resultierende Agglomeratgröße
steuern, wobei mit zunehmendem Energieeintrag eine kleine Agglomeratgröße
erhalten wird.
-
Typischerweise
wird das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen in einem beheizbaren Drehrohr, insbesondere
einem Drehrohrofen, durchgeführt. Über die Drehgeschwindigkeit
des Drehrohres läßt sich insbesondere der Energieeintrag
und somit die resultierende Agglomeratgröße steuern;
mit zunehmender Drehgeschwindigkeit lassen sich zunehmend kleinere
Agglomeratgrößen erhalten. Durch chargenweises
Entladen des Drehrohres lassen sich dann unter Variation der Drehgeschwindigkeiten
für die einzelnen Chargen insgesamt multimodale Agglomeratgrößenverteilungen
erhalten.
-
Wie
zuvor beschrieben, werden dann schließlich die in Schritt
c) resultierenden Agglomerate in einem abschießenden Schritt
zu einem adsorptiven Formkörper nach der vorliegenden Erfindung
verarbeitet, was insbesondere unter Verpressen erfolgen kann. Dabei
kann die Verarbeitung zu Formkörpern vorteilhafterweise unter
Erwärmen erfolgen, wobei vorzugsweise Temperaturen unterhalb
der Schmelz- oder Erweichungstemperatur des organischen Polymers,
insbesondere des Schmelzklebers, eingestellt werden, so daß die
betreffenden Agglomerate nicht zersetzt werden bzw. nicht zerfallen.
-
Im
Rahmen des mehrstufigen Herstellungsverfahrens für die
erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
bzw. Agglomerate wird das thermoplastische organische Polymer, insbesondere
das Bindemittel, vorzugsweise der Schmelzkleber, typischerweise
in Form von Partikeln, insbesondere korn- oder kugelförmigen
Partikeln, bevorzugt in Form von bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck
festen Partikeln, eingesetzt. Dabei kann das organische Polymer üblicherweise
mit Partikelgrößen im Bereich von 100 bis 2.000 μm,
insbesondere 150 bis 1.500 μm, vorzugsweise 200 bis 1.000 μm,
eingesetzt werden. Üblicherweise kann das Größenverhältnis
von organischen Polymerpartikeln zu Adsorberpartikeln mit mindestens
1:1, insbesondere mindestens 1,25:1, vorzugsweise mindestens 1,5:1,
besonders bevorzugt mindestens 2:1, ganz besonders bevorzugt mindestens
3:1, gewählt werden.
-
Im
Rahmen des mehrstufigen Herstellungsverfahrens für die
erfindungsgemäß eingesetzten adsorptiven Strukturen
bzw. Agglomerate kann das Gewichtsverhältnis von Adsorberpartikeln
zu organischem Polymer üblicherweise mindestens 2:1, insbesondere
mindestens 3:1, vorzugsweise mindestens 5:1, besonders bevorzugt
mindestens 7:1, ganz besonders bevorzugt mindestens 8:1, betragen. Üblicherweise
variiert das Gewichtsverhältnis von Adsorberpartikeln zu
organischem Polymer im Bereich von 2:1 bis 30:1, insbesondere 3:1
bis 20:1, vorzugsweise 4:1 bis 15:1, besonders bevorzugt 5:1 bis
10:1.
-
Wie
zuvor geschildert, wird als organisches Polymer ein vorzugsweise
thermoplastisches Bindemittel, insbesondere ein vorzugsweise thermoplastischer
Schmelzklebstoff, bevorzugt auf der Grundlage von Polymeren aus
der Gruppe von Polyester, Polyamiden, Polyethern, Polyetherestern
und/oder Polyurethanen sowie deren Mischungen und Copolymeren, eingesetzt.
-
Gemäß einer
typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann
beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
Als organisches
Polymer werden, wie zuvor geschildert, typischerweise Schmelzklebstoffe,
bevorzugt in Form von sogenannten Pulverklebern, verwendet, wobei
eine Vielzahl von Klebstoffen genutzt werden kann. Typische Partikelgrößen
für die eingesetzten Klebstoffe variieren im Bereich von
200 bis 1.000 μm. Bevorzugt werden Klebstoffe mit hoher
thermischer und chemischer Beständigkeit eingesetzt.
-
Besonders
bevorzugt werden thermoplastische Klebstoffe insbesondere Schmelzklebstoffe,
eingesetzt. Es können Klebstoffe mit Polyester-, Polyamid-
oder Polyurethan-Hartsegmenten zum Einsatz kommen, welche außerdem
Weichsegmente enthalten können, wobei die Weichsegmente
aus den Klassen der (Poly)ether und (Poly)ester ausgewählt
werden können. Die typischen Polymerbezeichnungen sind
dann z. B. Copolyester oder spezifischer Polyetherester.
-
Wie
zuvor beschrieben, werden die Schmelzklebstoffe bevorzugt in Pulverform
eingesetzt. Dabei sollte die Partikelgrößenverteilung
der Klebstoffe größer als die Partikelgrößenverteilung
der Basisadsorberpartikel sein, um ein Durchfallen von Kleberbestandteilen
in der Schüttung zu verhindern.
-
Wie
zuvor geschildert können dann die Pulverkleberpartikel
einerseits und die Basisadsorberpartikel andererseits in einem Drehrohr
vorgelegt und intensiv gemischt und oberhalb der Erweichungs- bzw.
Schmelztemperatur des Klebstoffes erhitzt und bei dieser Temperatur
für eine definierte Zeitdauer gehalten werden. Die thermische
Behandlung ist jeweils abhängig vom eingesetzten Klebstoff.
Durch mechanische Behandlung, insbesondere durch die Drehgeschwindigkeit
des Drehrohres, kann die resultierende Agglomeratgröße
beeinflußt werden.
-
Die
Agglomerierung richtet sich nach dem eingesetzten Klebstofftyp.
Wie zuvor geschildert, können prinzipiell beliebige Klebstoffe
eingesetzt werden. Die Zieltemperatur sollte größer
bzw. innerhalb des Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturbereichs des
Klebstoffs liegen.
-
Weiterhin
sollte beachtet werden, daß im Rahmen des Verfahrens eine
Schüttung auf die Zieltemperatur erhitzt werden sollte
und daß mit entsprechenden definierten Haltezeiten gearbeitet
werden sollte, um eine vollständige Erhitzung der gesamten
Schüttung zu erreichen.
-
Dabei
sollte die Zieltemperatur minimal gewählt werden, da eine
weitergehende Temperaturerhöhung und somit eine weitergehende
Verringerung der Viskosität des Klebstoffs bei bereits
erreichter Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur des vorliegenden
Klebstoffs zu einer verstärkten und somit unerwünschten
Porenblockierung der Adsorberpartikel führen würde.
-
Die
mechanische Behandlung, insbesondere die Drehgeschwindigkeit des
Drehrohrreaktors, richtet sich nach der gewünschten Agglomeratgrößenverteilung.
Dabei kann mit Hilfe erhöhter Drehgeschwindigkeit die Agglomeratgrößenverteilung
definiert beeinflußt werden. Eine erhöhte Drehgeschwindigkeit
führt zu einer kleineren Agglomeratgrößenverteilung.
-
Abschließend
werden dann – wie zuvor geschildert – die auf
diese Weise erhaltenen adsorptiven Strukturen auf Basis von Agglomeraten
von Adsorberpartikeln zu einem adsorptiven Formkörper nach
der vorliegenden Erfindung verpreßt, wobei das Verpressen
typischerweise unter Erwärmen, vorzugsweise unter Erwärmen
auf Temperaturen unterhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur
des organischen Polymers, erfolgt und wobei üblicherweise
das Verpressen unter gleichzeitiger Formgebung erfolgt, wie dies
zuvor geschildert worden ist.
-
Für
weitergehende Einzelheiten zu dem Herstellungsverfahren für
den erfindungsgemäßen adsorptiven Formkörper
kann auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen
adsorptiven Formkörper als solchem verwiesen werden, welche
in bezug auf das Herstellungsverfahren entsprechend gelten.
-
Der
adsorptive Formkörper nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht
eine vielfältige Verwendung:
So kann der erfindungsgemäße
adsorptive Formkörper für die Adsorption von Giftstoffen,
Schadstoffen und Gerüchen, insbesondere aus Gas- oder Luftströmen
oder aber aus Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, eingesetzt
werden.
-
Weiterhin
kann der erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
zur Reinigung oder Aufbereitung von Gasen, Gasströmen oder
Gasgemischen, insbesondere Luft, oder von Flüssigkeiten,
insbesondere Wasser, Verwendung finden.
-
Des
weiteren kann der erfindungsgemäße adsorptive
Formkörper zur Verwendung in Adsorptionsfilter eingesetzt
werden.
-
Gleichermaßen
läßt sich der erfindungsgemäße
adsorptive Formkörper zur Herstellung von Filtern, insbesondere
Adsorptionsfiltern, einsetzen.
-
Schließlich
kann der erfindungsgemäße adsorptive Formkörper
als Sorptionsspeicher für Gase, insbesondere Wasserstoff,
eingesetzt werden.
-
Für
weitergehende Einzelheiten zu der Verwendung des adsorptiven Formkörpers
nach der vorliegenden Erfindung kann auf die obigen Ausführungen
verwiesen werden, welche in bezug auf diesen Aspekt entsprechend
gelten.
-
Weiterer
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist – gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ein Filter,
welches einen adsorptiven Formkörper nach der vorliegenden
Erfindung umfaßt.
-
Insbesondere
weist dabei das Filter einen längenbezogenen Druckverlust
bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 m/s von höchstens
200 Pa/cm, insbesondere im Bereich von 5 bis 200 Pa/cm, auf.
-
Vorteilhafterweise
weist das erfindungsgemäße Filter einen längenbezogenen
Druckverlust bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2
m/s von höchstens 150 Pa/cm, vorzugsweise höchstens
100 Pa/cm, besonders bevorzugt höchstens 90 Pa/cm, ganz
besonders bevorzugt höchstens 70 Pa/cm, noch mehr bevorzugt
höchstens 50 Pa/cm, auf.
-
Typischerweise
weist das erfindungsgemäße Filter einen längenbezogenen
Druckverlust bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2
m/s im Bereich von 5 bis 150 Pa/cm, vorzugsweise 5 bis 100 Pa/cm,
besonders bevorzugt 7,5 bis 90 Pa/cm, ganz besonders bevorzugt 10
bis 80 Pa/cm, auf.
-
Für
weitergehende Einzelheiten zu dem erfindungsgemäßen
Filter kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden,
welche in bezug auf diesen erfindungsgemäßen Aspekt
entsprechend gelten.
-
Weitere
vorteilhafte Eigenschaften, Aspekte und Merkmale der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
-
1 eine
vergrößerte photographische Darstellung erfindungsgemäß eingesetzter
adsorptiver Strukturen auf Basis von Agglomeraten von Adsorberpartikeln;
-
2 eine
200fache mikroskopische Vergrößerung einer erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Struktur auf Basis eines Agglomerats von Adsorberpartikeln;
-
3 eine
500fache mikroskopische Vergrößerung einer erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Struktur auf Basis eines Agglomerats von Adsorberpartikeln;
-
4 und 7 graphische
Darstellungen der Abhängigkeit des längenbezogenen
Druckverlusts in [Pa/cm] bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 0,2 m/s von der Agglomeratgröße in [mm] verschiedener
erfindungsgemäß eingesetzter adsorptiver Strukturen;
-
5 und 8 graphische
Darstellungen der Abhängigkeit des längenbezogenen
Druckverlusts in [Pa/cm] bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 0,2 m/s von der Schüttdichte in [g/l] verschiedener
erfindungsgemäß eingesetzter adsorptiver Strukturen;
-
6 und 9 zeitabhängige
Durchbruchskurven von Schüttungen verschiedener erfindungsgemäß eingesetzter
adsorptiver Strukturen in Abhängigkeit von der Agglomeratgröße;
-
10 bis 12 unterschiedliche
geometrische Formen erfindungsgemäßer adsorptiver
Formkörper, welche ausgehend von erfindungsgemäß eingesetzten
adsorptiven Strukturen durch Verpressen hergestellt sind.
-
Weitere
Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung
sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne
weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei
den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele
veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls
beschränken sollen.
-
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE:
-
Nachfolgend
wird die Herstellung adsorptiver Strukturen auf Basis von Agglomeraten
von Adsorberpartikeln sowie hieraus herstellbarer adsorptiver Formkörper
nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Bei
der Herstellung der adsorptiven Strukturen bzw. Agglomerate wird
derart vorgegangen, daß zunächst kugelförmige
Adsorberpartikel auf Basis von Aktivkohle (z. B. erhältlich
von der Blücher GmbH, Erkrath, Deutschland, oder von der
Adsor-rech GmbH, Premnitz, Deutschland) einerseits und thermoplastische Schmelzklebstoffpartikel,
im allgemeinen mit Korngrößen im Bereich von 200
bis 1.000 μm, (z. b. Copolyester-Schmelzklebstoffe der
EMS-Chemie AG, EMS-GRILTECH, Schweiz) andererseits miteinander in
Kontakt gebracht und in einem Drehrohr gemischt und nachfolgend
oberhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur des betreffenden
Schmelzklebers erwärmt und für eine definierte
Zeitdauer bei dieser Temperatur gehalten werden und schließlich
das resultierende Produkt unterhalb der Schmelz- oder Erweichungstemperatur des
betreffenden Schmelzklebers abgekühlt wird. Erfindungsgemäß geeignete
Schmelzklebstoffe besitzen beispielsweise die folgenden Eigenschaften:
Schmelzbereich: 118 bis 123°C, Schmelzviskosität:
350 mPas, Laminierungstemperatur: 120 bis 150°C, Hitzebeständigkeit:
100°C, Waschbeständigkeit: 75°C.
-
Das
Verfahren wird in einem beheizbaren Drehrohr durchgeführt,
wobei über die Drehgeschwindigkeit des Drehrohres der Energieeintrag
und somit die resultierende Agglomeratgröße gesteuert
wird.
-
Die
resultierenden Agglomerate werden nachfolgend analysiert und bewertet.
Betreffende Beispiele der adsorptiven Strukturen sind in den 1 bis 3 wiedergegeben.
Nachfolgend werden die auf diese Weise hergestellten adsorptiven
Strukturen bzw. Agglomerate zu adsorptiven Formkörpern
nach der vorliegenden Erfindung verarbeitet, was unter Verpressen
bei gleichzeitiger Formgebung unter Erwärmung unterhalb der
Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur des betreffenden Schmelzklebers
erfolgt. Es resultieren adsorptive Formkörper nach der
vorliegenden Erfindung. Betreffende Beispiele sind in den 10 bis 12 abgebildet.
-
Beispiel Herstellung Agglomerate 1
-
Ausgangsmaterialien:
-
- • Basisadsorberpartikel: kugelförmige
Aktivkohle, polydispers, fein, Körnung < 0,315 mm
- • Thermoplastischer Schmelzklebstoff, Körnung
200 bis 1.000 μm
- • Klebereinsatzverhältnis bezüglich
Gewicht: 1:5 (Kleber:Basispartikel)
- • Zieltemperatur: T = 175°C
- • Haltezeit nach Erreichen Zieltemperatur: t = 30 min
- • Drehgeschwindigkeit Drehrohrreaktor: n = 1 U/min
-
Die
folgende Tabelle stellt beispielhaft, bezüglich der entstandenen
Agglomerate, den gewichtsspezifischen Kleberanteil sowie die gewichtsspezifische
Butanadsorption dar. Der Beispielversuch wird redundant durchgeführt. Tabelle 1: Gewichtsspezifischer Kleberanteil,
gewichtsspezifische Butanadsorption (BA-Adsorption)
Probe | Kleberbestandteile
[%] | BA-Adsorption
[%] |
| | |
Beispiel
1 | 12,0 | 25,7 |
Beispiel
2 | 12,1 | 25,6 |
-
Die
entstandenen Agglomerate werden in folgende Siebfraktionen geteilt.
- • 0,6–1,0 mm (Agglomerate
I)
- • 0,8–1,25 mm (Agglomerate II)
- • 1,25–2,5 mm (Agglomerate III)
-
Die
folgende Tabelle 2 stellt beispielhaft ermittelte Werte zu den abgesiebten
Agglomeraten dar. Tabelle 2: Ermittelte Werte zu den abgesiebten
Agglomeraten
Getestete
Fraktion | Druckverlust
pro Länge (v = 0,2 m/s) | Schüttdichte
mit Kleberbestandteilen | Kleberbestandteile | Schüttdichte
ohne Kleberbestandteile |
[mm] | [Pa/cm] | [g/l] | (%) | [g/l] |
| | | | |
0,6–1,0 | 62 | 442 | 11,2 | 392 |
0,6–1,0 | 69 | 462 | 11,2 | 410 |
0,8–1,25 | 40 | 411 | 11,6 | 363 |
0,8–1,25 | 40 | 409 | 11,6 | 362 |
1,25–2,5 | 15 | 329 | 12,7 | 287 |
1,25–2,5 | 16 | 317 | 12,7 | 277 |
-
Die
Diagramme gemäß 4 und 5 stellen
beispielhaft den Verlauf des Druckverlusts über die Agglomeratgröße
(4) sowie den Verlauf des Druckverlusts über
die Schüttdichte mit Kleberbestandteilen (5)
dar.
-
Das
Diagramm gemäß 6 stellt
beispielhaft Durchbruchskurven (Toluol) verschiedener Agglomerate
unterschiedlicher Größe dar (Strömungsgeschwindigkeit
v = 0,1 m/s; Eingangskonzentration c = 80 ppm Toluol; relative Feuchtigkeit
50%; Temperatur T = 23°C; Schüttung mit Höhe
h = 20 mm).
-
Die
folgende Tabelle 3 stellt beispielhaft Meßergebnisse und
Parameter der Durchbruchskurven im Vergleich zu herkömmlichen
Aktivkohlefiltern dar. Es werden Schüttungen von Agglomeraten
unterschiedlicher Agglomeratgröße (agglomerierte
Basisadsorberpartikel von < 0,315
mm) mit Schüttungen herkömmlicher Aktivkohlepartikel
(Vergleichsbeispiel; Teilchengröße: 0,8 bis 1,7
mm) verglichen. Tabelle 3: Meßergebnisse und
Parameter der Durchbruchskurven im Vergleich zu herkömmlichen
Aktivkohlefiltern
Probe | Agglomerat
I | Agglomerat
II | Agglomerat
III | Herkömmlicher
Aktivkohlefilter (Vergleich) |
Größe
[mm] | 0,6–1,0 | 0,8–1,25 | 1,25–2,5 | 0,8–1,7 |
Schütthöhe
[mm] | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
Durchm.
Schüttung [mm] | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
Volumen
Schüttung [ml] | 39,3 | 39,3 | 39,3 | 39,3 |
Gewicht
Schüttung [g] | 17,9 | 16,1 | 12,9 | 21,9 |
Schüttdichte
[g/cm3] | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,6 |
Toluol-Konzentration
[ppm] | 79,4 | 79,8 | 79,3 | 80,2 |
Temperatur
[°C] | 23,0 | 23,2 | 23,2 | 22,7 |
rel.
Feuchte [%] | 49,9 | 49,9 | 49,9 | 49,9 |
Anströmgeschw.
(Sollwert) [m/s] | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Druckverlust
[Pa] | 53,8 | 33,2 | 9,1 | 58,0 |
Durchbr.
[%]/Zeit [min] | | | | |
1 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
5 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
10 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
30 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,0 |
60 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
120 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
180 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
240 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
360 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,1 |
600 | 0,1 | 0,1 | 0,4 | 0,2 |
900 | 0,3 | 0,5 | 1,1 | 0,7 |
1.200 | 0,8 | 1,2 | 13,3 | 18,8 |
Zeit
[min] bis Durchbruch [%] | | | | |
5 | 1649,3 | 1344,0 | 1100,5 | 1084,3 |
10 | 1715,7 | 1385,1 | 1172,3 | 1150,3 |
30 | 1799,3 | 1460,7 | 1286,3 | 1230,9 |
-
Beispiel Herstellung Agglomerate 2
-
Ausgangsmaterialien:
-
- • Basisadsorberpartikel: kugelförmige
Aktivkohle, polydispers, grob, Körnung 0,56–0,71
mm
- • Thermoplastischer Schmelzklebstoff, Körnung
500 bis 1.000 μm
- • Klebereinsatzverhältnis bezüglich
Gewicht: 1:10 (Kleber:Basispartikel)
- • Zieltemperatur: T = 175°C
- • Haltezeit nach Erreichen Zieltemperatur: t = 30 min
- • Drehgeschwindigkeit Drehrohrreaktor: n = 1 U/min
-
Die
folgende Tabelle stellt beispielhaft, bezüglich der entstandenen
Agglomerate, den gewichtsspezifischen Kleberanteil sowie die gewichtsspezifische
Butanadsorption dar. Der Beispielversuch wird redundant durchgeführt. Tabelle 4: Gewichtsspezifischer Kleberanteil,
gewichtsspezifische Butanadsorption (BA-Adsorption)
Probe | Kleberbestandteile
[%] | BA-Adsorption
[%] |
| | |
Beispiel
1 | 6,8 | 30,7 |
Beispiel
2 | 4,8 | 32,4 |
-
Die
entstandenen Agglomerate werden in folgende Siebfraktionen geteilt.
- • 0,8–1,25 mm (Agglomerate
I')
- • 1,25–2,5 mm (Agglomerate I'')
- • 2,5–5,0 mm (Agglomerate I''')
-
Die
folgende Tabelle 5 stellt beispielhaft ermittelte Werte zu den abgesiebten
Agglomeraten dar. Tabelle 5: Ermittelte Werte zu den abgesiebten
Agglomeraten
Getestete
Fraktion | Druckverlust
pro Länge (v = 0,20 m/s) | Schüttdichte
mit Kleberbestandteilen | Kleberbestandteile | Schüttdichte
ohne Kleberbestandteile |
[mm] | [Pa/cm] | [g/l] | (%) | [g/l] |
| | | | |
0,8–1,25 | 55 | 485 | 2,7 | 472 |
0,8–1,25 | 64 | 482 | 2,7 | 469 |
1,25–25 | 20 | 384 | 4,6 | 366 |
1,25–25 | 21 | 392 | 4,6 | 374 |
2,5–5,0 | 9 | 290 | 5,6 | 274 |
2,5–5,0 | 9 | 290 | 5,6 | 274 |
-
Die
Diagramme gemäß 6 und 7 stellen
beispielhaft den Verlauf des Druckverlusts über die Agglomeratgröße
(6) sowie den Verlauf des Druckverlusts über
die Schüttdichte mit Kleberbestandteilen (7)
dar.
-
Das
Diagramm gemäß 8 stellt
beispielhaft Durchbruchskurven (Toluol) verschiedener Agglomerate
unterschiedlicher Größe dar (Strömungsgeschwindigkeit
v = 0,1 m/s; Eingangskonzentration c = 80 ppm Toluol; relative Feuchtigkeit
50%; Temperatur T = 23°C; Schüttung mit Höhe
h = 20 mm).
-
Die
folgende Tabelle 6 stellt beispielhaft Meßergebnisse und
Parameter der Durchbruchskurven im Vergleich zu herkömmlichen
Aktivkohlefiltern dar. Es werden Schüttungen von Agglomeraten
unterschiedlicher Agglomeratgröße (agglomerierte
Basisadsorberpartikel von 0,56–0,71 mm) mit Schüttungen
herkömmlicher Aktivkohlepartikel (Vergleichsbeispiel; Teilchengröße:
0,8 bis 1,7 mm) verglichen. Tabelle 6: Meßergebnisse und
Parameter der Durchbruchskurven im Vergleich zu herkömmlichen
Aktivkohlefiltern
Probe | Agglomerat
I' | Agglomerat
II' | Agglomerat
III' | Herkömmlicher
Aktivkohlefilter (Vergleich) |
Größe
[mm] | 0,8–1,25 | 1,25–2,5 | 2,5–5,0 | 0,8–1,7
mm |
Schütthöhe
[mm] | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
Durchmesser
Schüttung [mm] | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
Vol.
Schüttung [ml] | 39,3 | 39,3 | 39,3 | 39,3 |
Gewicht
Schüttung [g] | 19,0 | 15,1 | 11,4 | 21,9 |
Schüttdichte
[g/cm3] | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,6 |
Toluol-Konzentration
[ppm] | 79,4 | 81,9 | 80,2 | 80,2 |
Temperatur
[°C] | 22,9 | 22,9 | 22,7 | 22,7 |
rel.
Feuchte [%] | 49,9 | 49,9 | 49,9 | 49,9 |
Anströmgeschw.
(Sollwert) [m/s] | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Druckverlust
[Pa] | 39,5 | 10,7 | 3,1 | 58,0 |
Durchbr.
[%]/Zeit [min] | | | | |
1 | 0,0 | 0,0 | 0,4 | 0,0 |
5 | 0,0 | 0,0 | 0,4 | 0,0 |
10 | 0,0 | 0,0 | 0,4 | 0,0 |
30 | 0,0 | 0,0 | 0,4 | 0,0 |
60 | 0,0 | 0,0 | 0,5 | 0,1 |
120 | 0,0 | 0,0 | 0,7 | 0,1 |
180 | 0,0 | 0,0 | 0,9 | 0,1 |
240 | 0,0 | 0,0 | 1,2 | 0,1 |
360 | 0,0 | 0,1 | 2,1 | 0,1 |
600 | 0,1 | 0,2 | 6,0 | 0,2 |
900 | 0,1 | 0,6 | 21,9 | 0,7 |
1200 | 0,3 | 2,2 | 56,2 | 18,8 |
Zeit
[min] bis Durchbruch [%] | | | | |
5 | 1718,5 | 1347,6 | 561,7 | 1084,3 |
10 | 1774,3 | 1440,1 | 714,3 | 1150,3 |
30 | 1875,5 | 1582,5 | 984,7 | 1230,9 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3813564
A1 [0007]
- - EP 0338551 A2 [0007]
- - DE 4239520 A1 [0008]
- - DE 4343358 A1 [0009]
- - DE 4331586 C2 [0010]
- - DE 4238142 A1 [0011]