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Schüttstoff-Filtermaterial, insbesondere zur Entfernung unangenehmer
Gerüche aus der Luft, sowie Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft
ein Schüttstoff-Filtermaterial zur Entfernung von Premdgasen, insbesondere unangenehmen
Gerüchen, aus der Luft, bestehend aus einer Körnung mindestens einer sorptiv wirkenden
Filterkomponente. Ferner ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Schüttstoff-Siltermaterials sowie auf zweckmäßige Schüttstoff-Kombinationsfilter
gerichtet.
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Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Beseitigung
von
unangenehmen Küchengerüchen aus der Luft sowie allgemein mit der Entduftung der
Luft von Wohn- und Aufenthaltsräumen u.dgl. sowie der Abluft von Fabrikationsräumen
und Tierstallungen usw.
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Die für die genannten Zwecke bekannten Adsorptionsfilter, wie vor
allem Aktivkohlefilter, sind trotz ihrer weiten Verbreitung nicht frei von Nachteilen.
Da das AdsorptionsVermögen der Aktivkohle temperaturabhängig ist, können bei Temperaturen
über 400 C die adsorbierten Stoffe wieder freigesetzt werden. Insbesondere werden
niedermolekulare Substanz zen, wie z.B. NH3, oder niedere Amine von den adsorptiv
wirkenden Filter stoffen kaum aufgenommen und leicht wieder desorbiert.
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Für die Vernichtung unangenehmer Gerüche und sonstiger gasförmiger
Schadstoffe auf oxydativem Wege sind auch Katalyt filter bekannt, bei welchen als
Trägerstoff für ein katalytisch wirkendes Redoxsystem ein feinporiger, hydrophiler
und offenzelliger Kunststoffschaum verwendet wird, in dessen Zellgerüst die Katalysatoren
eingebaut sind. Als Oxydations-Katalysatoren werden vor allem Oxide mehrwertiger
Metalle, wie Mangan, Eisen, Kupfers Kobalt, Nickel, Silber u.dgl., in bestimmten
Kombinationen verwendet. Diese Stoffe werden dem Schaumstoff-Rohgemisch in feinstkörniger
Form zugesetzt, so daß sie nach erfolgter Aufschäumung in das Zellgerüst des Schaumstoffs
fest eingebunden sind. Es ist bereits vorgeschlagen worden, solche Filterstoffe
als
Schüttstoff-Filter auszubilden. In diesem Fall wird das mit
den inkorporierten Oxydations-Katalysatoren versetzte Schaumstoffmaterial zu einem
kleinstückigen Schaumstoff-Flockenmaterial bzw. einem Schaumstoff-Granulat verarbeitet.
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Bei den aus der Luft zu entfernenden Fremdgasen handelt es sich in
der Praxis zumeist um Gemische chemisch unterschiedlicher Gase, deren Konzentration
erheblichen Schwankungen unterworfen sein kann. Um günstige Filterergebnisse zu
erzielen, ergibt sich daher die Forderung, die filterwirksamen Stoffe qualitativ
und quantitativ möglichst auf den jeweiligen Einsatzbereich und Verwendungszweck
des Filters abzustimmen. Andererseits muß die Reaktionsfähigkeit des Filtermaterials
so beschaffen sein, daß möglichst alle von der Luft mitgeführten Geruchsstoffe und
Schadgase während des Filterdurchgangs weitgehend entfernt werden. Es versteht sich,
daß dabei große Filterdurchgangsleistungen und möglichst lange Filterstandzeiten
anzustreben sind. Auch sollte das Filtermaterial selbst bei verhältnismäßig niedrigen
Temperaturen, die im Bereich der Raumtemperaturen liegen, wirksam sein.
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Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial
zu schaffen, welches die vorgenannten Forderungen möglichst weitgehend erfüllt.
Insbesondere bezweckt die Erfindung ein hochwirksames und preisgünstiges Filtermaterial,
welches sich in verhältnismäßig einfacher Weise auf den jeweiligen Verwendungszweck
abstimmen läßt und welches
bei verhältnismäßig langen Filterstandzeiten
eine hohe Wirksamkeit auch dann entfaltet, wenn die zu filternde Luft Gemische chemisch
unterschiedlicher Fremdgase enthält. Die Erfindung ist weiter auf ein zweckmäßiges
Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials sowie auf verschiedene Mehrkomponenten-Schüttstoffilter
gerichtet.
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Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist dadurch gekennzeichnet, daß
die körnige Nasse aus einem Gemenge mindesterls einer mit dem Premdgas chemisch
reagierenden sauren oder basischen chemosorptiven Substanz und einer feuchtigkeitsspeichernden
Substanz besteht. Dabei wird als feuchtigkeitsspeichernde Substanz vorzugsweise
ein Bindemittel verwendet, welches die chemosorptive Substanz in der Kornform abbindet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filtermaterial werden also die von der Luft
mitgeführten sauren und/oder alkalischen Gase beim Durchgang durch das Filterbett
chemisch neutralisiert. Damit sich die chemische Reaktion als Ionenreaktion in Dissoziationsphase
vollziehen kann, ist es wesentlich, daß das Filtermaterial außer den chemosorptiv
wirkenden Substanzen feuchtigkeitsregulierende bzw. hydrophile Substanzen aufweist,
welche die Luftfeuchtigkeit und gegebenenfalls das bei der Ionenreaktion anfallende
Reaktionswasser aufnehmen und damit den Feuchtigkeitsgehalt des Filtermaterials
auf einem für seine Wirksamkeit ausreichenden Niveau halten, ohne dabei aber die
mechanischen Eigenschaften des Schüttstoffmaterials in Frage zu stellen. Eingehende
Versuche
haben gezeigt, daß ein Schüttstoff-Filtermaterial, dessen
Körner aus einem Gemisch einer chemosorbierenden Substanz und eines sie in der Kornform
abbindenden wasserlöslichen Bindemittels bestehen,. eine hohe selektive Filterwirksamkeit
gegenüber bestimmten von der Luft mitgeführten Fremdgasen bei zugleich ausreichend
hoher mechanischer Abrieb-und Druckfestigkeit der Körner aufweist, so daß selbst
bei verhältnismäßig hoher Luftfeuchte und mechanischer Beanspruchung ein stärkerer
Abrieb oder ein Zerfall der Körner nicht eintreten kann. Es versteht sich, daß die
Art der åeweils verwendeten chemosorptiven Substanzen auf die Art des jeweils zu
entfernenden Fremdgases abgestimmt wird. Enthält die zu reinigende Luft nebeneinander
saure und alkalische Fremdgase, so können entsprechend auf diese Gase abgestimmte
saure und basische chemosorptive Substanzen vorgesehen werden. Die körnige Schüttstoffmasse
weist in diesem Fall also einen vorbestimmten Anteil an einem aus der sauren chemosorptiven
Substanz bestehenden Korn sowie einen weiteren Kornanteil aus alkalisch wirkender
Substanz auf. Der Kornanteil der verschiedenen Komponenten läßt sich dabei in einfacher
Weise auf den Anteil der von der Luft mitgeführten verschiedenen Fremdgase abstimmen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die körnige Masse in
perlierter, also etwa kugeliger Kornform vor. Dabei beträgt der Durchmesser der
kugelförmigen Teilchen zweckmäßig etwa 0,5 bis 8 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm. Eine
solche
kugelige Kornform ist nicht nur im Hinblick auf ein günstiges
Verhältnis von Masse und Oberfläche des Einzelkorns sowie im Hinblick auf die mechanische
Festigkeit desselben und die Schüttdichte der Schüttstoffmasse günstig; sie hat
auch den Vorteil, daß bei einem Gemisch von sauren und alkalischen Körnern eine
im wesentlichen nur punktförmige Kornberührung vorliegt, so daß sich im Einsatz
keine nennenswerte Selbstneutralisierung der sauren und basischen Schüttstoffkomponenten
einstellen kann.
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Für die chemosorbierenden Substanzen werden naturgemäß solche Substanzen
verwendet, die mit den von der Luft mitgeführten und zu vernichtenden sauren oder
alkalischen Gasen unter den Einsatzbedingungen des Filters chemisch reagieren.
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Als saure Chemosorbentien, die zur Neutralisierung von alkalischen
Fremdgasen verwendet werden können, kommen vor allem in Betracht: organische Mono-
oder Polycarbonsäuren, z.B.
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Phthalsäure, Zitronensäure, Benzoesäure, Weinsäure, ferner Amidosulfonsäure,
p-Toluolsulfosäure, Borsäure, Natriumhydrogensulfat, Kallumhydrogensulfat, Ammoniumhydrogensulfat,
Phthalsäureanhydrid.
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Für die chemische Umsetzung von sauren Bremdgasen können insbesondere
folgende basischen Chemosorbentien verwendet werden: Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat,
Kalziumoxid, Kalziumhydroxid, Bariumoxid, Bariumhydroxid, Natriummetasilikat, Lithiumcarbonat,
Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Zement, Kaliwasserglas, Doppelwasserglas, Natronwasserglas usw.
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Als Bindemittel für die Chemosorbentien können praktisch alle wasserlöslichen
oder quellfähigen Bindemittel bzw.
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Klebstoffe verwendet werden. Insbesondere eignen sich folgende Bindemittel:
Cellulosederivate, insbesondere Methylcellulose, Carboximethylcellulose, Hydroxiäthylcellulose,
Äthylcellulose, vor allem Gellulosederivate der Tylose- oder Culminal-T#en, Polyvinylalkohol,
z.B. Mowiol- oder Polyviol-Typen, Collagen, Alginate, Pektine, Stärke.
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Es empfiehlt sich, der körnigen Masse neben den chemosorptiven Substanzen
und dem Bindemittel noch mindestens eine weitere flüssigkeitsspeichernde bzw. quellfähige
Substanz zuzusetzen, welche nicht unbedingt die Eigenschaft eines Bindemittels aufzuweisen
braucht. In Betracht kommen hier praktisch alle hydrophilen bzw. quellfähigen Stoffe,
wie vor allem Quellton (Tissolit), z.B. Bentonit oder Montmorillonit, Blähton, Tuff,
Bims, Ziegelmehl, Hartschaumstoff, z.B. Phenolharzschaum, Harnstoff schaum, Kieselsäurederivate
(z.B. Aerosil oder Cabosil), wie z.B. Silikagel, Wasserglas, Kieselgur.
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Die Einzelkörner bestehen in diesem Fall also aus einer Mischung einer
chemosorptiven Substanz, eines hydrophilen Bindemittels und einer wasserspeichernden
bzw. quellfähigen
Substanz, die zu einem Korn verarbeitet ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können der körnigen Masse
noch weitere Zusätze mit spezifischen Eigenschaften zugesetzt werden. Solche Zusätze
bestehen z.B.
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aus Oxydationsmitteln, wie z.B. Kaliumpermanganat, Natriumpersulfat,
Bariumperoxid, Natriumperborat, Natriumpercarbonat, Ealiumdichromat, Chromtrioxid,
Kaliumperchlorat, Kaliumnitrat, Kaliumpersulfat, welche von der Luft mitgeführte
Geruchsstoffe u.dgl. auf oxydativem Wege vernichten. Erfindungsgemäß können auch
flammhemmende Stoffe in das Korn eingebaut werden. Hierbei kommen vor allem solche
Stoffe in Betracht, welche bei Erhitzung Stickstoff oder Ammoniak abspalten. Geeignet
ist z.B. Diammoniumhydrogenphosphat. Es empfiehlt sich, die flammhemmende Substanz
zusammen mit den anderen Substanzen so zu einem Korn zu verarbeiten, daß die flammhemmende
Substanz einen mit der chemosorptiven Substanz umhüllten Innenkern des Kornes bildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die das Schüttstoff-Filter
bildenden Körner einen Gerüstkern eines feuchtigkeitsspeichernden Stoffes auf, der
mit einer reaktionsfähigen Umhüllung einer chemosorptiven Substanz versehen ist.
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Der Gerüstkern kann z.B. aus einem Einzelkorn, z.B. aus Bims, Schaumstoff
u#dgl., bestehen, welches das eigentliche Trägermaterial für die chemosorptive Substanz
bildet, deren Haftung an dem Gerüst zweckmäßig durch ein wasserlösliches Bindemittel
verbessert wird.
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Für die Herstellung der körnigen Masse kommen verschiedene Verfahren
in Betracht, wie sie auf anderen Gebieten der Technik an sich bekannt sind. Vorzugsweise
wird die chemosorptive Substanz in pulvriger Form mit einer flüssigkeitsspeichernden
bzw. wasserlöslichen Substanz unter Wasserzugabe zu einem Granulat verarbeitet,
was mit Hilfe eines herkömmlichen Tellergranulators erfolgen kann. Hierbei werden
die chemosorptive Substanz und das Bindemittel während des Granulierens mit Wasser
oder einer wäßrigen Lösung der chemosorptiven Substanz besprüht, so daß es auf dem
rotierenden Teller des Granulators zur Bildung eines Granulats aus den genannten
Stoffen kommt. Dem Stoffgemisch können dabei vor oder während des Granulierens nicht-bindefähige
feuchtigkeitsspeichernde Substanzen der genannten Art, einzeln oder in Kombination,
zugesetzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, dem Gemisch vor dem Granulieren
weitere Zusätze, wie z.B. ein Oxydationsmittel und/oder flammhemmende Mittel, zuzugeben.
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Erfindungsgemäß kann die körnige Schüttstoffmasse auch durch ein mehrstufiges
Granulieren hergestellt werden. In diesem Fall wird z.B. auf einem Tellergranulator
ein Innenkern hergestellt, welches dann anschließend in einer zweiten Granulierstufe,
die ebenfalls auf dem Tellergranulator durchgeführt werden kann, mit einer reaktionsfähigen
Umhüllung einer chemosorptiven Substanz versehen wird. Diese Arbeitsweise ist z.B.
dann vorteilhaft wenn dem körnigen Material eine flammhemmende Substanz zugesetzt
wird. In diesem Fall
wird in der ersten Granulierstufe ein Granulat
aus der flammhemmenden Substanz gewonnen, welches anschließend in der weiteren Granulierstufe
mit der Umhüllung der chemosorptiven Substanz versehen wird. Dieselbe mehrstufige
Arbeitsweise läßt sich erfindungsgemäß auch dann vorsehen, wenn in der ersten Granulierstufe
ein Innenkern aus einer flüssigkeitsaufnehmenden Substanz hergestellt wird, die
dann in der zweiten Stufe mit der chemosorptiven Substanz umhüllt wird.
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Im folgenden werden einige Beispiele für die erfindungsgemäßen körnigen
Massen angegeben, die als Schüttstoff-Filtermassen verwendet werden: I.
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Saure Körnungen Beispiel 1: 800 g Natriumhydrogensulfat (in Pulverform)
werden mit 200 g Cellulosederivat der Type Tylose H 10 000 der Farbwerke Höchst
gemischt und unter Wasserzugabe in an sich bekannter Weise auf einem Tellergranulator
zu einem Granulat verarbeitet, dessen Korngröße vorzugsweise zwischen 2 mm und 5
mm liegt.
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Man erhält dann ein kugelförmiges Korn, welches zum überwiegenden
Teil aus dem sauer reagierenden Natriumhydrogensulfat besteht, welches durch Xylose
als Bindemittel abgebunden ist.
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Es besteht auch die Möglichkeit, während des Granulierens
das
Gemisch aus pulvrigem Natriumhydrogensulfat und Tylose mit einer Salzlösung des
Natriumhydrogensulfats zu besprühen.
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Beispiel 2: In dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird ein saures
Granulat aus 750 g Amidosulfonsäure und 250 g Pektin oder Alginat hergestellt.
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Beispiel 3: Es wird ein Granulat in der beschriebenen Weise aus folgenden
Stoffen hergestellt: 500 g p-Toluolsulfosäure 400 g Kieselgur 10G g Polyvinylalkohol,
Type: Mowiol 66-10 Farbwerke Höchst.
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Beispiel 4: Mit Hilfe eines Tellergranulators wird ein Granulat aus
folgenden Stoffen hergestellt: 700 g Ammoniumhydrogensulfat 50 g p-Toluolsulfosäure
250 g Cellulosederivat, Type: xylose H 10 000 Farbwerke Höchst.
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Beispiel 5: Mit Hilfe des Tellergranulators wird ein Granulat aus
folgenden Stoffen hergestellt:
500 g Zitronensäure 400 g Bentonit
100 g Stärkepulver (kaltlöslich).
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Beispiel 6: Unter Zusatz von Wasser wird mittels eines Tellergranulators
ein Granulat aus folgenden Stoffen hergestellt: 600 g Natriumhydrogensulfat 200
g Kieselgur 200 g Celluloseäther.
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II.
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Basische Körnungen In der vorstehend beschriebenen Weise können mit
Hilfe eines Tellergranulators basische Granulate aus folgenden Stoffzusammensetzungen
hergestellt werden: Beispiel 7: 1000 g Kalziumhydroxid 660 g Natronwasserglas 1
: 1 verdünnt mit Wasser.
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Beispiel 8: 700 g Natriumcarbonat 200 g Natriumpersulfat 100 g Cellulosederivat,
Type: xylose H 10 000.
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Beispiel 9: 800 g Kalziumoxid 100 g Kaliumdichromat 100 g Methylcellulose.
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Beispiel 10: 200 g Natriumhydroxid 800 g Ziegelmehl.
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Beispiel 11: 500 g Kalziumhydroxid 500 g Zement (Portland).
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III.
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Zweistufige Granulation von sauren oder basischen Körnungen Beispiel
12: Ein flammhemmendes Mittel z.B. pulvriges Diammoniumhydrogenphosphat, wird unter
Wasserzusatz auf einem Tellergranulator zu einer Korngröße von z.B. 2 bis 4 mm granuliert.
Anschließend werden diese Kerne auf demselben Granulator mit einer Umhüllung aus
einer-chemosorbierenden Substanz der genannten Art, z.B. aus Amidosulfonsäure, versehen.
Es entsteht ein zweischichtiges Granulat mit einer Korngröße von etwa 3 bis 7 mm,
das beim Erhitzen flammerstickendes Ammoniak in Gasform abgibt. Hierdurch wird ein
Feuerschutz des Filtermaterials erreicht.
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IV.
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Saure oder basische Körnungen mit innerem Gerüstkern Beispiel 13:
Eine quellfähige bzw wasserspeichernde Substanz, z.B. Bims, wird auf eine Korngröße
von z.B. 2 bis 3 mm aufgebrochen.
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Die Körner werden dann in einem Tellergranulator mit einer chemosorptiven
Substanz, z.B. Natriumcarbonat, gegebenenfalls unter Zusatz eines wasserlöslichen
Bindemittels, umhüllt, wobei die Korngröße des Fertigkorns etwa bei 4 bis 6 mm liegt.
Es entsteht auf diese Weise ein Granulat mit reaktiver Hülle und flüssigkeitsaufsaugendem
Kern.
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Als Gerüst- bzw. Trägermaterial für die chemosorptive Substanz kann
auch ein kleinstückiges Schaumstoffmaterial aus Weich- oder Hartschaumstoff verwendet
werden, dessen Teilchengröße vorzugsweise unter 10 mm liegt. Das kleinstückige Schaumstoffmaterial
wird mit einer chemosorptiven Substanz umhüllt bzw. imprägniert.
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Beispiel 14: 1000 g eines sauren Salzes, z.B. Natriumhydrogensulfat,
werden in 500 g Wasser gelöst, worauf in die Lösung 36 g eines geflockten, offenzelligen,
hydrophilen Schaumes (vorzugsweise Polyurethanschaum) eingebracht werden. Die mit
der Salzlösung getränkten Schaumstoffteilchen werden anschließend bis zur Austrocknung
der äußeren Umhüllung erwärmt.
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Es besteht die Möglichkeit, einen Teil des kleinstückigen Schaumstoffmaterials
mit sauren chemosorptiven Stoffen und eire-- arderen Teil des Schaumstoffmaterials
mit basischen chemosorptiven Stoffen zu imprägniexen. Die mit den verschiedenen
chemosorptiven Stoffen imprägnierten Schaumstoffteilchen lassen sich in inniger
Durchmischung als Schüttstoff-Filter verwenden. Da der weitaus größte Teil der Chemosorbentien
sich im Inneren der offenen Schaumstoffporen befindet, kann es bei solchen Schüttstoff-Filtern
zu keiner nennenswerten gegenseitigen Neutralisierung der basischen und sauren Chemosorbentien
kommen.
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Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den Küchengerüchen oder den
in Wohn-, Versammlungs- oder Fabrikationsräumen bzw. Tierhaltungen und Tierverwertungsbetrieben
anfallenden Gerüchen im allgemeinen um Mischgerüche aus zum Teil sauren, basischen
oder chemisch neutralen Verbindungen.
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Durch Auswahl und Kombination der erfindungsgemäßen körnigen Filterstoffe
untereinander sowie gegebenenfalls mit weiteren filterwirksamen Komponenten lassen
sich für jeden spezifischen Verwendungszweck die jeweils qualitativ und quantitativ
günstigsten Schüttstoff-Filter zusammenstellen. Als weitere filterwirksame Komponenten
kommen vor allem Aktivkohle und/oder Oxydations-Katalysatoren (Redoxsysteme) in
Betracht. Dabei werden als Träger für Oxydations-Kftalysa toren zweckmäßig hydrophile,
offenzellige Schaumstoffteilchen, vorzugsweise aus Polyurethanschaumstoff, gegebenenfalls
aber
auch aus anderen Schaumstoffen, ame z.B. Viskoseschaum od.dgl., verwendet, an die
die Oxydations-Katalysatoren angelagert sind. Ein solches Filtermaterial ist z.B.
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in der D-OS 2 134 587 der Anmelderin beschrieben. Die katalytischen
Stoffe sind zweckmäßig in den hydrophilen Schaumstoff eingeschäumt, der nach dem
Aufschäumen und Aushärten zu einem kleinstückigen Granulat oder Flockenmaterial,
vorzugsweise unter 10 mm, zerkleinert wird. Die Porengröße des Schaumstoffs liegt
zweckmäßig bei 0,3 bis 4 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm. Als Oxydations-Katalysatoren
werden Oxide oder Hydroxide mehrwertiger Metalle, wie vor allem Mangan, Eisen, Kobalt,
Kupf er, Nickel, Silber, einzeln oder in Kombination, verwendet, die dem Schaumstoff-Rohgemisch
in feinstkörniger Form zugesetzt werden, so daß sie nach dem Auf schäumen in das
Zellgerüst des Schaumstoffs fest eingebunden sind.
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Aus den verschiedenen Schüttstoffkomponenten lassen sich z.B. folgende
einsatzfähige Mischfilter zusammenstellen: Beispiel 15: Ein Gemisch aus 42 Vol.%
Aktivkohle 25 Vol.% mit Oxydations-Katalysator versetzter Schaumstoff 33 Vol.% Granulat
nach Beispiel 13 kann s.B. als Schüttstoff-Filter zur Abluftreinigung bei einer
Fettsäuredestillation verwendet werden. Bei einer
Schichtdicke
von 50 mm und einer Abluf#tgeschwindigkeit von 0,25 m/sec erreicht man bei einem
einzigen Filterdurchgang einen Abbau des organisch gebundenen Kohlenstoffs um 91%.
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In dem Diagramm gemäß Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus dem Versuchsprotokoll
dargestellt.
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Beispiel 16: Mehrkomponenten-Schüttstoffilter, insbesondere für den
Einsatz in Küchendunsthauben: Es wird eine Mischung folgender Komponenten hergestellt:
20 Vol.% mit Oxydations-Katalysator belegter Schaumstoff 30 Vol.% Aktivkohle 25
Vol.% Granulat nach Beispiel 7 25 Vol.% Granulat nach Beispiel 1.
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Schichtdicke des Schüttstoffgemischs 50 mm; Luftgeschwindigkeit durch
das Schüttstoff-Filter 0,3 m/sec. Versuche haben ergeben, daß bei Verwendung eines
solchen Schüttstoff-Filters bei einem einzigen Durchgang der mit Essigsäure bzw.
Trimethylamin versetzten Luft 95% der Essigsäure und 97% des Trimethylamins entfernt
werden. Essigsäure kann dabei als stellvertretend für saure Speisebestandteile (saure
Kochgerüche) und Trimethylamin als charakteristisch für Fischgerüche gelten. Die
obengenannte Zusammenstellung eignet sich besonders für den Einsatz bei der Filterung
von mit Koch- oder Bratdünsten angereicherten Luft.
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Beispiel 17: ~ur Abluftreinigung von Gießereien: In Gießereien, die
nach dem Cold-Box-Verfahren arbeiten, fällt Abluft mit größeren Mengen Aminen an,
da die Bormkörper zur Aushärtung mit einer Mischung von C02 und niederen Aminen
beaufschlagt werden. Eine Mischung aus 70 Vol.% Granulat nach Beispiel 2 und 30
Vol.% Aktivkohle wird in einer Schichtdicke von 100 mm eingesetzt. Die Luftgeschwindigkeit
beträgt 0,4 m/sec. In der Rohluft vor dem Filtereingang wurden 50 ppm (NH3) in der
Beiluft hinter dem Filter weniger als 1 ppm (EH) gemessen.
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Beispiel 18: Hühnerkot-Tro cknung s anlagen: Bei der Trocknung von
Hühnerkot entstehen u a. erhebliche Mengen Ammoniak und Amine. Als Schüttstoff-Filter
wurde eine Mischung folgender Komponenten verwendet: 25 Vol.% Aktivkohle 20 Vol.%
mit Oxydations-Katalysator belegter Schaumstoff 55 Vol.% Granulat nach Beispiel
5.
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Schichtdicke des Schüttstoff-Filters 100 mm; Luftgeschwindigkeit durch
das Filterbett 0,64 m/sec. Bei einem einmaligen
Filterdurchgang
der Abluft konnte eine Verminderung des NH3-Gehaltes von 100 ppm auf 20 ppm ermittelt
werden.
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Beispiel 19: Schüttstoff-Filter für die Entduftung der Abluft von
Nutztierhaltungen, insbesondere Schweineställen: Die Hauptbestandteile der Stalluft
sind neben dem geruchlosen Kohlendioxid Schwefelwasserstoff und Ammoniak, daneben
Alkohole, Amide, Amine, Carbonyle, Merkaptane, Methan und organische Säuren. Für
die Filterung der Stalluft läßt sich ein Schüttstoff-Filter folgender Mischung mit
Vorteil verwenden: 20 Vol.% mit Oxydations-Katalysator belegter Schaumstoff 20 Vol.%
Aktivkohle 40 Vol.% Grsnulat nach Beispiel 1 20 Vol.% Granulat nach Beispiel 9.
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Schichtdicke des Schüttstoff-Filters 100 mm; Luftgeschwindigkeit 0,28
in/sec.
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Beispiel 20: Entduftung der Luft in Wohn-, Versammlungsräumen u.dgl.:
Der menschliche Schweiß besteht u.a. aus Milchsäure, Buttersäure, Propionsäure,
Valeriansäure und Zersetzungsprodukten eiweißhaltiger Substanzen. Mit gutem Erfolg
wird zur Beseitigung solcher Gerüche und menschlicher Ausdünstungen ein Filtermaterial
folgender
Zusammensetzung eingesetzt: 40 Vol.% mit Oxydations-Katalysator belegter Schaumstoff
20 Vol.% Aktivkohle 20 Vol.% Granulat gemäß Beispiel 5 20 Vol.% Granulat gemäß Beispiel
9.
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Beispiel 21: Rauinklimageräte und sonstige Filtergeräte zur Reinigung
der Raumluft sollen nicht nur dazu dienen, die im Raum entstehenden Ausdünstungen
zu beseitigen; sie dienen im allgemeinen auch dazu, von außen in den Raum eingedrungene
Schadstoffe zu entfernen. Ein weitverbreiteter Schadstoff der Außenluft ist Schwefeldioxid,
herrührend aus Verbrennungsvorgängen fossiler Brennstoffe. Mit Vorteil wird das
in Beispiel 20 angegebene Filtermaterial dahingehend modifiziert, daß die Aufnahmekapazität
des Filtermaterials für SO, erhöht wird, und zwar wie folgt: 35 Vol.% mit Oxydations-Katalysator
belegter Schaumstoff 20 Vol.% Aktivkohle 15 Vol.% Granulat gemäß Beispiel 4 30 Vol.%
Granulat gemäß Beispiel 9.
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Es versteht sich, daß dieses Filtermaterial auch gegenüber anderen
sauren Bestandteilen der Atmosphäre wirksam ist.
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Wie oben bereits dargelegt, werden niedermolekulare Substanzen,
wie
z.B. NB oder niedere Amine von Adsorptionsmitteln (Aktivkohle) nicht sehr gut aufgenommen
bzw. leicht wieder desorbiert. Wie umfangreiche Testversuche gezeigt haben, bringen
chemosorptive Substanzen hier erheblich bessere Ergebnisse, insbesondere dann wenn
mit stark schwankenden Rohgaskonzentrationen zu rechnen ist. Da chemosorptive Substanzen
in ihrer Filterwirkung zumindest teilspezifisch sind, sollte dem Schüttstoff-Filter
im Bedarfsfall ein gewisser Anteil an adsorptiven Stoffen (Aktivkohle) zugesetzt
werden, um nicht chemosorptiv zu entfernende Schadstoffe auf adsorptivem Wege zu
beseitigen. Die katalytisch wirksame Schüttstoffkomponente baut Schadstoffe auf
oxydativem Wege ab.
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Sollte die Oxydation bei Zwischenstufen stehenbleiben, so können diese
chemosorptiv gebunden werden. Die Koinbination der verschiedenen Schüttstoffkomponenten
führt daher zu einer Erweiterung des Anwendungsbereichs sowohl der chemosorptiv
wirkenden Komponente als auch der katalytisch wirkenden Komponente. Hinzu kommt,
daß die Ghemosorption und die katalytische Umsetzung durch höhere Temperatur begünstigt
werden, während die Filterwirkung rein adsorptiver Stoffe mit steigender Temperatur
abnimmt.
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Die verschiedenen Schüttstoffkomponenten können in den vorbestimmten
Mengenanteilen gemischt und als Mischbettfilter eingesetzt werden. Andererseits
besteht aber auch die Möglichkeit, die Schüttstoffkomponenten im Luftstrom schichtweise
hintereinander anzuordnen, wobei sich die Reihenfolge
von Ghemosorption,
Adsorption und katalytischer Umsetzung beeinflussen läßt.
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In den Fig. 1 bis 3 sind die Ergebnisse einiger testreihe wiedergegeben,
die mit Hilfe eines Flammenionisationsdetektors durchgeführt wurden. Bei einem solchen
Testgerät wird durch organisch gebundenen Kohlenstoff die Leitfähigkeit einer Wasserstoffflamme
beeinflußt. Der fließende Strom ist dabei proportional dem Gehalt an organisch gebundenem
Kohlenstoff. Da die meisten Gerüche organisch gebundenen Kohlenstoff enthalten,
kann dieses Testgerät ohne weiteres dazu verwendet werden, um die Wirksamkeit des
Filters zu bestimmen, indem vor und hinter dem Filter jeweils der organisch gebundene
Kohlenstoff bestimmt wird.
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In den Diagrammen ist auf der Ordinate der Gehalt der Luft an organisch
gebundenem Kohlenstoff angegeben, während auf der Abszisse die Meßzeit aufgetragen
ist.
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In dem Meßstreifen-Diagramm gemäß Fig. 1 ist die Filterwirkung einer
handelsüblichen Aktivkohle für Luftreinigungszwecke gegenüber Trimethylamin dargestellt.
Man erkennt, daß während der Meßdauer der Gehalt der Luft an organisch gebundenem
Kohlenstoff vor dem Aktivkohlefilter etwa bei 55 Skalenteilen lag (Gerade A). Die
Kurve B gibt den Gehalt der Luft an organisch gebundenem Kohlenstoff hinter dem
Aktivkohlefilter wieder. Es ist zu erkennen, daß zu Beginn des Meßvorgangs (Zeitpunkt
t0) der Gehalt der Luft an organisch
gebundenem Kohlenstoff hinter
dem Filter nur etwa zwei Skalenteile beträgt. Dieser Gehalt steigt schon nach wenigen
Minuten rasch an. Zum Zeitpunkt ti, d.h. bei Abschalten der Schadgas- bzw. Trimethylaminzuführung
zu der dem Filter zuströmenden Luft ist die Konzentration an organischem Kohlenstoff
vor und hinter dem Filter nahezu gleich groß. Die Aktivkohle verliert also schon
nach verhältnismäßig kurzer Einsatzzeit ihre Filterwirkung. Nach dem Abschalten
der Schadgas zuführung im Zeitpunkt t1 desorbiert die Aktivkohle das zuvor von ihr
aufgenommene Trimethylamin, wie die Kurve C zeigt. Der Gehalt an organisch gebundenem
Kohlenstoff (rimethylamin) hinter dem Aktivkohlefilter ist gemäß Kurve C mit 30
bis 10 Skalenteilen größer als vor dem Filter, der, wie die Gerade D angedeutet,
bei nahezu Null liegt.
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In dem Meßstreifen gemäß Fig. 2 ist der gleiche Versuch mit dem erfindungsgemäßen
Schüttstoff-Bilter gemäß Beispiel 1 dargestellt. Man erkennt ein grundsätzlich anderes
Verhalten dieses Filtermaterials. Gemäß Kurve B nimmt der Gehalt der Luft an organisch
gebundenem Kohlenstoff (Trimethylamin) hinter dem Filter zu Beginn der Meßdauer
(Zeitpunkt to) von einem Wert, der bei acht Skalenteilen liegt, auf einen Wert von
etwa drei Skalenteilen ab, und zwar in dem Maße, wie bei der chemischen Umsetzung
des Trimethylamins Reaktionswasser entsteht. Schon nach wenigen Minuten ist die
Konzentration der Luft an Trimethylamin hinter dem Filter mit einem Wert von etwa
drei Skalenteilen konstant. Dieser Wert wird über
die gesamte Meßzeit
bis zum Abschalten der Trimethylaminzuführung (Zeitpunkt t1) eingehalten. Nach dem
Abschalten der Trimethylaminzuführung ist der Schadstoffgehalt der Luft vor und
hinter dem Filter etwa Null. Es findet keine Desorption statt.
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Meßprotokoll für eine Filtermischung
gemäß Beispiel 15. Als Schadgas wurde hier ein Fettsäuredestillat verwendet. Die
Kurve B gibt den Schadstoffgehalt der Luft hinter dem Filter für die Meßzeit to
bis tz wieder. Es ist erkennbar, daß über die gesamte Versuchsdauer etwa 91% des
in der Luft enthaltenen Schadgases (Fettsäuredestillat) von dem Filter abgebaut
wurden.
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Die chemosorptive Komponente kann auch an ein kleinstückiges Schaumstoffmaterial,
welches durch Zerkleinern bzw. Zerflokken eines hart oder weich eingestellten hydrophilen
offenzelligen Schaumstoffs, wie vor allem Polyurethan, entsteht, gebunden sein.
Das Schaumstoffmaterial wird in diesem Fall mit der chemosorptiven Substanz imprägniert
und umhüllt.
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Die Verwendung von Schaumstoff als Gerüst- bzw. Trägerstoff für chemosorptive
Substanzen bietet die Möglichkeit, außerordentlich große Mengen an Chemosorbentien,
die etwa bis zu 120 Vol.% des Schaumstoffvolumens ausmachen, am Schaumstoff anzulagern.
Das Gewicht der vom Schaumstoff aufgenommenen Chemosorbentien beträgt dabei etwa
das 15- bis 30fache des Schaumstoffgewichtes. Da die chemosorptiv wirkenden Substanzen
im wesentlichen die gesamte Zellwandoberfläche des
Schaumstoffs
überlagern, ergibt sich eine große Kontaktfläche. Es empfiehlt sich, die Teilchengröße
des Schaumstoffs so einzustellen, daß zumindest der überwiegende Teil des Schaumstoffmaterials
unter 10 mm liegt. Für die chemische Umsetzung mit den chemosorptiven Substanzen
im feuchten Medium genügt im allgemeinen schon eine geringe, durch den Feuchtigkeitsgehalt
der Luft und die Restfeuchtigkeit des Filtermaterials bewirkte Spurenfeuchtigkeit.
Um aber eine ausreichende Feuchtigkeit in jedem Fall sicherzustellen bzw. den Feuchtigkeitsgehalt
des Filtermaterials auch bei längeren Standzeiten ausreichend hoch zu halten, empfiehlt
es sich, dem Schaumstoffmaterial neben der chemosorptiven Substanz noch mindestens
einen feuchtigkeitsspeichernden Stoff, wie insbesondere ein. Quellmittel, z.B.
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Bentonit, Collagen, Kohlehydrat, Alginate, Silikagel, Wasserglas u.dgl.,
zuzusetzen. Die genannten Stoffe können dem Schaumstoff-Granulat zugemischt werden.
Vorzugsweise werden die Stoffe aber dem chemosorptiv wirkenden Stoff zugesetzt und
mit diesem auf das Zellgerüst des Schaumstoffs aufgebracht, so daß sie in feinster
Verteilung in der chemosorptiven Substanz eingelagert sind und an dem Schaumstoffmaterial
festhaften. Der Anteil an diesen Stoffen, bezogen auf den Anteil an chemosorptiven
Substanzen, beträgt zweckmäßig etwa 5 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew#%.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, die genannten feuchtigkeitsspeichernden
Stoffe zusätzlich oder ausschließlich im Schaumstoffmaterial zu inkorporieren, so
daß sie in dessen
Zellgerüst fest eingebunden sind. Im Hinblick
auf die Einhaltung einer ausreichenden Feuchtigkeit des Filtermaterials ist auch
die Hydrophilie des Schaumstoffs von Bedeutung.
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Im folgenden werden einige Beispiele für ein solches Filtermaterial
angegeben: Beispiel 22: Ein hydrophiler, offenporiger Schaumstoff mit einer mittleren
Porengröße von vorzugsweise 0,8 bis 2 mm, beispielsweise ein Polyurethanschaum,
wird mittels einer Flockungsmaschine zerkleinert und dann auf einem 10 mm-Sieb abgesiebt.
Der Siebdurchgang weist somit eine Teilchengröße unter 10 mm auf, wobei der überwiegende
Anteil der Schaumstoff-Flocken im Bereich von 2 bis 5 mm liegt.
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Anschließend wird das so hergestellte Schaumstoff-Flockenmaterial
mittels einer gesättigten Sodalösung getränkt, worauf dann durch Erhitzung das Wasser
soweit ausgetrieben wird, daß noch eine Restfeuchtigkeit von etwa 10% verbleibt.
Diese Behandlung kann in einem Mischer mit einem rotierenden Mischorgan vorgenommen
werden, in den das Flockenmaterial und die Sodalösung eingeführt werden. Nach der
Tränkung des Flockenmaterials mit der Sodalösung wird Heißluft mit einer Temperatur
von 150 bis 2000 C in den Mischer eingeführt, um das Uberschußwasser auszutreiben
und das Flockenmaterial soweit zu trocknen daß sich auf den Zellwandflächen des
Schaumstoffs
Soda in einer festen Haftschicht befindet. Das so
hergestellte kleinstückige Material besteht zu etwa 30 Gew.% aus Schaumstoff und
zu etwa 60 Gew.% aus Soda, während der Rest von der Restfeuchtigkeit und gegebenenfalls
weiteren in das Schaumstoffmaterial inkorporierten Zusätzen gebildet wird.
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Ein mit Soda imprägniertes kleinstückiges Schaumstoffmaterial nach
diesem Beispiel kann mit Vorteil dazu verwendet werden, um z.B. S02, H25 oder nitrose
Gase (NO2)#aus der Luft zu entfernen. Schwefelwasserstoff ist insbesondere in der
Abluft von Abdeckereien, Kläranlagen, Hühnerf armen, Zellstoffindustrien u.dgl.
enthalten, während sich NO oder NO, vorwiegend in der Abluft chemischer Industrien
finden.
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Die Schichtstärke des aus dem vorgenannten Schaumstoffmaterial gebildeten
Schüttstoff-Filters beträgt zweckmäßig etwa 30 bis 80 mm, während die Luftdurchgangsgeschwindigkeit
durch das Schüttstoff-Filterbett vorzugsweise auf etwa 0,3 bis 0,5 m/sec eingestellt
wird.
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Beispiel 23: Das Beispiel 22 wird wie folgt abgewandelt: Der Sodalösung
wird als Haft- und Bindemittel 1 Gew.% Methylcellulose zugegeben, bevor das Schaumstoffmaterial
mit dieser Lösung getränkt bzw. imprägniert wird. Hierdurch wird die Haftfestigkeit
des So das auf dem Zellwandgerüst des
Schaumstoffs verbessert.
Außerdem verbessert die Methylcellulose die Wasserhaltefähigkeit des Schaumstoffmaterials.
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Anstelle von Methylcellulose kann auch ein anderes wasserlösliches
bzw. wasseraufnahmefähiges Bindemittel, z.B.
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Carboximethylcellulose, in Anteilen von z.B. 0,5 bis 2 Gew.% der Sodalösung
eingesetzt werden.
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Beispiel 24: Ein mit Soda imprägniertes kleinstückiges Schaumstoffmaterial
gemäß Beispiel 22 wird mit Aktivkohle und einem ebenfalls kleinstückigen, flockigen
oder granulatartigen Schaumstoffmaterial mechanisch gemischt, welches inkorporierte
katalytische Stoffe eines Redoxsystems (jedoch keine chemosorptiv wirkende Substanz)
enthält. Dieses als Schüttstoff-Filter in inniger Durchmischung verwendete Gemenge
enthält dann z.B.: mit chemosorptiver Substanz imprägniertes Schaumstoffmaterial
50 Gew.% Aktivkohle 25 mit inkorporierten katalytischen Stoffen versetztes kleinstückiges
Schaumstoffmaterial 25 ".
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Beispiel 25: Ein hydrophiles, kleinstückiges und offenporiges Schaumstoffmaterial,
beispielsweise ein solches nach den Beispielen 22 und 23, wird mit einer gesättigten
Amidosulfonsäure-Lösung getränkt, worauf das Überschußwasser bis auf eine Restfeuchtigkeit
von
etwa 10% ausgetrieben wird. Die Behandlung kann gemäß Beispiel 22 erfolgen. Das
so erhaltene Schaumstoffmaterial ist mit Amidosulfonsäure imprägniert, die an dem
Zellwandgerüst haftet. Auch hier beträgt der Gewichtsanteil des Schaumstoffmaterials
(ohne Imprägnierung) etwa 30 Gew.% und der Gewichtsanteil der am Schaumstoff angelagerten
Amidosulfonsäure etwa 60 Gew.% (zuzüglich Restfeuchtigkeit und gegebenenfalls weitere
im Imprägnierungsmittel enthaltene Zusatzstoffe der genannten Art).
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Ein Filtermittel dieser Art eignet sich insbesondere zur Entfernung
von NH, oder von Aminen aus der Luft. Diese Stoffe finden sich z.B. in der Abluft
von Schweineställen, Fischverwertungsbetrieben und ~ Hühnerf armen.
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Es empfiehlt sich, auch hier dem Imprägnierungsmittel (Amidosulfonsäure-Lösung)
ein quellfähiges bzw. wasseraufnahmefähiges Bindemittel, wie z.B. Methylcellulose
oder Oarboximethylcellulose, zuzusetzen, wie dies in Beispiel 23 angegeben ist.
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Beispiel 26: Es wird eine möglichst homogene Mischung aus folgenden
Stoffen hergestellt: 10 Gew.% imprägniertes Schaumstoffmaterial nach Beispiel 25
10 ~ imprägniertes Schaumstoffmaterial nach Beispiel 22 60 " kleinstückiges Schaumstoffmaterial
(unter 10 mm) ohne Imprägnierung mit Chemosorbentien, jedoch mit inkorporierten
katalytischen Stoffen eines Redoxsystems 20 " Aktivkohle.
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Ein solches Schüttstoffgemisch eignet sich vor allem zur Beseitigung
von Küchengerüchen, Gerüchen in Gastwirtschaften, Versammlungsräumen u.dgl.
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Beispiel 27; Ein kleinstückiges, hydrophiles und offenporiges Schaumstoffmaterial
(vorzugseise Polyurethanschaumstoff) wird in der beschriebenen Weise mit einem der
nachfolgenden chemischen Oxydationsmittel imprägniert: Peroxoverbindung, Natriumpersulfat,
Bariumperoxid, Natriumperborat, Natriumpercarbonat.
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Ein solches Filtermaterial läßt sich zur Oxydation von in der Luft
mitgeführten Fremdgasen, insbesondere zur Vernichtung schwefelhaltiger Eiweißzersetzungsprodukte,
z.B. Schwefeldioxid und Merkaptan, verwenden.
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Während bei den vorstehenden Beispielen bevorzugt ein offenporiger,
hydrophiler, hart oder weich eingestellter Polyurethanschaum für die Herstellung
des Filtermaterials verwendet wird, können aber auch andere Schaumstoffe, z.B.
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Viskoseschaum, eingesetzt werden.
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Als Oxydations-Katalysatoren werden bei den vorstehend aufgeführten
Beispielen vorzugsweise Mangan (Manganoxidhydrat) und Eisen (Eisen-II-Oxidhydrat)
sowie gegebenenfalls zusätzlich Kupfer (Kupfer-I-Oxid) eingesetzt.
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Es besteht die Möglichkeit, dem erfindungsgemäßen Filtermaterial öladsorbierende
bzw. oleophile Stoffe, wie z.B.
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Melaminharz, in feinkörniger Form oder in Form von Schaumstoff-Flocken
zuzusetzen, beispielsweise in Anteilen bis zu 10 Gew.%. Auch diese Stoffe lassen
sich dem Filtermaterial mechanisch zumischen.
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Bei einer Mischung aus einer Körnung mit sauren und basischen chemosorptiven
Substanzen und adsorptiven Stoffen (Aktivkohle) können die adsorptiven Stoffe in
der Mischung als Abstandshalter dienen, um eine chemische Reaktion zwischen den
unterschiedlichen Mischungsbestandteilen untereinander auf ein statistisch geringes
Maß zu bringen. Außerdem wird in allen Fällen die Kugelform der Körnungen angestrebt,
um die Berührungsflächen der Körner untereinander klein zu halten.
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Eine punktuelle Reaktion kann unter Umständen sogar als erwünscht
angesehen werden, da dadurch ein Anhaften und somit eine Stabilisierung des Filterbettes
erreicht wird.
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Bei Verwendung von Oxydations-Katalysatoren (Redoxsystem) in Kombination
mit chemosorbierenden Substanzen können etwaige in der Luft enthaltene Schadgase,
die von den chemosorptiven Substanzen nicht chemisch umgesetzt werden, auf katalytischem
Wege zu Stoffen oxydiert werden, die mit den chemosorbierenden Substanzen chemisch
reagieren. Das gleiche gilt bei Verwendung von Oxydationsmitteln in Kombination
mit chemosorbierenden Substanzen.