DE3042281C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Flüssigkeiten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von FlüssigkeitenInfo
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Description
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator Rutheniumhydroxid
verwendet.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein eine Wasserstoffperoxid-Lösung (7) enthaltender Vorratsbehälter (6) mit einem porösen, den
Katalysator enthaltenden Formkörper (1) verschlossen ist und dieser Vorratsbehälter (6) mit dem
porösen Formkörper (1) nach unten in dem wäßrigen System (2) mindestens mit dem gesamten
porösen Formkörper (1) eintauchend angeordnet ist (F ig. 3).
8. Vorrichtung mich Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der poröse, den Katalysator enthaltende Formkörper (1) aus einer Röhre mit mindestens
einem durchgehenden Hohlraum besteht, wobei das eine Ende der Röhre dicht verschlossen und das
andere Ende mit der Leitung (3) bzw. dem Vorratsbehälter (6) dicht verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse, den Katalysator
enthaltende Formkörper ein Hohlkörper mit einem durchgehenden Hohlraum, dessen Innendurchmesser
mindestens 0,5 mm beträgt, ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Formkörper aus «>
Polypropylen, MgO, AI2O3 oder Ton besteht.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10 zur Sauerstoffversorgung eines
Aquariums.
12. Verwendung einer Vorrichtung nach An- *>5
spruch 1 bis 10 bei der Wasseraufbereitung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und die Verwendung dieser Vorrichtung zur
Sauerstoffanreicherung von wäßrigen Systemen durch Abspalten von Sauerstoff aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung
mit Hilfe eines Katalysators.
In Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, 1966, Leiter O 2289 und O 2291 ist beschrieben, daß aus
einer Wasserstoffperoxid-Lösung mit Hilfe eines Katalysators Sauerstoff abgespalten werden kann.
Die Sauerstoffanreicherung von wäßrigen Systemen durch Abspalten von Sauerstoff aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung
mit Hilfe eines Katalysators ist aus der US-PS 35 42 524 bekannt Es ist dort eine Vorrichtung
beschrieben, bei welcher in einem Vorratsbehälter, der eine Wasserstoffperoxid-Lösung enthält, ein an einem in
der Höhe verschiebbaren Stab befestigter Katalysator durch Verschieben dieses Stabes in Berührung mit der
Wasserstoffperoxid-Lösung gebracht werden kann.
Durch den Katalysator wird Sauerstoff abgespalten, wobei gleichzeitig Wasser entsteht Dadurch nimmt die
Konzentration der Wasserstoffperoxid-Lösung im Vorratsbehälter ständig ab. Je geringer die Konzentration
an Wasserstoffperoxid im Vorratsbehälter ist, desto geringer ist auch die abgegebene Sauerstoffmenge.
Die Vorrichtung gemäß der US-PS 35 42 524 hat dabei den Nachteil, daß nicht bzw. nur sehr schwer
erkannt werden kann, zu welchem Zeitpunkt die abgebende Sauerstoffmenge nicht mehr ausreicht, die
mit Sauerstoff anzureichernden wäßrigen Systeme zu versorgen. Außerdem ist es sehr aufwendig, die
Wasserstoffperoxid-Lösung auszutauschen.
In der US-PS 22 45 495 wird ein Behälter beschrieben,
in welchen ein Stoff in Pulverform eingefüllt ist, welchem ein Katalysator untergemischt ist. Der
Behälter ist mit einem porösen Formkörper verschlossen. Wird ein solcher Behälter in Wasser eingelegt, so
entsteht durch das eindringende Wasser Wasserstoffperoxid. Durch den im pulverförmigen Stoff anwesenden
Katalysator soll von dem Wasserstoffperoxid Sauerstoff abgespalten werden. Bei dieser Vorrichtung ist jedoch
nicht sichergestellt, daß von der gesamten Menge des entstandenen Wasserstoffperoxids Sauerstoff abgespalten
wird, so daß ein Teil des Wasserstoffperoxids in das mit Sauerstoff anzureichernde Wasser gelangen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur
Sauerstoffanreicherung von wäßrigen Systemen zu schaffen, wodurch oben beschriebene Nachteile beseitigt
werden, und wodurch dem wäßrigen System ständig eine ausreichende Menge an Sauerstoff zugeführt wird.
Außerdem soll die Handhabung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
wesentlich verbessert und vereinfacht werden. Weiterhin soll die Sauerstoffversorgung besonders zuverlässig
sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches
dadurch sich auszeichnet, daß man durch einen porösen Formkörper, in dessen Poren der Katalysator in an sich
bekannter Weise eingelagert ist, die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Sauerstoffabspaltung hindurchleitet,
wobei man die stärker Sauerstoff abgebende Seite des porösen Formkörpers mit dem wäßrigen System in
Kontakt bringt. Auf diese Weise wird das mit Sauerstoff anzureichernde wäßrige System immer mit genügender
Sauerstoffmenge versorgt, solange ein Vorrat an Wasserstoffperoxid-Lösung vorhanden ist. Hierbei
können alle porösen Formkörper Verwendung finden.
30
in deren Poren sich ein Katalysator einlagern läßt Die
Ginlagerung des Katalysators kann beispielsweise nach einem Verfahren erfolgen, welches in der DE-OS
28 08 293 beschrieben ist
Unter der »stärker Sauerstoff abgebenden Seite« ist die Seite des porösen Formkörpers zu verstehen, die
mehr als 70% des durch den Katalysator entstandenen Sauerstoffs abgibt Auf dieser Seite kann aber auch, je
nach Verfahren, der gesamte entstandene Sauerstoff abgegeben werden.
Zweckmäßig ist es, daß man die Wasserstoffperoxid-Lösung mit Hilfe ihres eigenen statischen Druckes
durch den porösen Formkörper leitet Auf diese Weise entfallen Aggregate wie Pumpen oder ähnliches. Wenn
die statische Höhe jedoch nicht ausreichend sein sollte, '5
kann diese in bekannter Weise durch Unterdrucksetzung des Vorratsbehälters, beispielsweise durch Gasdruck
erhöht werden.
Ein weiteres, bevorzugtes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man die Wasserstoffperoxid-Lösung in
einen Behälter gibt, wobei man diesen Behälter mit dem porösen Formkörper verschließt und in das wäßrige
System mit dem porösen Formkörper nach unten mindestens über den gesamten porösen Formkörper
hinweg eintaucht, und daß man ferner durch den im Behälter entstandenen Sauerstoffüberdruck die Wasserstoffperoxid-Lösung
durch den porösen Formkörper hindurchleitet. Dabei wird wiederum Sauerstoff abgespalten,
welcher zum größten Teil der mit Sauerstoff anzureichernden Flüssigkeit zugeführt wird.
Auf diese Weise ist ein Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von wäßrigen Systemen geschaffen, welches,
wenn es erst einmal in Gang gesetzt ist, und solange Wasserstoffperoxid-Lösung im Behälter vorhanden ist,
ohne äußeren Einfluß ständig und besonders zuverlässig genügend Sauerstoff zur Verfügung stellt. Die Menge
der Sauerstoffzuführung kann über die Größe des porösen Formkörpers und über die Konzentration der
Wasserstoffperoxid-Lösung gesteuert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man günstigerweise eine etwa 0,1- bis 5°/oige Wasserstoffperoxid-Lösung,
als Katalysator Rutheniumoxid bzw. -hydroxid.
Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß
ein eine Wasserstoffperoxid-Lösung enthaltender Vorratsbehälter mit einem porösen, den Katalysator
enthaltenden Formkörper verschlossen ist und dieser Vorratsbehälter mit dem porösen Formkörper nach
unten in dem wäßrigen System mindestens mit dem '"
gesamten porösen Formkörper eintauchtend angeordnet ist. Mit dieser Vorrichtung ist ein aus sich selbst
arbeitendes System geschaffen, welches ohne Einwirkung von außen so lange zuverlässig Sauerstoff abgibt,
solange Wasserstoffperoxid-Lösung im Vorratsbehälter vorhanden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung besteht der poröse, den Katalysator
enthaltende Formkörper aus einer Röhre mit mindestens einem durchgehenden Hohlraum, wobei das eine b0
Ende der Röhre dicht verschlossen und das andere Ende mit einer Leitung bzw. mit dem Vorratsbehälter dicht
verbunden ist.
Ein Innendurchmesser von mindestens 0,5 mm des durchgehenden Hohlraumes der Röhre hat sich als b5
zweckmäßig erwiesen. Außerdem ist es günstig, diese Röhre aus porösem Polypropylen, MgO. AhOj oder Ton
herzustellen. Der poröse Formkörper kann aber auch aus jedem anderen Stoff hergestellt sein, soweit sich in
ihm ein Katalysator einlagern läßt Alle diese Formkörper lassen sich erfindungsgemäß bei dem Verfahren zur
Sauerstoffanreicherung von Flüssigkeiten verwenden.
Bevorzugte Verwendungsgebiete des Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind
die Sauerstoffversorgung von Aquarien und von Wasser bei der Wasseraufbereitung.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Beispielen
näher erläutert werden.
Drei zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen werden anhand der mit Fig. 1, 2 und 3
bezeichneten Zeichnungen erläutert
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung
von Flüssigkeiten besteht aus einem porösen, als Katalysator Rutheniumoxid enthaltenden
Formkörper 1, welcher in die mit Sauerstoff zu versorgende Flüssigkeit ganz eingetaucht ist. Der
poröse Formkörper 1 ist über eine Leitung 3 mit einer Dosierpumpe 4 verbunden, deren Saugseite über eine
Leitung 5 mit einem Vorratsbehälter 6 verbunden ist. In dem Vorratsbehälter 6 ist eine 2°/oige Wasserstoffperoxid-Lösung
7. Bei dem porösen Formkörper handelt es sich um einen porösen Polypropylen-Schlauch mit einer
Länge von 3 bis 5 cm, einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Außendurchmesser von 9 mm.
Mit dieser Vorrichtung konnte ein Aquarium ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden, indem die
Pumpe 4 die Wasserstoffperoxid-Lösung durch den Formkörper 1 hindurchpumpte. Die zu fördernde
Menge an Wasserstoffperoxid-Lösung hängt von der benötigten Sauerstoffmenge im Aquarium ab und kann
über die Dosierpumpe 4 konstant zugegeben werden. Der Vorratsbehälter kann problemlos während des
Betriebes mit Wasserstoffperoxid-Lösung nachgefüllt werden.
Die Menge an zuzuführendem Sauerstoff läßt sich einmal über die Konzentration an Wasserstoffperoxid,
zum anderen über die Fördermenge der Dosierpumpe einstellen.
Die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung besteht aus
einem porösen, als Katalysator Rutheniumhydroxid enthaltenden Formkörper 1 in Form eines Röhrchens
mit einem Hohlraum von 3 mm, wobei dessen Enden zum einen mit einer Entlüftung 9, zum anderen über eine
Leitung 3 und eine bewegliche Leitung 8 mit einem in der Höhe H verstellbaren Vorratsbehälter β verbunden
sind. Der poröse Formkörper 1 ist vollständig in die mit Sauerstoff zu versorgende Flüssigkeit eingetaucht. Im
Vorratsbehälter befindet sich eine Wasserstoffperoxidlösung mit einer Konzentration von 5%. Durch die
Einstellung der Höhe bzw. auch durch die Veränderung der Wasserstoffperoxidkonzentration läßi sich die
Menge an abzugebendem Sauerstoff einstellen. Um das System in Gang zu setzen, muß über die Entlüfung 9
entlüftet werden. Wird der Vorratsbehälter 6 immer rechtzeitig gefüllt, kann das System in ständigem
Betrieb gehalten werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer durchsichtigen Glasflasche 6 als Vorratsbehälter,
welche als Sauerstoff abspaltende Flüssigkeit Wasserstoffperoxid enthält. Mit der öffnung der Glas-Vorratsflasche
ist ein poröser, als Katalysator Rutheniumhydroxid enthaltender Formkörper, der aus porösem
Polypropylenschlauch mit einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Außendurchmesser von 5 mm besteht,
wobei ein Ende des Schlauches dicht verschweißt ist, dicht verbunden.
Die Vorratsflasche wird nun mit dem vorher zur besseren Wasserbenetzung mit Äthanol befeuchteten
Polypropylenschlauch nach unten in die Sauerstoff versorgende Flüssigkeit eingetaucht. Sobald die Vorratsflasche
eingetaucht ist, setzt die Sauerstoffentwicklung ein. Dies kann man daran erkennen, daß in der
Vorratsflasche Blasen aufsteigen. Dadurch entsteht in der Vorratsflasche ein Überdruck. Bei der in F i g. 3
beschriebenen Vorratsflasche wurde ein Druck gemessen, der 0,3 bar höher war als der Druck in der sie
umgebenden Atmosphäre. Dabei setzt auch bereits die Sauerstoffabgabe an die den Polypropylenschlauch
umgebende Flüssigkeit ein.
Die Befeuchtung des Polypropylenschlauches geschieht zweckmäßigerweise mit Äthanol bzw. Aceton
und anschließendem Wässern. Der Polypropylenschlauch ist praktisch unbegrenzt haltbar.
In der Regel wird die Größe der Vorratsflasche so gewählt, daß sie alle 2 bis 4 Wochen neu gefüllt wird.
In Tabelle I und II ist aufgeführt, wieviel Sauerstoff
hierbei an die mit Sauerstoff anzureichernde Flüssigkeit in Abhängigkeit des Vorrats an Wasserstoffperoxid
abgegeben wurde.
| Konzentration an HlO2 |
Vorratsmenge | Sauerstoffabgabe |
| % | ml | ml O2/h |
| 3 2,2 2 |
140 60 35 |
48 26 20 |
| Tabelle II | ||
| Konzentration an H2O2 |
Vorratsmenge | Sauerstoffabgabe |
| % | ml | ml O2 /h |
| 1 | 140 | 15 |
| 0,7 | 85 | 9 |
| 0,4 | 35 | 3 |
Aus diesen Tabellen 1 und Il ist ersichtlich, daß die Wasserstoffperoxid-Konzentration der in der Vorratsflasche
befindlichen Lösung bei kleiner werdender Vorratsmenge abnimmt. Die in die Vorratsflasche
einzufüllende Wasserstoffperoxidlösung muß also die Konzentration aufweisen, die auch dann, wenn die
Vorratsmenge zur Neige geht, noch eine genügend große Menge an Sauerstoff abgeben kann.
Bei Einsatz einer Vorrichtung gemäß F i g. 3 konnten
Aquarien verschiedener Größe mit genügend Sauerstoff versorgt werden. Es spielte dabei keine Rolle, ob in
dem Aquarium Meerwasser oder Süßwasser enthalten war. Gleichzeitig wurde bei dem Einsatz dieser
Vorrichtung in Aquarien festgestellt, daß die Kohlendioxidkonzentration im Aquarium in einer Weise anstieg,
daß ein gesundes und üppiges Pflanzenwachstum zu beobachten war.
Claims (5)
1. Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von wäßrigen Systemen durch Abspalten von Sauerstoff
aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung mit Hilfe eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet,
daß man durch einen porösen Formkörper, in dessen Poren der Katalysator in an sich bekannter Weise
eingelagert ist, die Wasserstoffperoxid-Lösung zur Sauerstoffabspaltung hindurchleitet, wobei man die ι ο
stärker Sauerstoff abgebende Seite des porösen Fonnkörpers mit dem wäßrigen System in Kontakt
bringt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wasserstoffperoxid-Lösung
mit Hilfe ihres eigenen statischen Druckes durch den porösen Formkörper leitet
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wasserstoffperoxid-Lösung in
einen Behälter gibt, wobei man diesen Behälter mit dem porösen Formkörper verschließt und in das
wäßrige System mit dem porösen Formkörper nach unten mindestens über den gesamten porösen
Formkörper hinweg eintaucht, und daß man ferner durch den im Behälter entstandenen Sauerstoff-Überdruck
die Wasserstoffperoxid-Lösung durch den porösen Formkörper hindurchleitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine etwa 0,1- bis 5%ige
Wasserstoffperoxid-Lösung verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß man als Katalysator Rutheniumoxid
verwendet.
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