DE2422574C2

DE2422574C2 -

Info

Publication number: DE2422574C2
Application number: DE19742422574
Authority: DE
Inventors: Rolf 5303 Bornheim De Moroni; Heinz Dipl.-Ing. 5330 Koenigswinter De Kalbow
Original assignee: Collo 5303 Bornheim De GmbH
Current assignee: Collo 5303 Bornheim De GmbH
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE2422574A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schüttstoff-Filtermaterial zur Entfernung von Fremdgasen insbesondere unangenehmen Gerüchen, aus der Luft mit mindestens mit dem Fremdgas chemisch reagierenden chemisorptiven Substanz, die durch ein Bindemittel in der Kornform gebunden ist. Ferner ist die Erfindung auf ein zweckdienliches Verfahren zum Herstellen eines solchen Schüttstoff-Filtermaterials gerichtet.

Die Erfindung befaßt sich vor allem mit der Beseitigung unangenehmer Küchengerüche aus der Luft sowie allgemein mit der Entduftung der Luft von Wohn- und Aufenthaltsräumen u. dgl. sowie der Abluft von Fabrikationsräumen und Tierstallungen usw. Die für diese 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 etwa 40°C die adsorbierten Stoffe wieder freigesetzt werden. Insbesondere werden niedermolekulare Substanzen, wie z. B. NH₃, oder niedere Amine von den adsorptiv wirkenden Filterstoffen kaum aufgenommen und leicht wieder desorbiert.

Für die Vernichtung unangenehmer Gerüche und sonstiger gasförmiger Schadstoffe auf oxidativem Wege sind auch Katalytfilter bekannt, bei denen als Trägerstoff für ein katalytisch wirkendes Redoxsystem z. B. ein feinporiger, hydrophiler und offenzelliger Kunstschaumstoff verwendet wird, in dessen Zellgerüst die Katalysatoren eingebaut sind. Als Oxidations-Katalysatoren werden vor allem Oxide mehrwertiger Metalle, wie Mangan, Eisen, Kupfer, Kobalt, Nickel, Silber u. dgl. verwendet.

Als Atemfilter sind Filtermassen bekannt, bei denen reaktionsfähige kristallwasserhaltige Salze in feinstgekörnter Form mit einem erhärtenden Bindemittel, wie Zement oder Gips, in Gegenwart von Wasser in der zum Abbinden nötigen Form gemischt und vor der Erhärtung in die gewünschte Form, z. B. in Kornform, in Ring-, Platten- oder Nudelform, gebracht werden, wobei ggf. nach der Erhärtung noch eine Zerkleinerung erfolgt (DE-PS 664 042). Weiterhin gehören zum Schutz gegen Kohlenoxid Atemfilter aus Oxidationskatalysatoren zum Stand der Technik, denen als Trockenmittel Aktivkohle vorgeschaltet ist, die mit Calcium- oder Lithiumhalogeniden imprägniert sind (DE-PS 10 67 691). Das Trockenmittel soll die katalytische Filterschicht gegen Wasseraufnahme schützen, um die katalytische Wirksamkeit der Filtermasse zu erhalten. Schließlich sind auch Ölbinder bekannt, die aus einem gesinterten Hüttenbims mit einem Zusatz von gelöschtem Insdustriekalk bestehen (DE-OS 23 10 125).

An die Schüttstoff-Filter wird allgemein die Forderung gestellt, daß sie sich bei hoher Filterwirksamkeit verfahrenstechnisch einfach und preisgünstig herstellen und darüber hinaus qualitativ und quantitativ auf den jeweiligen Einsatzfall abstimmen lassen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die zu filternde Luft, z. B. Küchenluft, häufig Gemische chemisch unterschiedlicher Fremdgase, nicht selten saure und alkalische Gase, enthält, die beim Durchgang durch das Filterbett chemisch neutralisiert werden sollen. Damit sich die chemische Reaktion als Ionenreaktion in Dissoziatinsphase vollziehen kann, muß der Feuchtigkeitsgehalt des Filtermaterials auf einem für seine Wirksamkeit ausreichenden Niveau gehalten werden ohne daß dabei aber die mechanischen Eigenschaften des Filtermaterials, wie mechanische Abrieb- und Druckfestigkeit der Körner, unzulässig beeinträchtigt werden. Es versteht sich , daß bei großen Filterdurchgangsleistungen auch möglichst lange Filterstandzeiten anzustreben sind.

Der Erfindung liegt die Aufabe zugrunde, ein Schüttstoff-Filtermaterial auf der Grundlage chemisorptiver Substanzen zu schaffen, das den vorgenannten Forderungen möglichst weitgehend entspricht, sich also vor allem durch hohe Reaktionsfähigkeit auch bei niedrigeren Temperaturen auszeichnet, sich ohne Schwierigkeiten auf den jeweiligen Verwendungszweck abstimmen läßt und das bei verhältnismäßig langen Filterstandzeiten eine hohe Wirksamkeit auch dann entfaltet, wenn die zu filternde Luft Gemische chemisch unterschiedlicher Fremdgase enthält. Die Erfindung ist weiterhin auf ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung des Schüttstoff-Filtermaterials gerichtet.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Körner des Filtermaterials einen Gerüstkern eines feuchtigkeitsspeichernden Stoffes aufweisen, der die mit dem wasserlöslichen Bindemittel versetzte chemisorptive Substanz als reaktionsfähige Kern-Umhüllung trägt.

Das erfindungsgemäße Schüttstoff-Filtermaterial erfüllt in hervorragender Weise die gestellten Forderungen. Die einzelnen Körner des Filtermaterials weisen einen Gerüstkern eines feuchtigkeitsspeichernden Stoffes auf, der mit der reaktionsfähigen Umhüllung versehen ist. Der Gerüstkern kann aus einem Einzelkorn, z. B. aus Bims, Schaumstoff od. dgl. bestehen, welches den Träger für die chemisorptive Substanz bildet, deren Haftung an dem Gerüstkern mit Hilfe des wasserlöslichen Bindemittels verbessert wird. Ein solches Filtermaterial läßt sich verfahrenstechnisch einfach und preisgünstig herstellen. Es weist eine für den Einsatz ausreichend große Druck- und Abriebfestigkeit auf. Dabei bildet die vergleichsweise teure chemisorptive Substanz im wesentlichen nur die reaktionsfähige Umhüllung des Gerüstkerns, die eine vergleichsweise große Reaktionsoberfläche hat. Da das Schüttstoff-Filtermaterial außer den chemisorptiv wirkenden Substanzen feuchtigkeitsregulierende bzw. hydrophile Substanzen aufweist, welche die Luftfeuchtigkeit und ggf. das bei der Ionenreaktion anfallende Reaktionswasser aufnehmen, gelingt es, den Feuchtigkeitsgehalt des Filtermaterials auf einem für seine Wirksamkeit ausreichenden Niveau zu halten, ohne dabei aber die mechanischen Eigenschaften des körnigen Filtermaterials, inbesondere seiner Abrieb- und Druckfestigkeit, unzuträglich herabzusetzen. Damit gelingt es, bei sparsamem Einsatz an chemisorptiver Substanz ein auch bei niedrigen Temperaturen, wie Raumtemperaturen, wirksames körniges Filtermaterial zu schaffen.

Versuche haben gezeigt, daß ein Schüttstoff- Filtermaterial der erfindungsgemäßen Art 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. Durch Auswahl der jeweils verwendeten chemisorptiven Substanzen läßt sich das Filtermaterial auf die unterschiedlichen, zu entfernenden Fremdgase abstimmen. Enthält die zu reinigende Luft nebeneinander saure und alkalische Fremdgase, so können entsprechend auf diese Gase abgestimmte saure und basische chemisorptive Substanzen vorgesehen werden. Das Filtermaterial weist in diesem Fall einen vorbestimmten Anteil an einem die saure chemisorptive Substanz tragenden Korn sowei einem weiteren Kornanteil mit alkalisch wirkender chemisorptiver Substanz auf. Die Anteile der verschiedenen Komponenten lassen sich dabei auf die Anteile der von der Luft mitgeführten verschiedenen Fremdgase abstimmen.

In bevorzugter Ausführung liegt die körnige Masse in perlierter Form vor, wobei die kugelförmigen Teilchen einen Durchmesser von 0,5 mm bis 8 mm, vorzugsweise 1 mm bis 5 mm, aufweisen. 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.

Für die chemisorbierenden 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. Als saure Chemisorbentien, die zur Neutralisierung von alkalischen Fremdgasen verwendet werden können, kommen vor allem in Betracht: organische Mono- oder Polycarbonsäuren, z. B. Phthalsäure, Zitronensäure, Benzoesäure, Weinsäure, ferner Amidosulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, Borsäure, Natriumhydrogensulfat, Kaliumhydrogensulfat, Ammoniumhydrogensulfat, Phthalsäureanhydrid. Für die chemische Umsetzung von sauren Fremdgasen können insbesondere folgende basischen Chemisorbentien eingesetzt werden: Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Kalziumoxid, Kalziumhydroxid, Bariumoxid, Bariumhydroxid, Natriummetasilikat, Lithiumcarbonat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, usw.

Als Bindemittel für die Chemisorbentien können grundsätzlich alle wasserlöslichen oder quellfähigen Bindemittel bzw. Klebstoffe eingesetzt werden. Insbesondere eignen sich: Cellulosederivate, vor allem Methylcellulose, Carboximethylcellulose, Hydroxiäthylcellulose, Äthylcellulose, vor allem Cellulosederivate der Tylose- oder Culminal-Typen, Polyvinylalkohol, z. B. Mowiol oder Polyviol-Typen, Collagen, Alginate, Pektine, Stärke.

Dem körnigen Filtermaterial bzw. seiner Kernumhüllung können neben den chemisorptiven Substanzen und dem Bindemittel noch mindestens eine weitere flüssigkeitsspeichernde bzw. quellfähige Substanz zugesetzt werden, welche nicht unbedingt die Eigenschaft eines Bindemittels aufzuweisen braucht. In Betracht kommen hier praktisch alle hydrophilen bzw. quellfähige Stoffe, wie vor allem Quellton (Tissolit), z. B. Bentonit oder Montmorillonit, Blähton, Tuff, Bims, Ziegelmehl, Hartschaumstoff, z. B. Phenolhartschaum, Harnstoffschaum, Kieselsäurederivate, wie z. B. Silikagel, Wasserglas, Kieselgur.

Auch können dem körnigen Filtermaterial noch weitere Zusätze mit spezifischen Eigenschaften zugesetzt werden, mit Vorteil ein Oxidationsmittel, wie z. B. Kaliumpermanganat, Natriumpersulfat, Bariumperoxid, Natriumperborat, Natriumpercarbonat, Kaliumdichromat, Chromtrioxid, Kaliumperchlorat, Kaliumnitrat, Kaliumpersulfat und weiter herkömmliche Oxidationsmittel, welche von der Luft mitgeführte Geruchsstoffe auf oxiativem Wege vernichten. Auch besteht die Möglichkeit, der körnigen Masse mindestens eine flammhemmende Substanz, wie insbesondere eine bei Erwärmung Stickstoff oder Ammoniak abspaltende Verbindung, zuzusetzen. Geeignet ist z. B. Diammoniumhydrogenphosphat. Die flammhemmende Substanz kann in das Korn eingebaut werden.

Der Gerüstkern des erfindungsgemäßen Filtermaterials kann, wie erwähnt, aus einem durch Zerkleinern gewonnenen Einzelkorn oder aus einem Granulat od. dgl. bestehen. Das erfindungsgemäße Schüttstoff-Filtermaterial läßt sich in verfahrenstechnisch einfacher und kostengünstiger Weise herstellen, vorzugsweise dadurch, daß mindestens eine chemisorptive Substanz mit dem wasserlöslichen Bindemittel gemischt und das Gemisch unter Wasserzugabe, vorzugsweise auf einem Tellergranulator, mit den Gerüstkernen zu einem Granulat mit einer Korngröße von 0,5 mm bis 8 mm, vorzugsweise 1 mm bis 5 mm, verarbeitet wird. Dabei kann das Granulat in vorteilhafter Weise auch durch mehrstufiges Granulieren hergestellt werden, wobei zunächst ein Gerüstkern aus der feuchtigkeitsspeichernden Substanz hergestellt wird, der dann in einer weiteren Stufe mit der das wasserlösliche Bindemittel und die chemisorptive Substanz enthaltenden Kern-Umhüllung versehen wird. Dem Gemisch können während des Granulierens Zusatzstoffe der obengenannten Art, einzeln oder in Kombination, zugesetzt werden.

Im folgenden werden einige Beispiele angegeben:

Beispiel 1

Eine quellfähige bzw. wasserspeichernde Substanz, z. B. Bims, wird auf eine Korngröße von 2 mm bis 3 mm aufgebrochen. Die Körner werden dann mit Hilfe eines Tellergranulators mit einer chemisorptiven Substanz, z. B. Natriumcarbonat, mit Zusatz eines wasserlöslichen Bindemittels umhüllt, wobei die Korngröße des Fertigkorns etwa bei 4 mm bis 6 mm liegt. Es entsteht auf diese Weise ein körniges Filtermatierial mit feuchtigkeitsspeicherndem Gerüstkern und reaktionsfähiger Kern-Umhüllung.

Beispiel 2

Für die Bildung des Gerüstkerns wird kleinstückiges Schaumstoffmaterial aus Weich- oder Hartschaumstoff verwendet, dessen Teilchengröße vorzugsweise unter 10 mm liegt. Das kleinstückige Schaumstoffmaterial wird mit der die chemisorptive Substanz und das wasserlösliche Bindemittel aufweisenden Kern-Umhüllung versehen, dabei zugleich mit der chemisorpitven Substanz imprägniert.

Beispiel 3

Die als Kern-Umhüllung verwendete Masse kann aus einem Gemisch folgender Stoffe bestehen:

a) Natriumhydrogensulfat und Cellulosederivat im Mengenverhältnis von 4 : 1
b) Aminosulfonsäure und Pektin oder Alginat im Mengenverhältnis von 3 : 1
c) 500 g p-Toluolsulfonsäure, 400 g Kieselgur und 100 g Polyvinylalkohol
d) 700 g Ammoniumhydrogensulfat, 50 g p-Toluolsulfonsäure und 250 g Cellulosederivat
e) 500 g Zitronensäure, 400 g Bentonit und 100 g Stärkepulver (kaltlöslich)
f) 600 g Natriumhydrogensulfat, 200 g Kieselgur und 200 g Celluloseäther
g) 1000 g Kalziumhydroxid und 660 g Natronwasserglas 1 : 1 verdünnt mit Wasser
h) 700 g Natriumcabronet, 200 g Natriumpersulfat und 100 g Cellulosederivat
i) 800 g Kalziumoxid, 100 Kaliumdichromat und 100 g Methylcellulose

Wie erwähnt, handelt es sich bei den Küchengerüchen oder den in Wohn-, Versammlungs- oder Fabrikationsräumen sowie in Tierhaltungen und Tierverwertungsbetrieben anfallenden Gerüchen im allgemeinen um Mischgerüche aus zum Teil sauren, basischen oder auch chemisch neturalen Verbindungen. Durch Auswahl und Kombination der erfindungsgemäßen Schüttstoff-Filtermassen sowie ggf. mit weiteren filterwirksamen Komponenten lassen sich für die spezifischen Verwendungszwecke die jeweils qualitativ und quantitativ günstigsten Schüttstoff-Filter zusammenstellen. Als weitere filterwirksame Komponenten kommen vor allem Aktivkohle und/oder Oxidations-Katalysatoren (Redoxsystem) in Betracht. Dabei können als Träger für die Oxidations-Katalysatoren hydrophile, offenzellige Schaumstoffteilchen, vorzugsweise aus Polyurethanschaumstoff, ggf. aber auch aus anderen Schaumstoffen, wie z. B. Viskoseschaum od. dgl., verwendet werden, an die die Oxidation-Katalysatoren angelagert werden. Solche Stoffe sind z. B. aus der DE-OS 21 34 587 bekannt.

Aus den verschiedenen Schüttstoffkomponenten lassen sich z. B. folgende einsatzfähige Mischfilter zusammenstellen:

Beispiel 4

Ein Gemisch aus

42 Vol.-%Aktivkohle 25 Vol.-%mit Oxidations-Katalysator versetzter Schaumstoff 33 Vol.-%Filtermaterial nach Beispiel 1

kann mit Vorteil als Schüttstoff-Filter zur Abluftreinigung bei einer Fettsäuredestillation verwendet werden. Bei einer Schichtdicke von 50 mm und einer Abluftgeschwindigkeit von 0,25 m/s erreicht man bei einem einzigen Filterdurchgang einen Abbau des organisch gebundenen Kohlenstoffs um 91%. In dem Diagramm gemäß Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einem Versuchsprotokoll dargestellt.

Beispiel 5

Ein insbesondere für den Einsatz in Küchendunsthauben geeigneter Mehrkomponenten-Schüttstoff-Filter kann aus folgenden Komponenten hergestellt werden:

20 Vol.%mit Oxidations-Katalysator belegter Schaumstoff 30 Vol.%Aktivkohle 25 Vol.%Filtermaterial mit einer Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3g 25 Vol.%Filtermaterial mit einer Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3a

Die Schichtdicke des Schüttstoffgemischs beträgt 50 mm, die Luftgeschwindigkeit durch das Schüttstoff-Filter 0,3 m/s. 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 angereicherter Luft.

Beispiel 6

In Gießereien, die nach dem Cold-Box-Verfahren arbeiten, fällt Abluft mit größeren Mengen an Aminen an, da die Formkörper zur Aushärtung mit einer Mischung von CO₂ und niederen Aminen beaufschlagt werden. Eine Mischung aus

70 Vol.%Granulat mit einer reaktionsfähigen Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3b und 30 Vol.%Aktivkohle

wird in einer Schichtdicke von 100 mm eingesetzt. Die Luftgeschwindigkeit beträgt 0,4 m/s. In der Rohluft vor dem Filtereingang wurden 50 ppm (NH₃), in der Reinluft hinter dem Filter weniger als 1 ppm (NH₃) gemessen.

Beispiel 7

Bei der Trocknung von Hühnerkot entstehen u.a. erhebliche Mengen Ammoniak und Amine. Als Schüttstoff-Filter kann mit Erfolg eine Mischung folgender Komponenten eingesetzt werden:

25 Vol.%Aktivkohle 20 Vol.%mit Oxidations-Katalysator belegter Schaumstoff 55 Vol.%Filtermaterial mit einer reaktionsfähigen Kern-Umhüllung nach Beispiel 3e

Die Schichtdicke des Schüttstoff-Filters beträgt 100 mm, die Luftgeschwindigkeit durch das Filterbett 0,64 m/s. Bei einem einmaligen Filterdurchgang der Abluft konnte eine Verminderung des NH₃-Gehaltes von 100 ppm auf 20 ppm festgestellt werden.

Beispiel 8

Die Abluft von Schweineställen oder sonstigen Nutztierhaltungen enthält als Hauptbestandteile neben dem geruchlosen Kohlendioxid Schwefelwasserstoff und Ammoniak, daneben Alkohole, Amide, Amine, Carbonyle, Merkaptane, Methan und organische Säuren. Für die Filterung dieser Abluft läßt sich ein Schüttstoff-Filter folgender Mischung mit Vorteil verwenden:

20 Vol.%mit Oxidations-Katalysator belegter Schaumstoff 20 Vol.%Aktivkohle 40 Vol.%Filtermaterial mit einer Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3a 20 Vol.%Filtermaterial mit einer Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3i

Schichtdicke des Schüttstoff-Filters 100 mm, Luftgeschwindigkeit 0,28 m/s.

Beispiel 9

Der menschliche Schweiß besteht u. a. aus Milchsäure, Buttersäure, Propionsäure, Valeriansäure und Zersetzungprodukten eiweißhaltiger Substanzen. Mit gutem Erfolg wurde zur Beseitigung solcher Gerüche und menschlicher Ausdünstungen in Wohn- und Versammlungsräumen u. dgl. ein Filtermaterial folgender Zusammensetzung eingesetzt:

40 Vol.%mit Oxidation-Katalysator belegter Schaumstoff 20 Vol.%Aktivkohle 20 Vol.%Filtermaterial mit Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3e 20 Vol.%Filtermaterial mit Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3i

Beispiel 10

Raumklimageräte 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 Schwefeloxid, herrührend aus Verbrennungsvorgängen fossiler Brennstoffe. Mit Vorteil wird das in Beispiel 9 angegebene Filtermaterial dahingehend modifiziert, daß die Aufnahmekapazität des Filtermaterials für Schwefeldioxid erhöht wird, und zwar wie folgt:

35 Vol.%mit Oxidations-Katalysator belegter Schaumstoff 20 Vol.%Aktivkohle 15 Vol.%Filtermaterial mit Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3d 30 Vol.%Filtermaterial mit Kern-Umhüllung gemäß Beispiel 3i

Es versteht sich, daß dieses Filtermaterial auch gegenüber anderen sauren Bestandteilen der Atmosphäre wirksam ist.

Wie oben angedeutet, werden niedermolekulare Substanzen wie z. B. NH₃, oder niedere Amine von Adsorptionsmitteln (Aktivkohle) nicht sehr gut aufgenommen bzw. leicht wieder desorbiert. Wie Testversuche gezeigt haben, bringen chemisorptive Substanzen hier erheblich bessere Ergebnisse, insbesondere dann, wenn mit stark schwankenden Rohgaskonzentrationen zu rechnen ist. Da chemisorptive Substanzen in ihrer Filterwirkung zumindest teilspezifisch sind, sollte dem Schüttstoff-Filter im Bedarfsfall ein gewisser Anteil an adsorptiven Stoffen (Aktivkohle) zugesetzt werden, um nicht chemisorptiv zu entfernende Schadstoffe auf adsorptivem Wege zu beseitigen. Die katalytisch wirksame Schüttstoffkomponente baut Schadstoffe auf oxydativem Wege ab. Sollte die Oxydation bei Zwischenstufen stehenbleiben, so können diese chemisorptiv gebunden werden. Die Kombination der verschiedenen Schüttstoffkomponenten führt daher zu einer Erweiterung des Anwendungsbereichs sowohl der chemisorptiv wirkenden Komponente als auch der katalytisch wirkenden Komponente. Hinzu kommt, daß die Chemisorption und die katalytische Umsetzung durch höhere Temperatur begünstigt werden, während die Filterwirkung rein adsorptiver Stoffe mit steigener Temperatur abnimmt.

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 Chemisorption, Adsorption und katalytischer Umsetzung beeinflussen läßt.

In den Fig. 1 bis 3 sind die Ergebnisse einiger Testreihen 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 gebundenen 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.

In den Diagrammen ist auf der Ordinate der Gehalt der Luft an organisch gebundenem Kohlenstoff angegeben, während auf der Abszisse die Meßzeit aufgetragen ist.

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 Kohlenstof 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 t₁, 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 Schadgaszuführung im Zeitpunkt t₁ desorbiert die Aktivkohle das zuvor von ihr aufgenommene Trimethylamin, wie die Kurve C zeigt. Der Gehalt an organisch gebundenem Kohlenstoff (Trimethylamin) hinter dem Aktivkohlefilter ist gemäß Kurve C mit 30 bis 10 Skalenteilen größer als vor dem Filter, der, wie die Gerade D andeutet, bei nahezu Null liegt.

In dem Meßstreifen gemäß Fig. 2 ist der gleiche Versuch mit dem erfindunggemäßen Schüttstoff-Filter mit Kernumhüllung nach Beipsiel 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 t₀) 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.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Meßprotokoll für eine Filtermischung gemäß Beispiel 4. Als Schadgas wurde hier ein Fettsäuredestillat verwendet. Die Kurve B gibt den Schadstoffgehalt der Luft hinter dem Filter für die Meßzeit t₀ bis t₁ wieder. Es ist erkennbar, daß über die gesamte Versuchsdauer etwa 91% des in der Luft enthaltenen Schadgases (Fettsäuredestillat) von dem Filter abgebaut wurden.

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. Eine punktuelle Reaktion kann unter Umständen sogar als erwünscht angesehen werden, da dadurch ein Anhaften und somit eine Stabilisierung des Filterbettes erreicht wird.

Bei Verwendung von Oxidations-Katalysatoren (Redoxsystem) in Kombination mit chemosorbierenden Substanzen können etwaige in der Luft enthaltene Schadgase, die von den chemosorptiven Substanzen nicht chemich 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.

Claims

1. Schüttstoff-Filtermaterial zur Enfernung von Fremdgasen, insbesondere unangenehmen Gerüchen, aus der Luft, mit mindestens einer mit dem Fremdgas chemisch reagierenden chemisorptiven Substanz, die durch ein Bindemittel in der Kornform gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner des Filtermaterials einen Gerüstkern eines feuchtigkeitsspeichernden Stoffes aufweisen, der die mit dem wasserlöslichen Bindemittel versetzte chemisorptive Substanz als reaktionsfähige Kern-Umhüllung trägt.

2. Schüttstoff-Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse in perlierter Form vorliegt, wobei die kugelförmigen Teilchen einen Durchmesser von 0,5 mm bis 8 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm, aufweisen.

3. Schüttstoff-Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse mindestens eine flammhemmende Substanz, wie insbesondere eine bei Erwärmung Stickstoff oder Ammoniak abspaltende Verbindung, aufweist.

4. Schüttstoff-Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse mindestens ein Oxidationsmittel enthält.

5. Verfahren zum Herstellen des körnigen Schüttstoff-Filtermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine chemisorptive Substanz mit dem wasserlöslichen Bindemittel gemischt und das Gemisch unter Wasserzugabe, vorzugsweise auf einem Tellergranulator, mit den Gerüstkernen zu einem Granulat mit einer Korngröße von 0,5 bis 8 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm, verarbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat durch mehrstufiges Granulieren hergestellt wird, wobei zunächst ein Gerüstkern aus der feuchtigkeitsspeichernden Substanz hergestellt wird, der dann in einer weiteren Stufe mit der das wasserlösliche Bindemittel und die chemisorptive Substanz enthaltenden Kern-Umhüllung versehen wird.