DE3735729A1 - Verfahren zum herstellen eines aktivkohlefilters und nach dem verfahren hergestelltes aktivkohlefilter - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines aktivkohlefilters und nach dem verfahren hergestelltes aktivkohlefilter

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aktivkohlefilters, bei dem ein mindestens teil­ weise offenporiger Schaumstoffkörper zur Beladung mit Aktivkohle mit einer Aktivkohlepartikel und Bindemit­ tel enthaltenden Suspension getränkt und anschließend getrocknet wird, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Aktivkohlefilter.
Das Ausgangsmaterial eines Aktivkohlefilters bildet ein retikulierter Schaumstoff auf der Basis eines schäumbaren Polymers. Da ein Aktivkohlefilter eine möglichst große Menge an Aktivkohle beinhalten soll, ist es erstrebenswert, die innere Oberfläche des Trä­ gerschaumes möglichst groß zu gestalten. Zu diesem Zwecke wird beim Herstellungsverfahren zum einen da­ für gesorgt, daß die Poren des Trägerschaumes geöff­ net sind und zum anderen wird die Anzahl dieser Poren geeignet gewählt. Je mehr Poren der Trägerschaum pro Volumeneinheit aufweist, um so größer ist seine innere Oberfläche und um so mehr Aktivkohle-Suspen­ sion ist auf dieser Oberfläche anlagerbar. Es ist da­ her aus diesem Grund an sich erwünscht, bei der Her­ stellung eines Aktivkohlefilters von einer möglichst großen Porendichte auszugehen, die üblicherweise in Poren pro Inch, ppi, gemessen wird. Allerdings nimmt die Durchdringung des Trägerschaumes mit Aktivkoh­ le-Suspension bei einer Porendichte über 30 ppi auf­ grund der zu starken Verästelung und der Verringerung der Porengröße des Trägerschaumes ab, so daß die relativ große innere Oberfläche dann aus diesem Grund nicht mehr zufriedenstellend beschichtet wird. Im Gegensatz dazu ist die Durchdringung bei der Wahl großer Poren, d. h. einer kleinen Porendichte, größer, während die zu beschichtende Oberfläche des Trägerschaumes zur Aufnahme von Aktivkohle doch rela­ tiv klein wäre. Diese Zusammenhänge machen deutlich, daß es in aller Regel ein Optimum der Porendichte für die Verwirklichung eines Aktivkohlefilters mit maxi­ malem Aktivkohlegehalt gibt. In der Praxis hat sich das Intervall zwischen 10 und 25 ppi als günstigster Arbeitsbereich erwiesen. Eine nennenswerte Steigerung der Aktivkohlebeladung bzw. des Aktivkohle-Füllgrades durch Steigerung der Porendichte über dieses Inter­ vall hinaus ist nicht möglich, weil dann die Aktiv­ kohle-Suspension nicht mehr in den Trägerschaum aus­ reichend eindringen kann.
Über die Herstellung des Aktivkohlefilters hinaus wirkt sich die Wahl der Porendichte auch auf die spä­ tere Verwendungsmöglichkeit des Aktivkohlefilters aus. Je mehr Poren der Filter hat, um so dichter ist seine Struktur und um so höher sein Strömungswider­ stand. Der damit zusammenhängende Luftdurchsatz kann für die Einsatzgrenzen des Filters betimmend sein.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aktivkoh­ lefilters bekannt, bei dessen erstem Verfahrens­ schritt der Trägerschaum geeignet gewählter Poren­ dichte mit einer Suspension aus Kohle, Wasser und Bindemittel getränkt wird. Diese Suspension kann auch auf Schmelzkleberbasis oder auf flüssiger Kunststoff­ basis hergestellt sein. In einem weiteren Schritt wird der Trägerschaum getrocknet, so daß die gesamte Schaumoberfläche mit Aktivkohle beladen ist. Derartig hergestellte Aktivkohlefilter finden in der Zu- und Abluftreinigung, Schad- und Geruchsstoffadsorption sowie zum Filtern von Abgasen, z.B. auch in der Auto­ mobilindustrie vielseitige Verwendung.
Nachteilig bei den nach dem bisher bekannten Verfah­ ren hergestellten Aktivkohlefiltern ist es, daß sie aufgrund der oben geschilderten Zusammenhänge einen auf etwa 150 kg/cbm begrenzten Maximalwert an Aktiv­ kohle pro Volumen des Trägerschaumes, den sogenannten Aktivkohle-Füllgrad besitzen. Gerade aber die Menge an Aktivkohle in einem Filter bestimmt seine Adsorp­ tionsfähigkeit und damit seine Qualität und Einsatz­ dauer. Folglich ist es wünschenswert, eine größere Aktivkohlebeladung als bisher zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines Aktivkohlefilters so­ wie einen Aktivkohlefilter anzugeben, welches eine wesentliche Erhöhung des Aktivkohle-Füllgrades be­ sitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Schaumstoffkörper während oder nach der Beladung mit Aktivkohle unter Zufuhr von Wärme bleibend auf ein reduziertes Körpervolumen verpreßt wird.
Durch diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird es möglich, den auf der Begrenzung der Aufnahmefähig­ keit des Trägerschaumes für die Aktivkohle-Suspension beruhenden Grenzwert für den Aktivkohle-Füllgrad we­ sentlich zu erhöhen, indem das Volumen des beschich­ teten Trägerschaumes nachträglich verringert wird, während die durch den Tränkprozeß an der Schaumstoff­ oberfläche angelagerte Menge Aktivkohle in etwa gleich bleibt. Stand der Grenzwert bisher bei etwa 150 kg Aktivkohle-Suspension pro cbm Trägerschaum, so ist z. B. bei einer Verpressung des Schaumes auf die Hälfte seiner Dicke ein Wert von etwa 270 kg Aktiv­ kohle-Suspension pro cbm und bei stärkerer Zusammen­ pressung des Schaumstoffkörpers ein entsprechend größerer Füllgrad erreichbar. Die bei dem Verfahrens­ schritt zugeführte Wärme ist für die bleibende Ver­ pressung des Schaumstoffes erforderlich.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß die Struktur des Trägerschaumes durch das Ver­ pressen verdichtet und das Volumen des Schaumes ver­ ringert wird, ohne die auf den Porenoberflächen ange­ lagerte Aktivkohleschicht zu zerstören. Durch die Reduzierung des Schaumvolumens bei gleichbleibender Menge Aktivkohle wird die Porendichte nach der Beschichtung mit Aktivkohle, und damit der Aktiv­ kohle-Füllgrad erhöht. Die somit erreichte höhere Be­ ladung mit Aktivkohle erhöht die Adsorptionsfähigkeit des Filters, was sich auch darin äußert, daß der Aktivkohlefilter erst in größeren zeitlichen Abstän­ den ausgewechselt werden muß. Die mit der Verpressung einhergehende Erhöhung des Strömungswiderstandes des Filters ist in vielen Anwendungsfällen unerheblich.
Vorzugsweise wird der Schaumstoffkörper bei seiner Verpressung auf eine Temperatur von z. B. etwa 130 bis 250°C erwärmt. Weiterhin wird bevorzugt, daß der Schaumstoffkörper in eine gewünschte Form gepreßt wird. Diese Formverpressung eignet sich insbesondere dazu, die Form des Aktivkohlefilters an die Formge­ bung der vorgesehenen Einsatzorte, z.B. Abgas- oder Abluftkanäle anzupassen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schaumstoffkörpers vor der Einbringung der Aktivkohle im Quer­ schnitt,
Fig. 2 den Ausschnitt des Schaumstoffkörpers gemäß Fig. 1 nach dem Einbringen der Aktivkohle und nach dem Verpressen.
Ein zur Herstellung eines Aktivkohlefilters verwend­ barer Schaumstoffkörper 1, z. B. ein retikulierter Schaumstoffkörper, weist eine geeignete Anzahl von offenen Poren 2 pro Volumeneinheit auf. Somit stehen für einen Tränkprozeß zur Anlagerung von Aktivkohle die Innenseiten der Poren zur Verfügung. Je mehr die­ ser offenen Poren pro Körpervolumen des Trägerschau­ mes vorhanden sind, um so größer wird die zur Anlage­ rung der Aktivkohle zur Verfügung stehende innere Oberfläche des Schaumstoffkörpers. Gleichzeitig werden jedoch mit steigender Porenzahl die für die Durchdringung des Schaumstoffkörpers notwendigen Freiräume 5 immer kleiner, so daß die Aktiv­ kohle-Suspension ab einer bestimmten Porendichte (z. B. etwa 30 ppi) aufgrund ihrer Konsistenz und Parti­ kelstärke nicht mehr zufriedenstellend in alle Poren des Schaumstoffkörpers gelangen kann. Die zur Erhö­ hung der Aktivkohlebeladung theoretisch denkbare Ver­ größerung der inneren Oberfläche durch Steigerung der Porendichte ist somit praktisch nicht durchführbar.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Ausschnitt des Schaumstoffkörpers nach der Anlagerung der Aktiv­ kohle-Suspension und nach der Verpressung. Deutlich erkennbar ist die durch die Verpressung verursachte Verkleinerung der Poren 2 sowie die Verkleinerung des zwischen den Poren befindlichen Schaumstoffmaterials. An die Oberflächen 4 der Poren 2 hat sich eine Schicht 3 der Aktivkohle-Suspension vor der Reduzie­ rung des Schaumstoffkörper-Volumens angelagert. Durch die Verpressung gleichzeitig mit bzw. nach dem Trocknen der Aktivkohle-Suspension wird also eine relative Erhöhung der Aktivkohlebeladung erreicht,; die Porendichte wird durch die Verpressung ent­ sprechend vergrößert.
Die Aktivkohle kann in Form von Pulverpartikeln, ge­ preßten Stäbchen oder Perlen in der Suspension ent­ halten und an den Wänden 4 des Schaumstoffmaterials angelagert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines Aktivkohlefilters, bei dem ein mindestens teilweise offenporiger Schaum­ stoffkörper zur Beladung mit Aktivkohle mit einer Aktivkohlepartikel und Bindemittel enthaltenden Sus­ pension getränkt und anschließend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper während oder nach der Beladung mit Aktivkohle unter Zufuhr von Wärme bleibend auf ein reduziertes Körper­ volumen verpreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper bei seiner Verpressung auf eine Temperatur von etwa 130 bis 250°C erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper in eine gewünschte Form gepreßt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlepartikel der Suspension als Pulver, Perlen oder Stäbchen bei­ gemengt sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff aus Poly­ urethan, Polyester, Polyäther, Polyäthylen oder PVC besteht.
6. Aktivkohlefilter, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
7. Aktivkohlefilter, bestehend aus einem retikulier­ ten Schaumstoffkörper und einer Aktivkohlepartikel enthaltenden Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Schaum­ stoffkörper (1) auf ein reduziertes Körpervolumen bleibend verpreßt ist.
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