DE2512659A1

DE2512659A1 - Adsorptionsfiltermaterial

Info

Publication number: DE2512659A1
Application number: DE19752512659
Authority: DE
Inventors: Takashi Fukuda; Nobuo Ishizaki; Shoichi Iwahori; Masayohsi Shimada
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1976-05-13
Also published as: DE2512659C3; DE2512659B2

Description

Adsorbtions filtermaterial Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsfiltermaterial, das desodorisierende, entgasende und entfärbende Ligenschaften aufweist und aus einer adsorptionsfähigen Lage oder Schicht aus Aktivkohlefasern und einer verstärkenden Faserschicht besteht.
Reinigungsfilter, die verschiedene schädliche Gase oder Gerüche aus Luft oder farbige Stoffe aus Industrieabwässern entfernen sollen, werden in großem Umfange verwendet, insbesondere weil in den letzten Jahren die Probleme der Umweltverunreinigung ernsthaft aufgegriffen worden sind. Filter dieser Art haben gewöhnlich die Form von Flächengebilden, die hergestellt werden durch Beschichten von flächigen Materialien, z.B. Drahtnetzen, Glaswolle oder Matten aus organischen Fasern, mit einem Adsorptionsmittel, z.3. Aktivkohle, aktivem China Clay oder Kieselgel. Als Folge dieses Beschichtun#svorganges wird jedoch das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmittels nachteilig gesenkt. Ferner blättert das Adsorptionsmittel häufig ab, so daß Staubbildung eintritt und sich nachteilig auswirkt. Außerdem ist die Menge des Adsorptionsmittels, die im flächigen Material festgehalten werden kann, stark begrenzt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Adsorptionsfiltermaterial, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist. Dieses Adsorptionsfilter besteht aus einer adsorptionsfähigen Schicht oder Lage aus Aktivkohlefasern mit einem Aktivkohlefasergehalt von nicht weniger als etwa 20 Gew.-ssä und einer auf wenigstens eine Seite der adsorptionsfähigen Schicht aufgebrachten verstärkenden Faserschicht mit einer Festigkeit des Einzelgarns von nicht weniger als etwa 2 g/den und einer Dehnung des Einzelgarns von nicht weniger als etwa 2#, wobei die Adsorptionsmittelschicht und die Verstärkungsschicht ein Flächengewicht von je etwa 20 bis 2000 =/m2 haben.
Die adsorptionsfähige Schicht des Adsorptionsfiltermaterials gemäß der Erfindung enthält Aktivkohlefasern als Adsorptionsmittel. Der hier gebrauchte Ausdruck Aktivkohlefasern bezeichnet Kohlefasern mit einer Aktivität, die einer adsorbierten Jodmenge (J2) von nicht weniger als etwa 200 mg/g entspricht. Aktivkohlefasern dieser Art können aus beliebigen üblichen kohlenstoffhaltigen Materialien, z.3. natürlichen oder regenerierten Cellulosefasern, Papierstoff, Polyacrylnitrilfasern, Pech oder lignin, nach beliebigen üblichen Verfahren hergestellt werden. Einige der typischen Verfahren werden beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr.12 376/1963 und in der G3-PS 1 301 101 beschrieben.
Die Aktivkohlefasern haben ein bedeutend höheres Adsorptionsvermögen als übliche pelletisierte Aktivkohlen.
Beispielsweise haben die Aktivkohlefasern ungefähr die 10- bis 1000-fache Adsorptionsgeschwindigkeit der pelletisierten Aktivkohlen, und die von ihnen adsorbierte BenzolmenPe im Gleichgewichtszustand ist wesentlich höher als bei den letzteren. Die für die Zwecke der Erfindung verwendeten Aktivkohlefasern adsorbieren gewöhnlich zweckmäßig nicht weniger als etwa 300 mg Benzol/g (vorzugsweise nicht weniger als etwa 400 mg/g) im Gleichgewichts zustand und haben zweckmäßig eine Adsorptionsoeschwindigkeitskonstante für Benzol von nicht weniger als etwa 0,2/Min.
Die Aktivkohlefasern werden in flächig er Form verwendet.
Als Flächengebilde kommen Gewebe und Vliese in Frage.
Das Flächengebilde kann aus den Aktivkohlefasern allein aufgebaut werden. Um jedoch die mechanische Festigkeit und die Dehnungseigenschaften zu verbessern, ist es häufig zweckmäßig, die Aktivkohlefasern und beliebige andere organische und/oder anorganische Fasern (z.B.
Fasern aus Reyon, Polyestern, Polyamiden, Glas und Metallen) in Mischung zu verwenden. Beispielsweise werden die Aktivkohlefasern mit den anderen organischen und/oder anorganischen Fasern vorzugsweise in einer Menge von nicht mehr als etwa 80 Gew.-/a, bezogen auf das Gesamtgewicht, verwendet und, falls erforderlich, in die Form eines Filzes gebracht und anschließend nach einem üblichen Verfahren, z.B. durch Nadeln, miteinander verflochten.
Die adsorptionsfähige Schicht hat gewöhnlich ein Blächengewicht von etwa 20 bis 2000 g/m2, ein Raumgewicht von etwa 0,03 bis 0,10 g/cm3 und eine Dicke von etwa 0,5 bis 50 mm, vorzugsweise ein Flächengewicht von etwa 50 bis 500 g/m², ein Raumgewicht von etwa 0,04 bis 0,06 g/cm³ und eine Dicke von etwa 2 bis 10 mm.
Auf wenigstens eine Seite der adsorptionsfähigen Schicht wird eine Verstärkungsschicht aufgebracht. Die Verstärkunasschicht kann aus beliebigen organischen und/oder anorganischen Fasern, z.B. Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polypropylenfasern, Reyonfasern, Glasfasern, Asbestfasern, Gesteinswolle und Schlackenwolle, bestehen. Sie kann als durchlässiges Gewebe oder Vlies ausgebildet sein, sollte jedoch ein Gewicht von etwa 20 bis 2000 g/m2 haben. Die Fasern für den Aufbau der Verstärkungsschicht sollten eine Festigkeit des Einzelgarns von nicht weniger als etwa 2 g/den und eine Dehnung von nicht weniger als etwa 2% haben.
Die Verstärkungsschicht hat gewöhnlich ein Gewicht von etwa 20 bis 1000 g/m2, ein Raumgewicht von etwa 0,03 bis bis 0,10 g/cm und eine Dicke von etwa 0,2 bis 50 mm, vorzugsweise ein Gewicht von etwa 50 bis 500 g/m2, ein Raumgewicht von etwa 0,04 bis 0,06 g/cm3 und eine Dicke von etwa 2 bis 10 mm. Ferner hat die Verstärkungsschicht zweckmäßig ein Staubaufnahmevermögen von nicht weniger als etwa 400%, insbesondere von nicht weniger als etwa 60wo.
Das Staubaufnahmevermögen" im hier gebrauchten Sinne wird durch einen Wert ausgedrückt, der nach der in der japanischen Industrienorm JIS B 9908-(1966) beschriebenen Methode ermittelt wird. Wenn dieser Wert nicht höher ist als etwa 40%, kann das Adsorptionsvermögen der Adsorptionsmittelschicht im Adsorptionsfilter in verhältnismäßig kurzer Zeit verlorengehen.
Zur Herstellung des Adsorptionsfiltermaterials können die Adsorptionsschicht und die Verstärkungsschicht einfach übereinandergelegt oder nach einem beliebigen üblichen Verfahren, z.B. durch Vernadeln, miteinander verflochten und verfestigt werden. Im Falle des Vernadelns kann dies mit einer Stichzahl von etwa 5 bis 100/cm2 geschehen. Nach einem anderen Verfahren kann das Adsorptionsfilter hergestellt werden, indem eine selbstklebende Verstärkungsschicht auf wenigstens eine Seite der Adsorptionsmittelschicht aufgebracht und mit dieser durch die selbstklebende Eigenschaft vereinigt wird. Nach einem weiteren möglichen Verfahren kann das Adsorptionsfilter hergestellt werden, indem die Verstärkungsschicht mit wenigstens einer Seite der Adsorptionsmittelschicht vernäht wird. Ferner kann sowohl die Adsorptionsmittelschicht als auch die Verstärkungsschicht einlagig oder mehrlagig sein.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Abbildungen weiter erläutert.
Fig.1 zeigt eine Ausführungsform des Adsorptionsfilters gemäß der Erfindung, das aus einer aus Aktivkohlefasern bestehenden Adsorptionsmittelschicht in Filzform einer dickeren Verstärkungsschicht 2 in Salzform und einer dünneren Verstärkungsschicht 3 in Filzform besteht, wobei beide Verstärkungsschichten aus Glasfasern bestehen. Diese Schichten 3, 1 und 2 sind zur Verflechtung und Verfestigung miteinander vernadelt. Zum Gebrauch wird das Adsorptionsfiltermaterial so eingesetzt, daß die dickere Verstärkungsschicht 2 dem eintretenden unreinen Medium zugewandt ist. Wenn das Adsorptionsfilter nur mit einer Verstärkungsschicht versehen ist, ist diese Schicht dem eintretenden unreinen Medium zugewandt.
Für den praktischen Gebrauch wird das Adsorptionsfilter gemäß der Erfindung gewöhnlich vorzugsweise abwechselnd hin- und hergefaltet. In diesem Fall kann die Faltung so vorgenommen werden, daß das Verhältnis des größten Abstandes zwischen einer Falte und der nächsten angrenzenden Falte zur Faltlänge nicht größer als etwa 1:2 ist.
Ferner wird das Adsorptionsfiltermaterial gemäß der Erfindung vorzugsweise in Beutelform hergestellt. In diesem Fall ist die gesamte Außenfläche des Beutels nicht kleiner als etwa das 2-fache der maximalen Öffnungsfläche.
Zur Herstellung eines Adsorptionsfilters kann das Adsorptionsfiltermaterial in einen Rahmen von dreidimensionaler Form unter solchen Bedingungen gespannt werden, dass das Verhältnis der Fläche des Adsorptionsfiltermaterials zur Fläche des Rahmens nicht weniger als etwa 2 beträgt und der 0,1 m/Sek.-Druckverlust nicht größer ist als 15 mm WS.
Das Verhältnis der Fläche des Adsorptionsfiltermaterials zur Fläche des Rahmens ist, genauer gesagt, das Verhältnis der Gesamtfläche des Adsorptionsfiltermaterials, das dem eintretenden Medium zugewandt ist, zur Fläche einer Seite des Rahmens, durch die das Medium eintritt.
Die vorstehend genannten Bedingungen ermöglichen die Aufrechterhaltung des Adsorptionsvermögens des Adsorptionsfilters für eine lange Zeit. Um diesen Bedingungen zu genügen, kann das Adsorptionsfiltermaterial in verschiedenen Formen, z.B. in abwechselnd gefalteter Form, in Ziehharmonikaform und in Beutelform, die in Fig.2 bis Fig.4 dargestellt sind, verwendet werden. In diesen Abbildungen deuten die Pfeile die Strömungsrichtung des Mediums an, und das Adsorptionsfiltermaterial ist mit ~F" bezeichnet. Unter der Fläche des Rahmens ist beispielsweise das Quadrat ABCD in Fig.2 zu verstehen.
Der 0,1 m/Sek.-Druckverlust ist der Unterschied zwischen dem Druck, der erzeugt wird, wenn Luft von 2000 mit einer linearen Geschwindigkeit von 0,1 m/Sek.
durch das Adsorptionsfilter geleitet wird, und dem Druck vor dem Durchleiten des Mediums.
Ein übliches Adsorptionsfiltermaterial, das aus Aktivkohlefasern allein besteht, ist zerbrechlich und bricht leicht. Bei Verwendung für die Behandlung eines Mediums, das eine verhältnismäßig große Menge fester Stoffe (z.B. Staub) enthält, werden die adsorptionsfähigen Stellen leicht durch die festen Stoffe besetzt, so daß das Adsorptionsvermögen schnell verringert wird. Das Adsorptionsfiltermaterial gemäß der Erfindung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hat erhöhte mechanische Festigkeit, und eine Verminderung des Adsorptionsvermögens ist verhindert. Da es nur aus Faserstoffen besteht, ist die aktive Oberfläche pro Gewichtseinheit groß und der Druckverlust gering. Es eignet sich somit sehr gut für die Behandlung von Gasen und Flüssigkeiten.
Praktische und zur Zeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Beispielen beschrieben. Die dort genannten Meßergebnisse wurden in der folgenden Weise erhalten: 1) Filzfestigkeit Die Bruchfestigkeit wurde an einer Probe von 1 cm Breite und 10 cm Länge mit einer Instron-Zugprüfmaschine gemessen.
2) Adsorbierte Benzolmenae im Gleichgewichtszustand Gemessen wurde die adsorbierte Benzolmenge im Gleichgewichtszustand pro m2 einer Probe (200 g Aktivkohlefasern), wobei Luft, die etwa 1500 ppm Benzol enthielt, durchgeleitet wurde.
3) Lebensdauer unter staubigen Bedingungen Luft, die acht Arten von Lehmstaub enthielt, wurde mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/Sek. durch eine Probe geleitet. Gemessen wurde die Zeit, bis ein erheblicher Anstieg des Druckverlustes festgestellt wurde.
Beispiel 1 Ein Vliesstoff aus Polynosic-Fasern aus regenerierter Cellulose wurde 60 Minuten auf 30000 und dann 50 Minuten in Gegenwart von Wasserdampf auf 90000 erhitzt, wobei ein aus Aktivkohlefasern bestehendes Vlies mit Adsorptionsvermögen und einem Gewicht von 200 g/m2 erhalten wurde. Auf jede Seite des Vlieses aus Aktivkohlefasern wurde ein Vliesstoff aus Polyesterfasern mit einem Gewicht von 70 g/m2 gelegt. Die übereinanderliegenden Lagen wurden mit 40 Stichen/cm2 vernadelt, ~wobei ein Adsorptionsfiltermaterial erhalten wurde.
Die Eiaenschaften des in dieser Weise hergestellten Adsorptionsfiltermaterials sind in Tabelle 1 genannt, in der auch die Einenschaften eines aus Aktivkohlefasern bestehenden Vlieses ohne ein damit vernadeltes Vlies aus Polyesterfasern genannt sind.
Tabelle 1 Adsorptions- Vlies aus filtermate- Aktivkohlerial fasern Gewicht, g/m2 340 200 Dicke, mm 7 6 Raumgewicht, g/cm3 0,045 0,040 Filzfestigkeit, kg/cm Breite 2,3 0,2 Adsorbierte Benzolmenge im 2 Gleichsgewichtszustand, g/m 100 100 Lebensdauer in staubigem Medium, Std. 1000 500 Beispiel 2 Auf eine Seite eines auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellten Vlieses aus Aktivkohlefasern wurde ein Vlies aus Glasfasern mit einem Gewicht von 100 g/m2 und auf die andere Seite ein Vlies aus Polyesterfasern mit einem Gewicht von 70 g/m2 gelegt. Die übereinanderliegenden Lagen wurden mit 15 Stichen/cm2 vernadelt, wobei ein Adsorptionsfiltermaterial erhalten wurde.
Die Eigenschaften dieses Adsorptionsfiltermaterials sind nachstehend in Tabelle 2 genannt.
Tabelle 2 Adsorptionsfiltermaterial Gewicht 370 g/m2 Dicke 8 mm Filzfestigkeit 1,5 kg/cm Breite Beseitigung von Tabakrauch und Tabakgeruch 95 Beispiel 3 Ein Kabel aus Reyonfasern wurde auf 850°C erhitzt, wobei ein Kabel aus Aktivkohlefasern, das 55 Benzol im Gleichgewichtszustand adsorbierte, erhalten wurde. Das Kabel wurde zu kurzen Fasern einer durchschnittlichen Länge von 3 mm geschnitten. Getrennt hiervon wurden Polynosic-Fasern aus hydroxyäthyliertem Reyon auf 3 mm Länge geschnitten und in Wasser dispergiert. Die Dispersion, die 1 Gew.-Teil der Polynosic-Fasern aus hydroxyäthyliertem Reyon enthielt, wurde gleichmäßig mit 0,5 Gew.-Teilen der Aktivkohlefasern gemischt. Das Gemisch wurde zur Bildung von Papier auf ein Sieb gegeben. Drei Blätter des so hergestellten Papiers wurden übereinandergelegt. Auf jeder Seite des mehrlagigen Papierprodukts wurde ein Vlies aus Reyonfasern mit einem Gewicht von 30 g/m2 angeordnet. Auf die übereinanderliegenden Lagen wurde Wasser gegeben, worauf sie mit einem Kalander gepresst wurden, wobei ein Adsorptionsfiltermaterial erhalten wurde.
Die Eigenschaften des in dieser Weise hergestellten Adsorptionsfiltermaterials sind in Tabelle 3 genannt, in der auch die Eigenschaften eines aus drei Blättern des in der beschriebenen Weise hergestellten Papiers bestehenden Produkts angegeben sind.
Tabelle 3 Adsorptions- Papier filtermaterial (3 Blätter) Gewicht, g/m2 210 150 Dicke, mm 5 4,5 Filzfestigkeit, k/cm Breite 2,5 0,8 Adsorbierte Benzolmenge im Gleichgewichtszustand, g/m2 50 50 Lebensdauer in staubigem Medium, Std. 700 200 Beispiel 4 Das auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellte Adsorptionsfiltermaterial wurde zu einem Beutel genäht, der eine runde Öffnungsfläche von 0,1 m2 und 2 eine gesamte Außenfläche von 2 m2 hatte. In den Eintritt des Beutels wurde Luft, die 1 ppm Ozon enthielt, in einer Menge von 21 m3/Min. geleitet. Hierbei ergab sich ein Druckverlust von 4,1 mm WS, ein Wirkungsgrad der Entfernung von Ozon von 97 und eine Zeit bis zum Bruch (time for breakin) von 350 Stunden. Wenn ein Adsorptionsfiltermaterial in flacher Form mit einer Fläche, die der Öffnungsfläche des Beutels entsprach, verwendet wurde, betrug der Druckverlust 82 mm WS, der Wirkungsgrad der Entfernung von Ozon 80% und die Zeit bis zum Bruch 17 Stunden. Ein aus Aktivkohlefasern bestehendes Vlies allein konnte nicht zu einem Beutel genäht werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

3 Adsorptionsfiltermaterial, bestehend aus einer adsorptionsfähigen Lanze aus Aktivkohlefasern mit einem Aktivkohlefasergehalt von nicht weniger als etwa 20 Gew.- und einer auf wenigstens eine Seite der adsorptionsfähigen Lage aufgebrachten verstärkenden Faserlage mit einer Festigkeit der Einzelfasern von nicht weniger als etwa 2 g/den und einer Dehnung von nicht weniger als etwa 2%, wobei das Flächengewicht der adsorptionsfähigen Lage und der verstärkenden Faserlage je etwa 20 bis 2000 g/m2 beträgt.
2) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht ein Staubaufnahmevermögen von nicht weniger als etwa 40% hat.
3) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht und die Verstärkunosachicht durch Vernadeln miteinander verbunden und verfestigt sind.
4) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsschicht und die Verstärkungsschicht mit etwa 5 bis 100 Stichen/cm3 vernadelt sind.
5) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlefasern in der adsorptionsfähigen Schicht eine Benzoladsorption von nicht weniger als etwa 300 mg/g im Gleichgewichtszustand und eine Adsorption sgeschwindigkeitskonstante für Benzol von nicht weniger als etwa 0,2/Min. hat.
6) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht aus oreanischen Fasern besteht.
7) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Verstärkungsschicht aus Polyestern, Polyamiden, Polypropylen oder Reyon bestehen.
8) Adscrptionfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht aus anorganischen Fasern besteht.
9) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht aus Glasfasern, Asbestfasern, Gesteinswollfasern oder Schlackenwollfasern besteht.
10) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptionsfähige Schicht und die Verstärkungsschicht jeweils ein Flächeng-ewi-c-ht von etwa 20 bs 1000 g/m2, ein Raumgewicht von etwa 0,03 bis 0,10 g/cm3 und eine Dicke von etwa 0,5 bis 20 mm, vorzugsweise ein Flächengewicht von etwa 50 bis 500 g/m2, ein Raumgewicht von etwa 0,04 bis 0,06 g/cm3 und eine Dicke von etwa 2 bis 10 mm haben.
li) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptionsfähige Schicht als Filz ausgebildet ist.
12) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens eine Seite der adsorptionsfähigen Schicht eine selbstklebende Verstärkungsschicht aufgebracht ist und die Schichten durch das Selbstklebevermögen der Verstärkungsschicht miteinander verbunden sind.
13) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht aus einem Gewebe oder einem Vlies besteht.
14) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptionsfähige Schicht an wenigstens einer Seite mit einer Verstärkungsschicht vernäht ist.
15) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es abwechselnd gefaltet ist.
16j Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des größten Abstandes zwischen einer Falte und der nächsten benachbarten Falte zur Faltlänge nicht größer ist als etwa 1:2.
17) Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 14 in Beutelform, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Außenfläche des Beutels nicht kleiner ist als etwa das Zweifache der maximalen Öffnungsfläche.
18) Adsorptionsfilter, bestehen aus einem dreidimensionalen Rahmen und einem gefalteten Adsorptionsfiltermaterial nach Anspruch 1 bis 14, das in den Rahme so eingesetzt ist, daß das Verhältnis der Fläche r s Adsorptionsfiltermaterials zur Fläche des Rahmens nicht kleiner ist als etwa 2 und der 0,1 m/Sek,Druckverlust nicht größer ist als etwa 15 mm WS.

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