DE2501294C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 24 22 574 ist ein Schüttstoff-Filtermaterial zur Entfernung von Fremdgasen, insbesondere unangenehmen Gerüchen, aus der Luft, ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schüttstoff-Filtermaterials, bei dem als chemisorptive Substanz Hydrogensulfat, insbesondere Natriumhydrogensulfat, verwendet wird.

Bei den Gerüchen und Fremdgasen, die in Küchen, Wohn- und Aufenthaltsräumen, Fabrikationsräumen, Tierstallungen usw. anzutreffen sind, handelt es sich 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. In jedem Fall muß die Reaktionsfähigkeit des Filtermaterials so beschaffen sein, daß möglichst alle von der Luft mitgeführten Geruchsstoffe und Schadgase während des Filterdurchgangs 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 Raumtemperatur liegen können, wirksam sein.

Mit dem Hauptpatent wird anstelle der bisher für die genannten Zwecke verwendeten absorbierenden Filtermittel, wie Aktivkohle, ein neuartiges Schüttstoff-Filtermaterial vorgeschlagen, welches aus einem Gemenge mindestens einer mit dem Fremdgas chemisch reagierenden sauren oder basischen chemisorptiven Substanz und einer feuchtigkeitsspeichernden Substanz besteht. Dabei wird als feuchtigkeitsspeichernde Substanz ein Bindemittel verwendet, welches die chemisorptive Substanz in der Kornform abbindet.

Beim Einsatz eines solchen Filtermaterials werden 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 notwendig, daß das Filtermaterial feuchtigkeitsregulierende bzw. hygroskopische Substanzen aufweist, welche die Luftfeuchtigkeit und ggf. das bei der Ionenreaktion anfallende Reaktionswasser aufnehmen und damit den Feuchtigkeitshaushalt des Filtermaterials auf einem für seine Wirksamkeit ausreichenden Niveau halten.

Für die chemisorbierenden Substanzen werden nach dem Hauptpatent 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 können z. B. Hydrogensulfate, wie vor allem Natrium-, Kalium- oder Ammoniumhydrogensulfat, verwendet werden.

Die Herstellung des chemisorptiv wirkenden körnigen Filtermaterials erfolgt nach dem Hauptpatent vorzugsweise derart, daß mindestens eine saure oder basische chemisorptive Substanz mit einem wasserlöslichen Bindemittel gemischt und das Gemisch unter Flüssigkeitszugabe auf einem Tellergranulator bzw. einem Pelletierteller bekannter Art zu Pellets mit einer Korngröße von 1 bis 5 mm verarbeitet wird.

Die Zusatzerfindung baut auf der Erfindung nach dem Hauptpatent auf. Sie bezweckt vor allem eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptpatent, wobei ihr insbesondere die Aufgabe zugrundeliegt, ein besonders preisgünstig herzustellendes chemisorptives Filtermaterial für die genannten Zwecke zu schaffen, welches sich vor allem durch hohe chemisorptive Wirksamkeit, ausreichende mechanische Festigkeit und Wasserspeicherfähigkeit sowie durch möglichst große Reaktionsoberfläche auszeichnet.

Für den wirtschaftlichen Einsatz eines chemisorptiv wirkenden körnigen Filtermaterials ist es erforderlich, daß dieses gleichzeitig mehrere Forderungen möglichst optimal erfüllt. Zu diesen Grundforderungen gehört zunächst eine solch große mechanische Druck- und Abriebfestigkeit des Kornmaterials, daß die Einzelkörner bei den vor allem während des Transports und im Einsatz auftretenden mechanischen Beanspruchungen weder zerfallen noch einen unerwünscht großen Abrieb erfahren. Ein starker Kornzerfall und Kornabrieb würde zu einem erheblichen Verlust an Wirksubstanz und außerdem zu einer lästigen Staubentwicklung führen.

Da sich im Einsatz die chemische Reaktion als Ionenreaktion in der Dissoziationsphase vollzieht, stellt sich zum anderen die Forderung, daß das körnige Filtermaterial eine ausreichende Eigenfeuchtigkeit hat und über eine feuchtigkeitspeichernde Eigenschaft verfügt, so daß es seine chemisorptive Wirkung auch über längere Standzeiten hinweg allein aufgrund seines eigenen Feuchtigkeitsreservoirs und/oder der Luftfeuchtigkeit möglichst unvermindert erfüllt.

Weiterhin sollte das chemisorptiv wirkende Korn ungeachtet der anzustrebenden mechanischen Festigkeit der Kornstruktur eine große chemische Reaktionsoberfläche haben, also eine möglichst große Porosität bzw. Kapillarität aufweisen, so daß die im Korn vorhandene chemisorptive Substanz während des Filtereinsatzes möglichst weitgehend für die chemische Umsetzung mit den Schadgasen bzw. Geruchsstoffen ausgenutzt wird. Dies ist für den wirtschaftlichen Einsatz des Filtermaterials und für die Erhaltung der Filterwirksamkeit auch über längere Standzeiten hinweg, die unter Umständen mehrere Wochen und Monate betragen können, von erheblicher Bedeutung.

Schließlich ist im Hinblick auf den Mengenbedarf auch die Forderung nach wirtschaftlicher und preisgünstiger Herstellung des Filtermaterials zu berücksichtigen.

Es ist leicht erkennbar, daß die gleichzeitige Erfüllung sämtlicher vorgenannten, zum Teil einander zuwiderlaufenden Forderungen in der Praxis beträchtliche Schwierigkeiten bereiten muß. Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein chemisorptives Filtermaterial zu schaffen, welches diese Forderungen in möglichst optimaler Weise erfüllt.

Die Erfindung geht dabei aus von einem Verfahren zum Herstellen eines sauer wirkenden chemisorptiven Schüttstoff-Filtermaterials zur Entfernung von Fremdgasen aus einem Trägergas, wie vor allem aus der Luft, wobei als chemisorptive Substanz gemäß dem Hauptpatent Hydrogensulfat, insbesondere Natriumhydrogensulfat, verwendet wird.

In Abänderung des Verfahrens nach dem Hauptpatent wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das im Überschuß vorhandene Hydrogensulfat mit Gips zu mischen und das Gemisch unter Zugabe einer mit Wasser verdünnten Wasserglaslösung zu pelletisieren.

Das Pelletisieren des genannten Stoffgemischs kann mit Vorteil auf einem geneigten Pelletierteller erfolgen. Beim Pelletiervorgang wird das Hydrogensulfat zweckmäßig in feinpulvriger Form mit dem pulvrigen Gips gemischt und das Gemisch unter Zugabe der verdünnten Wasserglaslösung pelletiert. Die Dauer des Pelletiervorgangs bestimmt die Korngröße der so hergestellten Pellets.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Mengenanteile der vorgenannten Stoffkomponenten zweckmäßig so eingestellt, daß der Gewichtsanteil an gebranntem Gips, Wasserglas (Natronwasserglas) und Wasser insgesamt erheblich kleiner ist als der Gewichtsanteil des als chemisorbierende Substanz verwendeten Hydrogensulfats, und zwar derart, daß dem Hydrogensulfat Gips in einer Menge zugesetzt wird, die 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.-%, des Anteils an trockenem Hydrogensulfat entspricht.

Bei dieser Herstellungsweise wird ein körniges, kugelförmiges Filtermaterial erhalten, welches den vorgenannten Forderungen in hervorragendem Maße entspricht und sich vor allem durch außerordentlich hohe chemisorptive Wirksamkeit auch über längere Einsatzzeit hinweg auszeichnet. Dieses Filtermaterial ist praktisch gegenüber allen von dem Trägergas bzw. der Luft mitgeführten alkalischen Fremdgasen (Gerüchen), wie insbesondere Ammoniak und Aminen, einschließlich dem z. B. in Fischbratgerüchen enthaltenen übelriechenden Trimethylamin, wirksam. Die für die Herstellung dieses Filtermaterials verwendeten Ausgangsstoffe sind vergleichsweise billige Stoffe, die sich durch Granulieren bzw. Pelletieren auf einem an sich bekannten Pelletierteller od. dgl. in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu dem Filtermaterial verarbeiten lassen. Hierbei vollzieht sich die Umsetzung der im überstöchiometrischen Anteil vorhandenen chemisorptiven Substanz im wesentlichen nur als sogenannte Randzonenreaktion nach folgender Reaktionsgleichung:

Na₂SiO₃ + 2 NaHSO₄ → 2 Na₂SO₄ + H₂SiO₃

In dem durch das Natriumhydrogensulfat angesäuerten Natronwasserglas kondensiert die primär entstehende Kieselsäure zur Polykieselsäure folgender Struktur:

Diese Polykieselsäure kondensiert weiter unter Wasserabspaltung zu den bekannten ketten-, band- und blattförmigen Molekularstrukturen sowie zu räumlichen Tetraeder-Kristallgittern durch Kondensation zu Siliziumdioxid, welche das Einzelkorn (Pellet) nach Art eines Skeletts durchsetzen.

Das bei der Kieselsäurekondensation entstehende und bei der Herstellung der Pellets im Überschuß zugegebene Wasser wird teilweise zur Abbindung des Gipses gebraucht:

CaSO₄ · ½ H₂O + 1½ H₂O → CaSO₄ · 2 H₂O

Der in dem Gemisch vorhandene Wasserüberschuß trocknet während des Pelletiervorganges und bei der anschließenden Trocknung der hergestellten Pellets bis zu einer Konzentration ab, die den hygroskopischen Eigenschaften der im Pellet enthaltenen Natriumbisulfatkristalle entspricht. Dadurch entsteht im Pellet eine Lösung von dissoziiertem NaHSO₄, welche stark sauer reagiert. Das Ausreagieren der Pellets kann bei Reaktionszeiten von wenigen Stunden bis einigen Tagen bei Raumtemperatur erfolgen. Falls raschere Trocknungszeiten erforderlich sind, kann die Trocknung auch bei höheren Temperaturen eines Trocknungsofens oder im Warmluftstrom eines Gebläses od. dgl. erfolgen.

Für die mechanische Druck- und Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Pellets sind vor allem die vorgenannten H₂SiO₃-Ketten und die sich hieraus ergebenden Band- und Blattstrukturen der Kieselsäure bis hin zu den sich bei Kondensation zum SiO₂ bildenden Tetraeder-Kristallgitterstrukturen maßgeblich. Eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeitseigenschaften erfolgt durch die Abbindung des Gipses. Der Gips (CaSO₄ · 2 H₂O) kristallisiert als feinfaserige, verfilzte Gipskriställchen aus. Die mechanische Verankerung dieser Gipskristalle in den Öffnungen und Zwischenräumen der Kieselsäureblätter sowie die Verankerung der Kieselsäureketten in den Kieselsäureblättern gewährleisten dabei eine außergewöhnlich hohe mechanische Stabilität der erfindungsgemäß hergestellten sauren Pellets.

Für die Porosität und Kapillarität der erfindungsgemäß hergestellten Pellets ist vor allem maßgeblich, daß beim späteren Abtrocknen des während des Pelletiervorgangs im Überschuß zugegebenen Wassers in den einzelnen Pellets Kapillare aus den Verdunstungskanälen, den Kettenabbrüchen, aus unsymmetrischen Überlagerungen der Gipskristalle und durch innermolekulare Öffnungen der Kieselsäureblätter u. dgl. entstehen. Diese bilden zusammen die innere Oberfläche des Korns und bestimmen insoweit auch das "Wasserreservoir" bzw. den Wasserhaushalt der Pellets, der zusammen mit der gegebenenfalls aus der Luft aufgenommenen Feuchtigkeit für die Ionendissoziation und damit die chemische Umsetzung verantwortlich ist.

Für die chemisorptive Wirkung des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist die vorgenannte Kapillarbildung ebenfalls von erheblicher Bedeutung. Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge sei auf die anliegende Zeichnung verwiesen, in welcher in starker Vergrößerung und Schematisierung in einem Ausschnitt der Kornaufbau eines Pellets im Bereich einer Einzelkapillare dargestellt ist. Es ist erkennbar, daß zwischen den das Korn nach Art eines Strukturgerüstes oder Skeletts durchziehenden Kieselsäureketten und -bändern sowie den hiermit verfilzten Gipskristallen einzelne "Nester" aus Natriumhydrogensulfat vorhanden sind, welche den Hauptanteil des Korns ausmachen. Zwischen diesen Natriumhydrogensulfat-Nestern wird das Korn von feinen Kapillaren durchzogen, wobei die Oberfläche des Natriumhydrogensulfats infolge des inneren Wasserreservoirs angelöst ist, so daß sich hier das Natriumhydrogensulfat in Dissoziationsphase befindet. Damit ist die Voraussetzung für die chemische Umsetzung mit den vom Trägergas bzw. der Luft mitgeführten basischen Gasen (Geruchsstoffen) gegeben. Dabei wird das in Lösung befindliche Natriumhydrogensulfat durch Neutralisation im Grenzflächenbereich aufgebraucht. Bei der Reaktion mit im Trägergas enthaltenem Ammoniak ergibt sich folgende Reaktion:

2 NaHSO₄ + 2 NH₃ → Na₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄

Bei der Neutralisation verarmt die saure Lösung aus NaHSO₄- Molekülen, wobei gleichzeitig die noch im Pellet enthaltenen Natriumhydrogensulfatteilchen in Lösung gehen und damit den Konzentrationszustand der Lösung im wesentlichen aufrechterhalten. Wie die Praxis gezeigt hat, gelingt es auf diese Weise, den größten Teil des im Korn vorhandenen Natriumhydrogensulfats zur chemisorptiven Umsetzung mit dem Trägergas nutzbar zu machen.

Anstelle von Natriumhydrogensulfat können auch andere Hydrogensulfate, wie z. B. Kalium- oder Ammoniumhydrogensulfat, verwendet werden.

Im folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermaterials angegeben:

Beispiel

Die Herstellung des Filtermaterials erfolgt aus den folgenden Stoffen und in den angegebenen Mengenanteilen:

70 kg NaHSO₄Natriumhydrogensulfat 12 kg CaSO₄ · ½ H₂OGips  8 kg H₂OWasser 10 kg Na₂SiO₃Wasserglas als 40%ige Lösung Na₂Si₂O₅

Das in handelsüblicher Form vorliegende trockene Natriumhydrogensulfat von unter 0,3 mm wird mit dem ebenfalls pulvrigen Gips gemischt und auf einem geneigten Pelletierteller bekannter Art unter kontinuierlicher Zugabe der mit Wasser verdünnten Wasserglaslösung pelletiert. Die Dauer des Pelletiervorgangs bestimmt die Größe der Pellets. Sie wird so eingestellt, daß die mittlere Korngröße der Pellets etwa 2 bis 5 mm, z. B. 3 mm, beträgt. Die während des kontinuierlichen Pelletiervorgangs von dem Pelletierteller abgeworfenen Pellets der vorbestimmten Korngröße werden aufgefangen und z. B. bei Raumtemperatur über mindestens etwa 24 Stunden gelagert. Hierbei verdunstet das während des Pelletiervorgangs im Überschuß zugegebene Wasser. Anschließend können die Pellets z. B. in Filterkassetten abgefüllt und in Filtergeräte, z. B. Küchendunstumlufthauben, eingebracht werden.

Das vorstehend beschriebene Filtermaterial ist für die chemische Umsetzung von basischen Fremdgasen, insbesondere Ammoniak und Aminen, geeignet.

Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, dem erfindungsgemäßen Filtermaterial weitere Zusätze mit spezifischen Eigenschaften zuzugeben. Solche Zusätze bestehen z. B. aus Oxydationsmitteln, wie z. B. Kaliumpermanganat, Natriumpersulfat, Bariumperoxid, Natriumperborat, Natriumpercarbonat, Kaliumdichromat, Chromtrioxid, Kaliumperchlorat u. dgl., welche von der Luft mitgeführte, chemisch neutrale Gase bzw. Geruchsstoffe aufoxydieren, so daß diese durch die chemisorptiv wirkenden Filterstoffe chemisch neutralisiert werden können. Auch können dem Schüttstoffgemisch katalytisch wirkende Stoffe eines Redoxsystems zugesetzt werden, wie dies in dem Hauptpatent beschrieben ist.

Claims (2)

1. Abänderung des Verfahrens zum Herstellen eines Schüttstoff- Filtermaterials zur Entfernung von Fremdgasen, insbesondere unangenehmen Gerüchen, aus der Luft, bei dem als chemisorptive Substanz Hydrogensulfat, insbesondere Natriumhydrogensulfat, verwendet wird, nach Patent 24 22 574, dadurch gekennzeichnet, daß das im Überschuß vorhandene Hydrogensulfat mit Gips gemischt und das Gemisch unter Zugabe einer mit Wasser verdünnten Wasserglaslösung pelletiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hydrogensulfat Gips in einer Menge zugesetzt wird, die 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.-%, des Anteils an trockenem Hydrogensulfat beträgt.