DE2241340B2

DE2241340B2 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von verunreinigungen aus verunreinigter luft

Info

Publication number: DE2241340B2
Application number: DE19722241340
Authority: DE
Inventors: Wolfgang; Halfar Kurt; Genf Mehl (Schweiz)
Original assignee: Wright, Hairy Dudley, Genf (Schweiz)
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1977-01-27
Also published as: CH556170A; JPS4837363A; IT967218B; NL7212288A; FR2152829A1; FR2152829B1; DE2241340A1; ZA725402B; GB1399214A; IL39983A0; AU4652272A

Description

(1) der chemischen Umwandlung der Verunreinigung in eine unschädliche Substanz oder

(2) der Adsorption der Verunreinigung durch einen Feststoffkörper, ζ. Β. Holzkohle.

Die chemischen Verfahren sind vorwiegend Oxidationsverfahren; die verunreinigte Luft wird entweder verbrannt oder durch die wäßrige Lösung eines Oxidationsmittels ausgewaschen. Das Verbrennen ist zwar sehr wirkungsvoll, aber wegen der hohen Kosten unwirtschaftlich, insbesondere wenn Katalysatoren erforderlich sind. Das Auswaschen von verunreinigter Luft erfordert verhältnismäßig große Anlagen, die es ermöglichen, stündlich Luftvolumina auszuwaschen, die das tausend- bis zweitausendfache Volumen des Gaswäschers aufweisen. Es kommt hinzu, daß sich solche Gaswäscher nur für Großverfahren eignen, bei denen die behandelte Luft in die Atmosphäre abgegeben werden kann: bei kleineren Anlagen ist es schwierig, eine Verdunstung der Waschlösung in die zu behandelnde Luft zu verhindern, so daß bei mit Luftumwälzung arbeitenden Verfahren in der Luft unerwünscht hohe Konzentrationen an Lösungsmitteldämpfen entstehen.

Eine Adsorption der Verunreinigungen aus verunreinigter Luft kommt praktisch nur in Frage, wenn die Verunreinigungen wertvoll sind und deshalb als solche gewonnen werden sollen; in allen anderen Fällen ist eine Reaktivierung des Adsorptionsmittels notwendig, wobei Verunreinigungen in konzentrierter Form freigelegt und dann abgeführt werden müssen. Adsorptionsverfahren sind aus diesen Gründen äußerst aufwendig und lassen sich nur in wenigen Fällen rechtfertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verunreinigungen aus der Luft mittels einer Membran zu entfernen und damit die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu überwinden. Die Verwendung einer Membran lediglich zur Trennung von Helium oder Sauerstoff aus einem Gasgemisch, das wenigstens eines dieser Gase enthält, ist aus der australischen Patentschrift 2 80 878 bekannt. Bei diesem Trennverfahren tritt das Problem des Entfernens von Verunreinigungen überhaupt nicht auf. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung können im großen und im kleinen Maßstab Anwendung finden; in keinem Fall treten Lösungsmitteldämpfe in die behandelte Luft.

Unter der Bezeichnung »verunreinigte Luft« wird Luft oder ein ähnliches, hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff bestehendes Gas verstanden, das eine oder mehrere unerwünschte gasformige Verunreinigungen enthält; ein solches Gas kann z. B. ein Gichtgas oder Abgas eines Verbrennungsprozesses sein. Die Verunreinigungen können organischer oder anorganischer Natur sein. Beispiele für die häufiger vorkommenden Verunreinigungen sind Wasserstoffsulfid, Schwefeldioxid, Aldehyde wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein und Furfural, Mercaptane wie Methylmercaptan, organische Sulfide wie Dimethylsulfid, Amine wie Äthylamin, Diäthylamin, Triäthylamin, Anilin und Pyridin und Alkohole wie Methanol und Phenol und dergleichen.

Beispielsweise Ausführungen des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung werden nachstehend an

^Hand der Zeichnung näher beschrieben; es zeigt
pig. I eine gasdurchlässige Kammer,

.s- F i g- 2 eine zylinderförmige Kammer, in welcher eine Regeneration des Reaktionsmittels stattfindet,

^> Fig·3 eine weitere ebenfalls bevorzugte Ausfüh-

rungsform mit zylinderförmiger Kammer und einer

raußerhalb der Kammer angeordneten Regenerations-,,ί vorrichtung,

V₁, F i g- 4 die Anordnung einer Kammer gemäß F i g. 2 in ^v"einer Luftreinigungsvorrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Kammer besteht aus an

^< _v ihren Außenkanten dicht miteinander verbundenen halbdurchlässigen Membranen 1 und 2, die ein

Γ Reaktionsmittel 3 einschließen. Das Reaktionsmittel 3 hegt vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung vor,

ί die zweckmäßig auf einem geeigneten faserigen oder " nicht faserförmigen Träger niedergeschlagen ist Eine Kammer dieser Art läßt sich einfach durch Tränken des Trägers mit dem wäßrigen Reaktionsmittel, anschließendes Zwischenlegen des getränkten Trägers zwischen die beiden halbdurchlässigen Membranen und nachfolgendes Versiegeln der Membranen an ihren Kanten auf bekannte Weise zur Bildung einer flüssigkeitsfesten Abdichtung fertigen.

Die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist nicht an eine bestimmte Form bzw. Gestalt einer Kammer gebunden. Zum Beispiel kann die gasdurchlässige Kammer ein kreisförmiger Schichtkörper sein oder in Form eines geometrischen Festkörpers, wie eines Würfels, eines Zylinders oder irgendeiner anderen geeigneten Konstruktion vorliegen, die eine oder mehrere Wände aufweist. Eine solche Konstruktion kann sogar auch nur einen Teil einer oder mehrerer solcher aus einer halbdurchlässigen Membran bestehenden Wände aufweisen. Es ist jedoch erwünscht, daß ein möglichst großer Teil der Außenoberfläche einer Kammer aus einer halbdurchlässigen Membran besteht, so daß die Kontaktfläche mit der verunreinigten Luft ein Maximum ist.

Im Betrieb diffundiert die verunreinigte Luft durch die Membranen 1 und 2, wobei die in der Luft vorliegenden Verunreinigungen mit dem Reaktionsmittel 3 reagieren, so daß über den Membranen ein Verunreinigungs-Konzentrationsgefälle entsteht, und die Konzentration der Verunreinigungen in der Luft herabgesetzt wird. Der Kontakt der Luft mit der Kammer wird eine Zeitspanne aufrechterhalten, die zum Erzielen der gewünschten Herabsetzung der Konzentration der Verunreinigungen notwendig ist. Die verunreinigte Luft kann auch mit einer Vielzahl von Kammern behandelt werden, um die gewünschte Herabsetzung der Konzentration der Verunreinigungen zu erzielen.

Unter der Bezeichnung »halbdurchlässige Membrane« wird eine Membran verstanden, die für Gase und Dämpfe durchlässig und für Flüssigkeiten undurchlässig ist. Viele Membranen dieser Art sind bekannt und ihre

'^+Zusammensetzung ist nicht Gegenstand vorliegender

' Y-'Erfindung. Bei Verwendung von wäßrigen Lösungen als -Reaktionsmittel sind die Membranen porös und hydrophob. Die Porengröße ist so, daß die Gasmoleküle durch die Membrane durchtraten können, während das wäßrige Medium infolge der hydrophoben Natur der Membrane nicht durchtreten kann. Es ist zulässig und in '■einigen Fällen auch erwünscht, daß einige Poren •ausreichend groß sind, um den Durchtritt des wäßrigen Mediums zu gestatten, vorausgesetzt, daß sie sich nicht über die gesamte Membrane erstrecken, sondern lediglich Poren geringeren Durchmessers verbinden. Auf diese Weise wird die Berührung zwischen Luft und der wäßrigen Reaktionslösung in der Masse der Membrane vollzogen.

Bevorzugte Membranen enthalten ein neutrales anorganisches Pulver, das vorzugsweise ein Adsorbens für die aus der Luft zu entfernenden Verunreinigungen darstellt und in einem hydrophoben Polymer dispergiert ist, da unter den in der Kammer herrschenden

ό Betriebsbedingungen ein Feststoff und gegenüber den Bestandteilen der Gasdurchströmung und gegenüber dem Reaktionsmittel inert ist Zu geeigneten anorganischen Stoffen gehören Aktivkohle, Graphit, Ceroxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid. Zu geeigneten Polymeren gehören Polyäthylen, Polypropylen, Polyamide, zum Beispiel Nylon, und Polymere halogenierten, vorzugsweise mit Fluor verbundenen Äthylens oder Propylens, wie zum Beispiel Homopolymere von Vinylidenfluorid, Tetrafluoräthylen, Monochlortrifluoräthylen. Hexafluorpropylen und dergleichen. Aus Graphit oder Aktivkohle und Polytetrafluoräthylen bestehende Membranen werden bevorzugt

Die Adsorptionsmittel sind vorzugsweise fein verteilte Stoffe mit hoher Oberfläche. Stoffe mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 Millimikron und Oberflächen in der Größenordnung von etwa 10 bis etwa 100 m²/g werden bevorzugt.

Das Verhältnis zwischen anorganischem Feststoff und Polymer in diesen Membranen ist nicht besonders kritisch und hängt von der im Einzelfall gewünschten besonderen Membrancharakteristik ab. Bei zunehmendem Gehalt an anorganischen Feststoffen steigt im allgemeinen die Porosität der Membranen und sinkt deren Zugfestigkeit Brauchbare Membranen können zwischen etwa 5 und etwa 90 Gew.-% Polymer und zwischen etwa 95 und etwa 10 Gew.-% anorganische Feststoffe enthalten. Membranen, bei denen Porosität und Festigkeit in einem optimalen Verhältnis zueinander stehen, werden bei etwa gleichen Gewichtsanteilen von anorganischen Feststoffen und Polymeren erhalten, zum Beispiel bei etwa 45 bis 55 Gew.-% Polymer und bei etwa 55 bis etwa 45 Gew.-% Feststoffe.

Die strukturelle Festigkeit dieser Membranen läßt sich durch Einschluß von Faserstoffen, wie zum Beispiel Glas oder Fasern, in die Membranen erhöhen.

Die bevorzugte Membran wird durch Mischen des fein verteilten anorganischen Feststoffes und feinverteilter Partikel von Polymer mit einer Partikelgröße von 10 bis 500 Millimikron erhalten, wobei ein homogenes Gemisch entsteht und die polymeren Partikel dann zwecks Bildung der porösen Membran gesinterl werden, die eine Stärke von vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 2 mm und zweckmäßig von etwa 0,4 bis etwa 0,6 mm aufweist

Gemäß einer bevorzugten Technik wird der anorga nische Feststoff, zum Beispiel Graphit oder Aktivkohle mit einer wäßrigen Dispersion des Polymeren untei Bildung einer homogenen Aufschlämmung gemischt Diese Aufschlämmung wird dann zu einer Platte verformt und diese Platte wird zum Austreiben de; Wassers und zum Sintern des Polymeren erhitzt. Be Verwendung einer im Handel erhältlichen Emulsion vor 60% Polytetrafluoräthylen in Wasser wird bei Raum temperatur eine Aufschlämmung erhalten, die gleiche Anteile an anorganischem Pulver und Polymeren au einer trockenen Basis enthält und dann zu einer Platte ausgewalzt wird. Zum Austreiben eines bestimmter Wassergehaltes wird diese Platte zweckmäßig ausrei

chendem Druck ausgesetzt. Drücke von etwa 1 bis etwa 20 kg/cm² sind nutzbringend. Drücke am oberen Ende dieses Bereiches, zum Beispiel oberhalb von etwa 10 kg/cm², werden bevorzugt.

Bei mäßig angehobenen Temperaturen, zum Beispiel bei Temperaturen von etwa 80° bis 120⁰C, und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 90° C, wird dann zum Austreiben von zusätzlichem Wasser ein zweiter Walzvorgang ausgeführt. Schließlich wird die Platte auf Temperaturen von etwa 100° bis etwa 15O⁰C und vorzugsweise auf etwa 120"C erhitzt und der Trockenprozeß abgeschlossen. Anschließend wird sie kurzzeitig Temperaturen von etwa 325° bis etwa 375^CC und vorzugsweise von etwa 35O⁰C unterworfen, um die polymeren Partikel zu schmelzen oder zu sintern. Das entstehende Produkt ist eine zähe, biegsame Platte mit einer Dichte im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,8 g/cm^J, die gegenüber Gasen durchlässig und gegenüber Wasser undurchlässig ist.

Membranen dieser bevorzugten Art arbeiten auf zwei verschiedene Weisen:

1. Sie enthalten und bilden eine Berührungs-Zwischenfläche für einen geeigneten Reaktanten. der den Anteil an Verunreinigungen herabsetzt, und

2. das eine hohe Oberfläche aufweisende Füllmaterial der Membran adsorbiert die Verunreinigungen während einer ersten Stufe des Behandlungsprozesses. Der Adsorption folgt ein Abbau der Verunreinigungen mit einem geeigneten Reaktionsmittel. Eine Reaktivierung der Membran zur weiteren Aufnahme von Verunreinigungen aus der Luftströmung schließt sich an.

Die Verunreinigungen können durch die Poren der Membran in diese eindringen und unmittelbar mit dem Reaktionsmittel reagieren oder zuerst durch den anorganischen Feststoff adsorbiert v/erden und erst anschließend mit dem Reaktionsmittel reagieren. Dieses System faßt damit die kurze Ansprechzeit der Adsorptionsverfahren mit der Abbauwirkung einer chemischen Behandlung zusammen und ist trotzdem in der Vorbereitung und Anwendung äußerst einfach

Das erfindungsgemäß verwandte besondere Reaktionsmittel hängt von der aus der Gasströmung zu entfernenden Verunreinigung und von der gewünschten Reaktion ab. Im allgemeinen handelt es sich bei dem Reaktionsmittel um ein Oxidations- oder ein Reduktionsmittel für die Verunreinigung, wobei Oxidationsmittel bevorzugt werden. Ebenso ist erwünscht, daß das Reaktionsmittel regenerierbar ist. Das heißt, daß die reduzierte Form eines Oxidationsmittels in die vollwertige Form e-nes Oxidationsmittels zurückoxidiert werden kann.

Reaktionsmittel, die die Forderung nach ausreichender Reaktion zur Bildung von harmlosen Substanzen, die Forderung nach Löslichkeit in Wasser und die Forderung nach Regenerierbarkeit erfüllen, sind Fachleuten bekannt. Zu Beispielen brauchbarer Oxidationsmittel gehören Ozon, Wasserstoffsuperoxid, unterchlorige Säure und deren Salze, chlorige Säure und deren Salze. Chlorsäure und deren Salze. Oberchlorsäure und deren Salze, Chinon. Chlordioxid, ChlortrioxidL Chlor, Bromhypobromsäure. Bromsäuresalze, Hypojoditsäure. übermangansaure Salze. Manganisalze, Cobaltisalze. Fernsalze. Thallisalze, Ceriumoxidsalze, Bichromatsalze. Chloriridiumsalze. vanadinsaure Salze

[V(OH)₄+ und VO₂ + ]

und dergleichen.

Vorzugsweise werden diese Oxidationsmittel in Form wäßriger Lösungen verwandt. Die Konzentration der Oxidationsmittel in der Lösung ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß sie während der gewünschten Zeitspanne zum Erreichen der gewünschten Aktivität ausreicht. Sie kann zwischen etwa 1 Gew.-°/o oder sogar weniger bis zur Löslichkeitsgrenze des jeweiligen Stoffes schwanken.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, soll die wäßrige

ίο Reaktionslösung vorzugsweise auf oder in einem geeigneten faserhaltigen oder nichtfaserigen inerten Träger adsorbiert oder absorbiert sein. Glasfaser, die in Form von Matten oder Rovings und dergleichen vorliegt, stellt ein bevorzugtes Trägermaterial dar.

Andere Materialien, wie zum Beispiel Silikagel, Zeolithe. Aluminiumoxid und dergleichen, lassen sich ebenfalls vei wenden.

In einer bevorzugten Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Kammer sind Einrichtungen zur Regeneration des Reaktionsmittels vorgesehen. Diese Einrichtungen liegen entweder inner- oder außerhalb des Moduls. Die im besonderen Fall verwendeten Einrichtungen hängen offensichtlich vom verwandten Reaktionsmittel wie auch von einer Vielzahl von technischen und wirtschaftlichen Überlegungen ab. Falls es sich beim Reaktionsmittel jedoch um ein Oxidationsmittel handelt, wird ein elektrochemisches Mittel zur Regeneration der verbrauchten Oxidationsmittel bevorzugt.
Eine Ausführungsform einer solchen Kammer mit einem inneren elektrochemischen Reaktionsmittel ist in Fig. 2 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform weist die Kammer eine zylindrische, elektrisch leitfähige halbdurchlässige Membran 4 auf. die auch eine Elektrode des Moduls bildet.

Die Enden der Membrane 4 sind mit nicht leitenden undurchlässigen Endgliedern 5 und 6 - erschlossen. Die Kammer weist weiter noch eine axial montierte Elektrode 7 und zwischen dieser Elektrode und der zylindrischen Elektrode 4 einen ringförmigen Separator 8 auf. Falls es sich bei dem Reaktionsmittel um ein Oxidationsmittel handelt das bei kathodischer Reduktion des Sauerstoffs, zum Beispiel Wasserstoffsuperoxid, regeneriert wird, dient die Elektrode 4 auch als Kathode und die axiale Elektrode 7 bildet die Anode.

Bei dieser Ausführungsform muß die Membran 4 elektrisch leitend sein. Geeignete Membranen werden durch Einschluß eines elektrisch leitenden, in feinpulvriger Form vorliegenden Feststoffes in die Membran erhalten. Feinpulvriges Graphit oder Aktivkohle wer-

den für diesen Zweck bevorzugt, da sie sich ebenso für die oben genannten anorganischen adsorbierenden Füllstoffe eignen.

Die übrigen Kammerelemente lassen sich aus bekannten Stoffen herstellen. Die Anode zum Beispiel

kann aus jeder geeigneten, inerten, elektrisch leitenden Substanz, wie zum Beispiel Nickel, bestehen, das mit einer Schicht aus leitendem Nickeloxid oder einem anderen geeigneten Metall überzogen ist Der Separator kann aus jedem geeigneten porösen Material

bestehen, durch das die Elektrizität mit einem Minimum an Massentransport passieren kann, wie zum Beispiel porösem Porzellan. Die Endglieder können aus jedem chemisch inerten, nichtleitenden und konstruktiv festen Material bestehen.

Obwohl die Membran 4 elektrisch leitend ist und ein elektrischer Kontakt in jeder geeigneten Weise vorgenommen werden kann, wird ein elektrisier Kontakt mit der Membran über ein poröses, elektrisch

leitendes Material 9 bevorzugt. Zu geeigneten Kontaktgliedern zählen Metallgazen, -siebe und dergleichen, poröses Graphit und andere poröse Stoffe, die Elektrizität leiten.

Die in Fig.2 gezeigte Kammer weist auch einen wäßrigen Elektrolyten auf, der das aufgelöste Reaktionsmittel enthält. Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung ist für die Erfindung nicht kritisch, vorausgesetzt, daß sie genügend leitfähig ist und die gewünschten Reaktionen des Reaktionsmittels mit den Verunreinigungen trägt und die Regeneration des Reaktionsmittels stattfinden kann.

Im Betrieb wird die verunreinigte Luft mit der Kammer in der zuvor beschriebenen Weise in Berührung gebrachten und eine geeignete Energiequel-Ie 10 wird an die Elektroden 4 und 7 angeschlossen, so daß ein elektrischer Strom in der Kammer fließen kann. Die Stromstärke wird so eingestellt, daß sich das Reaktionsmiuel mit der gleichen Geschwindigkeit, in der es durch Reaktion mit der Verunreinigung verbraucht wird, regeneriert. Da ein Gas, entweder Sauerstoff oder Wasserstoff erzeugt wird, muß das Modul selbstverständlich mit nicht im einzelnen gezeigten Einrichtungen ?ur Abführung des Gases ausgestattet sein.

Eine besonders bevorzugte Elektrolytlösung besteht aus einT wäßrigen alkalischen Lösung von Wasserstoffsuperoxid. Eine solche Lösung enthält vorzugsweise ein Alkalimetall, wie zum Beispiel Natrium oder Kalium, Hydroxid und/oder Carbonat in zum Erzielen der gewünschten Leitfähigkeit ausreichenden Mengen und Wasserstoffsuperoxid, von dem ein Teil in Form seines monoalkalischen Metallsalzes (zum Beispiel Mononatrium- oder Monokalium-) vorliegen kann und in einer Menge, die zur Reaktion mit einer oxidierbaren Verunreinigung und zu deren Entfernung aus der Luftströmung mit gewünschter Geschwindigkeit ausreicht. Geeignete Lösungen dieser Eigenschaften lassen sich mit Verfahren erzielen, die in der DT-OS 22 26 434 beschrieben werden.

In einer Kammer mit einem Elektrolyten dieser Art. der ein durch kathodische Sauerstoffreduktion regenerierbares Oxidationsmittel enthält, bildet die Membran 4 die Kathode und die axiale Elektrode 7 bildet die Anode. Luftsauerstoff diffundiert auch durch die Membran 4 und gelangt mit dem Elektrolyten in Berührung. Dort wird er durch elektromechanische Einwirkung zur Regenerierung des Wasserstoffsuperoxids reduziert.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform weist die Kammer äußere Einrichtungen zur Regenerierung des Reaktionsmittels auf. Wieder bestehen die zur Regenerierung vorgesehenen Einrichtungen vorzugsweise aus einer elektrochemischen Zelle. Dabei ist die Kammer 11 über Leitungen 12 und 13 mit der elektrolytischen Zelle 14 verbunden, die einen Behälter 15, einen Separator 16 und an eine Energiequelle 19 angeschlossene Elektroden 17 und 18 aufweist- Bei dieser Ausführungsform wird die wäßrige Reaktionslösung über eine Leitung 12 entweder mit Unterbrechungen oder kontinuierlich von der Kammer 11 abgezogen und zur Regeneration des Reaktionsmittels einer Elektrodenkammer der Zelle 14 zugeführt. Die regenerierte Reaktionslösung wird dann über die Leitung 13 in die Kammer 11 zurückgeführt.

Die Kammern können einzeln oder auch in einer Vielfachanordnung verwendet werden. F i g. 4 zeigt die Verwendung mehrerer Kammern der in F i g. 2 gezeigten Art in einer Luftreinigungsvorrichtung. Gemäß der Darstellung sind mehrere Kammern 20 in Reihen in einem Luftschacht 21 angeordnet. Die Kammern einer Reihe sind gegenüber den Modulen einer anderen Reihe versetzt. Damit wird eine maximale Berührung mit der in Richtung des Pfeiles 22 durch den Luftschacht 21 durchtretenden Luft gewährleistet. Die Elektroden 23 und 24 der Kammern sind, in Reihen- oder Parallelschaltung an eine Energiequelle 25 angeschlossen. Der Strom wird auf adäquate Regenerierung des Reaktionsmittels eingestellt. Die Anzahl und der Abstand der Kammern 20 wird so eingestellt, daß eine ausreichende Berührung mit der verunreinigten Luft stattfindet und die Konzentration der Verunreinigungen in der Luft in gewünschter Weise herabgesetzt wird. Die behandelte Luft tritt dann durch den Schacht 21 aus.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung:

Beispiel 1

In Pulverform vorliegende Aktivkohle wird in eine wäßrige Suspension von Polytetrafluorethylen eingemischt. Das entstehende Gemisch wird in die Form eines Filmes extrudiert und dieser Film wird zum Austreiben des Wassers und zur Bildung einer trockenen, halbdurchlässigen Membran mit 50 Gewichtsteilen Kohlenstoff und 50 Gewichtsteilen Polytetrafluoräthylen erhitzt. Die auf diese Weise gewonnene Membran wird als Wandung einer zylindrischen Zelle verwendet, wie diese in F i g. 2 dargestellt ist und einen Durchmesser von 45 mm und eine Höhe von 250 mm aufweist. Die Zelle weist weiter noch einen Separator aus Porzellan und eine Nickelanode auf. die mit mit Lithium dotiertem Nickeloxid überzogen ist. Diese Zelle wird dann in einen hermetisch abgedichteten Kunststoffkasten mit einem Gesamtvolumen von 600 ml eingesetzt. Unterschiedliche Mengen an Verunreinigungen werden eingeleitet. Ihre Entfernung wird anschließend durch periodisches Extrahieren kleiner Luftvolumina aus dem Kasten und durch Analyse der Luftproben überprüft.

Nachdem bei in der elektrochemischen Zelle fehlendem Elektrolyten etwa 1800 mg H₂S in den Kasten eingeleitet wurden, sind die Kohlenstoffmembranen und die Zellenwände offensichtlich mit H₂S gesättigt und in der Masse des Kastens nähert sich die Gaskonzentration einem stetigen Zustand entsprechend einem Wert von 1 mg/10 ml, der für mindestens eine Stunde in etwa konstant bleibt Nach der Füllung der elektrochemischen Zelle mit einem Elektrolyten aus einer 5 N-Lösung von Kaliumhydroxid wird in dem äußeren Ring durch kathodische Reduktion des Sauerstoffs Wasserstoffsuperoxid in der in der DT-OS 22 26 434 beschriebenen Art erzeugt und bei einer Wiederholung des gleichen Experiments zeigt sich, daß der gesamte Schwefelwasserstoff innerhalb von zehn Minuten nicht mehr in der Luft enthalten ist. Handelt es sich bei dem Elektrolyten um 1 N-KOH, oxidiert H2S zu H2SO4. das mit dem KOH unter Bildung von K₂SO₄ und H₂O reagiert Ähnliche Ergebnisse werden mit den im folgenden aufgezählten Verbindungen erzielt, die für bestimmte Arten von Luftverunreinigungen beispielhaft sind: Formaldehyd. Acetaldehyd, Methylmercaptan, Dimethylsulfid, Athylamin, Anilin, Diethylamin, Triäthylamin. Acrolein. Furfural. Phenol und Pyridin.

Beispiel 2

Eine gemäß der Beschreibung im Beispiel 1 hergestellte Membran bildet die Außenseite einer Zelle gemäß der Darstellung in Fig.3, durch die eine

609 584743

10

Wasserstoffsuperoxid enthaltende Lösung (die in einer Vorrichtung erzeugt wird, wie sie in der DT-OS 22 26 434 beschrieben wird) geleitet wird.

Nach dem Austritt aus der Zelle wird die Lösung durch ein Gefäß geleitet, in dem der Elektrolyt zwecks ■Änderung des pH-Wertes, zur Entfernung möglicher Überreste usw. behandelt wird, bevor er zum Superoxidgenerator zurückgeleitet wird. Dieser in einer geschlossenen Schleife ablaufende Vorgang ermöglicht sehr lange Betriebszeiten der Luftreinigungsvorrichtung.

Beispiel 3

In Pulverform vorliegendes Graphit wird in eine wäßrige Suspension von Polytetrafiuoräthylen eingernischt. Das sich ergebende Gemisch wird zu einem Film extrudiert und dieser wird zum Austreiben des Wassers und zur Bildung einer trockenen, halbdurchlässigen Membran aus 50 Gew.-Teilen Graphit und 50 Gew.-Teilen Polytetrafiuoräthylen erhitzt. Ein Glasfasermaterial, das eine Lösung von 0,35 Gew.-% Cersulfat in Wasser adsorbiert hat, wird unter Bildung eines Moduls mit einer Gesamtdicke von etwa 6 mm und einer Gesamtoberfläche von 750 H cm² zwischen zwei auf diese Weise gewonnenen Membranen eingeschlossen. Das dabei entstehende Modul wird in einen hermetisch abgedichteten Behälter mit einem Volumen von 5000 cm³ eingestellt und anschließend werden 56 ml Schwefeldioxid unter Erzielung einer Konzentration von etwa H 9 χ 10³ ppm in den Behälter gegeben. In periodischen Abständen werden dem Behälter Luftproben entnommen und auf ihren SC>2-Gehalt untersucht. Nach drei Minuten ist das gesamte Schwefeldioxid aus der Luft verschwunden. Bei einem ähnlichen Versuch, bei dem lediglich das Cersulfat weggelassen wurde, verblieben nach dreißig Minuten annähernd 90% des Schwefeldioxids.

Beispiel 4

Der im Beispiel 1 geschilderte Versuch wird wiederholt mit der Ausnahme, daß 45 ml Schwefelwasserstoff btatt des Schwefeldioxids verwendet werden, ο wobei sich eine Konzentration von etwa H 7,5 χ 10³ ppm einstellt. In diesem Fall war sämtlicher Schwefelwasserstoff nach achtzehn Minuten verschwunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Enfernen von Verunreinigungen aus verunreinigter Luft mittels einer Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen enthaltende Luft mit einer für Gas durchlässigen und für Flüssigkeiten undurchlässigen Membran in Berührung gebracht wird, wobei die verunreinigte Luft durch die Membran hindurchtritt und in Berührung mit einer wäßrigen Lösung gebracht wird, die ein mit der Verunreinigung reagierendes, an sich bekanntes Oxidations- oder Reduktionsmittel enthält, die Kontaktzeit zwischen der Luft und der Membran ausreichend gewährt wird, um die Konzentration der Verunreinigung in der Luft durch Reaktion mit der wäßrigen Lösung herabzusetzen, und die Luft anschließend aus dem Kontakt mit der Membran abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösung ein kathodischer oder ein anodischer Elektrolyt für eine elektrolytische Zelle verwendet wird und zur Regeneration des Oxidationsmittels ein elektrischer Strom zwischen der Anode und der Kathode dieser Zelle zum Fließen gebracht wird.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einer geschlossenen Kammer und einer Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Oberfläche aus einer halbdurchlässigen Membran aufweist, die Kammer ein Reaktionsmittel enthält, das mn den Verunreinigungen unter Herabsetzung von deren Konzentration in Luft reagiert, und Einrichtungen zum Zuführen der die Verunreinigungen enthaltenden Luft zu der Membran und zum Ableiten der behandelten und eine geringere Konzentration an Verunreinigungen aufweisenden Luft aus der Kammer vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schichtkörper aus zwei unter gegenseitigem Abstand angeordneten halbdurchlässigen Membranen aufweist und zwischen diesen Membranen ein das Reaktionsmittel aufnehmender Kern angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein inerter, faserförmiger und mit einer wäßrigen Lösung des für die Verunreinigung vorgesehenen Oxidationsmittels getränkter Träger ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abführen des verbrauchten Reaktionsmitteis aus der Kammer und zum Zuführen von frischem Rcaktionsmittel in die Kammer.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Regenerieren des verbrauchten Reaktionsmittels und zum Zurückleiten des regenerierten Reaktionsmittels in die Kammer.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Regenerieren des verbrauchten Reaktionsmittels elektrolytische Zellen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine elektrolytische Zelle und die Membran eine Elektrode ist.

Industrielle Abgase enthalten im allgemeinen zahlreiche Verunreinigungen; um sie zu entfernen, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die im wesentlichen auf zwei Prinzipien beruhen, nämlich: