DE60107122T2

DE60107122T2 - Veränderung der Wasserfreundlichkeit und-feindlichkeit der natürlichen organischen Stoffe durch den Vorgang des oxydativen thermochemischen Dörrens

Info

Publication number: DE60107122T2
Application number: DE2001607122
Authority: DE
Inventors: Zhi-Wei Coquitlam Liang; Wen-Xi Coquitlam Liang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: CA2451444A1; US7544635B2; AU2001275621B2; WO2003008120A2; WO2003008120A3; EP1409130B1; US20040167019A1; CN1262347C; EP1409130A2; CA2451444C; JP2004534653A; CN1529632A; DE60107122D1

Description

Erfindungsbereich
Bei dieser Erfindung handelt es sich um den Vorgang des oxydativen thermochemischen Dörrens (Künftig VOTD genannt). Bei diesem Trocknungsvorgang wird eine neue Art von natürlichen wasser-abweisenden ölfreundlichen Materialien und Aufsaugstoffen, sowie eine neue Art von natürlichen wasser- und ölfreundlichen Materialien und Aufsaugstoffen geschaffen. Die für diesen Vorgang verwendeten Stoffe sind allerlei biologische Substanzen, Humus, Mineralstoffe und ihre Abkömmlinge. Die Produkte dieses Vorgangs besitzen eine niedrige oder hohe Affinität zu Wasser und eine hohe Affinität zu Öl, Kohlenwasserstoffen, Ionen der schadhaften Metalle, radioaktiven Substanzen, Verschmutzungen, giftigen Substanzen u.a. in flüssigem, gasförmigen und festem Zustand.
Hintergrund der Erfindung.
Die Absorptionstechnik hat sich als die beste Methode für die Reinigung von Wasserverschmutzung erwiesen. Die Technik ist einfach, leicht zu handhaben, zeigt eine schnelle Wirkung und ist unempfindlich gegenüber giftigen Substanzen. Wasserabstossende und ölanziehende Absorber sind sehr gefragt. Die Hauptanforderung an solche Absorptionsprodukte ist: hohe Auswahlfunktion, hohes Absorptionsvolumen, gute Schwimmfähigkeit und lange Lebensdauer. Die Mengen müssen tonnenweisen zu günstigen Preisen erhältlich sein. Sie sollten eine Stückgrösse, Form und Festigkeit für eine praktische Anwendung aufweisen. Im Hinblick auf die sich verschlimmernde Verschmutzung der Welt sind Wiederverwendbarkeit, Giftfreiheit, biologischer Abbau und Bioverträglichkeit wichtig.
In der Vergangenheit sind verschiedene Materialen bei der Absorption von Öl und Wasserkohlenstoff eingesetzt worden, wie Aktivkohle, synthetische Absorber, Mineralstoffabsorber, Oberflächenbeschichtungsabsorber, Torf u. m. Diese Mittel sind ziemlich teuer wegen der Rohstoffpreise, Herstellungkosten und Verpackungspreise, und sie finden deshalb in der Industrie nur eine begrenzte Anwendung. Andere Nachteile dieser Materialen sind: geringe Schwimmfähigkeit, oder sie sinken sogar im Wasser ab, einige weisen eine niedrige Ölabsorptionsfähigkeit auf, einige werden vom aufgenommenen Öl genauso klebrig wie das Öl selbst, einige funktionieren nicht unter vielen Umweltbedingunen, die man gewöhnlich vorfindet, z.B. niedrige Temperaturen, einige müssen mit Chemikalien verändert werden, die selbst umweltverschmutzend sind, einige sind giftig, einige weisen eine zu niedrige Dichte für die praktische Anwendung auf; nur eine beschränkte Rohstoffmenge ist verfügbar; und einige können nicht biologisch abgebaut werden.
Natürliche Pflanzen dienen seit langer Zeit zur Adsorption von Öl und Kohlenwasserstoffen. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie in grossen Mengen, preisgünstig und in verschiedenen Ausführungen als Granulate, Matten und Platten erhältlich sind und in entsprechenden Geräten in einem ununterbrochenen Arbeitsgang eingesetzt werden können, z.B. können unbehandeltes Sägemehl und Stroh, sowie Federn beim Beseitigen von Ölteppichen auf dem Wasser gebraucht werden. Aber solche natürlichen Stoffe nehmen zu schnell Wasser auf und sinken ab. Daher sind sie nicht geeignet für die Behandlung der Öle und Kohlenwasserstoffe auf dem Wasser.
Aufgrund des starken wirtschaftlichen Anreizes, natürliche Stoffe und biologische Abfälle als Rohstoffe für wasserabstossende Produkte und Absorber für den Umweltschutz einzusetzen, haben Wissenschaftler viele Versuche unternommen, um wasseranziehende biologische Stoffe in wasserabstossende und ölanziehende Absorber umzuwandeln.
Die Modifikationen konzentrieren sich hauptsächlich auf drei Bereiche: Oberflächenbeschichtung, chemische Reaktion und Erhitzung.
Beim Oberflächenbeschichtungsverfahren wird die wasserabstossende Oberfläche erzielt, wenn der Rohstoff mit einem wasserabstossenden Mittel oder Polymer modifiziert wird, wie z.B. amerikanisches Patent 4 519 918, amerikanisches Patent 4 925 343, amerikanisches Patent 5 021 390, amerikanisches Patent 5 492 881 und amerikanisches Patent 5 891 937. Aber durch Zusatzmittel werden nicht nur die Fertigungskosten erhöht, sondern die Umwelt auch verschmutzt.
Beim Verfahren der chemischen Reaktion geschieht die Modifikation des Rohstoffs durch Zusatz der chemischen Reagenzien, wie z.B. amerikanisches Patent 2 358 808, amerikanisches Patent 3 770 577, und amerikanisches Patent 4 605 640. Aber durch teure chemische Reagenzien werden nicht nur die Fertigungskosten erhöht, sondern die Umwelt auch verschmutzt.
Beim Erhitzungsverfahren wird der Rohstoff durch thermochemische Reaktion modifiziert. Durch Erhitzung entsteht wasserabstossender Stoff aus dem Rohstoff selbst. Die Fertigung ist einfach, kostengünstig, und ohne giftige Zusatzmittel. Frühere Erhitzungsmethoden der hölzernen Zellulose bestehen aus der Thermokondensation, Trocknung und Karbonisation bei verschiedenen Behandlungstemperaturen. Die Thermokondensation ist die thermochemische Degration der hölzernen Zellulose bei einer Temperatur zwischen 200~280°C, wie z.B. amerikanisches Patent 4 954 620. Beim Dörren wird die hölzerne Zellulose nur kurz einer Temperatur zwischen 270~300 °C in Verbindung von Luft und direkter Hitze ausgesetzt, um eine unvollständige Karbonisation zu erreichen, wie z.B. französisches Patent 839 732, französisches Patent 872 164, deutsches Patent 2 802 213 und europäisches Patent 0 073 714. Die Karbonisation erfolgt bei höheren Temperaturen, vorzugsweise bei 450°C, um den durch Zersetzung der hölzernen Stoffe entstandenen Teerstoff zu entfernen.
Gemäss dem amerikanischen Patent 4 553 978 (Yvan) wird der Holzanteil der Pflanzen durch Dörren in neutraler Atmosphäre bei einer Temperatur von 200~280°C umgewandelt, am besten zwischen 240~260°C für eine Dauer von 30 Minuten bis 5 Stunden.
Gemäss dem amerikanischen Patent 4 753 917 (Grenthe) wird ein wasserabstossender Adsorber erzeugt, indem zellulose Rohstoffe, die Wasser enthalten, wie z.B. ausrangierte Fasern von Subsulphat, schnell erhitzt werden, was ein Anschwellen der Fasern durch Verdampfung des Wasser verursacht, vorzugsweise erfolgt die Erhitzung der Luftströmung auf 500~700°F für einige Minuten. Nach dem raschen Erhitzen, was das Anschwellen der Fasern durch Verdampfung des Wasseranteils zur Folge hat, wird die Oberfläche mit Wachs dünn beschichtet.
Gemäss dem amerikanischen Patent 4 954 620 (Bourgeois) wird das thermokondensierte Holzzellulosematerial mit einem Hemizelluloseanteil von weniger als 2% und einem Wärmewert der ungefähr 20% grösser ist als der des Ausgangsmaterials durch isothermochemische Behandlung zwischen 220°C und 280°C für 30 Minuten mit Hilfe von sich kreuzenden Materialströmen und sauerstoffreien heissen Gasen erreicht.
Gemäss dem amerikanischen Patent 5 110 785 (Reed) wird Halb-Zellulose in einen wasserabstossenden ölähnlichen ölanziehenden Stoff umgewandelt. Unter der Pyrolyse bei einer Temperatur von 300360 °C werden Kieferholzsplitter im Rotationsofen für 10 Minuten behandelt. Luftumlauf und Atmosphäre werden bei diesem System nicht erwähnt.
Gemäss dem amerikanischen Patent 5 585 319 (Saitoh) wird hölzerne Zellulose im Rotationsofen bei einer Temperatur von 250~450°C für 5 bis 100 Minuten behandelt, wodurch ein ölanziehender Stoff erzeugt wird. Der Rotationsofen besitzt keinen Einlass für Luft, aber einen Abzug für das abgesäugerte Gas.
Gemäss dem japanischen Patent 62 050 393 A2 (Fumiaki) wird Kohle mit Inertgas bei einer Temperatur von 180~300°C erhitzt. In dem Inertgas ist Sauerstoff mit dem Volumen von mehr als 10%, ein heisses Gas mit wenigstens 10% Volumen Dampf, oder 100% Wasserdampf enthalten, um ein Verbrennen der Kohle und Explosion zu vermeiden. Durch die Erhitzung bei einer Temperatur von mehr als 180°C wird der Wasseranteil in der Kohle verringert und sauerstoffhaltige wasseranziehende Gruppen, wie eine Phenolgruppe und eine Hydroxylgruppe, in der Kohle thermochemisch zersetzt und ausgeschieden, wodurch die Kohle wasserabweisend und der Wasseranteil verringert wird.
Gemäss dem japanischen Patent 11 009 992A2 (Tsutomu) wird ein gasförmiger Adsorber aus Rückständen der mit siedendem Wasser extrahierten Kaffeebohnen erzeugt, wobei die Erhitzung in sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur von 300~450°C erfolgt.
Gemäss dem französischen Patent 953 004 und dem Schweizer Patent 228 877 wird der Rohstoff bei einer Temperatur von jeweils 250~350°C und 250~300°C gedörrt, ohne Genauigkeit bezüglich Gas, bei welcher der Vorgang ausgeführt wurden, woraus zu schliessen ist, dass die Atmosphäre unbedeutend ist, und dass der Vorgang bei normaler Atmosphäre geschieht.
Schlussfolgerung: gemäss den obenerwähnten Patenten wird der Rohstoff bei Hochtemperatur in Inertgas oder in Wasserdampf für kurze Zeit erhitzt. Unter Umständen kann Luft als gasförmiges Medium dienen, weil Luft sehr leicht verfügbar ist. In diesem Fall dient Luft nicht der Oxydation.
In der Industrie werden Oxydation und Ozonisation häufig angewandt, wie zum Bleichen des Pulps bei der Papierherstellung und zur Okulationspolymerisation. Die Reaktion erfolgt im allgemeinen mit einem hochkonzentrierten Oxydator im flüssigen Zustand bei niedriger Temperatur. Das Produkt ist üblicherweise wasseranziehend. In dem amerikanischen Patent 4 459 174 (Papageorges) wird der Vorgang des Entholzens und Bleichens folgendermassen dargestellt: Die chemischen und halbchemischen Zellulosemassen werden in einem alkalischen Medium bei einer Temperatur von 80~150°C, und danach mit Wasserstoffperoxid im alkalischen pH-Wert behandelt. In dem amerikanischen Patent 4 120 747 (Sarge, III) wird der Vorgang so dargestellt: Ein weicher wasseranziehender Adsorber wird erzeugt, wenn Hobelspäne durch chemische Wässerung entfasert und dann mit Ozon bei einer Temperatur von 44–55°C behandelt werden. In dem amerikanischen Patent 6 020 278 (Gatenholm) wird dargestellt, dass ein gemischter Faseradsorber, der hohe Affinität gegenüber Wasser hat, durch Okulationspolymerisation unter der Wirkung von Ozon bei einer Temperatur von 15~60°C für 90 Minuten erzeugt wird, vorzugsweise mit Dampf. Das amerikanische Patent 5 549 789 (Atalla) offenbart: Während der polyoxometalaten Entholzung oder Bleichung der Holzfasern oder Pulpe werden Lignin und Polysaccharidfragmente durch feuchte Oxydation in flüchtige organische Stoffe und Wasser aufgelöst. In dem amerikanischen Patent 5 346 549 (Johnson) wird erklärt: Schlacke, Papiermühlenabfälle und Hybride des Wassers werden mittels Oxydator und eletromagnetischer Energie wie z.B. Ultraviolettbestrahlung bei normaler Temperatur und ohne Dörrofen behandelt, um daraus Baustoffe zu produzierten. In dem Patent 88/09622 (Olson) wird dargelegt, dass die Zuckerrübe mit Oxydator wie z.B. Wasserstoffperoxid bei einer Temperatur von 30~60°C behandelt wird, um die Menge der Oxalsäure bzw. Subsulphat zu vermindern.
Einige Anstrengungen sind gemacht worden mittels Oxydation bei niedrigen Temperaturen wasserabstossende Oberflächen in wasseranziehende umzuwandeln. Wie in dem amerikanischen Patent 5 369 012 dargestellt, wird die wasserabweisende Oberfläche dem Atomsauerstoff oder den freien Radikalen der Hydroxylgruppen bei einer Temperatur von weniger als 100°C, am besten bei unter 40°C ausgesetzt, um die organische wasserabweisende Oberfläche in eine gleichmassige wasseranziehende Oberflächenschicht aus wasseranziehenden Hydroxylgruppen zu erreichen. Einige Erhitzungsversuche sind mit oder ohne Zusatz eines Vernetzungsmittels gemacht worden. Wie in dem amerikanischen Patent 5 137 537 (Herron) und U.S. Patent 5,873,979 (Naieni) dargestellt, wird Faser der Zellulose und C₂-C₉ Mehrhydroxylsäure-Vernetzungsmittel bei einer Temperatur von 120~280°C für 5 Sekunden bis 2 Stunden erhitzt, um den restlichen Wasseranteil zu entfernen und eine Vernetzungsaktion hervorzurufen, wodurch sich das wasseranziehende Adsorbens mit Faserlaktonbindung bildet. Das beste Vernetzungsmittel ist Zitronensäure. Gemäss U.S. Patent 5 709 774 (Naieni) werden Zellulosefasern bei einer Temperatur von 120~280°C mindestens für 5 Sekunden frei von Vernetzungsmitteln erhitzt und unter Normaldruck aufgequollen, um aufsaugende Materialien herzustellen.
Überblick der Erfindung
Wir haben herausgefunden, dass die Wasserabweisung und Ölanziehung mancher wasseranziehender Pflanzenstoffe mit trockener Wärmebehandlung bei mittler Temperatur und wirksamer Luftströmung verstärkt wird. Ausserdem haben wir festgestellt, dass die Wirkung der Wärmebehandlung durch Aktivsauerstoff wie z.B. Ozon erhöht wird, und dass die Produkte dadurch wasserfeindlicher und ölanziehender werden.
Das erste Ziel dieser Erfindung: Die Herstellung einer Reihe von neuen, kostengünstigen und schnell wirkenden Adsorbern für Öle und Kohlenwasserstoffe, die an verseuchten Orten installiert werden können. Die Adsorber können leicht angewandt, aufbereitet und nachbehandelt werden. Sie sollen eine gute Schwimmfähigkeit auf dem Wasser aufweisen, auch noch lange Zeit vor und nach Aufnahme von Ölen und Kohlenwasserstoffen. Ausserdem können sie Öl und Kohlenwasserstoffen von der Wasseroberfläche in erhöhtem Masse aufnehmen und festhalten bis das ölverseuchte Material entfernt wird.
Das zweite Ziel: Wirksame Adsorber zur Verfügung stellen, die trotz Kontakt mit Wasser und nach teilweiser Wassersaufnahme noch Öle und Kohlenwasserstoffe adsorbieren können.
Das dritte Ziel: Adsorber, die Öle und Kohlenwasserstoffe entweder in flüssigem, gasförmigem und festem Zustand, wie z.B. Zigarettenrauch und Fahrzeugabgase, sowie das Öl von verseuchter Erde und Stränden aufnehmen können.
Das vierte Ziel: Adsorber herstellen, die nicht nur Öle und Kohlenwasserstoffe, sondern auch toxische Metallione, radioaktive Stoffe und andere Verschmutzungen absorbieren können.
Das fünfte Ziel: Nicht nur Adsorber, sondern auch neue Produkte, die in anderen Bereichen angewandt werden können, herzustellen, wie Materialien für Isolierstoffe, Baustoffe, Füllstoffe, Verpackungen, Einweggeschirr, Materialien für den täglichen Gebrauch, Artikel für die persönliche Hygiene, Textilien, Stoffe für Matten und Bettunterlagen für Tiere, bodenverbessernde Materialien, Füllstoffe für Chromatographie der Bioaffinität, Träger der Medikamente, Lebensmittel usw.
Das sechste Ziel: Schaffung eines einfachen, kostengünstigen, umweltfreundlichen und wirksamen Verfahrens zur Herstellung von wasserfeindlichen und ölfreundlichen oder wasser- und ölfreundlichen Produkten und Adsorbern.
Das siebente Ziel: Natürliche wasserfreundliche Substanzen in wasserfeindliche ölfreundliche Produkte unterschiedlichen Grades der Wasserfeindlichkeit gemäss den Erfordernissen des Produktes umzuwandeln.
Das achte Ziel: Durch eine chemische Vorbehandlung der Rohstoffe werden einige Funktionsgruppen dem Endprodukt zugefügt.
Das neunte Ziel: Herstellung einer Reihe von neuen Kompositionen, die in Massen hergestellt werden können. Diese Kompositionen können in der Produktion von Einmalgebrauchsartikeln und Adsorbern, die sich nach Gebrauch wirtschaftlich und sicher wiederverwerter oder entsorgen lassen, Anwendung finden. Sie sind umweltfreundlich, sicher, stabil und biodegradierbar.
Das zehnte Ziel: Die leicht in grossen Mengen verfügbaren natürlichen Stoffe, wie z.B. Produkte von Ackerbau und Forstwirtschaft, Pflanzen, Tiere, Schalen der Krustentieren oder deren Abkömmlinge und deren Abfälle, können als Ganzes oder zum Teil als Rohstoffe dienen, mit denen wasserfeindliche und ölfreundliche Produkte oder wasser- und ölfreundliche Produkte und Adsorber produziert werden können.
Das elfte Ziel: Produkte und Adsorber können in unterschiedlicher physikalische Form, z.B. in Form von Pulver, Matte, Bündel, Socke, Abgrenzung, Kissen, Papier, Tuch, nichtgewobenen Platten, Säulenverpackung und für die Endlosproduktherstellung, zur Verfügung gestellt werden. Die Produkte und Absorbens können von Erst- und Zweitprodukten, die aus den Rohmaterialien hergestellt wurden, produziert werden.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren mit allgemeiner Gültigkeit vor, mit dem die Wasserfeindlichkeit/-freundlichkeit natürlicher Stoffe verändert werden kann. Das Verfahren ist einfach, leicht anwendbar, wirksam, kostengünstig und umweltfreundlich. Durch den VOTD können viele Anteile natürlicher Stoffe, wie z.B Zellulose, Halbzellulose, Lignin, Amylum, Pektin, Chitin, Protein, Polyphenol, Humus und deren Gemische oxydiert und zum Teil aufgelöst werden und wasserfeindliche und ölfreundliche Produkte oder wasser- und ölfreundliche Produkte vorbehandlungsabhängig erzeugt werden. Die natürlichen Stoffe hierbei enthalten umfangreiche biologische Stoffe, Humusstoffe, Mineralien und deren Ankömmlinge, z.B Holz, Baumrinde, Blätter, Halm, Strengel, Schale, Hülse, Wurzel, Blume, Saat, Bohne, Gras, Mark, Mehl, Weizenmehl, Tang, Schwamm, Bagasse, Süsssorghum, Zuckerrübe, Reis, Weizen, Mais, Roggen, Gerste, Hafer, Hirse, Bast, Flachs, Chinagras, Sisal, Erdnuss, Palmöl, Tabakblätter, Teeblätter, Baumwolle, Tuch, Papier, Karton, Pulpe, organischen Müll der Stadt, Abfälle des Gartens, Nährsubstrat der Pilze, Federn, Wolle, Haare, Algen, Fungus, Bakterien, Torf, Braunkohle, Krabben- und Garnelenschalen usw. Das Verfahren zur Herstellung der wasserfeindlichen und ölfreundlichen Produkte oder der wasser- und ölfreundlichen Produkte läuft folgendermassen ab: in der thermochemischen Konvektionsanlage mit Luftströmungssystem, in dem ein Oxydationsmedium wie z.B Luft oder Gemisch aus frischer Luft und Ozon vorhanden ist, oder in einer ofenförmigen Anlage werden die feuchten Rohstoffe bei einer Temperatur von 80~700°C, vorzugsweise 110~300°C für eine vorgebene Zeit erhitzt. Durch eine oder mehrere wirkungsvolle Vorbehandlungen der Rohstoffe, wie Wässerung im siedenden Wasser, Wässerung in Säure oder Alkali, mechanische Anschwellung, Zusatz der sich verflüchtigenden Reagenzien und Einfrierung, wird die wasserfeindliche und ölfreundliche Eigenschaft weiter erhöht. Eine besondere Vorbehandlung der Rohstoffe mit Karbonat oder Bikarbonat erzeugt wasser- und ölfreundliche bi-funktionale Produkte. Die Reihe von wasserabstossenden öl- und wasseranziehenden Produkten, die aus verschiedenen natürlichen Rohstoffen bei unterschiedlichen Dörrprozessen hergestellt werden, besitzen unterschiedliche Eigenschaften. Solche Produkte sind kostengünstig, hocheffizient, biologisch abbaubar und haben einen weiten Anwendungsbereich. Diese Produkte, die sich schnell mit Ölen, Kohlenwasserstoffen, Ionen giftiger Metalle, radioaktiven Substanzen, wasserabweisenden Verschmutzungen und Giften eng verbinden, können eine breite Anwendung als Adsorber, Träger und Abgrenzungsmaterialien im Wasser, im gasförmigen Zustand und an Land finden. Da diese Produkte wasserabweisend, frei von Wasser sind, nicht faulen, widerstandsfähig gegen Pilze und Bakterien sind, stossdämpfend wirken, feuerschützend, formhaltend, holzfrei und fettfreundlich sind, eignen sie sich für die Herstellung von: Isoliermaterialien, Baustoffen, Füllstoffen, Materialien für den täglichen Gebrauch, Einweggeschirren, Verpackung, Artikeln für persönliche Hygiene, Füllstoffen für Chromatographie der Bioaffinität, Stoffen für Matten und Bettunterlagen für Tiere, bodenverbessernden Materialien, Textilien, Trägern der Medikamente und Lebensmittel. Diese Produkte besitzen eine erhöhte Energie, darum können sie bei der Energieerzeugung eingesetzt werden. Die Nebenprodukte, die in dem VOTD freigesetzt werden, können als Chemikalien dienen. Die wasser- und ölfreundlichen Produkte können als Adsorber bei der Produktion von Windeln, Monatsbinden für Frauen sowie in der Industrie verwendet werden.
Bildliche Darstellung
In 1 ist die Skizze der Anlage zur Durchführung dieser Erfindung.
Hinweis auf das beste Verfahren
Beschreibung des Verfahren zur Herstellung der wasserfeindlichen und ölfreundlichen Produkte: In der thermochemischen Konvektionsanlage mit Luftströmungssystem, in dem ein Oxydationsmedium wie z.B Luft oder ein Gemisch aus frischer Luft und Ozon vorhanden ist, oder in einer ofenförmigen Anlage werden die feuchten Rohstoffe bei einer Temperatur von 80~700°C, vorzugsweise 110~300°C für 16 Minuten bis 24 Stunden, vorzugsweise für 1 Stunde bis 10 Stunden erhitzt. Für die Herstellung des wasser- und ölfreundlichen Produktes dieser Erfindung beträgt die Erhitzungs- und Oxydationszeit 1 Minute bis 24 Stunden. Der beste Effekt wird erzielt, wenn das mit Karbonat oder Schwerkarbonat vorbehandelte Rohmaterial 5 Minuten bis 10 Stunden behandelt wird.
Die Rohstoffe oder Ausgangsstoffe sind natürliche organische Substanzen, einschliesslich umfangreicher biologischer Stoffe, Humussubstanzen, Mineralien und deren Abkömmlinge, die Polysaccharid, Heteropolysaccharid, Polyphenol, Protein, Humus und ein Gemisch derselben enthalten.
Die physikalischen Formen der Rohstoffe beeinflussen die Leistung des VOTD erheblich. Die beste Wirkung wird erzielt, wenn die Struktur und Reaktionsgruppen der Rohstoffe dem Oxydationsmedium und der Erhitzungstemperatur soviel wie möglich ausgesetzt werden. Darum sind kleine Teile, Streifchen oder Lamellen die besten physikalischen Formen des Rohmaterials. Aber werden andere Faktoren wie z.B Fertigungskosten, Kosten-Nutzen-Verhältnis und die beste physikalische Form des Endprodukts in Erwägung gezogen, ist die leicht erhältliche natürliche physikalische Form der Rohstoffe in einigen Fällen vorzuziehen, da die Verarbeitung des Rohmaterials in Granulate wegfällt.
Primäre und sekundäre Fertigprodukte, die aus Rohstoffen hergestellt wurden, wie z.B. Strohsäcke, Strickwaren, Tuch, Papier, Einweggeschirr, Pappschachteln usw. können auch als Ausgangsstoffe dienen. Mit dem Gebrauch von Abfällen und Fertigprodukten als Ausgangsmaterialien wird diese Erfindung wirtschaftlich und praktikabel.
Rohstoffe können trocken sein, es ist aber besser diese vor der Erhitzung anzufeuchten. Der VOTD wirkt besser bei feuchten als bei trockenen Rohstoffen. Wenn trockene Rohmaterialien per VOTD erhitzt werden, ist die Möglichkeit des Qualmens und Brennens viel grösser als bei feuchten Rohmaterialien. Auch wird die Wasserfeindlichkeit der aus trockenen Rohstoffen erzeugten Produkte nur wenig erhöht. Das Anfeuchten des Rohmaterials senkt das Risiko des Qualmens und Brennens während des Erhitzungsvorgangs, dehnt das Rohmaterial aus, wodurch eine porösere Struktur entsteht, und es erlaubt die Verlängerung der Erhitzungsdauer, um eine bessere Oxydation zu erzielen. Das Anfeuchten der Rohstoffe fördert die Reaktion der freien Radikalen, die wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Veränderung der wasseranziehenden und wasserabstossenden Eigenschaften während des oxydativen thermochemischen Dörrens spielen. Der genaue Feuchtigkeitsgehalt der Rohstoffe ist nicht sehr wichtig. Ist das Rohmaterial aber zu feucht, wird zusätzliche Energie für die Verdampfung des Wassers gebraucht. Wenn der Wasseranteil der Rohstoffe gewichtsmässig mehr als 60~70% beträgt, sollte der überflüssige Wasseranteil durch Auspressen, Schleudern und Lufttrocknung vor dem oxydativen thermochemischen Dörrvorgang entfernt werden. Die Entfernung der überschüssigen Feuchtigkeit im Rohmaterial auch da wichtig, wo die Materialien vorbehandelt werden, wie unten erörtert. In dieser Abhandlung versteht man unter dem Ausdruck „Dörren" im VOTD nämlich die Verringerung des Wassergehalts des Endprodukts im Vergleich zu dem Feuchtigkeitsgehalt des anfänglichen Rohmaterials. Im Laufe des Vorgangs wird bei einigen Verfahren dem zu behandelten natürlichen Rohmaterial eventuell Wasser zugesetzt, aber in allen Fällen ist das Endprodukt trockener als die Materialien zu Beginn.
Die Dauer des VOTD ist abhängig von der Beschaffenheit, der physikalischen Form und der zu behandelnden Menge der Rohstoffe, dem Oxydationsmedium, der Temperatur, der Umlaufgeschwindigkeit des Oxydationsmediums und der Anwendung eines Katalysators.
Für den VOTD ist die Art der thermochemischen Konvektionsanlage oder des Ofens nicht unbedingt wichtig, solange sie in der Lage sind, die nötige Behandlungstemperatur, genug Luftzirkulation und Oxydationsmittelzufuhr zu erzeugen, um das Rohmaterial schnell zu erhitzen, um die freigesetzte Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen der Materialien zu entfernen.
Die beigefügte 1 ist die Skizze der Anlage, mit der diese Erfindung durchgeführt werden kann. (2) Konvektionsofen, (4) Heizelemente, (6) Turbogebläse. Der Ofen hat Entlüftungslöcher (nicht dargestellt) für den freien Abzug der gasförmigen Substanzen. (8) Der Ofen ist mit einem Behälter mit Sieb ausgestattet, (10) zur Beobachtung der Proben; (12) um sicherzustellen, dass das Oxidationsmedium gleichmässig durchfliesst. (14) Eine Gaszuleitung am Boden des Reaktionsgefässes ist mit dem Normaldruckentlüftungssystem verbunden. (16) Zu diesem Lüftungssystem gehört eine Heizspirale, die das einfliessende Oxydationsgas mit der im Ofen vorhandenen Wärme vorheizt. Ein Ende der Spirale ist mit der Gaszuleitung (14) und das andere Ende mit dem sich ausserhalb des Ofens befindlichen Lüftungssystem per Gasleitung (26) verbunden. (26) Die Gasleitung ist der Reihenfolge nach verbunden mit: (18) einer innen angebrachten UV-Lampe (254nm, 5 Watt Realleistung), (20) einem Gasströmungsmesser, (22) einem Gasversorger wie Luftkompressor (24) oder einem anderen Gasversorger. Die Geschwindigkeit der Gasströmung ist verstellbar zwischen 0.25 L/min bis 10 L/min.
Der Behandlungsvorgang erfolgt unter Normaldruck. Wenn nötig, kann der Gasdruck erhöht werden. Einzelmengen, halbfortlaufende oder fortlaufende Herstellungsverfahren sind möglich. Andere Erhitzungsmethoden wie z.B Mikrowelle, HF-Erhitzung und Infrarotwärme sind ebenfalls für die thermochemische Anlage geeignet. Das Schnelltrocknungsverfahren mit heisser Luftströmung bei Hochgeschwindigkeit zur Erhitzung und Trocknung der Materialien kann bei dieser Erfindung auch angewandt werden.
Das Oxydationsmedium ist die Umgebung, der die Rohstoffe im VOTD ausgesetzt werden. Das Oxydationsmedium kann sowohl gasförmig als auch flüssig sein, z.B. Luft, Sauerstoff, Ozon, Wasserstoffperoxid oder es kann irgendein Material sein, das Sauerstoff enthält, und das Sauerstoff oder hoch reaktionäre freie Radikale während der Oxydation freilassen kann. Als Oxydationsmedium verwendet man am besten ein Gemisch aus frischer Luft und Ozon bei einer Temperatur von unter 250°C, denn bei dieser Temperatur wird Ozon thermochemisch nicht zu schnell zersetzt. Bei einer Temperatur von ungefähr 270 °C (518 °F) wird Ozon sofort in Sauerstoff umgewandelt. Bei einer Temperatur von über 250°C sollte als Oxydationsmedium vorzugsweise Luft, ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff, ein flüssiges Oxydationsmedium oder andere thermochemisch stabile Oxydationsmedien benutzt werden.
Vorzugsweise wird ein trockenes oxydatives gasförmiges Medium für den gesamten VOTD benutzt. Auch ist es angebracht, ein feuchtes, gasförmiges Medium wie eine Mischung aus Dampf und Sauerstoff für die erste Hälfte der oxydativen thermochemischen Behandlung zu verwenden, und dann ein trockenes gasförmiges Medium für die zweite Hälfte der Behandlung zum Trocknen der Endprodukte anzuwenden. Wenn Rohstoffe, die, wenn sie erhitzt werden, zur Rauchentwicklung neigen, brennen, leicht beschädigt werden oder wenn Produkte ein hohe mechanische Festigkeit erforden, dann sollte die Oxydation in zwei Phasen geschehen, d.h. zuerst erfolgt die feuchte Erhitzung mit einem feuchten oxydativen gasförmigen Medium (die Zeit dieser ersten Erhitzung sollte verlängert werden) und dann die (zweite) Erhitzung mit einem trockenen oxydativen gasförmigen Medium.
Rohstoffe sollen soviel wie möglich dem Oxydationsmedium ausgesetzt werden, um die gegenseitige Wirkung zu verstärken, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und um die für das beste Oxydationsergebnis notwendige Zeit zu verkürzen. Durch Zusatz eines Katalysators kann die Oxydationsleistung erhöht werden. Katalysatoren wie z.B metallisches Eisen und Metalloxyd, können die Oxydation beschleunigen und die für die Oxydation notwendige Zeit verkürzen.
Die Bedingungen für den VOTD verschiedener Materialien können verändert werden, um ein besseres Resultat zu erzielen. Diese Veränderungen umfassen: (1) In Abschnitten werden jeweils unterschiedliche Oxydationsmedien angeboten; (2) In der Anfangsphase, in der die Rohstoffe noch sehr feucht sind, werden hochkonzentrierte Oxydatoren benutzt und in der Endphase werden die geringer konzentrierten benutzt und umgekehrt; (3) In der Anfangsphase, in der die Rohstoffe noch sehr feucht sind, wird eine höhere Temperatur benutzt und in der Endphase eine niedrigere Temperatur und umgekehrt.
Ein Vorteil dieser Erfindung ist: Die eventuell in den Rohstoffen enthaltenen chemischen Stoffe oder biologischen Giftstoffe können durch den VOTD entgiftet oder modifiziert werden. Dieser Vorteil ist besonders praktikabel, wenn organische Abfälle oder Bakterienkörper als Rohstoffe benutzt werden oder wenn natürliche Rohstoffe vergiftet sind. Die gemäss dieser Erfindung erzeugten Produkte und Adsorber sind bei weitem umweltfreundlicher als die unbehandelten Rohstoffe.
Es besteht die Gefahr der Verbrennung und Explosion, wenn reiner Ozon oder konzentrierter Sauerstoff bei hoher Temperatur benutzt wird. Die Faktoren, die die Explosion des gasförmigen Ozons verursachen, sind: Erschütterung, elektrischer Funke, Hitze oder starker Lichtblitz. Eine Explosion des reinen flüssigen Ozons und des konzentrierten Sauerstoffs werden ausgelöst durch: Verunreinigungen, plötzliche Temperatur- und Druckänderung, Hitze, elektrischen Funke und mechanische Erschütterung. Bei dieser Erfindung wird der Konzentrationgehalt des Ozons niedrig gehalten, um die Möglichkeit der Verbrennung und Explosion zu verringern.
Um die Effektivität des VOTD zu erhöhen, werden die Rohstoffe am besten einer oder gewissen Vorbehandlungen wie folgt ausgesetzt. Die Vorbehandlungen sollen hauptsächlich eine Anschwellung bewirken, die Oberfläche vergrössern, eine durchlässige Struktur entwickeln, Wasserstoffbindungen schwächen und zerstören, Auflösungen bewirken, die Reaktionsfähigkeit erhöhen, die primäre Struktur zum Teil zerstören und die Reaktionsgruppen dem Reaktionsmedium des oxydativen thermochemischen Dörrens in möglichst grossem Masse aussetzen.
Vorbehandlung mit siedendem Wasser: Rohstoffe in siedendem Leitungswasser für 1 Minute bis 30 Minuten kochen, den überschüssigen Wasseranteil auspressen. Dabei werden einige heisswasserlösliche Komponente ausgeschieden.
Vorbehandlung mit saurer Lösung: Das Rohmaterial wird mit Säure in der Konzentration von Millimol bis Mol, z.B. Zitronensäure, Essigsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Milchsäure, Phosphorsäure und Phytosäure gemischt und befeuchtet. Vorbehandlung mit alkalischer Lösung, z.B. mit gesättigtem Kalkwasser und 5% Ätznatron-Lösung. Aber der Effekt ist nicht so gut wie die Vorbehandlung mit saurer Lösung. Durch die saure oder alkalische Vorbehandlung wird die Wasserfeindlichkeit erhöht.
Vorbehandlung mittels mechanischer Ausdehnung: Rohstoffe werden mit allgemein bekannten Techniken ausgedehnt, entweder auf trockene oder nasse Art. Durch diese Vorbehandlung wird eine poröse Struktur erzeugt, die Wasserstoffbindungen werden aufgelöst und mehr Reaktionsgruppen der Rohstoffe werden frei.
Vorbehandlung mit flüchtigen Reagenzien: Das Rohmaterial wird mit flüchtigen Reagenzien angefeuchtet wie: Alkohole, Azeton, n-Heptan, n-Pentan und Isopentan. Diese sollen ebenfalls eine Ausdehnung und Freilegung bewirken.
Einfrierungsvorbehandlung: Die Rohstoffe werden in die Tiefkühltruhe gelegt oder mit flüssigem Stickstoff gemischt bei einer Temperatur zwischen 0°C bis minus 195°C für eine ausreichende Dauer, dann werden sie umgehend dem VOTD zugeführt. Die sich während der Einfrierung bildende kristallene Struktur ist für den VOTD sehr empfänglich. Der grosse Temperaturunterschied zwischen Einfrierung und der thermochemischen Behandlung zerstört die natürliche Struktur der Rohmaterialien.
Mehrere chemische Reagenzien wurden für die Vorbehandlung der Rohstoffe erprobt. Dabei hat sich herausgestellt, dass die meisten Reagenzien nur eine geringe oder begrenzte Wirkung auf die Wasserfreundlich- und -feindlichkeit der Endprodukte ausüben. Darum hat diese neue Erfindung den Vorteil, dass Abfallprodukte oder vergiftete Produkte, die komplizierte anorganische und organische Substanzen enthalten, wie z. B. breiige Abfallpapiermasse, ohne teuren Reinigungsvorgang verwendet werden können.
Die Vorbehandlungen zusammen mit dem VOTD ermöglichen es, dass manche Funktionsgruppen in gewisse spezielle Endprodukte integriert werden. Durch die chemischen Vorbehandlungen, mit Funktionsgruppen wie z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Phytosäure, EDTA und Formaldehyd, können Funktionsgruppen in Endprodukte für spezielle Zwecke integriert werden, wie z.B. die Funktion des Ionenaustauschs.
Der Grund, warum der VOTD wasseranziehende Stoffe in wasserabweisende ölanziehende Stoffe umwandelt, ist noch nicht klar. Die ozonrelevante Oxydation umfasst wahrscheinlich zwei Vorgänge, nämlich den direkten Angriffsvorgang des Ozons und den Reaktionsvorgang der freien Radikale der Hydroxylgruppen. Die direkte Verbrauchsgeschwindigkeit der Ozonmoleküle hängt vom pH-Wert ab. Niedriger pH-Wert und hochkonzentriertes Karbonat oder hochkonzentriertes Bikarbonat fördern den direkten Angriff der Ozonmoleküle. Der Ozonverbrauch bei dem Reaktionsvorgang der freien Radikale der Hydroxylgruppen hängt von der Konzentration der freien Radikalen Fallen, der wässerigen Umgebung, dem pH-Wert und der Menge des augenblicklich verbrauchten Ozons ab. Der indirekte Hydroxylangriff der freien Radikalen wird begünstigt durch einen hohen pH-Wert, geringe Konzentration des radikalen Verzehrer und Vorhandensein aktivierender Substanzen, wie Wasserstoffperoxyd oder UV-Strahlen, die die Auflösung des Ozons im Wasser hervorrufen. Es gibt Anzeichen, dass der auf Hydroxylradikalen basierende Vorgang bei dem mit Ozon durchgeführten VOTD wahrscheinlich eine wichtige Rolle spielt. Feuchte Rohstoffe, die für eine nasse Umgebung sorgen, sind für den auf Hydroxylradikalen basierenden Vorgang sehr geeignet. Die Oxydation geschieht leicht im formlosen Zustand der Rohstoffe. Die Vorbehandlung der Rohstoffe ist angebracht, um mehr formlose Anteile und um einen hohen Gehalt an freigelegten Reaktionsgruppen zu erhalten. Die wasserabstossende Eigenschaft der Produkte ist wahrscheinlich auf zwei Aspekte der Produkte zurückzuführen, auf die ausziehbaren Bestandteile und die modifizierten Bestandteile. Die ausziehbaren Bestandteile sind verhältnismässig kleinere Moleküle, die mit einem organischen Reagenz extrahierbar sind, die sich hauptsächlich an der Oberfläche der Produkte befinden, um eine wasserabweisende Schicht zu bilden. Die modifizierten Bestandteile sind die oxydierten, teilweise abgebauten aber immer noch grossen Moleküle, die das wasserabstossende Rückgrat der Produkte bilden. Die nichtspezifische Modifikation und der teilweise Abbau der Rohmaterialien unter oxydativen thermochemischen Bedingungen, ergeben eine hohe Stabilität der hochmolekularen Produkte. Der hauptsächliche oxydative Abbau wird veranlasst durch: die Spaltung von Wasser und Kohlendioxyd, und die wesentlichen Bestandteile verlieren die Hydroxylgruppen. Diese zusammen bewirken die gleichzeitige Verringerung der wasseranziehenden Eigenschaft der Produkte. Obwohl sich die extrahierbaren Ausgangsbestandteile in Rohstoffen in dem Verarbeitungsvorgang wahrscheinlich zum grössten Teil verflüchtigt haben, verwandeln sich die meisten Bestandteile der Rohstoffe im Verarbeitungsvorgang allmählich in modifizierte und extrahierbare Bestandteile, sowie verschiedene flüchtige Substanzen. Probe 16, dargestellt im Beispiel 11, ist ein brauner wasserabweisender und ölanziehender Adsorber, der durch Erhitzung des Sägemehls bei 350°F (177°C) für 2 Stunden erzeugt wird. Die Farbveränderung oder der Helligkeitsverlust der Materialien während des VOTD, ist das Ergebnis der Bildung von Degradationsprodukten, die verschiedene farbenerzeugende Anteile, wie z.B. konjugierte Kohlenstoff zu Kohlenstoff-Doppelbindungen, und Kohlenstoffgruppen enthalten. Man nimmt an, dass die beiden oxydativen und thermochemischen Faktoren wichtig sind für die Herstellung der wasserabweisenden und ölanziehenden Produkte und Absorber. Probe 17, dargestellt im Beispiel 11, zeigt, dass durch die Erhitzung des Sägemehls bei 250°F (121°C) für 6.5 Stunden ein Adsorber mit ähnlicher Farbe des Rohstoffs erzeugt werden kann. Während des VOTD bei niedriger Temperatur können auch wasserabweisende Komponente nicht unbedingt begleitet von starker Degradation, Dörrung oder Karbonisierung erzeugt werden. Beim Erhitzungsvorgang bei niedriger Temperatur ist der Oxydationsfaktor entscheidend, auch wenn keine oder nur wenig Degradation, Dörrung oder Karbonisierung stattfindet. Werden die Rohmaterialien bei höherer Temperatur erhitzt, wird die Oxydation wesentlich beschleunigt und die Degradation verstärkt. Je höher die Temperatur ist, desto schneller ist die Oxydations- und Degradationsgeschwindigkeit. Es ist anzunehmen, dass die meisten Oxydationen auf der Oberfläche des Rohstoffs geschehen. Die Oxydation wird als der wichtigste Faktor für die Entwicklung der Wasserfeindlichkeit angesehen. Die Temperatur trägt zur Erhöhung der Oxydationseffektivität bei, und das erst nasse dann trocknende Umfeld bestimmt die Art der Oxydation.
Fast alle chemischen und physikalischen Vorbehandlungen bewirken mehr oder weniger eine Verstärkung der Wasserfeindlichkeit und der Ölfreundlichkeit nach dem VOTD. Jedoch führt die Vorbehandlung, mit Karbonat oder Bikarbonat bei einer Konzentration von Millimol zu einem anderen Ergebnis, nämlich, zu einer deutlichen Erhöhung der Wasserfreundlichkeit zusammen mit etwas erhöhter Ölfreundlichkeit. Für diese Erscheinung gibt es noch keine deutliche theoretische Erklärung. Es kann mit der Unterdrückung der freien Radikalenkette der Ozonzersetzung zusammenhängen, wenn Ozon als Oxydationsmedium eingesetzt wird. Karbonate und Bikarbonate sind bekannt als Hemmer und Fänger der freien Radikalen, die fähig sind, OH Radikale zu vernichten. Karbonate oder Bikarbonate als Radikalenfänger stabilisieren möglicherweise Ozon mit zwei Ergebnissen: (1)Mehr Ozon steht für die gerade gewählte Reaktion zur Verfügung. (2)Eine schwache OH-Radikal veranlasste Oxydation geschieht. Infolgedessen beeinflusst das Vorhandensein von Karbonat oder Bikarbonat die Art der Oxydation. Bikarbonat ist ein bekanntes Backpulver und geruchtilgendes Mittel. Diese Erfindung findet neue Anwendungsmöglichkeiten für Karbonat und Bikarbonat und liefert ein allgemeingültiges und kostengünstiges Verfahren, mit dem wasser- und ölfreundliche Produkte aus natürlichen Stoffen hergestellt werden können. Solche Produkte sind schwach alkalisch. Ein Vorteil, der eine lange schadlose Aufbewahrung des Produktes erlaubt. Das Produkt kann mit oder ohne weitere Neutralisierung zu adsorbierendem Papier, Absorber, für persönliche Hygieneartikel, zu Matten und Bettunterlagen für Tiere und zu verschiedenen industriellen Adsorbern verarbeitet werden.
Zahlreiche Varianten des VOTD, wie Unterschiede in der Beschaffenheit der Rohmaterialien, Vorbehandlungen, Ozonkonzentration, Frischluft und Ozonmenge, Geschwindigkeit der Luftströmung, Temperaturhöhe, Heizgrade und Erhitzungsdauer, all diese liefern unterschiedliche Orientierungen, verschiedene Wirkungen der Verfahren, verschiedene Grade der Wasserfeindlichkeit, und aufgrund dieser Differenzen können mit diesem Verfahren eine Reihe von wasserfeindlichen und ölfreundlichen Produkten oder wasser- und ölfreundliche Produkte und Adsorber hergestellt werden.
Die gemäss dieser Erfindung hergestellten wasserfeindlichen und ölfreundlichen Absorber weisen folgende Besonderheiten auf: hohe Adsorptionsgeschwindigkeit, hohes Adsorptionsvolumen und ein gutes Haltevermögen gegenüber Ölen und Kohlenwasserstoffen im Wasser. Die Adsorptionszeitspanne liegt bei Sekunden bis Minuten. Auf dem Wasser kann je ein Kilo Adsorber 2 bis 35 Liter Öl adsorbieren, wobei der Absorber schwimmend auf dem Wasser bleibt.
Der mittels dieser Erfindung hergestellte wasserfeindliche und ölfreundliche Adsorber hat eine niedrige spezifische Dichte, eine starke Wasserfeindlichkeit und eine gute mechanische Festigkeit. Der Adsorber behält seine Adsorptionsfähigkeit im Wasser und schwimmt für eine lange Zeit auf der Wasseroberfläche, deshalb kann er leicht eingesammelt, und später entsorgt werden.
Eine wichtige Besonderheit dieser Erfindung ist, dass die wasserabstossenden und ölfreundlichen Adsorber auch dann noch Öle und Kohlenwasserstoffe aufnehmen, wenn sie mit Wasser in Berührung gekommen und zum Teil mit Wasser gesättigt sind. Wenn Öl in den Adsorber, der schon zum Teil wassergesättigt ist, eindringt, verdrängt Öl einen Teil des adsorbierten Wassers. Nachdem der Adsorber mit Wasser geschüttelt worden ist, geht das Ölaufnahmevermögen nach einiger Zeit zurück.
Eine andere wichtige Besonderheit: Wenn der aufgrund dieser Erfindung hergestellte wasserfeindliche und ölfreundliche Adsorber in Granulatform dem klebrigen Schweröl (z.B Rohöl) auf dem Wasser zugesetzt wird, verliert das gesamte Gemenge, aus Adsorber, Öl und Wasser seine Klebrigkeit. Solches Gemenge kann leicht entfernt werden.
Diese wasserfeindlichen und ölfreundlichen Adsorber können auch Emulsionsöl sehr effektiv adsorbieren. Jedoch können sie das mit einem Reinigungsmittel behandelte Öl nicht aufnehmen.
Die Ölaufnahmefähigkeit und Wasserfeindlichkeit des wasserfeindlichen ölfreundlichen Absorbers bleiben bei einem pH-Wert von 1–10, NaCl Konzentrat von 0–30% und einer Temperatur von 0–100°C gut erhalten. Darum können die Adsorber dieser Erfindung bei der Beseitigung von Ölverschmutzungen auf dem Meer eingesetzt werden.
Der aufgrund dieser Erfindung hergestellte wasserfeindliche und ölfreundliche Adsorber hat eine ausgezeichnete Sorptionsaffinität gegenüber verschiedenen Ölen, z.B. Benzin, Dieselkraftstoff Petroleum, Motoröl, Paraffinöl, Rohöl, Schweröl, Canola Öl, Maisöl usw, sowie anderen Kohlenwasserstoffen, z.B. Azeton, Azetonitril, Anilin, Benzol, n-Butylalkohol, Schwefelkohlenstoff, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorform, Zyklohexan, Dichlormethan, Diethanolamin, Dioxin, Äthanol, Ethyläther, Ethylenglykol, Formaldehyd, n-Heptan, n-Hexan, n-Hexen, Isobutylalkohol, Isopropanol, Kerosene, Methylalkohol, n-Pentan, Petroleumäther, Phenol, Propanol, Propylenglykol, Tetrahydrofuran, Toluol und Xylol. Darüber hinaus kann der Adsorber eine Vielzahl chemischer Substanzen adsorbieren, z.B. synthetische Öle und Kraftstoffe, Kühlmittel, Lösungsmittel, Lacke, Aromazusammensetzungen, Sulfide?, Medikamente, Polymer, Schädlingsbekämpfungsmittel, Fungusbekämpfungsmittel, Unkrautvernichtungsmittel und radioaktive Substanzen. Wenn Kohlenwasserstoffe, deren spezifische Dichte grösser als die des Wassers ist, wie z.B. Anilin, Methylbenzoate, Benzylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Diethanolamin, Dimethylphthalat, Ethyl Acetylacetate, mit Wasser gemischt werden, sinken solche Kohlenwasserstoffe. Wird der Adsorber auf die Wasseroberfläche gelegt und geschüttelt, dann versinkt der Adsorber sofort und adsorbiert die Chemikalie.
Der wasserfeindliche und ölfreundliche Adsorber besitzt auch Adsorptionsfähigkeit gegenüber gasförmigen Ölen und Kohlenwasserstoffen. Er kann z.B. Zigarettenrauch und Fahrzeugabgase filtern und schadhafte Gerüche im Raum, z.B. Formaldehyd, Schwefelwasserstoff, Thiole und Ammoniak entfernen. Dieser Adsorber soll fettfreundliche Toxine, wie z.B. Dioxin, stark an sich binden.
Die wasserfeindlichen und ölfreundlichen Produkte können auch zur Entfernung der Öle und Kohlenwasserstoffe, die Boden, Sand, Zementboden, Felsen, Gras, Behälter, Hände, Deck, Strand und Küste usw. verschmutzt haben, verwendet werden. Um z.B. die Ölschmutzung am Strand zu beseitigen, wird der verschmutzte Bereich mit dem Adsorber bedeckt, und lässt ihn dann eine zeitlang das Öl aufsaugen. Anschliessend kann die Adsorber-Ölmischung mit Wasser entfernt werden. Die schwimmende Adsorber-Öl-Wassermischung kann mechanisch eingesammelt werden.
Der wasserfeindliche und ölfreundliche Adsorber dieser Erfindung bindet die Ionen schadhaftiger Metalle und anderer Toxine nur geringfügig. Anorganische Schwermetallione, wie z.B. Blei und Quecksilber, werden folgendermassen adsorbiert: Je ein Gramm Adsorber kann ungefähr 1mg Pb²⁺ und 1mg Hg²⁺ adsorbieren.
Weil dieser wasserfeindliche und ölfreundliche oder wasser- und ölfreundliche Adsorber kostengünstig, effektiv und in vielen Bereichen anwendbar ist, kann er teure Aktivkohle und Aktivkohlefasern, die eine verbreitete Anwendung finden, mindestens in manchen Bereichen zum Teil ersetzen oder mit ihnen gemischt verwendet werden. Des weiteren können die Produkte dieser Erfindung mit anderen handelsüblichen Adsorbern, und/oder in Kombination mit anderen Nichtadsorptionsverfahren benutzt werden, um die beste Reinigungsleistung bei einer Vielzahl von Verschmutzungen mit unterschiedlicher Konzentration zu erzielen.
Die Produkte dieser Erfindung können in irgendeiner gewünschten physikalischen Form, wie in Form von Partikeln, Granulaten, Kügelchen, Fasern, Brettern, Blöcken, Matten, Polstern, Socken, Rollen, Barrieren, Kissen, Decken, Schnüren, Seilen, Papier, Tuch, nichtgewobenen Platten, Membranen, Packungen u.s.w. hergestellt werden.
Die Adsorber gemäss dieser Erfindung werden aus unterschiedlichen natürlichen Rohstoffen hergestellt und haben deshalb unterschiedliche Adsorptions- und Aufnahmefähigkeiten, z.B. der aus dem geschnittenen Reisstroh hergestellte Adsorber, der nach dem VOTD pulverisiert wird, weist eine erhöhte Adsorptionsfähigkeit von 50~100% auf im Vergleich zu dem nicht-pulverisierten. Im Gegensatz dazu wirkt sich die Partikelgrösse der Adsorber aus Blättern und Schalen nicht viel auf die Adsorptionsleistung aus. Der VOTD gemäss dieser Erfindung erhöht das Adsorptions- und Aufnahmevermögen der Adsorber. Der Herstellungsprozess erhöht die Adsorptionsfähigkeit mancher Rohstoffarten mehr als die Absorptionsfähigkeit, während bei anderen Rohstoffarten die Absorptionsfähigkeit mehr gesteigert wird als die Absorptionsfähigkeit. Ein Kombinationsadsorber, der aus einem oder mehreren Rohstoffen besteht, ist sehr nützlich, wenn er zusammen mit anderen Adsorbern, und/oder mit anderen Adsorbern die bestimmte Funktionsgruppen besitzen, benutzt wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass gemischte Rohstoffe unterschiedlicher Herkunft im VOTD gleichzeitig behandelt werden können. Rohstoffe unterschiedlicher Herkunft enthalten unterschiedliche extrahierbare Ausgangsbestandteile, wieder andere entstehen beim Herstellungsvorgang. Um die bestmöglichen wasserabweisenden Eigenschaften, die die extrahierbaren Bestandteile beisteuern und die auf die behandelten Materialien übertragen werden können, zu erreichen, ist es vorteilhaft diese gemischten Rohstoffe zusammen zu behandeln; besonders, wenn diese Rohstoffe einen hohen Anteil wasserabweisender und einen hohen Prozentsatz an extrahierbaren Bestandteilen besitzen.
Wenn der Adsorber von Öl oder Kohlenwasserstoff gesättigt ist, kann eine gewisse Menge des aufgesaugten Materials wiedergewonnen werden mittels Auspressen, Absaugen und Zentrifugieren des eingesammeltes Gemisches aus Adsorber und Chemikalien.
Dieses Produkt kann als Einmaladsorber dienen, der nach der Verwendung auf eine wirtschaftliche und sichere Art wie Verbrennen, Vergraben und Biodegradation beseitigt werden kann. Aufbereitungsmittel für gebrauchte Adsorber sind erhältlich. Die Behandlungsmethode, die den Wiedergebrauch der Adsorber erlaubt, ist dem VOTD ähnlich.
Dieses Produkt kann Anwendung in der Lebensmittelindustrie finden. Das Produkt, das aus Faserstoffen der hölzernen Zellulose hergestellt wird, wird durch VOTD, besonders nach der Behandlung mit erhöhter Temperatur, entholzt. Mit diesem Verfahren können Nährmitteln für Mensch und Säugetier hergestellt werden. Da dieses Produkt unschädlich ist für Lebensmittel, können überflüssiges Fett und Öl während des normalen Kochens oder schon im Zubereitungsbereich von diesem Produkt aufgenommen werden.
Das Produkt kann als Rohstoff verschiedener Träger verwendet werden, denn es kann die adsorbierte wasserabweisende und fettanziehende Substanz langsam freisetzen. Aus dem Produkt können Träger der Medikamente, Träger der Unkrautvernichtungsmittel, Träger der Schädlingbekämpfungsmittel und Träger der Düngemittel hergestellt werden.
Die im Bild 1 dargestellte Produktionsanlage kann auf ein Kraftfahrzeug montiert werden, um die Vor-Ort-Lieferung der Produkte, die für den Adsorber gebraucht werden, zu erleichtern. Das ist besonders wichtig für Gegenden, wo die Produkte nicht zu kaufen sind, z.B. wegen schlechter Transportmöglichkeiten.
Die Produkte sind sicher, stabil und schnell biodegradierbar. Sie sind umweltfreundlich sowohl im Herstellungsvorgang als auch während der Anwendung und der Entsorgung. Die oxydierten oder ozonisierten Produkte haben eine erhöhte biologische Abbaufähigkeit im Vergleich zu den Rohmaterialien.
Beispiele:
In den aufgeführten Beispielen werden die Produkte des VOTD folgenden Prüfverfahren unterzogen:

(a) Prüfung der Wasseraufnahmegeschwindigkeit und Sinkgeschwindigkeit: Eine bestimmten Menge des Produkts wird in eine Flasche mit Wasser gefüllt, die Flasche wird verschlossen und dann für 1030 Sekunden so heftig geschüttelt, dass das Produkt mit Wasser ausreichend gemischt wird. Die Flasche wird für kurze Zeit stehen gelassen, bis verschiedene Schichten stabil bleiben. Der jeweilige Anteil des Produkts, der in unterschiedlichen Zeitabschnitten zum Boden sinkt, wird notiert. Jedesmal vor der erneuten Prüfung die Flasche heftig schütteln. Das Prüfungsergebnis zeigt die Eigenschaft der Wasserfeindlichkeit und freundlichkeit an. Eine schnelle Aufnahme des Wassers, und wenn ein grosser Teil des Produktes in kurzer Zeit absinkt, deutet das auf eine starke Wasserfreundlichkeit hin. Wenn dagegen das Produkt nur langsam Wasser aufnimmt und von dem Produkt nur wenig absinkt, bedeutet das, dass eine starke Wasserfeindlichkeit besteht.
(b) Prüfung der Ölaufnahme: Altes Motoröl in bestimmter Menge wird auf das Wasser geschüttet, dann wird eine bestimmte Menge des Produktes dieser Erfindung so auf das Öl gegeben, dass das Produkt das Öl ungehindert für eine Weile aufnehmen kann. Dann wird das Gemisch leicht verrührt. Das Produkt kann die gesamte Ölmenge aufsaugen. Das ölgesättigte Material wird mit einem Siebnetz aufgefangen, und man lässt dann das überflüssige Öl 5 Minuten abtröpfeln. Das Gesamtvolumen des abgetröpfelten Öls wird gemessen oder die Öl-Produktmischung gewogen. Die Öladsorptionsfähigkeit wird in Milliliterzahl oder Grammzahl des von je ein Gramm trockenem Adsorber adsorbierten Öls berechnet. Diese Prüfung zeigt die Ölfreundlichkeit dieses Produkts an.
(c) Prüfung der Ölaufnahme nach Kurzzeitkontakt mit Wasser: Eine bestimmte Menge des Produktes wird mit Wasser für 1030 Sekunden verrührt, bis das Produkt vollkommen durchfeuchtet ist. Den Behälter für eine halbe Minute ruhig stehen lassen, dann wird altes Motoröl unter Rühren zugesetzet, bis kein Öl mehr aufgenommen werden kann. Die Gesamtmenge des zugesetzten Motoröls wird notiert. Das ölgesättigte Material wird mit einem Siebnetz entfernt, und man lässt dann das überschüssige Öl 5 Minuten abtröpfeln. Die abgetröpfelte Ölmenge wird gemessen. Das Adsorptionsvolumen für Öl wird in Milliliterzahl des von je ein Gramm trockenem Adsorber adsorbierten Öls berechnet. Dieser Test zeigt die Wasserfeindlichkeit und Ölfreundlichkeit dieses Produkts an.

Beispiel 1. Verschiedene wasserabstossende und ölanziehende Adsorber, die unter den grundsätzlichen Bedingungen des VOTD hergestellt werden
Verschiedene Rohstoffe vom Bauernhof und Markt wie: Sägemehl, Bambussägemehl, Gräser, Erdnüssschalen, Bambusblätter, Maisblätter, Maisstroh, Maiskolben, Tabakblätter, Reisstroh, Pressrückstände der Zuckerrohrgewinnung, Wildreisstengel, Schilfrohr, Watte, Kiefernnadeln, Karton, Stoff, Reishülsen, Bohnenschoten, Kokosschalen, Torf Haare, Papier und Schwamm werden ohne weitere Behandlung, ohne Konvektion, ohne Ventilation und ohne Ozon in einem vorgeheizten Ofen bei einer Temperatur von 250°F (121°C) für 4 bis 7 Stunden erhitzt.
Die Schwimmeigenschaften aller behandelten Produkte sind nach der Behandlung weitaus besser als vor der Behandlung. Allerdings erwies sich die Schwimmfähigkeit der Produkte als zu schwach, sodass sie nicht lange auf dem Wasser treiben konnten. Nachdem sie nur kurze Zeit mit Wasser in Berührung kamen, nahmen alle etwas Öl auf. Hier ein Beispiel: Wird ein aus Sägemehl hergestelltes Produkt mit Wasser kräftig verrührt, sodass es durchfeuchtet ist, beträgt die Ölsorption des schwimmenden Materials weniger als 1ml/g, während im Kontrolltest mit unvorbehandeltem Rohmaterial keinerlei Ölsorption festgestellt werden konnte.
Beispiel 2. Vorbehandlung mit Basen oder Säuren
Das Rohmaterial wird bei Zimmertemperatur für 30 Minuten in einer sauren oder alkalischen Lösung eingeweicht. Das Rohmaterial wird herausgefischt, die überschüssige Lösung per Handpresse entfernt und dann wie in Beispiel 1 weiterbehandelt. Das mit 5 bis 10% Ätznatron behandelte Material erfährt eine zusätzliche Waschung vor der Weiterverarbeitung. Folgende Rohmaterialien wurden getestet: Sägemehl, Holzspäne, Kartons, Papiertücher, Stroh, Reisschalen, Torf, Erdnussschalen, Kokosschalen, Blätter, Rinde, Rückstände der Zuckerrohrgewinnung, Bohnenschalen, Maisstengel, Baumwolle, Gräser u.s.w. Geprüfte Säuren: Zitronensäure, Essigsäure, Milchsäure, Oxalsäure, Apfelsäure, Ameisensäure, Salpetersäure, Phosphorsäure , Phytosäure, bei einem Konzentrat von 50 bis 250mM. Geprüfte Alkalien: gesättigtes Kalkwasser, 5 bis 10% iges Ätznatron.
Bei allen getesteten Produkten wurde eine verbesserte Öladsorptionsfähigkeit festgestellt im Vergleich zu Beispiel 1. Der pH-Wert der mit Säuren vorbehandelten Produkte liegt zwischen 5 und 6; der Wert der mit Basen vorbehandelten Produkte liegt bei zwischen 7 und B. Viele Arten von Säuren und Basen können eingesetzt werden, um den Wirkungsgrad der Behandlung zu verbessern.
Beispiel 3. Konvektion und erhöhte Temperatur
Behandlung wie in Beispiel 1, aber die Rohstoffe wurden mit 0.2M Essigsäure vorbehandelt, und anschliessend per Konvektion bei 350°F (177°C) für 4 bis 5 Stunden erhitzt. Geprüfte Rohstoffe: Sägemehl, Bambussägemehl, Gräser, Schalen der Erdnüsse, Maisblätter, Maisstroh, Maiskolben, Tabakblätter, Teeblätter, Reisstroh, Knoblauchschalen, Bagasse, Mohrenhirse, Wildreishalme, Kiefernnadeln, Bast, Flachs, Ramie, Karton, Stoff, gepresste Baumwollsamen, Reishülsen, Bohnenschoten, Kokosschalen, Haar und Papier. Im Vergleich mit den entsprechenden Produkten in Beispiel 1 werden alle wärmebehandelten Produkte, in Hinblick auf die Öladsorptionsfähigkeit, Schwimmfähigkeit auf dem Wasser und Öladsorptionsfähigkeit nach Kurzzeitkontakt mit Wasser verbessert. Die Produkte aus: Sägemehl, Maiskolben, Kokosschalen, Teeblättern, Gräsern, Bagasse und Pressrückstände des Zuckersorghums zeigten die stärkste Verbesserung. Nachdem z.B. das aus Sägemehl hergestellte Produkt mit Wasser kräftig verrührt wird, erreicht die Öladsorptionsfähigkeit des schwimmenden Materials 3.5ml/g.
Die Tests haben folgendes ergeben: (1) Eine gewisse Verbesserung der Öladsorption und eine deutliche Verbesserung der Schwimm- und Ölsorption nach Kurzzeitkontakt mit Wasser werden nach der Behandlung mit Konvektion und höherer Temperatur erreicht. (2) Turbokonvektion verteilt Hitze schneller und gleichmässiger mit weniger Überhitzungspunkten; darum kann mehr Sauerstoff und eine höhere Temperatur angewandt werden, ohne das Risiko des Qualmens und Brennens des Materials zu erhöhen. (3) Eine Behandlung mit höherer Temperatur lässt das feuchte Material anschwellen.
Beispiel 4. Vorbehandlung mit kochendem Wasser
Das Rohmaterial wurde mit Wasser 10 bis 30 Minuten gekocht. Dann wurde das heisse Wasser abgeschüttet und das Rohmaterial per Handpresse ausgepresst. Anschliessend wurde das Rohmaterial in eine Essigsäurelösung von 0.2M für 30 Minuten eingeweicht. Danach wurde die überschüssige Lösung per Handpresse ausgepresst. Das gekochte in einer 0.2M Essigsäurelösung behandelte Rohmaterial wurde dann unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 3 weiterverarbeitet. Getestete Materialien: Sägemehl, Holzspäne, Tabakblätter, Bagasse, Mohrenhirse und Gräser.
Die Schwimmfähigkeit aller getesteten Materialien wurde deutlich gesteigert, verglichen mit den Ergebnissen des Beispiels 3. z. B. Eine Probe Sägemehl wurde kräftig mit Wasser verrührt bis alles durchfeuchtet war. Dann liess man den Sägemehlbrei 150 Minuten bei Zimmertemperatur durchziehen. Die Schwimm- und Sinkmaterialien wurden getrennt gesammelt, um das Volumen zu messen. Das Verhältnis des Volumens war ungefähr 50 zu 2; 96% des Materials schwamm.
Das Experiment hat gezeigt: (1) Die Vorhandlung mittels Abkochen ist wirtschaftlich und effektiv, besonders um die wasserabstossende Wirkung des Produktes zu erhöhen. (2) Einige unbekannte Substanzen in natürlichen Materialien werden bei der Heisswasserbehandlung ausgewaschen und das verhindert eventuell die Bildung wasserabstossender Substanzen.
Beispiel 5. Vorbehandlung mit Quellmitteln
Man befeuchtet das Rohmaterial mit 20–50% (w/w) Quellwirkstofflösung oder einer Mischquellösung und lässt das Gemisch in einem verschlossenen Behälter 1–2 Stunden stehen. Dann behandelt man das Material ohne Vorbehandlung mit Säure wie in Beispiel 3. Testmaterialien sind: Holzabfälle, Bagasse und Schlacke der Mohrenhirse. Die getesteten Quellstoffe sind: Äthylalkohol, Azeton, n-Hexan, n-Heptan, n-Pentan und Isopentan.
Bei allen Testprodukten wurde eine deutliche Verbesserung nicht allein der Schwimmfähigkeit im Wasser, sondern auch bei der Öladsorption nach kurzer Berührung mit Wasser festgestellt, wenn dies verglichen wird mit dem Beispiel 3. z. B. 400ml Sägemehl wurde mit einer Mischung aus 10ml 95% Äthylalkohol, 25ml n-Hexan, 20 ml Wasser befeucht, in einem verschlossenen Behälter bei Zimmertemperatur 1 Stunde ziehengelassen und dann in einem Konvektionsofen bei 350°F (177°C) 3 Stunden weiterbehandelt. Nach kräftigem Verrühren mit Wasser wurde das Fertigprodukt 100% schwimmfähig. 30 Minutes später betrug die Ölabsorptionsfähigkeit 5ml Öl per Gramm Trockenprodukt.
Beispiel 6. Tiefkühlvorbehandlung
Dem feuchten Sägemehl wird flüssiger Stickstoff zugesetzt, um eine Gefrierung zu erreichen, oder man legt das Sägemehl für 1 bis 2 Stunden in eine Tiefkühltruhe mit minus 20°C oder minus 72°C. Anschliessend wird das gefrorene Material sofort in einem Konvektionsofen bei 350°F (177°C) 4.5 Stunden weiterbehandelt.
Alle Testprodukte weisen nicht nur eine erhöhte Schwimmfähigkeit im Wasser auf, sondern auch eine beträchtlich verbesserte Ölaufnahmefähigkeit nach kurzer Berührung mit Wasser, wenn diese Testergebnisse mit dem Beispiel 3 verglichen werden. z. B. Eine Probe des mit flüssigem Stickstoff behandelten Produktes wurde kräftig mit frischem Wasser verrührt und für 90 Minuten bei Zimmertemperatur stehengelassen. Das Ergebnis: 98% des Produktes schwimmt und die Ölaufnahmefähigkeit ergibt 3ml Öl per Gramm Trockenprodukt.
Beispiel 7. Das Verhältnis zwischen Luft und Wasserfeindlichkeit
Trockenes Sägemehl wurde in Alufolie gewickelt und mit Sand bedeckt, und anschliessend für 4 Stunden bei 325°F (163°C) mit Turbokonvektion unter Zusatz von positiver Luftströmung und Ozon behandelt. Zur Kontrolle wurde die gleiche Behandlung mit Sägemehl durchgeführt, das in der Luft lagerte. Es stellte sich heraus, dass das der Luft ausgesetzte Produkt nach kurzer Berührung mit Wasser eine bessere Öladsorption besitzt (3.5ml/g) als das eingewickelte vergrabene Produkt, 2.6ml/g.
Beispiel 8. Vorhandlung mit Wasserstoffperoxyd
Trockenes Sägemehl wird mit 3% (w/v) Wasserstoffperoxyd angefeuchtet und unter der gleichen Bedingung, wie Beispiel 3, vier Stunden behandelt. Für die Gegenkontrolle werden feuchte Rohmaterialien eingesetzt. Die Ölabsorptionsfähigkeit des mit Wasserstoffperoxyd behandelten Produktes nach kurzer Berührung mit Wasser beträgt 4.5ml/g, während die Ölabsorptionsfähigkeit des nur mit Wasser befeuchteten Produktes 3.5ml/g beträgt.
Beispiel 9. Wasserfeindliche und ölfreundliche Produkte mit Sägemehl als Ausgangsmaterial werden produziert, die unter verschiedenen Bedingungen oxydativ thermochemisch getrocknet werden
Eine Reihe wasserfeindlicher ölfreundlicher Absorber (Proben # 2–11) wurden aus Sägemehl (63g, lufttrocken) vorbereitet, und bei Temperaturen von 300°F und 350°F (149°C und 177°C) für verschiedene Zeiten aus trockenem, feuchtem oder gekochtem Rohmaterial hergestellt. Die Faktoren der Konvektion, des positiven Luftdrucks und die Ozonmenge beim VOTD waren unterschiedlich, während andere Faktoren konstant blieben. Probe #1 war trockenes Sägemehl ohne Behandlung als Kontrollmuster. Die Proben #2–6 wurden aus trockenem Rohmaterial hergestellt, was leicht brennt oder raucht, wenn es für längere Zeit bei 350°F bearbeitet wird. Die Proben #7–9 wurden aus feuchtem in Wasser gekochtem Material hergestellt. Überschüssiges Wasser wurde mit der Handpresse entzogen. Probe #9 ist farblich heller als die anderen Proben. Die Proben #1–11 wurden zum Vergleich auf ölfreundliche, wasserabstossende und wasserfeindliche-ölfreundliche Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 1. Die Ölsorptionsfähigkeit sowie die Ölsorptionsfähigkeit nach kurzer Berührung mit Wasser der Proben # 1–11
Diese Experimente haben gezeigt: (1) Der Wassergehalt des Rohmaterials ist ein wichtiger Faktor bei der Produktion. Trockenes Rohmaterial sollte nicht bei hohen Temperaturen verarbeitet werden. (2) Es besteht kein Unterschied in der Ölaufsaugfähigkeit zwischen trockenem und unhandeltem Sägemehl. (3) Feuchtes Rohmaterial nimmt Öl etwas besser auf als trockenes. (4) Die wasserabstossende ölanziehende Fähigkeit des trockenen oder feuchten Sägemehls wird nach dem VOTD deutlich erhöht im Vergleich zur Kontrollprobe. (5) Die wasserabstossende ölanziehende Fähigkeit des Produktes aus feuchtem in Wasser gekochtem Sägemehl mit dem Zusatz von Ozon ist deutlich höher als ohne Ozonzugabe. (6) Die wasserabstossende ölanziehende Fähigkeit wird etwas erhöht, wenn nasses anstatt trockenes Rohmaterial verwandt wird. (7) Die wasserabstossende ölanziehende Fähigkeit wird etwas erhöht, wenn mit kochendem Wasser vorbehandeltes Rohmaterial verwandt wird anstatt trockenes oder feuchtes.
Tabelle 2. Die Sedimentationsrate von Proben #1~11 nach dem Schütteln mit Wasser
Das Experiment hat gezeigt: (1) Die Wasserabsorptionsrate und die Sink/Schwimmrate sind gute Anzeiger der wasserabstossenden sowie wasseranziehenden Eigenschaften. (2) Nach der thermochemischen Trocknungsbehandlung des trockenen oder feuchten Sägemehls liegt die Hydrophobfähigkeit deutlich höher als die der Kontrollprobe. (3) Die Hydrophobfähigkeit des mit oder ohne Ozon behandelten Sägemehls ist gleichbleibend. (4) Eine höhere Temperatur bringt trockenes Rohmaterial eher zum Qualmen und Brennen als feuchtes und gekochtes Material. Bei niedriger Temperatur kann das trockene Material für längere Zeit behandelt werden, so wird die Gefahr des Qualmens und Brennens verringert und die Hydrophobfähigkeit erhöht. (5) Die Hydrophobfähigkeit des feucht behandelten Materials ist offensichtlich besser als die des trocken behandelten Materials. (6) Die Hydrophobfähigkeit des mit gekochtem Wasser vorbehandelten Materials ist offensichtlich besser als die des feucht oder trocken behandelten Materials.
Beispiel 10. Zubereitung der wasser- und ölanziehenden Materialien mit Karbonat und Schwerkarbonat unter verschiedenen Bedingungen
Probe #12:25g luftgetrocknetes Sägemehl wird mit 30ml 0.15M Natriumkarbonat gemischt. Das Rohmaterial wird dann im Turbokonvektionsofen bei einer Temperatur von 325°F (163°C), mit barotroper Luftströmung und Ozon für 90 Minuten behandelt. Das Fertigprodukt ist hellbraun, pH 7–8. Proben #13–15: 25g luftgetrocknetes Sägemehl, Pappe oder Bagasse werden mit 45ml 0.30M Natriumkarbonat gemischt. Das Rohmaterial wird dann im Turbokonvektionsofen bei einer Temperatur von 325°F (163°C) für 1.5–2 Stunden behandelt; das Fertigprodukt ist hellbraun, pH 10–11. Die Proben #12–15 nehmen schneller Wasser auf als die unbehandelten Materialien. Auch die Ölaufnahmefähigkeit ist gut.
Beispiel 11. Heiztemperaturabhängige Behandlung
Probe # 16: Das mit 2%iger Essigsäure vorbehandelte Sägemehl wird bei 350°F (177°C) im Konvektionsofen, mit barotroper Luftströmung und Ozon für 2 Stunden behandelt. Die Farbe des Produktes ist braun. Ein Probe wird mit Wasser kräftig verrührt bis alles durchfeuchtet ist; die Öladsorptionsfähigkeit des schwimmenden Materials beträgt 5.5ml/g.
Probe # 17: Das mit 2%iger Essigsäure vorbehandelte Sägemehl wird bei 250F (121 °C) im Konvektionsofen, mit barotroper Luftströmung und Ozon 6.5 Stunden behandelt. Die Farbe des Fertigproduktes ist wie die des unhandelten Produktes. Die Probe wurde mit Wasser kräftig verrührt; die Öladsorptionsfähigkeit des schwimmenden Materials beträgt 2.7ml/g.
Das Experiment hat gezeigt: (1) Der Temperaturbereich für den Behandlungsprozess ist gross. Die Kurzzeitbehandlung bei einer höheren Temperatur bringt ein besseres Ergebnis als die Langzeitbehandlung bei einer niedrigeren Temperatur. (2) Die hydrophobe und oleophile Beschaffenheit des bei niedriger Temperatur erzielten hellfarbigen Produktes ist ziemlich gut. Das beweist, dass die pyrolytische Reaktion für die Produktion der hydrophoben und oleophilen Substanzen nicht nötig ist.
Beispiel 12. Erhitzungszeitabhängige Behandlung
Zwei Proben mit feuchten Blättern wurde bei 350°F (177°C) mit Wirbelgegenströmung für 2 Stunden beziehungsweise 5 Stunden behandelt. Die Proben wurden dann mit Wasser kräftig durchgeschüttelt und dann bei Zimmertemperatur 12 Stunden stehengelassen. Danach wurden beide Proben noch einmal kräftig durchgeschüttelt, und dann wurde die Schwimmfähigkeit verglichen. Das für 5 Stunden behandelte Produkt wies eine Schwimmrate von 40% auf, aber das nur 2 Stunden behandelte Produkt nur 10%.
Beispiel 13. Öl verdrängt aufgenommenes Wasser
5g des Sägemehlproduktes, das bei 350°F (177°C) für 2 Stunden behandelt wurde (Beispiel 11), wird mit Wasser verrührt, überschüssiges Wasser wird ausgepresst. Wenn diese feuchte Probe (16.9g) mit 30ml Altöl gemischt wird, wird festgestellt, dass Öl absorbiert und das Wasser teilweise verdrängt wird. Nach fünf Minuten liefen 3.5g Wasser ab. Ergebnis der Analyse: Der Anfangswassergehalt der feuchten Probe betrug 2.38g Wasser/g Sorbent, nach der Beimischung des Öls 1.68g Wasser/g Sorbent. Also wurden ungefähr 30% des ursprünglich absorbierten Wassers von Öl ersetzt. Fazit: Das von hydrophobem und oleophilem Absorptionsmittel absorbierte Wasser kann teilweise von Öl ersetzt werden. Die wasserabstossenden ölanziehenden Adsorptionsmittel nehmen eher Öl als Wasser auf.
Beispiel 14. Ausziehbare ätherische Substanz des hydrophoben und oleophilen Produktes
Test 1: Das Rohmaterial und eine Alufolie werden in den Reaktionsbackofen gelegt. Nach dem Reaktionsverlauf bei hoher Temperatur ist die Alufolie mit einer gelbbraunen Substanz überzogen. Mit folgenden Lösungen wurde die Auflösbarkeit dieser Schicht geprüft: Wasser, Isopropylalkohol, Benzin, Wasserstoffperoxyd, Esso^® Maschinenöl, Vim^® Reinigungsmittel, und Sunlicht^® Geschirrspülmittel. Das Ergebnis hat gezeigt, dass Isopropylalkohol das einzige Lösungsmittel ist, das diese Schicht auflösen kann. Die Beschichtung kann teilweise mit Wasser aufgelöst werden, aber nicht mit Benzin und Esso^® Maschinenöl. Das Ergebnis beweist, dass diese Beschichtung hydrophob und hydrophil ist.
Test 2: Folgende Proben werden bei Zimmertemperatur für 6 Tage geschüttelt: (1) 20g der Probe # 10 vom Beispiel 9 und 300ml 70%iger Isopropylalkohol; (2) 20g der Probe # 10 vom Beispiel 9 und 300ml Wasser; (3) 20g unbehandeltes Sägemehl und 300ml Wasser. Dann wird 20g unbehandeltes Sägemehl mit dem gebrauchten Isopropylalkohol von (1) 30 Minuten geschüttelt. Diese 4 Proben wurden gesammelt, die überschüssige Lösung wurde mit einer Handpresse entfernt, und dann wurden diese Proben bei einer Temperatur von 200°F (93°C) mit Wirbelgegenströmung für 2 Stunden getrocknet. Diese niedrige Temperatur soll nur das Trocknen bewirken nicht aber die Produktion einer hydrophoben und oleophilen Substanz. Die Ölabsorptionsrate nach kurzer Berührung mit Wasser beträgt für die mit Isopropylalkohol behandelte Probe #10 3.0ml/g, für die mit Wasser behandelte Probe #10 3.7ml/g, für das mit Isopropylalkohol behandelte Sägemehl 0.5ml/g und für das mit Wasser behandelten Sägemehl 0ml/g.
Erläuterungen: (1) Isopropylalkohol kann einige flüchtige Substanzen, die sich beim VOTD bilden, extrahieren. (2) Die verlorene Ölabsorptionsfähigkeit des hydrophoben oleophilen Absorptionsmittels nach Wassersättigung kann in einem Trocknungsverlauf bei niedriger Temperatur wiedergewonnen werden. (3) Die extrahierten flüchtigen Substanzen spielen eine wichtige Rolle bei der Wasserabweisung und Ölanziehung. Jedoch sind die extrahierbaren flüchtigen Substanzen im wasserabstossenden ölanziehenden Produkt nicht der einzige oder sogar der Hauptgrund für die wasserabstossende ölanziehende Eigenschaft.
Beispiel 15. Einfluss der Partikelgrösse auf die Absorption
Es hat sich gezeigt, dass die feinen Teile der mit Sägemehl hergestellten wasserabstossenden ölanziehenden Produkte schneller unter Wasser sinken als die groben Teile. Daraus ist zu schliessen, dass feine Teile wahrscheinlich eine schlechte wasserabstossende Fähigkeit besitzen, oder aber, dass sie die wasserabstossende Eigenschaft leicht verlieren.
Test 1: Das aus zerstampften Rinden hergestellt Produkt gem. Beispiel 16 wird durch drei Siebe mit den Maschengrössen 14, 28, und 60 gesiebt. Vier Proben unterschiedlicher Grösse werden getestet. Es wurde festgestellt, dass: die Ölabsorptionsfähigkeit nach kurzer Berührung mit Wasser bei Partikeln, die grösser als die Maschendichte 60 sind, allmählich von 1.2 bis 3.0ml/g beziehungsweise von 0.8 bis 2.0ml/g gesteigert wird. Waren die Partikel kleiner als die Maschendichte 60, verringerten sich die Ölabsorptions- und Schwimmfähigkeit im Vergleich zu den Partikeln, deren Grösse zwischen 28 und 60 Maschendichte liegt.
Test 2. Einige Proben des Beispiels 3 aus Gras, Erdnusschalen, Maisblättern, Maishalmen, Tabakblättern, Tee, Reisstroh, Knoblauchhäuten, Bagasse, Schlacke der Mohrenhirse, Halmen und Stengeln des Wildreises, Tannennadeln, Reisschalen, Erbsenschoten und Kokosschalen werden pulverisiert. Die Ölabsorptionsfähigkeit der einzelnen Proben wird gemessen und mit den nicht pulverisierten Proben verglichen. Ergebnis: die Ölabsorptionsrate der pulverisierten Proben aus Stroh und Halmen stieg um 20 bis 100%, während Proben anderer Typen keine Änderung erfuhren.
Die Tests haben gezeigt, dass die Grösse der Partikel einen wichtigen Einfluss auf die Adsorptionsfähigkeit ausüben. Kleinere oder dünngeschichtete ergeben ein besseres Resultat.
Beispiel 16. Aus verschiedenen Rohmaterialien hergestellte wasserabstossende ölanziehende Produkte
Es werden 27 verschiedene Rohmaterialien mit Konvektion, barotroper Luftströmung und Ozon bei einer Temperatur von 300–400°F für eine unterschiedliche Dauer behandelt. Dann werden die Ölsorptionsfähigkeit (OS) und die Ölsorptionsfähigkeit nach kurzer Berührung mit Wasser (OSW) gemessen. (1) Mit Wasser befeuchtete Verbandwatte 4.5 Stunden bei 350°F. OS: 30–32ml/g, OSW: 12–14ml/g. (2) Zuckerrohr, geschält, zermahlen und in Wasser gekocht 2.5 Stunden bei einer Temperatur von 375°F. OS: 10ml/g, OSW: 7.5ml/g. (3) Mit Wasser befeuchtete zerstampfte Rinde 2 Stunden bei 375°F. OS: 2.0ml/g, OSW: 1.2ml/g. (4) Mit Wasser befeuchtete zerkleinerte Kokosschale, 2 Stunden bei 375°F. OS: 8ml/g, OSW: 7ml/g. (5) Gräser in Wasser gekocht bei 350°F für 2 Stunden. OS: 7–8ml/g, OSW: 4-5ml/g. (6) Mit Wasser befeuchtete Kapokfasern 5 Stunden bei 350°F. OS: 30–32ml/g, OSW: 20ml/g. (7) Moos mit Wasser gekocht, 2 Stunden bei 350°F. OS: 6–7ml/g, OSW: 4–5ml/g. (8) Mit Wasser befeuchtete Erdnusschalen bei 350°F für 3 Stunden. OS: 2.5ml/g, OSW: 0.5ml/g. (9) Mit Wasser befeuchtete Tannennadeln bei 350°F für 2 Stunden. OS: 3.3ml/g, OSW: 1.2ml/g. (10) Schilfrohr kleingeschnitten mit Wasser befeuchtet, 3 Stunden bei 375°F. OS: 9.0ml/g, OSW: 8.5ml/g. (11) Seetang, mit Wasser befeuchtet, 1 Stunde bei 350°F. die Wasserabstossfähigkeit erwies sich als besser als die des unbehandelten Seetangs. (12) Zuckermohrenhirse, geschält, zermahlen und mit Wasser gekocht, bei 375°F, für 2.5 Stunden. OS: 18ml/g, OSW: 14ml/g. (13) Tabakblätter, mit Wasser gefeuchtet bei 375°F für 2 Stunden. OS: 8ml/g, OSW: 6ml/g. (14) Baumblätter, in Wasser gekocht, bei 350°F für 2 Stunden. OS:.5–13ml/g, OSW: 2–8ml/g. (15) Unbekannter wilder Strauch, kleingeschnitten, mit Wasser befeuchtet, 2.5 Stunden bei 350°F. OS: 6–7ml/g, OSW: 5ml/g. (16) Halme und Stengel des Wildreises, frisch, kleingeschnitten, 4 Stunden bei 375°F. OS: 10ml/g, OSW: 8ml/g. (17) Holzspäne in Wasser gekocht, 4.5 Stunden bei 350°F. OS: 6.0ml/g, OSW: 5.0ml/g. (18) Agar-Agarpulver, mit Wasser befeuchtet, 1 Stunde bei 350°F. Das behandelte Produkt wies eine bessere Wasserabstossfähigkeit auf als das unbehandelte Agar-Agarpulver. (19) Kaffeepulver, Nestle^®, trocken, 1 Stunde bei 350°F. Das behandelte Produkt wies eine bessere Wasserabstossfähigkeit auf als das unbehandelte Kaffeepulver. (20) Weizenmehl, trocken, 25 Minuten bei 375°F und 40 Minuten bei 350°F. Das behandelte Produkt wies eine bessere Wasserabstossfähigkeit auf als das unbehandelte Weizenmehl. (21) Torf, Sunshine^®, mit Wasser befeuchtet, 90 Minten bei 350°F. OS: 8.0ml/g, OSW: 4.3ml/g. (22) Pappe, zerkleinert, in Wasser gekocht, 2 Stunden bei 350°F. OS: 3.5ml/g, OSW: 0.8ml/g. (23) Sojabohnen, in Wasser voll aufquellen lassen, dann zerstampfen, 2.5 Stunden bei 350°F. OS: 3.0ml/g, OSW: 2.0ml/g. (24) Eiweiss, 4 Stunden bei 350°F. Das behandelte Produkt stösst Wasser besser ab, als das unbehandelte Eiweiss. (25) Krabbenschalen, zerstampft, mit Wasser befeuchtet, 2.5 Stunden bei 375°F. Das behandelte Produkt hat eine bessere Wasserabstossfähigkeit als die unbehandelten Krabbenschalen. (26) Holzkohle, zertrümmert, mit Wasser befeuchtet bei 350°F erst 60 Minuten und dann bei 400°F 15 Minuten. Die behandelte Holzkohle stösst Wasser besser ab, als unbehandelte Holzkohle. (27) Kleiderstoff (50% Baumwolle, 50% Polyester) mit Wasser befeuchtet, 2 Stunden bei 375°F. Der behandelte Kleiderstoff stösst Wasser besser ab als unbehandelter Stoff.
Beispiel 17. Absorption organischer Substanzen
Um die Absorptionsfähigkeit verschiedener Öle und organischer Substanzen zu prüfen, wurden 2.5g Sägemehl-Absorber gem. Beispiel 3 unter Zugabe von 15ml natürlicher organischer Substanzen und 200ml Wasser getestet. Hier einige der für die Tests herangezogenen Öle und organischen Reagens: Benzin, Motoröl, Paraffin, Rohöl Canolaöl, Maisöl, Kühlmittel, Farben, Azetat, Anilin, Benzol, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorform, Zyklohexan, Dichlormethan, Diethanolamin, Äthylalkohol, Äthyläther, Formaldehyd, n-Heptan, n-Hexan, Isobutanol, Isopropanol, n-Pentan, Methanol, Petroleumäther, Phenol, Propanol, Propylenglykol, Tetrahydrofuran, Toluol und Xylol.
Alle getesteten organischen Substanzen wurden vom Absorber gut aufgenommen. Die mit Wasser gemischten Kohlenwasserstoffe mit grösserer Dichte als Wasser, z.B. Anilin, Methylbenzoat, Benzylalkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Diethanolamin, Dimethylphthalat und Äthylazetoazetat sinken in untere Schichten ab. Werden nun die Absorptionsmittel auf die Wasseroberfläche aufgetragen, und geschüttelt, sinken diese schnell ab, um die Chemikalien aufzunehmen.
Bemerkungen: Die Sorbens dieser Erfindung binden eine Vielzahl organischer Substanzen, ungeachtet dessen, ob sie leichter oder schwerer sind als Wasser, an sich. Dies ist nützlich bei der Industrieabfallbeseitigung.
Beispiel 18. Absorption giftiger Metallione
Eine modifizierte Dithizonmethode wurde angewandt, um die Konzentration der schweren Metallione zu messen.
Test 1: 1g Schlacke der Mohrenhirse gem. Beispiel 3 hergestellt, wird mit 50ml 20μg Pb2+/ml Lösung für 4 Stunden geschüttelt. Die Pb2+ Konzentration wurde auf 8.8–9.0μg/ml gesenkt. Die Beseitigungsrate der Bleiione betrug bei diesem Test 55%.
Test 2: 1g Schlacke der Mohrenhirse, hergestellt gem. Beispiel 3, wurde mit 50ml 20μg Hg2+/ml Lösung 30 Minuten geschüttelt. Danach betrug die Dichte des Hg2+ 4.8μg/ml. Die Beseitigungsrate des Hg2+ erreichte 76%.
Test 3: 1g Schlacke der Mohrenhirse, hergestellt gem. Beispiel 3, wurde mit 50ml 20μg Hg2+/ml Lösung und 5ml Altöl 30 Minuten geschüttelt. die Konzentration des Hg2+ wurde auf 10μg/ml gesenkt; das gesamte Altöl wurde absorbiert. 50% des Hg2+ wurden bei Vorhandensein des Altöls beseitigt.
Bemerkungen: Die Testergebnisse haben gezeigt, dass die Absorber dieser Erfindung giftige Metallione, die sich in vergiftetem Wasser befinden, binden können, selbst solche in mit Öl verunreinigtem Wasser.
Beispiel 19. Anwendung des Sorptionsmittels unter verschiedenen Umweltbedingungen
Test 1. Öl im Wasser: Altöl mit Wasser kräftig für 2 Minuten schütteltn mit einer Auf- und Abwärtsbewegung, um eine teilweise emulgierte Wasser-Öllösung zu erhalten. Eine Probe der Probe #7 des Beispiels 9 wurde auf emulgiertes Öl hin untersucht; es erwies sich, dass die Absorption des emulgierten Öls 3.5ml/g betrug.
Test 2. Absorption von Öl in Gegenwart von Reinigungsmitteln: Eine Probe der Probe # 7 wurde auf die Absorption von Öl in einer Seifen- und Geschirrspülmittellösung hin untersucht. Bei diesem Test wurde keinerlei Ölabsorption festgestellt.
Test 3. Ölabsorption bei unterschiedlichen pH-Werten: Die Ölsorptionsfähigkeit der Probe # 7 wurde mit 0.5% Essigsäure, 5% Essigsäure, 10% Natriumbikarbonatlösung beziehungsweise 0.1 M Natriumhydroxidlösung getestet. Die Ölabsorptionswerte betrugen respektiv: 4.0, 3.3, 4.0 und 1.5ml/g.
Test 4. Ölabsorption bei hoher Konzentration von Natriumchlorid: Die Absorption des emulgierten Öls der Probe # 7 wurde mit 5% und 30% Natriumchlorid getestet. Die Absorption betrug 3.5 beziehungsweise 3.2ml/g.
Test 5. Ölabsorption bei verschiedenen Temperaturen: Die Ölsorption der Probe # 7 wurde mit kochendem Wasser und Eiswasser getestet. Die Ölabsorptionsrate betrug 3.0 beziehungsweise 4.0ml/g.
Anmerkungen: (1) Die wasserabstossenden ölanziehenden Sorber dieser Erfindung können emulgiertes Öl gut aufnehmen. (2) Die Absorber sind wirkungslos, wenn Reinigungsmittel vorhanden sind. (3) Die Absorber können bei einer Vielfalt von Umweltbedingungen eingesetzt werden.
Beispiel 20. Verwendung der Raschsäule
Test 1: 15g Gras des Beispiels 16 wird in eine Säule (Durchmesser 3.7cm, Länge 28cm), die unten mit einer Lage Baumwollgaze abgeschlossen wird, gestopft. Um teilweiseemulgiertes Öl zu erhalten, werden 25ml Altöl und 100ml Wasser für 2 Minuten geschüttelt. Dieses teilweise emulgierte Öl wird in die Säule gegossen. In Sekunden läuft die Flüssigkeit durch die Säule. Eine starkverdünnte etwas milchige Lösung wird aufgefangen.
Test 2: 150 ml Gras des Beispiels 16 wurde in eine einfache 500ml Raschsäule gepackt. Dazu kam eine Mischung aus 150ml Bagasse des Beispiels 16 und 100ml Sägemehl des Beispiels 3 in die Säule. 50ml Altöl mit 200ml Wasser wurden in die Säule gegossen. Das Wasser lief sehr schnell durch die Säule. Die abgeflossene Flüssigkeit enthielt keinerlei Öl. Auch in den folgenden 2 Tagen sickerte kein Öl durch. Test 3: 15g Gras des Beispiels 16 wird in eine Säule (Durchmesser 3.7cm, Länge 28cm) gegeben. Die Säule wird unten mit einer Lage Baumwollgaze verschlossen. Dann wird eine Mischung aus 200ml erhitzter Fleischbrühe und 50ml Speiseöl in die Säule gefüllt. Sehr schnell läuft Wasser ab; die abgeflossene Substanz enthält kein Öl.
Anmerkungen: (1) Die Anwendung der Raschsäule, um verschmutztes Wasser von Öl oder emulgiertem Öl zu reinigen, ist mit dieser Erfindung schnell und äusserst wirkungsvoll. (2) Auch kann mit diesem Produkt öliges Warmwasser, wie es in der Lebensmittelindustrie und in Restaurants anfällt, behandelt werden.
Beispiel 21. Entfernung des Öls von der Wasseroberfläche
Test 1: Das mit Sägemehl bei 350°F hergestellte Produkt des Beispiels 11 wird in einen schlauchartigen Sack aus Baumwollgaze gefüllt, Gras, Blätter und Bagasse des Beispiels 16 werden jeweils in flache Säcke aus Plastiknetz gefüllt. Die o.g. Behälter mit den Absorptionsmitteln werden auf die Wasseroberfläche, auf der eine 2mm dicke Öllache schwimmt, gelegt. Das Öl auf der Wasseroberfläche wird schnell und effektiv absorbiert. Wird das Absorptionsmittel mit dem Wasser am Rand der Öllache verrührt, wird auch das in diesem Bereich befindliche Öl effektiv entfernt.
Test 2: 10g des zerstampften Sojabohnen Produkts des Beispiels 16 werden in einen flachen Beutel aus Baumwollgaze gefüllt. Wenn dieser Beutel in kochende Fleischbrühe mit der Zugabe von 20ml Speiseöl gelegt wird, kann man einen schnellen Ölentfernungseffekt beobachten.
Anmerkungen: (1) Die Produkte dieser Erfindung eignen sich zur wirkungsvollen und schnellen Entfernung verschütteter Substanzen. (2) Der Ölabsorptionsbeutel kann Fett und Öl in Nahrungsmitteln völlig oder teilweise entfernen, um ein gesundes Nahrungsmittel zu erhalten.
Beispiel 22. Sorptionspapier
Test 1: Verbandwatte, Reisstroh und Sägemehl werden vermischt und pulverisiert. Dann wird 20%iger Alkohol zugefügt, um eine breiige Masse zu erhalten. Diese wird dann auf ein Küchenpapier gestrichen, und anschliessend bei 350°F (177°C) für 5 Stunden konvektiert. Das auf diese Weise hergestellte Papier ist nun wasserabstossend und ölabsorptionsfähig.
Test 2: Das mit Wasser befeuchtete Papier wird für 3 Stunden bei 375°F (191°C) mit Konvektion bei barotroper Luftströmung und Ozon behandelt. Das erzeugte Papier weist nun eine gute wasserabstossende und ölanziehende Fähigkeit auf.
Beispiel 23. Zigarettenfilter aus wasserabstossenden und ölanziehenden Sorptionsmitteln
Zigarettenrauch enthält viele krebserregende Substanzen. Nikotin kann nicht nur mit Wasser, sondern auch mit organischen Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Anteilen aufgelöst werden. Das beweist, dass Nikotin wasserfreundlich und ölanziehend ist. Zigarettenfilter sollen hauptsächlich Teer und Nikotin reduzieren, z.Z. wird meist Azetatfaser als Filtermaterial benutzt. Da die Azetatfaser sehr hydrophil ist, sinkt sie im Wasser innerhalb von Sekunden. Die hydrophoben, oleophilen, preiswerten, natürlichen ungiftigen Sorptionsmittel dieser Erfindung können die wasserabstossenden giftigen Substanzen im Zigarettenrauch wirkungsvoller beseitigen als Zelluloseazetat.
Test: Für diesen Test wurden Zigaretten verschiedener Marken ausgesucht, solche mit Kräutergehalt und solche , die mit Wärme gereift wurden und solche die einen Teergehalt von 10 bis 15mg aufwiesen. Die meisten Zigaretten hatten einen 2cm langen Filter aus Zelluloseazetat, ein Zigarette hatte einen kombinierten Filter, der aus einem 1 cm langen Filter aus Azetat und einem 1 cm langen Filter aus Aktivkohle und Zelluloseazetat bestand. Die Filterstücke aus Zelluloseazetat wogen ohne Abdeckpapier 0.10–0.12 g. Ein aus durchsichtigem Plastik kommerziellhergestellter gesundheitsfreundlicher Filter, der einen Teil des Teergehalts und farbige Substanzen der Zigaretten auffangen und sichtbar machen kann (China Patent, ZL9520735LX, ZL96213148.2), wurde als Messgerät und als Behälter für das wasserabstossende und ölanziehende Sorptionsmittel eingesetzt. 2 Kontrolltests, ein Test ohne Filter, und ein anderer Test mit Zelluloseazetatfilter, wurden bei jedem Test durchgeführt. Folgende Filterproben wurden getestet:
0.05–0.2g Sägemehl gem. Probe # 9 im Beispiel 9;
0.05–0.2g Adsorptionsmittel aus Tabakblättern gem. Beispiel 16;
0.02–0.1g Adsorptionsmittel aus Bagasse gem. Beispiel 16;
0.02–0.1g. Schlacke der Mohrenhirse als Adsorptionsmittel gem. Beispiel 16;
0.02–0.1g Adsorptionsmittel aus Verbandwatte gem. Beispiel 16;
0.05–0.2g Adsorptionsmittel aus Fasern des Maiskolbens gem. Beispiel 3.
Die Messungen ergaben, dass die Proben nach Anwendung der verschiedenen Adsorptionsmittel deutlich weniger Teer und andere farbige Substanzen enthielten als die Proben, die mit dem Azetatfilter getestet wurden.
Anmerkungen: (1) Alle sechs getesteten Adsorptionsmittel erwiesen sich als gute Zigarettenfilter. Sie nahmen weit mehr Teer und wasserabstossende Substanzen auf als die Azetatfilter gleichen Gewichts. Das aus Verbandwatte, Bagasse und Schlacke der Mohrenhirse hergestellte Absorptionsmittel erwies sich als das beste in bezug auf die Adsorptionsfähigkeit und Wirksamkeit. Die Möglichkeit, aus Tabakblättern Zigarettenfilter herzustellen, ist sehr attraktiv. Die wasserabstossenden ölanziehenden Adsorber stellen ein sehr vielversprechendes Filtermaterial für Zigarettenrauch dar. Zum Filtern können sie separat oder kombiniert gebraucht werden. Werden die wasserabstossenden und ölanziehenden Sorptionsmittel mit gewöhnlichem z.Z. hergestellten wasseranziehenden Filtermaterial kombiniert, kann eine wirkungsvollere Filterfunktion erwartet werden. (2) Einige Faktoren, wie: Menge, Partikelgrösse, Dichte des Filtermaterials und die Form des Filters, beeinflussen deutlich die Wirksamkeit und den Gebrauch der wasserabstossenden ölanziehenden Sorber als Zigarettenfilter zur Beseitigung von Teer oder wasserabstossenden Substanzen. Eine grössere Menge, kleine Partikel, in einen längeren aber schmaleren Filter lose aber gleichmässig gepackt ergeben eine bessere Wirkung. (3) Die Bindefähigkeit der wasserabstossenden ölanziehenden Sorptionsmittel zu Teer und anderen gasförmigen wasserabstossenden Substanzen ist überraschend hoch, selbst bei raschem Zigarettenrauchausstoss.
Beispiel 24. Test des Sorptionsmittels aus Bagasse zur Sorption des gasförmige Formaldehyds
5ml Formalinlösung (36–40%iges Formaldehyd) wird mit einer Pipette in einen 10ml Becher gefüllt, der Becher wird in eine 300ml Flasche mit breiter Öffnung gestellt. Nun werden 2g Absorptionsmittel aus der Schlacke der Mohrenhirse gem. Beispiel 3 in die Flasche gegeben. Die Flasche wird verschlossen und übernacht in einen Brutkasten bei 60°C gestellt. Zur Kontrolle wird eine Probe, wie oben beschrieben hergestellt aber ohne Absorptionsmittel. Die Flaschen wurden geöffnet und der Formalingehalt der Becher mit und ohne Absorptionsmittel verglichen. Es ergab sich ein Gehalt von 4.5ml beziehungsweise 4.2ml. Das Sorptionsmittel aus Schlacke der Mohrenhirse riecht stark nach Formalin. Das beweist, dass dieses Sorptionsmittel das gasförmige Formaldehyd wirksam absorbieren kann. Das Sorptionsmittel wurde gleichmässig auf eine 15cm Petri-Schale gestrichen und offen der Luft ausgesetzt bei Zimmertemperatur. Nach 2 Stunden roch das Sorptionsmittels noch sehr stark, auch nach 6 Stunden, sowie nach 17 Stunden. Erst nach 28 Stunden liess der Geruch nach. Das beweist, dass dieses hydophobe oleophile Sorptionsmittel nicht nur gasförmige organische Substanzen aufnehmen kann, sondern auch für eine lange Zeit festhalten kann. Es ist anzunehmen, dass die Sorptionsmittel als Träger gasförmiger Substanzen eingesetzt werden können, die diese Substanzen nur langsam abgeben.
Beispiel 25. Das hydrophobe oleophile Sorptionsmittel dient der Reinigung des mit Öl verschmutzten Sandes und ölverschmutzer Erde
Test 1. Reinigung des mit Öl verschmutzten Sandes: 25ml Altöl wurden auf eine 1cm dicke feuchte Sandschicht in einen 17 × 9.5cm grossen Behälter geschüttet und vermischt. 15g Sorptionsmittel (Probe #9 gem. Beispiel 9) wurden dem öldurchtränkten Sand zugesetzt, für 5 Minuten ohne Unterbrechung gemischt, damit der Sand das Öl vollständig aufnehmen konnte. Wasser wurde zugesetzt und alles gut verrührt. Ölgetränkte und ungetränkte Sorptionsmittel schwammen auf der Wasseroberfläche. Von dem schwimmenden Material wurde soviel wie möglich eingesammelt. Dann wurde der Sand wieder verrührt, um mehr Sorber aus dem Sand an die Wasseroberfläche zu bringen und einzusammeln. Das Verrühren und Einsammeln wurde wiederholt bis kein Sorptionsmittel mehr hochschwamm. Das überschüssige Wasser wurde abgeschüttet. Der Sand wurde mit der Hand geprüft, er fühlte sich nur ein bisschen ölig an. Weitere 5g Absorptionsmittel wurden dem Sand zugefügt und der o.g. Vorgang wiederholt. Der Sand wurde wieder mit der Hand geprüft. Es wurde festgestellt, dass der Sand nun sehr sauber war und keinerlei Ölrückstände aufwies.
Test 2. Reinigung ölverseuchter Erde: 100g luftgetrocknete Erde per Hand aufgelockert, wird mit 50ml (45g) Altöl vermischt. Dann fügt man 30g Absorptionsmittel (Probe # 9 gem. Beispiel 9) der mit Öl verschmutzten Erde zu und verrührt das Ganze ununterbrochen für 10 Minuten. Unter kräftigem Rühren wird Wasser beigefügt. Die Wassermenge beträgt mindestens 10mal soviel wie die Erdmenge, damit das Sorptionsmittel ungehindert an die Wasseroberfläche schwimmen kann. Das ölgetränkte Sorptionsmittel und das ungetränkte schwimmen zur Wasseroberfläche. Von dem schwimmenden Material wird soviel wie möglich aufgesammelt. Dann wird das schlammige Wasser kräftig verrührt, um mehr Sorptionsmaterial aus der Erde an die Wasseroberfläche zu bringen. Das Sorptionsmittel wird eingesammelt. Das Rühren und Einsammeln wird solange wiederholt, bis kein Sorptionsmittel mehr hochschwimmt. Ist das Wasser klar, wird das überschüssige Wasser abgeschüttet. Eine Probe mit der Hand ergibt, dass sich die Erde etwas ölig anfühlt. Auf diese Weise werden schätzungsweise 90% des Öls aus der mit Öl getränkten Erde entfernt. Das gesammelte Sorptionsgemisch wird mit einer Handpresse ausgepresst, um das überschüssige Wasser zu entfernen. Das Gewicht der gesammelten Sorptionsmischung beträgt 128g. Wenn 90% des Öls aufgenommen und eingesammelt wurden, dann haben 30g Sortionsmittel ungefähr 40.5g Öl und 57.5g Wasser aufgenommen. Als noch 10g Sorptionsmittel der, wie oben behandelten, Erde für einen zweiten Reinigungsvorgang beigefügt wurden, ergab sich ein zufriedenstellendes Resultat, die Erde fühlte sich kaum noch ölig an.
Fachleute, die mit der Materie vertraut sind, werden erkennen, dass die Verwendungsbereiche dieser Erfindung unbegrenzt sind. Beliebig viele Änderungen und Modifikationen sind bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung möglich, ohne von dem Ziel derselben abzuweichen. Demgemäss muss der Anwendungsbereich der Erfindung im Zusammenhang mit der Behandlung der Substanzen gesehen werden, wie die folgenden Feststellungen demonstrieren.

Claims

Verfahren zur Erhöhung von Hydrophobie und Oleophilie einer natürlichen organischen Substanz mit den folgenden Verfahrensschritten: (a) Bereitstellung einer befeuchteten natürlichen organischen Substanz; (b) Erhitzen dieser organischen Substanz in einem Oxidationsmedium bei einer Temperatur im Bereich zwischen 80° und 700°C für eine Zeitdauer von zwischen 16 Minuten und 24 Stunden, während gleichzeitig das Oxidationsmedium über die organische Substanz strömt, so dass die organische Substanz von dem Oxidationsmedium oxidiert wird und so dass Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe von der organischen Substanz abgegeben werden und von dem strömenden Oxidationsmedium abgeführt werden; und (c) Abkühlung der behandelten organischen Substanz auf Umgebungstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmedium Luft, oder Sauerstoff, oder Ozon, oder Dampf und Ozon, oder Wasserstoffperoxid, oder Kombinationen dieser Stoffe enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen während eines ersten Zeitabschnitts bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur und während eines zweiten Zeitabschnitts bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen in Gegenwart eines Katalysators erfolgt, der die Oxidation der organischen Substanz katalysiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zusätzlich den vor dem Erhitzen auszuführenden Schritt beinhaltet, die organische Substanz einer Behandlung auszusetzen, um deren Oxidationsbereitschaft und Porosität zu erhöhen und um darin befindliche Reaktionsgruppen dem Oxidationsmedium auszusetzen, wobei diese Behandlung mindestens einen oder Kombinationen der folgenden Schritte umfasst; (i) Tränken der organischen Substanz in kochendem Wasser, (ii) Tränken der organischen Substanz in saurer oder alkalischer Lösung, (iii) Dehnen der organischen Substanz durch mechanisches Strecken, (iv) Auftrag eines flüchtigen Reaktanten auf die organischen Substanz, (v) Gefrieren der organischen Substanz.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Substanz aus der Gruppe der folgenden Substanzen gewählt wird: Hölzer, Rinden, Blätter, Strohhalme, Halme, Hülsen, Schalen, Wurzeln, Blüten, Samen, Bohnen, Gräser, Pflanzenmark, Mehl, Seetang, Schwämme, Bagasse, Zucker-Sorghum, Zuckerrübe, Reis, Weizen, Mais, Roggen, Gerste, Hafer, Hirse, Bast, Leinen, Ramie, Erdnuss, Ölpalme, Tabak, Tee, Baumwolle, Gewebe, Papiere, Kartons, Zellstoffe, kompostierte städtische Abfallprodukte, landwirtschaftlicher Abfall, Pilzkultur-Rückstände, Federn, Wolle, Haare, Algen, Pilze, Bakterien, Torf, Braunkohle, Holzkohle, Krabben- und Garnelenpanzer, organischer Abfallschlamm, Bakterienkulturen, oder Mischungen dieser Stoffe.
Behandelte organische Substanz mit durch das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche erhöhter Hydrophobie und Oleophilie.
Gasfilter, der die behandelte organische Substanz nach Anspruch 7 enthält, insbesondere ein Zigarettenfilter, oder ein aus behandelten Tabakblättern bestehender Zigarettenfilter, oder ein Abgasfilter eines Kraftfahrzeuges, oder ein Luftfilter.
Verfahren zur Erhöhung der Hydrophilie einer natürlichen organischen Substanz mit den folgenden Verfahrensschritten: (a) Auftrag einer Lösung mit Carbonat- oder Bicarbonatzusammensetzung auf die natürliche organische Substanz, (b) Erhitzen der organischen Substanz in einem Oxidationsmedium bei einer Temperatur im Bereich zwischen 80° und 700°C für eine Zeitdauer von zwischen 1 Minute und 24 Stunden, während gleichzeitig das Oxidationsmedium über die organische Substanz strömt, so dass Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen von der organischen Substanz abgegeben werden und von dem Strom des Oxidationsmedium abgeführt werden, (c) Kühlung der behandelten organischen Substanz auf Umgebungstemperatur.
Behandelte organische Substanz mit durch das Verfahren nach Anspruch 9 erhöhter Hydrophilie.