DE2141606A1

DE2141606A1 - Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kohlefilters

Info

Publication number: DE2141606A1
Application number: DE19712141606
Authority: DE
Inventors: Hikoichi Yokohama Hashimoto (Japan)
Original assignee: Nihon Rosuiki Kogyo K.K., Yokohama (Japan)
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-08-19
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1361997A; DE2141606B2; FR2107069A5; DE2141606C3

Description

Patentanwalt

Dipl.-lng.H.Sirohschänk ₁₉.,._li71 -sLa<s>

8 München 60
MusSussUaß® S 130-946P

Nihon Rosuiki Kogyo Kabushikikaisha No, 91, Idogaya-nakamachi3 Minami-ku, Yokohama _χ 233 Jagan

Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kohlefilters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kohlefilters.

Es ist bekannt, zum Reinigen einiger Flüssigkeiten, wie von Trinkwasser oder sonstigem Brauchwasser sowie von eingeatmeter und ausgeatmeter Luft poröse Filter und aktive Kohle getrennt voneinander zu verwenden. Es ist weiterhin bekannt, daß zuweilen poröse Filter und aktive Kohle zur Verstärkung der Reinigungswirkung zusammen verwendet werden, wenn beispielsweise eine Wasserquelle stark verschmutzt sein sollte oder der Chlorgehalt eines städtischen Wassernetzes stark angestiegen oder aber auch eine gefährliche Luftverschmutzung vorhanden sein sollte. Man verwendete in solchen Fällen aktive Kohle in gekörnter oder in Pulverform, und zwar in einem geeigneten Behälter, z.B. einem Netz oder einem sonstigen, aus einem porösen Filter bestehenden Behälter, damit die aktive Kohle nicht verloren gehen kann. Da die Adsorptxonsfähxgkext aktiver Kohle eine Grenzschichterscheinung ist und proportional mit der Oberfläche zunimmt, muß man zur Vermeidung zu großer Kohlefilter anstreben, die aktive Kohle möglichst fein zu zerkleinern. Anderseits darf die Korn-

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größe der Kohle nicht kleiner als die Maschenweite des Netzes oder die Porengröße des porösen Behälters sein, weil das Kohlepulver sonst austreten und das Filter schnell unbrauchbar¹ werden würde. Aus diesem Grunde mußte die in einem vorgenannten Behälter zusammengehaltene aktive Kohle bisher stets genügend groß gekörnt"sein, auch wenn dadurch bewußt eine Einbuße an Adsorptionsfähigkeit der Kohle in Kauf genommen wurde. Trotz dieses Opfers verblieb auch noch die Gefahr, daß die Kohlekörner aufgrund einer TJefοrmat ion des sie aufnehmenden Behälters oder eines plötzlichen Wechsels der Strömungsgeschwindigkeit einer zu reinigenden Flüssigkeit von selbst weiter zerkleinert werden und dann 'ausströmen könnten, wodurch die angestrebte Reinigung des aus dem Filter ausströmenden Mediums vereitelt werden würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausströmen von zerkleinerten Pulveranteilen der aktiven Kohle aus dem Filterbehälter mit Sicherheit auszuschließen und überdies nach Möglichkeit die Adsorptionsfähigkeit der aktiven Kohle vollständiger als bisher auszunutzen, und zwar alles ohne Vergrößerung des Raumbedarfs für das Filter.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein hitzebeständiges poröses Filter in eine wässerige Lösung von Kohlenhydrat mit oder ohne Aktivator eingetaucht, daraus wieder entnommen und getrocknet wird, und daß das so vorbehandelte Filter anschließend karbonisiert und dadurch über seine ganze Oberfläche gleichmäßig mit einem Film aktiver Kohle überzogen wird.

Zur Würdigung des durch ciiese Maßnahme erzielten technischen Fortschrittes ist zu berücksichtigen, daß die durch die aktive Kohle zu adsorbierenden Stoffe Gase mit Molekülgrößen in der Größenordnung eines A (Angström) sind und organische Stoffe und Schwermetalle Molekülgrößen in der Größenordnung von 1 milimicron aufweisen. Kohle kann keine Stoffe und

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Mikroorganismen in der Größenordnung von einem micron adsorbieren. Vom hygienischen und zuweilen auch industriellen Standpunkt aus ist es aber sehr wertvoll, wenn alle Stoffe in der Größenordnung zwischen einem Ä bis zu einem micron und Mikroorganismen durch das Filter adsorbiert werden können. Solange in der bisher bekannten Weise aktive Kohle und poröse Filter in einer lediglich physikalischen Zuordnung verwendet werden, muß entweder mit den vorgenannten Mängeln eines Kohleverlustes gerechnet werden oder das Filter fällt so groß aus, daß es einen unerwünscht großen Raum beansprucht.

Wenn jedoch im Sinne des nunmehrigen Erfindungsvorschlages aus einer genügenden Menge von Rohmaterial zunächst ein in Wasser gut lösliches Kohlenhydrat ausgesucht wird, das aktive Kohle produzieren kann und daraufhin eine wässerige Lösung dieses in Wasser löslichen Kohlenhydrates - allein oder mit einem Aktivator vermischt - hergestellt und in diese Lösung ein hitzebeständiges poröses Filter bis zur vollkommenen Benetzung aller seiner Poren eingetaucht und daraufhin aus der Lösung wieder herausgenommen, getrocknet und durch Karbonisieren aktiviert wird, wird das ganze Filter innen und außen mit einem gleichmäßigen, fest haftenden Film aktiver Kohle überzogen.

Nachstehend ist die Erfindung des näheren erläutert:

Als Rohmaterial für aktive Kohle werden in der Regel tierische Bestandteile, wie beispielsweise Knochen und Blut sowie auch pflanzliche Bestandteile, wie Kokosnußschalen, Holz, Sägemehl, Holzkohle und Kohle verwendet. Am meisten wird Sägemehl verwendet, weil es billig erhältlich und leicht handhabbar ist. Bei dem für die hier benötigte aktive Kohle verwendeten Rohmaterial ist aber zu beachten, daß ein wasserlösliches Kohlenhydrat benötigt wird und dessen Lösung zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses mit einer niedrigen Konzentration so wenig wie

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irgend möglich klebrig sein darf. Es ist nämlich erforderlich, daß diese Lösung von selbst in ein Filter mit Poren von nur 0,3 bis 3,0 micron eindringen und auch die innere Wand des Filters in einer so kurz wie möglich bemessenen Zeit gleichmäßig bedekken muß. Nachdem die Lösung alle Wandteile des Filters bedeckt, muß schließlich auch die überschüssige Lösung genügend schnell wieder aus den kleinen Poren herausfließen können. Aus diesem Grunde kommen als die vorgenannten Bedingungen erfüllendes Kohlenhydrat lediglich Monosaccharide und Oligosaccharide in Frage, während Polysaccharide von Zellulose, wie beispielsweise Sägemehl, nicht geeignet sind, weil sie zu wenig in Wasser löslich sind.

Die zur Herstellung aktiver Kohle bekannten Aktivatoren Zinkchlorid und Kalziumchlorid können ebenfalls verwendet werden, weil sie in Wasser löslich sind. Wie anerkannt, kann die Aktivierung auch ohne das Auflösen eines Aktivators in einer Lösung erzielt werden, weshalb es sich empfiehlt, für die Behandlung von Flüssigkeiten und insbesondere von Trinkwasser auf die Verwendung eines Aktivators zu verzichten. Für die Behandlung von Gasen können Aktivatoren zum Vergrößern des Aktivierungsgrades in großem Umfange verwendet werden. Beim Hinzufügen eines Aktivators ist allerdings darauf zu achten, daß das Produkt sorgfältig gewaschen werden muß. Da sich ein Filter mit sehr feinen Poren aber nur schwierig vollständig waschen läßt, ist es aus diesem Grunde wünschenswert, die hinzuzufügende Menge des Aktivators zu begrenzen oder überhaupt keinen Aktivator zu verwenden. Lediglich bei größeren Porengrößen sind die vorgenannten Schwierigkeiten geringer.

Das verwendete poröse Filter muß hitzebeständig sein, weil es während des vorgeschlagenen Verfahrens in einem Aktivierungsofen erhitzt wird. Folgende nachstehend aufgeführten Werkstoffe sind für hitzebeständige poröse Filter geeignet:

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(A) Poröse Porzellanfilter: Die Filter bestehen im wesentlichen aus Diatomerde (Bergmehl) und werden -durch Vermischen von Diatomerde mit Lehm, Sinterstoffen und organischen Stoffen zur Bildung eines porösen Gemisches vermischt und anschließend bei über 1000°C liegenden Temperaturen gesintert. Dadurch werden sehr kleine Poren, beispielsweise zwischen 0₉3 und 3,0 micron, erhalten, weshalb mit den so hergestellten Filtern Mikroorganismen wie Cholerabazillen, Ruhrbazillen und Typhusbazillen in der Größenordnung von 1 bis 2 micron vollständig adsorbiert werden können. Nachteilig ist bei solchen Filtern allerdings, daß sie gegenüber Alkalien nicht widerstandsfähig sind.

(B) Keramische Filter: Diese Filter werden aus kieselhaltigem Sand hergestellt, dem Sinterstoffe zugesetzt werden. Die bei der herstellung des Filters entstehenden Poren sind um etwa 10 micron größer als die der vorgenannten Filter und auch sie können nicht für Alkalien verwendet werden.

(C) Poröse Kohlefilter: Die Größe der Poren dieser Filter liegt ebenfalls bei 10 micron, aber diese Filter sind gegenüber Säuren und Alkalien beständig.

Die Lösung dringt in die Poren des zylindrischen Filters aufgrund der kapillaren Anziehungskraft ein und das Eindringen wird noch durch einen Pump- oder Saugdruck einer Pumpe beschleunigt. Das Entfernen von im Filter befindlicher Luft kann durch ein Rotieren des in die Lösung eingetauchten Filters wirksam beschleunigt werden.

Das Rohmaterial, bestehend aus einer Mischung von Diatomerde, Lehm, kohlensauren Kalks und Stärke in einem Mischungsverhältnis von 100:40:15:30 wird mit Wasser vermischt und zu einem Zylinder geformt, der nach dem Trocknen in einem Ofen bei 1200°C gesintert wird, wodurch ein poröser Porzellan-Filterzylinder

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hergestellt wird. Daraufhin wird eine wässerige Lösung mit 30 % Rohrzucker (Saccharose) und 3 % Zinkchlorid vorbereitet und der Porzellan-Filterzylinder in diese Lösung vollkommen eingetaucht. Sobald die Lösung in die Poren des Filterzylinders vollständig eingedrungen ist, wird der Filterzylinder aus der Lösung wieder herausgenommen und nach dem Abfließen überschüssiger Lösung getrocknet. Daraufhin wird der Filterzylinder in einen Aktivierungsofen gebracht und auf 600 C erhitzt, wodurch der Rohrzucker verkohlt und dadurch fest an den Wänden der Poren haftet. In diesem Augenblick wird der den Filterzylinder enthaltende Behälter durch einen Deckel verschlossen, der mittels Lehm abgedichtet wird, woraufhin das Produkt unter Luftabschluß gesintert wird. Daraufhin wird das Produkt aus dem Ofen genommen, abgekühlt und mit Wasser abgewaschen, um Zinkchlorid zu lösen und zu entfernen.

Die inneren Wände der Poren der so hergestellten aktivierten Kohlefilterzylinder sind gleichmäßig mit einem Film aktiver Kohle einer Stärke von 0,01 bis 0,05 micron überzogen. Die Dicke des Überzuges ist, wie bereits beschrieben, so dünn, daß Flüssigkeiten oder Gase die Poren gut durchsetzen können und auch Zinkchlorid leicht in kurzer Zeit abgewaschen werden kann. Das Material des Filterzylinders und der Film aktiver Kohle werden durch molekulare Haftung chemisch fest miteinander verbunden, weshalb der genannte Film auch durch plötzliche Wechsel in der Durchströmungsgeschwindigkeit des Filters nicht abgelöst werden kann. Der Filterzylinder und die aktive Kohle vereinigen sich vielmehr zu einem einheitlichen Körper, dessen Volumen durch die Filmschicht nicht sichtbar vergrößert ist. Im übrigen ist der Filterzylinder so hart, daß er auch nicht verformt und die aktive Kohle auch nicht von ihm abgeschält werden kann.

Auch vom hygienischen und industriellen Standpunkt aus ist es sehr wertvoll, daß mit dem beschriebenen Filter Stoffe und Mikroorganismen in einem Größenbereich zwischen einem Ä und einem micron zugleich adsorbiert werden können.

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Claims

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Patentansgruch

Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kohlefilters, dadurch gekennzeichnet, daß ein hitzebeständiges poröses Filter in eine wässerige Lösung von Kohlenhydrat mit oder ohne Aktivator eingetaucht, daraus wieder entnommen und getrocknet wird, und daß das so vorbehandelte Filter anschließend karbonisiert und dadurch über seine ganze Oberfläche gleichmäßig mit einem Film aktiver Kohle überzogen wird.

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