DE3925693A1

DE3925693A1 - Adsorptionsfilter

Info

Publication number: DE3925693A1
Application number: DE19893925693
Authority: DE
Inventors: Ernest De Dr Ruiter; Hasso Von Bluecher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1991-02-07

Description

Adsorptionsfilter zur Entfernung von Schadstoffen aus der Luft spielen mit steigendem Umweltbewußtsein bzw. Erkennen der mit der Luftverschmutzung verbundenen Gefahren eine immer größer werdende Rolle. Die klassischen Adsorptionsfilter sind meist Schüttfilter, die überwiegend Aktivkohle beinhalten. Daneben stoßen Filter, bei denen Adsorberteilchen an einer Matrix haften, auf vermehrtes Interesse, weil ihr Luftwiderstand um ca. eine Größenordnung geringer ist.

Aus dem EP 01 00 107 sind Adsorptionsfilter bekannt, bei denen ein offen- und großporiger PU-Schaumstoff mit einem Kleber beaufschlagt und anschließend mit Adsorberkügelchen bestreut wird. Das deutsche Patent 37 19 418.6 beschreibt eine Variante, bei der ein derartiger Schaumstoff zuerst mit großen Adsorberkügelchen bestreut wird und anschließend, nach Entfernung des Überschusses, die dazwischen noch vorhandenen freien Wandflächen mit wesentlich kleineren Kügelchen abgedeckt werden. Wegen der zur Verfügung stehenden großen äußeren Oberfläche der Adsorber - hier beginnt die Adsorption - hatte man sich eine bessere Filterleistung erhofft. Voraussetzung war allerdings, daß die kleineren Kügelchen das Adsorbat an die größeren wieder abgegeben.

Leider hat es sich herausgestellt, daß der vorgeschlagene Filter unter Umständen sogar schlechter funktioniert als die bereits bekannten Ausführungen. Der Grund ist folgender: Unter Adsorptionsbedingungen findet so gut wie kein Austausch zwischen kleinen und großen Adsorberkügelchen statt. Wegen der sehr geringen Kapazität sind die kleinen Kügelchen sehr schnell gesättigt und tragen nicht mehr zur Adsorption bei. Sie können jedoch den freien Zugang zu den größeren Kugeln im Basisbereich stören.

Es wurde nun gefunden, daß insbesondere bei schwankender Belastung des Filters die Filterleistung verbessert werden kann, wenn zuerst große Adsorberteilchen bzw. Adsorberkügelchen, die die zu adsorbierenden Stoffe sehr stark festhalten, aufgebracht werden und anschließend die noch freien Stellen zwischen den großen Teilchen mit kleinen Teilchen belegt werden, die das Adsorber weniger stark binden. Wenn die Gleichgewichtskonzentrationen in der Dampfphase für die kleineren Teilchen bedeutend höher sind als für die größeren Teilchen, ist eine Wanderung des Adsorbats von kleineren nach größeren Teilchen möglich. Bei der Adsorption spielen die Van der Waal'schen-Kräfte zwischen Porenwand und Adsorbat die Hauptrolle. Diese Kräfte sind bei gleicher Molekülmasse am stärksten, wenn die Poren, in denen die Adsorption stattfindet, nur wenig größer als die zu adsorbierenden Moleküle sind. Der Porendurchmesser ist somit ein gutes Mittel, um die Adsorptionskräfte zu steuern. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, ist es deshalb am einfachsten, für die großen Adsorberkügelchen Adsorbentien mit kleinen Mikroporen und für die kleinen Adsorberkügelchen solche mit relativ großen Mikroporen zu wählen. Sofern es nicht erforderlich ist, hochabriebfeste kugelförmige Adsorber zu wählen, können Kornkohlen zur Anwendung kommen. Die erforderlichen Unterschiede im Durchmesser der Mikroporen können durch unterschiedliche Ausgangsprodukte (Kokosnußschalen, Buchenholz, Steinkohle usw.), aber auch unterschiedliche thermische Behandlungen (Carbonisierungs- und Aktivierungstemperatur, Dauer, Aktivierungsmethode usw.) erhalten werden. Des weiteren gibt es zwei Arten von hochabriebfesten kugelförmigen Adsorbern: die einen auf Pechbasis, die anderen auf Basis von Styrol/Divinylkopolymere, wie sie zur Herstellung von Ionenaustauschern dienen. Besonders für letztere können durch besondere thermische Nachbehandlungen und insbesondere durch unterschiedliche Verhältnisse der Kopolymere sehr unterschiedliche Porenstrukturen geschaffen werden. Schließlich können die großen und kleinen Adsorber völlig unterschiedliche Materialien (wie z. B. Aktivkohle und hydrophobe Molekularsiebe) sein, besondere Imprägnierungen haben usw.

Die erforderliche Porenstruktur ist von den adsorbierenden Substanzen abhängig. Größere Moleküle, insbesondere wenn man sie zwecks Regenerieren des Filters auch wieder desorbieren möchte, verlangen größere Mikroporen als z. B. flüchtige Substanzen. Hier gelten die üblichen, dem Fachmann bekannten Richtlinien. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch nötig, daß die zwischen den größeren Adsorberteilchen eingelagerten kleinen Adsorberteilchen größere Mikroporendurchmesser aufweisen. Es hat sich herausgestellt, daß letztere um mindestens 50% größer als jene der größeren Teilchen sein sollen. Hier stehen dem Fachmann eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung.

Beispiel

(1) Ein offenporiger, retikulierter PU-Schaum mit 2-3 mm großen Poren wurde mit einem Klebersystem auf Acrylatbasis beaufschlagt und mit kugelförmigen Adsorbern auf Pechbasis (innere Oberfläche 1100 m²/g, Mikroporendurchmesser 10 Å) mit Durchmesser 0,4 bis 0,7 mm beladen:

Schaum|60 g/l

Kleber 15 g/l

Adsorber 150 g/l

Mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 m/sec wurde CCl₄ beinhaltete Luft (5 g/m³) über eine 18 cm dicke Filterschicht geleitet. Die Beladung mit CCl₄ dauerte 10 min, dann wurde 10 min ausgesetzt, dann folgte eine Beladung von 10 min und wieder eine Pause von 10 min usw. Der Abscheidungseffekt betrug 99,9% während mindestens 6 Zyklen.
(2) Der gleiche PU-Schaum wurde mit Kleber beaufschlagt wie in (1) und nach Beladen mit den gleichen Adsorberkügelchen (Durchmesser 0,4-0,7 mm) und Entfernung des Überschusses nochmals mit kleinen Adsorberteilchen von ca. 0,05 mm und einem Mikroporendurchmesser von ebenfalls 10 Å bestreut.
Die Kohlemenge hat sich dabei gegenüber (1) nicht nennenswert erhöht. Der Abscheidungseffekt betrug anfangs 99,95%, fiel aber nach 10 Minuten auf 99,7%.
(3) Der Versuch (2) wurde wiederholt, jedoch kam bei der zweiten Beladung (kleine Adsorberteilchen) eine großporige Aktivkohle (Mikroporendurchmesser ca. 18 Å) zur Anwendung. Der Abscheidungseffekt erreichte 99,95% und blieb konstant während der darauffolgenden Zyklen.

Claims

1. Filtermaterial, bei welchem auf einer Matrix mittels einer Haftschicht Adsorberteilchen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen größeren Adsorberteilchen kleinere Adsorberteilchen mit geringerer Adsorptionskraft befinden.

2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein offenporiger, retikulierter PU-Schaum ist und die Porendurchmesser 1 bis 3 mm betragen.

3. Filtermaterial nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Adsorbertypen kugelförmig ist.

4. Filtermaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Adsorberteilchen Durchmesser von 0,4 bis 1 mm aufweisen und die kleineren Adsorberteilchen jeweils mindestens 5mal, bevorzugterweise mindestens 10mal, kleiner sind.

5. Filtermaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber wenigstens teilweise auf Pechbasis sind.

6. Filtermaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber wenigstens teilweise auf Basis von Kopolymeren aus Styrol und Divinylbenzol sind.

7. Filtermaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber wenigstens teilweise hydrophobe Molekularsiebe sind.

8. Filtermaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber wenigstens teilweise imprägniert sind.