DE4343358A1

DE4343358A1 - Aktivkohle enthaltende poröse Körper

Info

Publication number: DE4343358A1
Application number: DE19934343358
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1993-12-18
Publication date: 1995-06-22

Description

Aus Gründen des Umweltschutzes, aber auch um flüchtige Produkte, z. B. Löse mittel aus Gas- bzw. Luftströmen, wiederzugewinnen, werden vermehrt Adsorp tionsverfahren eingesetzt, wobei Adsorbentien wie Aktivkohle, Molekularsiebe, Aluminiumoxide, Silicagel, usw. zur Anwendung kommen. Die klassische Form der Filteranlagen ist die Schüttung (Schüttfilter), wobei jedoch immer ein Kom promiß hinsichtlich der Teilchengröße getroffen werden muß: Kleine Teilchen führen zu einem hohen Druckverlust, weisen aber eine gute Kinetik und hohe Nutzungsgrade auf, während große Teilchen zwar einen wesentlich geringeren Druckverlust verursachen, die Adsorptionskinetik und der Nutzungsgrad jedoch schlechter sind.

Um diese gegenläufigen Effekte zu entkoppeln, wurden kleine Teilchen an einer großporigen, dreidimensionalen Matrix fixiert: Die Kinetik ist gut wegen der klei nen Adsorberteilchen, der Druckverlust ist gering wegen der weitmaschigen Ma trix (EP 340542). Eine bevorzugte Form ist ein großporiger, retikulierter PU- Schaum, an dessen Stegen mit Hilfe eines Klebers kugelförmige Aktivkohle (0,2-0,8, ausnahmsweise bis zu 2 mm Durchmesser) angebracht ist.

Bei Verfahren, in denen in regelmäßiger Folge adsorbiert und desorbiert wird, sind Trägerstruktur und Kleber oft Schwachpunkte, weil die thermische Bela stung, insbesondere in Gegenwart aggressiver Lösemittel, zu einer Schädigung führen kann. Thermisch hochbelastbare Filter können hergestellt werden, indem man aus geeigneten Streifen (beispielsweise Mineralfasergewebe) einen Wickel bildet, wobei während des Aufwickelns Adsorbentien wie Molekularsiebe und Abstandshalter zwischen die Lagen eingestreut werden. Derartige Filter können aber nur in Form eines Rades hergestellt werden.

Es war Ziel der vorliegenden Erfindung thermisch stabile Filterelemente zu schaffen, die in den unterschiedlichsten Formen hergestellt werden können. Es ist bekannt, daß "Aktivkohleperlen" dadurch hergestellt werden können, daß eine fein vermahlene Aktivkohle enthaltende eingedickte Silikatlösung in ein Fällbad eingetropft wird. Man erhält nach Waschen und Trocknen Kügelchen mit 20-40% Aktivkohle, die in eine SiO₂-Matrix eingebaut ist. Die Matrix ist hochporös, so daß die Aktivkohle sehr zugänglich ist. Es wurde nun gefunden, daß bei geeigneter Konzentrationserhöhung der Ausgangslösung, gegebenen falls nach Zugabe von Strukturbildnern oder Verdickern, es möglich ist, dünne Schichten aus SiO₂ mit eingebauter Aktivkohle herzustellen, wobei dem nach der Fällung und dem Waschvorgang insbesondere beim Trocknen auftretende Schrumpf Rechnung zu tragen ist. Für die Herstellung im Labor haben sich fla che, rechteckige Teflonschalen gut bewährt. Die so erhaltenen Filter-Platten von 1-2 mm Dicke werden zu Paketen geschichtet, wobei über Abstandshalter ein Zwischenraum von 1-2 mm sichergestellt ist. Ein solches Paket zeigt Fig. 1. Die Seiten A und B werden abgedichtet. Der Paketfilter wird in Richtung C → D durchströmt. Die Strömungsgeschwindigkeit muß experimentell so festgelegt werden, daß die dynamische Querdiffusion zu einer praktisch vollständigen Ad sorption führt. Einflußgrößen sind hauptsächlich die Plattengröße und der Plat tenabstand. Allerdings ist dieser Weg wegen des dem Verfahren eigenen hohen Schrumpfes sehr schwierig. Ein weitaus einfacherer Weg besteht darin, daß man von den bereits erwähnten Aktivkohleperlen ausgeht und diese mit Hilfe einer Aktivkohle enthaltenden Silikatlösung zu Platten oder Agglomeraten ver bindet. Die Verwendung von bereits fertigen, nicht mehr schrumpfenden Aktiv kohleperlen bietet die Möglichkeit, Körper herzustellen, die bei der Trocknung nicht mehr schrumpfen, was natürlich ein sehr wesentlicher Vorteil ist. Praktisch wird man eine Form mit Kugeln füllen, dann die Hohlräume mit der Silikat/Aktiv kohle-Lösung füllen, fällen und trocknen. Dabei vereinfacht eine Form aus fein maschigem PE-Geflecht die Fällung. Der bei der Trocknung auftretende Schrumpf hat zur Folge, daß nur Stege zwischen den Kugeln übrig bleiben, wo bei diese Stege aus dem gleichen Material wie die Kugeln sind. Die höchstmög liche Grobporosität erhält man, wenn man den Überschuß der Silikat/Aktivkoh le-Lösung abtropfen läßt. Selbstverständlich können auf diese Art auch Kügel chen bzw. Körner aus reiner Aktivkohle miteinander zu porösen Körpern mit ad sorptiven Eigenschaften verbunden werden. Agglomerate dieser Art können die unterschiedlichsten Formen haben und eignen sich hervorragend zur Herstel lung hochluftdurchlässiger, hochwirksamer Schüttungen. Die zu Platten oder Agglomeraten zusammengefügten Kügelchen oder Körner sollen aus Gründen der Diffusion eine Teilchengröße von 5 mm nicht überschreiten, die Agglomera te für Schüttungen können hingegen bis zu einigen cm groß sein.

Es wurde weiter gefunden, daß sich die erfindungsgemäßen Agglomerate sehr gut mit für die Chemosorption geeigneten Stoffen (Kaliumcarbonat, Phosphor säure, Jod/Jodid, usw.) imprägnieren lassen, wobei die hohe Porosität und Hy drophilie der Matrix sicher eine Rolle spielen. Grundsätzlich sind die aufgenom menen Mengen höher als bei reiner Aktivkohle und können bis zu 15% betra gen.

Beispiel 1

Eine PE-Schale mit durchlöchertem Boden wurde mit Aktivkohleperlen (KC- Trockenperlen AK 20 der Solvay Catalysts GmbH) mit einem Perlendurchmes ser von 2-3 mm gefüllt. Bettiefe ca. 8 mm. Anschließend wurde diese Kugel packung mit einer etwa 28%-igen Wasserglaslösung (Molverhältnis SiO₂/NaO₂ 2,8) der fein vermahlene Aktivkohle (Pica 12/14) in einer Menge von 30% Gew. bezogen auf Trockensubstanz und ca. 12% Propylenkarbonat als Säurespen der zugegeben waren, benetzt. Der Überschuß konnte abtropfen, so daß nach Härtung und Trocknung eine Platte erhalten wurde, die aus Aktivkohleperlen, die über sehr kurze Verbindungsstege aus grundsätzlichen gleichem Material wie die Perlen bestand. Zehn solcher Platten wurden zu einem Filterpaket (ähn lich Fig. 1) zusammengebaut.

Beispiel 2

In ähnlicher Weise wurde statt einer Platte ein größerer Block hergestellt, der in Agglomerate mit unregelmäßigen Formen zerlegt wurde. Aus diesen Agglome raten wurde eine Schüttung hergestellt, die im Vergleich zu einer herkömmli chen Aktivkohle-Schüttung mit zylindrischen Teilchen von 5 mm Durchmesser bei gleicher Leistung eine elfmal geringeren Druckabfall aufwies.

Claims

1. Poröse Platten oder Körper mit adsorbierenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß Aktivkohlekörner, Aktivkohlekügelchen bzw. Aktiv kohle enthaltende Körner oder Kügelchen mit Hilfe einer Silikatlösung an einander zum Haften gebracht werden, anschließend die Silikatbrücken in Silicagelbrücken umgewandelt und die Körper getrocknet werden.

2. Poröse Platten oder Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung der Brücken verwendete Silikatlösung fein ver mahlene Aktivkohle in einer Menge von 10-50% bezogen auf Trocken substanz enthält und diese Kohle bei der Fällung der Kieselsäure in eine poröse SiO₂-Matrix eingebaut wird.

3. Poröse Platten oder Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aktivkohlekügelchen karbonisierte und aktivierte Pech kügelchen bzw. karbonisierte und aktivierte Ionenaustauscher sind und einen Durchmesser von 0,2-2,0 mm haben.

4. Poröse Platten oder Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aktivkohle enthaltenden Kügelchen aus einer SiO₂- Matrix bestehen, die 10-50% fein vermahlene Aktivkohle enthält und die Kügelchen einen Durchmesser von 0,2-5 mm haben.

5. Adsorptionsfilter, die aus parallel angeordneten Platten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bestehen und die zu reinigen den Gase zwischen bzw. an den Platten vorbeiströmen.

6. Adsorptionsfilter, die aus einer oder mehreren Platten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bestehen und die zu reinigen den Gase durch die Platten hindurchströmen.

7. Adsorptionsfilter, die aus einer Schüttung aus Agglomeraten (Körper) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bestehen.