DE60214197T2

DE60214197T2 - Adsorptionselement und -verfahren

Info

Publication number: DE60214197T2
Application number: DE60214197T
Authority: DE
Inventors: John Kevin Champlin SEGUIN; A. Steven Eagan CARTER; Dennis Jon Little Canada JORIMAN; James Andrew Apple Valley DALLAS; Lefei Ding; Nghia Brian Shakopee HOANG
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: IL158358A0; US7022158B2; WO2003035219A3; WO2003035219A2; DE60214197D1; US6645271B2; ATE337070T1; US20050005769A1; US20030041733A1; JP2005506898A; EP1414548A2; EP1414548B1

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Adsorptionselement zum Entfernen von Kontaminationsstoffen aus einem gasförmigen Strom, wie etwa einem Luftstrom.
Hintergrund
Gasadsorptionsartikel oder -elemente werden in vielen Industrien verwendet, um in der Luft befindliche Kontaminationsstoffe zu entfernen, um Menschen, die Umwelt und oftmals einen kritischen Herstellungsprozess oder die Produkte, die durch den Prozess hergestellt werden, zu schützen. Ein bestimmtes Beispiel einer Anwendung von Gasadsorptionsartikeln ist die Halbleiterindustrie, wo Produkte in einer ultrareinen Umgebung hergestellt werden, im Allgemeinen in der Industrie als ein „Reinraum" bekannt. Gasadsorptionsartikel werden auch in vielen nicht-industriellen Anwendungen verwendet. Beispielsweise sind Gasadsorptionsartikel oft in Luftbewegungssystemen sowohl in Gewerbe- als auch in Wohngebäuden vorhanden, um die Bewohner mit sauberer Atemluft zu versorgen.
Typische in der Luft befindliche Kontaminationsstoffe schließen basische Kontaminationsstoffe ein, wie etwa Ammoniak, organische Amine und N-Methyl-2-Pyrrolidon, saure Kontaminationsstoffe, wie etwa Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff oder Schwefeldioxid, und Kontaminationsstoffe organischen Materials, oft als VOCs (volatile organische Verbindungen) bezeichnet, wie etwa reaktive Monomere oder nicht-reaktive Lösungsmittel. Silika-haltige reaktive und nicht-reaktive Materialien, wie etwa Silane, Siloxane, Silanole und Silazane können besonders nachteilige Kontaminationsstoffe für derartige Anwendungen sein. Zusätzlich müssen viele toxische industrielle Chemikalien und chemische Kampfstoffe aus Atemluft entfernt werden.
Die schmutzige oder kontaminierte Luft wird oftmals durch eine granulöse Adsorptionsbettanordnung oder eine Schüttschichtanordnung angezogen. Derartige Betten weisen einen Rahmen und ein Adsorptionsmedium auf, wie etwa aktivierten Kohlenstoff, in dem Rahmen gehalten. Das Adsorptionsmedium adsorbiert oder reagiert chemisch mit den gasförmigen Kontaminationsstoffen des Luftstroms und erlaubt, dass saubere Luft an die Umgebung zurückgegeben wird. Die Säuberungseffizienz ist kritisch, um die Prozesse und die Produkte adäquat zu schützen.
Die Säuberungseffizienz und -kapazität des gasförmigen Adsorptionsbettes ist abhängig von einer Anzahl von Faktoren, wie etwa der Luftgeschwindigkeit durch das Adsorptionsbett, der Tiefe des Bettes, des Typs und der Menge des verwendeten Adsorptionsmediums und der Adsorptionsrate des Adsorptionsmediums. Um die Effizienz zu erhöhen oder zu maximieren, ist es auch wichtig, dass jedes Luftleck durch Öffnungen zwischen den dichtgepackten Adsorptionsbettkörnchen und dem Rahmen bis zu dem Punkt einer Elimination reduziert werden sollte. Beispiele von granulösen Adsorptionsbetten schließen jene ein, die in den US-Patenten Nr. 5,290,245 (Osendorf et al.), 5,964,927 (Graham et al.) und 6,113,674 (Graham et al.) gelehrt werden. Diese dichtgepackten Adsorptionsbetten führen zu einem kurvenreichen Weg der Luft, die durch das Bett fließt.
Als ein Ergebnis der dichtgepackten Betten tritt jedoch ein erheblicher Druckverlust auf. Aktuelle Lösungen zum Minimieren von Druckverlust schließen ein Reduzieren einer Luftgeschwindigkeit durch das Bett durch erhöhte Bettfläche ein. Dies kann durch eine Vergrößerung der Bettgröße erreicht werden, in dem die Betten V-förmig gebildet werden, oder durch Plissieren. Unvorteilhafterweise adressieren diese Verfahren den Punkt des Druckverlustes jedoch nicht adäquat und können ein zusätzliches Problem nicht gleichförmiger Fließgeschwindigkeiten, die das Bett verlassen, erzeugen.
Obwohl die oben identifizierten Adsorptionsbetten bei einigen Anwendungen ausreichend sind, ist das, was benötigt wird, eine Alternative zu einem Bett, welches effektiv Kontaminationsstoffe, wie etwa Säuren, Basen oder andere organische Materialien entfernen kann, während ein Druckverlust minimiert und gleichförmige Fließgeschwindigkeiten, die den Filter verlassen, zur Verfügung gestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Adsorptionselement gerichtet, welches durch sich hindurch einen minimalen Druckverlust aufweist. Das Adsorptionselement weist ein Grundkörpersubstrat oder eine Matrix auf, auf welchen eine adsorbierende Beschichtung appliziert wird. Der Körper kann eine Honigwaben-Matrix mit einer Mehrzahl von Zellen sein, die eine Mehrzahl von Passagen definieren, die sich durch den Körper erstrecken. Die adsorptive Beschichtung umfasst ein adsorptives Medium, wie etwa Kohlenstoff (normalerweise aktivierter Kohlenstoff) oder ein Ionenaustauschharz, welches durch einen polymeren Klebstoff oder ein Harz auf der Oberfläche des Körpers gebunden ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung ein starkes Oxidationsmittel, wie etwa Kaliumpermanganat, umfassen.
Das Adsorptionselement der vorliegenden Erfindung kann bei jeder Variation von Anwendungen verwendet werden, die das Entfernen von chemischen Kontaminationsstoffen aus einem fluiden (typischerweise gasförmigen) Strom, wie etwa einem Luftstrom, beabsichtigt. Im Allgemeinen kann das Element bei jeder Anwendung verwendet werden, wie etwa in Lithographieprozessen, Halbleiterverarbeitung und fotografischen und thermisch ablativen Abbildungsprozessen. Genaue und effiziente Arbeit einer Brennstoffzelle erfordert ebenfalls Luft (Oxidationsmittel), welche frei von nicht-akzeptablen chemischen Kontaminationsstoffen ist. Andere Anwendungen, bei denen das adsorptive Element der Erfindung verwendet werden kann, schließen jene ein, bei denen Umgebungsluft zum Vorteil jener gereinigt wird, die die Luft einatmen. Diese Bereiche sind oftmals geschlossene Räume, wie etwa Wohnräume, industrielle oder kommerzielle Räume, Flugzeugkabinen oder Innenräume von Automobilen. Persönliche Geräte, wie etwa Gasmasken oder unabhängigen Atmungsgeräte, werden ebenfalls verwendet, um Atemluft zu reinigen. In anderen Fällen ist es erwünscht, Kontaminationsstoffe zu entfernen, bevor die Luft in die Atmosphäre abgegeben wird; Beispiele für derartige Anwendungen schließen Kraftstoffsysteme für Automobile oder Motoransaugsysteme oder andere Fahrzeugentlüfter, Entlüftung aus industriellen Prozessen oder jede andere Operation oder Anwendung, bei der chemische Kontaminationsstoffe in die Umgebung entkommen können, ein.
In einem speziellen Aspekt besteht die Erfindung in einem kontaminationsstoffadsorbierenden Element oder Artikel, mit einem Körper mit einer Dicke von mindestens 1 cm mit einer Mehrzahl von sich in einer Anordnung Seite an Seite dort hindurch erstreckenden Passagen. Diese Passagen weisen eine maximale Breite von nicht mehr als etwa 5 Millimeter auf. Eine Beschichtung deckt die Passagen im wesentlichen ab, wobei die Beschichtung einen polymeren Binder und einen adsorbierenden Partikelstoff aufweist, wie etwa einen Kohlenstoffpartikelstoff. Die Dicke der Beschichtung (d.h. der Binder und der Partikelstoff) ist nicht größer als 0,5 Millimeter. Der Artikel ist im wesentlichen frei von ursprünglicher katalytischer Aktivität oder jeglicher bedeutender katalytischer Aktivität. Ursprüngliche katalytische Aktivität bezieht sich auf eine Katalyse von Reaktionen, die nicht direkt mit dem Entfernen eines Kontaminationsstoffes in Verbindung stehen. Diese adsorptiven Strukturen sind typischerweise frei von Katalysatormetallen, wie etwa Pt, Au, Ag, Pd, etc., und von Katalysatormaterialien, die in katalytischen Konvertern verwendet werden.
Das adsorptive Medium kann dem Körper oder der Matrix als eine Schmelze, eine Lösung oder ein Brei appliziert werden, wobei das Medium darin dispergiert ist, so dass das Medium vollständig in dem polymeren Klebstoff eingebettet oder von diesem abgedeckt ist. Alternativ kann das Medium an dem Körper in einer Weise angeheftet sein, dass das Medium an der Oberfläche des Körpers angeheftet ist, jedoch nicht vollständig durch das Polymer abgedeckt ist. Verschiedene Techniken zum Applizieren der adsorptiven Beschichtung werden offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen und Buchstaben korrespondierende Struktur in den verschiedenen Ansichten anzeigen:
1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines adsorptiven Elements gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine vergrößerte, schematische Aufsicht auf einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform des adsorptiven Elements der 1;
3 zeigt eine vergrößerte, schematische Aufsicht auf einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform des adsorptiven Elements der 1;
4 ist eine mit einem Abtastelektronenmikroskop aufgenommene Mikrofotographie eines adsorptiven Elements der Ausführungsform der 2, hergestellt durch die Rüttlerbeschichtungsmethode;
5 ist eine grafische Darstellung des Durchbruchs von Kontaminationsstoffen durch das Element der 4;
6A ist eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung für eine Druckzugbeschichtung eines adsorptiven Elements gemäß der vorliegenden Erfindung;
6B ist eine schematische Darstellung einer zweiten Vorrichtung für eine Druckzugbeschichtung eines adsorptiven Elements gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine mit einem Abtastelektronenmikroskop aufgenommene Mikrofotographie eines adsorptiven Elements gemäß der vorliegenden Erfindung, hergestellt durch das Druckzugbeschichtungsverfahren;
8 ist eine grafische Darstellung eines Durchbruchs von Kontaminationsstoffen durch das Element der 7;
9 ist eine grafische Darstellung des Effekts einer Partikelgröße von adsorptivem Medium auf Durchbruchstestergebnisse für Elemente, hergestellt durch das Schmelzbeschichtungsverfahren;
10 ist eine grafische Darstellung, die eine Durchbruchskurve für Schwefeldioxidsäuregas darstellt; und
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Luftröhre, die ein adsorptives Element der vorliegenden Erfindung aufweist, welches darin eingebaut ist.
Detaillierte Beschreibung
Nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren, insbesondere auf 1, wird bei 10 ein adsorptives Element oder ein adsorptiver Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das adsorptive Element 10 wird durch einen strukturierten Körper 12 definiert, der eine erste Oberfläche 17 und eine zweite Oberfläche 19 aufweist, die in einem Abstand „L" von der ersten Oberfläche 17 positioniert ist. Das heißt, dass der Körper 10 eine Dicke „L" zwischen der ersten Oberfläche 17 und zweiten Oberfläche 19 aufweist. Der Körper 12 schließt eine Mehrzahl von Zellen 14 darin ein. Vorzugsweise sind die Zellen 14 in einer nicht zufälligen, geordneten Anordnung vorhanden. Die Zellen 14 definieren Passagen 16 durch den Körper 12, die sich von der ersten Oberfläche 17 zu der zweiten Oberfläche 19 erstrecken.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 2 und 3 ist auf den Innenwänden der Zellen 14 eine adsorptive Beschichtung 20, 20' vorgesehen, die ein durch ein polymeres Harz oder einen Klebstoff 30 auf den Zellen 14 gehaltenes adsorptives Medium 22 aufweist. Die Beschichtung 20, 20' ist innerhalb der Zellen 14 vorhanden, erlaubt jedoch Luft oder einem anderen Fluid, sich durch die Passagen 16 zu bewegen.
Die adsorptive Beschichtung 20, 20', insbesondere das adsorptive Medium 22, entfernt Kontaminationsstoffe aus der durch die Passagen 16 hindurchtretenden Luft durch Adsorbieren, Einfangen, Zurückhalten, Reagieren oder durch eine andere Art eines Entfernens von Kontaminationsstoffen aus dem Luftstrom und durch Transferieren derselben zu dem adsorptiven Medium 22. Ein adsorptives Medium 22, wie etwa aktivierter Kohlenstoff, fängt Kontaminationsstoffe auf seiner Oberfläche oder in seinen Poren aus adsorptivem Medium 22 ein. Abhängig von der Größe der Kontaminationsstoffe und der Porosität des adsorptiven Mediums 22 können einige Kontaminationsstoffe eindringen und innerhalb von Poren oder Passagen innerhalb des adsorptiven Mediums 22 eingefangen werden. Typischerweise reagieren die Oberfläche des adsorptiven Mediums 22 mit den Kontaminationsstoffen, wodurch die Kontaminationsstoffe zumindest auf den Oberflächen adsorbiert werden. Die Beschichtung 20, 20' kann zusätzlich oder alternativ ein Oxidationsmittel aufweisen. Wenn Hitze zugeführt, werden volatile organische Verbindungen (VOCs), die die Beschichtung 20, 20' kontaktieren, in Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert.
Die Beschichtung 20 der 2 enthält eine Mehrzahl von Partikeln 22 des adsorptiven Mediums, gebunden an die Zelle 14 durch einen Klebstoff 30. Typischerweise weist das in der Beschichtung 20 verwendete Medium 22 eine sphärische Form auf, wobei die Partikel im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen oder eine enge Größenverteilung aufweisen. Passende Größen des Mediums 22 für die Beschichtung 20 schließen 100 mesh (etwa 120 bis 125 Mikrometer) und 150 mesh (etwa 85 Mikrometer) ein. Der Klebestoff 30 bedeckt nicht die gesamte Oberfläche des Mediums 22; stattdessen ist der Klebstoff 30 zwischen der Zelle 14 und dem Medium 22 vorhanden und befindet sich nur teilweise um das Medium 22 herum (englisch: „and has only partially wicked up and around media 22). Verfahren zum Herstellen der Beschichtung 20 werden unten beschrieben.
Die Beschichtung 20' der 3 unterscheidet sich von der Beschichtung 20 der 2 darin, dass die Beschichtung 20' eine Mehrzahl von adsorptiven Medienpartikeln 22 aufweist, die zufällig und im wesentlichen homogen innerhalb des Klebstoffs 30 verteilt sind, der das Medium 22 an die Zellen 14 bindet. Der Klebstoff 30 bedeckt im wesentlichen die gesamte Oberfläche des adsorptiven Mediums 22. Die Beschichtung 20' kann als „Brei" bezeichnet werden. Typischerweise ist das in der Beschichtung 20' verwendete Medium 22 bezüglich seiner Partikelgröße als das Medium, welches oben für die Beschichtung 20 verwendet worden ist. Passende Größen des Mediums 22 für die Beschichtung 20' schließen 400 mesh (etwa 20 bis 25 Mikrometer) und 250 mesh (etwa 40 Mikrometer) ein, obwohl Größen des Mediums 22 in einem Bereich von 10 Mikrometer bis etwa 80 Mikrometer passend sind. Das gleiche Medium 22, welches für die obige Beschichtung 20 verwendet worden ist, kann für die Beschichtung 20' verwendet werden. Zusätzlich kann ein unregelmäßig geformtes Medium 22, bei welchem die Partikel weder im wesentlichen sphärisch geformt sind, noch innerhalb einer engen Größenverteilung liegen, in der Beschichtung 20' verwendet werden. Verfahren zur Herstellung der Beschichtung 20' werden ebenfalls unten beschrieben.
Körper des adsorptiven Elements
Der Körper 12 liefert die Gesamtstruktur des absorptiven Elements 10; Körper 12 definiert die Form und Größe des Elements 10. Der Körper 12 kann jede dreidimensionale Form aufweisen, wie etwa einen Würfel, einen Zylinder, einen Konus, einen Kegelstumpf, eine Pyramide, eine kegelstumpfartige Pyramide, eine Scheibe usw.; es ist jedoch bevorzugt, dass die erste Oberfläche 17 und die zweite Oberfläche 19 im wesentlichen, oder zumindest nahezu, die gleiche Fläche aufweisen, um einen gleichmäßigen Fluss in die Passagen 16 und aus den Passagen 16 zu erlauben. Der Querschnitt des Körpers 12, definiert durch eine der oder beide der Oberflächen erste Oberfläche 17 und zweite Oberfläche 19 kann jede zweidimensionale Form, wie etwa ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, einen Kreis, einen Stern, ein Oval und dergleichen aufweisen. Eine ringförmige Form kann ebenfalls verwendet werden. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Körpers 12 im wesentlichen entlang der Länge „L" von der ersten Oberfläche 17 zu der zweiten Oberfläche 19 im wesentlichen konstant.
Typischerweise weisen die erste Oberfläche 17 und die zweite Oberfläche 19 die gleiche Fläche auf, welche mindestens 1 cm² beträgt. Zusätzlich oder alternativ weisen die erste Oberfläche 17 und die zweite Oberfläche 19 eine Fläche auf, die nicht größer ist als etwa 1 m². In den meisten Ausführungsformen liegt die Fläche der Oberflächen 17, 19 bei etwa 70 bis 7500 cm². Bestimmte Anwendungen für das Element 10 werden bevorzugte Bereiche für die Fläche aufweisen. Die Dicke „L" des Körpers 12 zwischen der ersten Oberfläche 17 und der zweiten Oberfläche 19 liegt im wesentlichen bei mindestens 0,5 cm, und ist im Allgemeinen nicht größer als 25 cm. In den meisten Ausführungsformen liegt „L" bei etwa 2 bis 10 cm. Die Abmessungen des Körpers 12 werden auf der Basis des für den Körper 12 verwendeten Materials und der gewünschten Anwendung des Elements 10 variieren. Beispielsweise sind die erste Oberfläche 17 und die zweite Oberfläche 19 im wesentlichen mindestens 50 cm² groß und nicht größer als etwa 200 cm², typischerweise etwa 75 bis 150 cm², und in einer Ausführungsform etwa 77,5 bis 155 cm², wenn das adsorptive Element 10 dazu dienen soll, in einem Lufteinlass für einen Motor eines Automobils verwendet zu werden.
Der Körper 12 kann jedes Material mit der gewünschten Zellenstruktur sein. Jede der Zellen 14 weist eine Querschnittsfläche auf, die typischerweise nicht größer ist als etwa 50 mm²; diese Querschnittsfläche ist im wesentlichen parallel zumindest einer der ersten Oberfläche 17 und der zweiten Oberfläche 19. Alternativ oder zusätzlich weisen die Zellen 14 typischerweise eine Fläche auf, die nicht kleiner ist als etwa 1 mm². Im Allgemeinen ist die Fläche jeder Zelle 14 etwa 1,5 bis 30 mm², oftmals etwa 2 bis 4. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Fläche einer hexagonalen Zelle 14 bei etwa 7 bis 8 mm². In einer weiter bevorzugten Ausführungsform liegt die Fläche einer hexagonalen Zelle 14 bis 1,9 mm².
Die Zellen 14 können die gleiche Form aufweisen, beispielsweise quadratisch, rechteckig, dreieckig, kreisförmig, wobei jedoch eine bevorzugte Form hexagonal oder im wesentlichen hexagonal ist. Eine hexagonale oder im wesentlichen hexagonale Anordnung wird oftmals als eine „Honigwaben"-Form oder -Struktur bezeichnet.
Der längste Querschnitt und die längste Abmessung von Zellen 14 liegt typischerweise nicht über 10 mm, oftmals nicht über 6 mm. Zusätzlich beträgt die kürzeste Abmessung der Zellen 14 nicht weniger als 1 mm, oftmals nicht weniger als 1,5 mm. In den meisten Ausführungsformen weisen die Zellen 14 eine maximale Abmessung von nicht mehr als 5 mm auf.
Die gesamte interne Oberflächenfläche jeder länglichen Zelle 14 oder Passage 16 liegt im wesentlichen nicht unter etwa 5 mm², und ist im wesentlichen nicht größer als etwa 200 cm². Die gesamte Oberflächenfläche des Artikels 10, definiert durch die interne Oberflächenfläche der Passagen 16, liegt bei mindestens etwa 200 cm² oder etwa 250 cm² bis 10 m².
Die Zellenwände, welche die Form und Größe der Zellen 14 und der Passagen 16 definieren, sind im wesentlichen mindestens 0,015 mm dick. Alternativ oder zusätzlich sind die Zellenwände im wesentlichen nicht dicker als 2 mm. Typischerweise sind die Zellenwände nicht mehr als 1 mm dick. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wände nicht mehr als 0,5 mm dick. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform sind die Zellenwände nicht mehr als 0,1 mm dick. In einigen Ausführungsformen können die Wände nicht mehr als 0,02 mm dick sein. Die Dicke der Wände wird abhängig von der Größe der Zellen 14, der Größe der Passage 16, des Materials, aus dem der Körper 12 hergestellt ist, und der gewünschten Verwendung des Elements 10 variieren.
In den meisten Ausführungsformen weist jede der Zellen 14 eine kontinuierliche Größe und Form entlang ihrer Länge auf. Im Allgemeinen ist die Länge jeder Zelle 14 im wesentlichen die Gleiche, wie die Dicke „L" zwischen der Außenoberfläche 17 und der zweiten Oberfläche 19. Vorzugsweise verändert sich die Form der Zellen 14 von der ersten Oberfläche 17 zu der zweiten Oberfläche 19 nicht merklich und jede der Zellen 14 weist eine ähnliche Querschnittsform auf.
Beispiele von passenden Materialien für den Körper 12 schließen Metall, wie etwa Aluminium, Plastik, wie etwa Polykarbonat, und Kompositmaterialien ein. Auf Zellulose aufbauende Materialien können ebenfalls verwendet werden. Diese Materialien können geschmolzen, extrudiert oder anderweitig in die gewünschte Form des Körpers 12 geformt werden.
Adsorptive Beschichtung
Die adsorptive Beschichtung 20, 20' adsorbiert, absorbiert, reagiert mit oder entfernt anderweitig Kontaminationsstoffe aus Luft oder anderem gasförmigen Fluid, welches in Kontakt mit ihr gerät. Die adsorptive Beschichtung 20, 20' ist auf dem Körper 12 vorhanden und umfasst ein reaktives oder anderweitig adsorptives Medium 22 und einen polymeren Klebstoff 30. Der Klebstoff 30 bindet das adsorptive Medium 22 an die Zellen 14 des Körpers 12, ohne die adsorptive Effektivität des adsorptiven Mediums 22 nachteilig zu beeinflussen.
Die adsorptive Beschichtung 20, 20' ist auf den Wänden der Zellen 14 vorhanden, mindestens 50% der Oberflächenfläche der Wände abdeckend. Vorzugsweise deckt die Beschichtung 20, 20' mindestens 55 bis 90% der Wände ab, und weiter bevorzugt ist sie ohne Flächen ohne adsorptive Beschichtung 20, 20' kontinuierlich ausgebildet. Die Beschichtung 20, 20' weist im Allgemeinen eine Dicke von etwa 1 bis 4 Mil (etwa 25 bis 100 Mikrometer) auf, obwohl dickere Beschichtungen verwendet werden können, vorausgesetzt, dass der Fluss des Fluides durch die Passage 16 nicht nachteilig beeinflusst wird. Es ist klar, dass die Größe des adsorptiven Mediums 22 die Dicke der Beschichtung 20, 20' beeinflusst.
In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung 20, 20' eine kleine Menge eines Lösungsmittels aufweisen, welches von dem Beschichtungsprozess übrig geblieben ist. Die Menge und der Typ des rückständigen Lösungsmittels wird von dem bestimmten polymeren Material 30, welches verwendet worden ist, ob oder ob nicht Lösungsmittel verwendet worden ist, und von dem Beschichtungsprozess abhängen.
Die adsorptive Beschichtung 20, 20' ist im wesentlichen frei von katalytischer Aktivität, was bedeutet, dass im wesentlichen kein Material in der Beschichtung 20, 20' vorhanden ist, welches als ein „Katalysator" betrachtet werden kann. Es ist klar, dass aktivierter Kohlenstoff, Ionenaustauschharz und andere nützliche adsorptive Medien 22 gewisse inhärente katalytische Eigenschaften aufweisen können, die mit den adsorptiven Eigenschaften der Medien 22 einhergehen können. Die Absicht der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzliche Katalysatoren zu vermeiden.
Adsorptive Medien
Die adsorptiven Medien 22 adsorbieren, absorbieren, reagieren mit oder entfernen anderweitig Kontaminationsstoffe aus Luft oder anderem gasförmigen Fluid, welches die Medien 22 kontaktiert. In einigen Ausführungsformen können die adsorptiven Medien 22 selbst das reaktive Material sein, welches die Kontaminationsstoffe entfernt. Beispiele derartiger Materialien schließen Materialien ein, wie etwa Polymerpartikelstoffe, einschließlich Ionenaustauschharze, Natriumbisulfat, aktivierte Kohlenstoffmedien, Zeolite, Getterstoffe (englisch = getters), Tonstoffe, Silikagele, Supersäuren und/oder Nanosorptionsmittel, Nanoröhren und Metalloxide.
Geeignete aktivierte Kohlenstoffe schließen 50–100 mesh aktivierte Kohlenstoffkügelchen, 50–100 mesh aktivierte Kohlenstoffgranulatkörner und 325–400 mesh Kohlenstoffgranulatkörner ein. Kohlenstofffasern können ebenfalls verwendet werden. Beispiele von geeigneten Ionenaustauschharzen schließen trockenes Dowex^® 50WX8-100 Ionenaustauschharz, Dowex^® 50WX8-200 Ionenaustauschharz und Dowex^® 50WX8-400 Ionenaustauschharz ein.
Oxidationsmittel, erhältlich als Partikelstoff oder Puder, kann ebenfalls oder alternativ in der Beschichtung 20, 20' verwendet werden. Oxidationsmittel, wie etwa Kaliumpermanganat, reagieren mit VOCs, um Kohlenstoffdioxid und Wasser zu bilden.
Oxidationsmittel oder anderes reaktives Material kann als eine Oberflächenbeschichtung auf aktiven oder inerten Trägern, wie etwa granulären Partikelstoffen, Kügelchen, Fasern, feinen Pulvern, Nanoröhren oder Luftgelen zur Verfügung gestellt werden, um adsorptive Medien 22 zur Verfügung zu stellen. Alternativ oder zusätzlich kann das Material, welches die reaktiven Oberflächen bildet, durch mindestens einen Abschnitt des Trägers hindurch vorhanden sein; dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem das Trägermaterial mit einem gewünschten reaktiven Material imprägniert wird. Kohlenstoff ist ein übliches Trägermaterial.
Die adsorptive Beschichtung 20, 20' kann konstruiert werden, um in Luft enthaltene basische Kontaminationsstoffverbindungen auszufiltern oder anderweitig zu entfernen, die organische Basen, wie etwa Ammoniak, Amine, Amide, N-Methyl-1,2-Pyrolidon, Natriumhydroxide, Lithiumhydroxide, Kaliumhydroxide, volatile organische Basen und nicht volatile organische Basen umfassen. Alternativ kann die adsorptive Beschichtung 20, 20' aufgebaut werden, um in Luft enthaltene saure Verbindungen, wie etwa Schwefeloxide, Stickstoffoxide, Schwefelwasserstoffe, Chlorwasserstoffe und volatile organische Säuren und nicht-volatile organische Säuren auszufiltern. Es ist klar, dass zusätzlich zum Entfernen von beispielsweise sauren Verbindungen oder basischen Verbindungen, die adsorptiven Medien 22 auch zusätzliche Kontaminationsstoffe adsorbieren können, wie etwa Kohlenwasserstoffe oder polare oder nicht-polare organische Stoffe. Beispiele von organischen Stoffen schließen alle Komponenten von Benzin oder Dieselkraftstoffen ein.
Ein Beispiel eines bevorzugten Materials zum Entfernen von basischen Kontaminationsstoffen, wie etwa Ammoniak, ist aktiviertes Kohlenstoffgranulat oder akti vierter Kohlenstoffpartikelstoff, imprägniert mit Zitronensäure. Ein Beispiel eines bevorzugten Materials zum Entfernen von sauren Kontaminationsstoffen ist aktiviertes Kohlenstoffgranulat oder aktivierter Kohlenstoffpartikelstoff, imprägniert mit Kaliumkarbonat.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die adsorptiven Medien 22 aktivierte Kohlenstoffkörnchen, die mit einem reaktiven oder einem anderen modifizierenden Mittel imprägniert sind oder eine Oberflächenbeschichtung mit diesem aufweisen. Die Körnchen weisen im Allgemeinen eine Partikelgröße von etwa 10 Mikrometer auf oder sie sind von einer Größe von 600 Mikrometer (etwa 30 mesh). Wenn die adsorptiven Medienkörnchen zu groß sind, kann die Passage 16 in nicht akzeptabler Weise blockiert oder durch die Medien beschränkt sein. In den meisten Ausführungsformen weisen die Körnchen eine Partikelgröße von etwa 35 (etwa 400 mesh) bis 50 Mikrometer (etwa 300 mesh) auf.
Das Element 10 kann zwei verschiedene adsorptive Medien 22 in der Beschichtung 20, 20' aufweisen. Beispielsweise kann ein erstes basisches Medium verwendet werden, um saure Kontaminationsstoffe zu entfernen, und ein zweites, saures Medium kann verwendet werden, um basische Kontaminationsstoffe zu entfernen. Es ist im Allgemeinen unerwünscht, ein basisches Medium mit einem sauren Medium unmittelbar zu mischen, da die beiden typischerweise miteinander reagieren oder sich auf andere Weise gegenseitig ausschalten werden. Vorzugsweise werden die beiden verschiedenen Medien in Serie entlang des Luftflussweges durch die Passagen 16 positioniert. Beispielweise kann das Element 10 hergestellt werden, wobei das erste Medium die Hälfte des Körpers 12 am nächsten zu der ersten Oberfläche 17 besitzt und das zweite Medium kann die Hälfte des Körpers 12 besetzen, welche der zweiten Oberfläche 19 am nächsten liegt. In einem weiteren Beispiel kann das erste Medium auf einem ersten Körper appliziert werden, und das zweite Medium kann einem zweiten Körper appliziert werden. Die beiden Körper können axial gestapelt werden, mit den Passagen 16 so ausgerichtet, dass Luft zunächst durch das Element hindurchtritt, welches das erste Medium aufweist, und dann durch das Element hindurchtritt, mit dem zweiten Medium.
Es ist klar, dass andere Konstruktionen und Anordnungen von Elementen mit verschiedenen Medien, Imprägnierstoffen und dergleichen verwendet werden können.
Polymerer Klebstoff
Das adsorptive Medium 22 wird auf den Körper 12 durch einen polymeren Klebstoff 30 gehalten. Beispiele von geeigneten Polymeren schließen Polyamide, Polyester, Polyvinylacetat, Polyurethane und eine Vielfalt von Block-Co-Polymeren und Elastomeren ein, wie etwa Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Co-Polymer, und Styrenbuthadenkautschuk. Polyethylenglykol und Polymethacrylate, wie etwa Polyhydoxyethylmethacrylat, können auch verwendet werden. Die Polymere, die zum Binden der Medien 22 verwendet werden, können auf Wasser basieren oder auf Lösungsmittel basieren. Die Polymere können als eine Lösung oder eine Dispersion beschichtet werden, oder können als ein heißes Schmelzmaterial verarbeitet werden.
Verschiedene Verfahren zum Herstellen des adsorptiven Elements
Schmelzbeschichtung
Eine erstes Verfahren zur Herstellung eines adsorptiven Elements 10 verwendet einen Schmelzbeschichtungsprozess. Schmelzbeschichtung bezeichnet einen Prozess, bei dem ein Körper 12, wie etwa ein Honigwabenkörper, mit einem geschmolzenen Polymermaterial (Polymerklebstoff 30), typischerweise ein Heißschmelzpolymermaterial, beschichtet wird. Das adsorptive Medium 22 wird durch das schmelzende Polymermaterial 30 an dem Körper 12 angeheftet.
Geeignete Polymere für einen solchen Schmelzbeschichtungsprozess schließen Polyamide, Polyester, Polyvinylacetat, Polyurethane und eine Vielfalt von Block-Co-Polymeren und Elastomeren, wie etwa Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Co-Polymer und Styrenbuthadienkautschuk ein. Die Polymere können als Lösungen in einem Lösungsmittel, wie etwa in Aceton oder Methanol, vorhanden sein. Während der Beschichtung sitzt der Körper 12 für eine gewünschte Dauer in einer vertikalen Position und wird für eine andere gewünschte Dauer umgedreht, um die inneren Oberflächen der Zellen 14 vollständig zu benetzen. Als nächstes werden die Passagen 16 mit Luft durchblasen, um die überschüssige Polymerlösung abzuleiten und eine dünne Polymerschicht auf dem Körper 12 zu bilden. Der beschichtete Körper 12 kann an der Luft trocknen, zumindest teilweise, bei Umgebungs- oder leicht erhöhter Temperatur. Der beschichtete Körper 12 wird in adsorptivem Medium 22 vergraben, so dass die Zellen 14 mit Medium 22 dicht gepackt sind. Die Kombination aus Körper und Medium wird auf oberhalb des Erweichungspunktes des Polymerklebstoffes 30 erhitzt, um die Polymerschicht zu schmelzen, und wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, um das adsorptive Medium 22 an die Oberflächen des Körpers 12 zu binden. Komprimierte Luft oder ein Luftmesser wird verwendet, um alles Überschüssige adsorptive Medium 22 zu entfernen. Der beschichtete Körper 12 kann mit einem Lösungsmittel gewaschen werden, um weiterhin überschüssiges adsorptives Medium 22 zu entfernen und Adhäsion zwischen dem adsorptiven Medium 22 und dem Polymerklebstoff 30 zu stärken. Jeder Rückstand von Lösungsmittel kann bei erhöhten Temperaturen ausgetrocknet werden. Somit wird das Element 10 mit gleichmäßig gebundenem adsorptiven Medium 22 darauf erhalten.
2 ist eine repräsentative schematische Figur eines Elements 10, welches durch einen Schmelzbeschichtungsprozess hergestellt worden ist.
Beispiel: Ein kreisförmiger Aluminiumsubstratkörper, 1 Zoll (2,54 cm) dick und 1,5 Zoll (3,8 cm) im Durchmesser, mit Honigwabenzellen von etwa 1/16 Zoll (1,59 mm), wurde tauchbeschichtet mit einer Polyvinylacetat (PVAc) Lösung (20% in Methanol). Es wurde dem Körper erlaubt, für 1 Minute in einer vertikalen Position zu sitzen, bevor er umgedreht wurde und für eine weitere Minute saß. Dann wurde der Körper mit Luft angeblasen, um das überschüssige PVAc ablaufen zu lassen, und wurde dann bei Raumtemperatur getrocknet, um eine dünne PVAc-Schicht zu bilden. Als nächstes wurde der Körper mit trockenem Dowex^® 50WX8-100 Ionenaustauschharz verpackt und der verpackte Körper wurde bei 90°C für 30 Minuten erhitzt. Der Körper wurde abgekühlt auf Raumtemperatur, bevor er von dem Ofen entfernt wurde. Ein Aluminiumhonigwabenkörper mit gleichmäßig gebundenem Dowex^® 50WX8-100 Ionenaustauschharz auf seiner Oberfläche wurde erhalten, nachdem überschüssiges Adsorptionsmittel weggeblasen wurde, mit Methanol abgewaschen wurde und im Ofen getrocknet wurde, um Restmethanol zu entfernen.
Rüttelbeschichtungsverfahren
Ein zweites Verfahren zum Herstellen eines Adsorptionselements 10 verwendet einen Rüttel- oder Rüttelbeschichtungsprozess, um den Körper 12 mit einer dünnen adsorptiven Beschichtung 20 zu beschichten.
Ein adsorptives Medium 22 wird an dem Körper 12 über einen Polymerbinder 30 angeheftet, um eine adsorptive Beschichtung ähnlich der Beschichtung 20 der 2 zu bilden. Der Körper 12 und adsorptives Medium 22 werden in einen abgedichteten Container platziert und dann intensiv gerüttelt, um den Körper 12 mit dem Medium 22 gründlich zu beschichten. Der beschichtete Körper 12 wird entfernt und es wird der Polymerklebstoff 30 getrocknet oder ausgehärtet.
Polymerbinder 30, die in diesem Prozess verwendet werden können, kommen aus einem weiten Bereich von lösungsmittelbasierten oder wasserbasierten Polymeren und/oder Klebstoffen. Einige typische Polymermaterialien 30 schließen Latexmaterialien, Polyurethane, Hypoxymaterialien, ungesättigte Polyester, Phenolformaldehyd, Polyamide und Elastomere ein. Das adsorptive Medium 22 kann von jedem Typ porösen Materials sein, einschließlich Kohlenstoff, Ionenaustauschharz, Zeolite und molekulare Siebe. Der Polymerbinder 30 wird auf den Körper 12 geschichtet durch Eintauchen des Körpers 12 in einen Container von Polymerbinder 30. Es wird dem Polymer 30 erlaubt, an den Seiten der Zelle 14 und der Passage 16 anzuhaften. Jeder überschüssiger Polymerbinder kann mit einem Luftmesser aus den Passagen 16 ausgeblasen werden, oder kann mit einer relativ hohen Geschwindigkeit unter Verwendung von Zentrifugalkraft ausgeschleudert werden, um das überschüssige Polymer 30 zu entfernen. Der beschichtete Körper 12 kann, zumindest teilweise, typischerweise für 10 Sekunden bis 15 Minuten luftgetrocknet werden.
Beispiel: Ein kreisförmiger Aluminiumsubstratkörper, 1 Zoll (2,54 cm) dick und 1,5 Zoll (3,8 cm) im Durchmesser, mit Honigwabenzellen von etwa 1/16 Zoll (1,59 mm), wurde mit einem 100% Latexmaterial, erhalten von Dow Chemical, tauch beschichtet. Der beschichtete Körper wurde für 2 Minuten luftgetrocknet, wonach ein Luftmesser verwendet wurde, um das überschüssige Material zu entfernen. Es wurde dem Körper erlaubt, für weitere 5 Minuten an der Luft weiter zur trocknen. Der beschichtete Körper wurde in einen abgedichteten Container mit 100 mesh Ionenaustauschharz (adsorptives Medium) platziert und für 2 Minuten mit einem Farbschüttler intensiv geschüttelt. Jedes überschüssige adsorptive Medium wurde unter Verwendung eines Luftmessers ausgeblasen; dies half beim Entfernen von losen Partikeln. Auf diesen Schritt folgte ein beschleunigter Ausheil/Trockenschritt in einem Ofen bei 60°C für 1 Stunde.
4 ist eine SEM-Mikrofotographie des resultierenden Elements, und 5 ist eine grafische Darstellung des Durchbruchs von Kontaminationsstoffen durch das resultierende Element.
Druck-Zuq-Beschichtungsverfahren
Ein drittes Verfahren zur Herstellung des adsorptiven Elements 10 ist ein Beschichtungsprozess, der als ein Druck-Zug-Prozess bezeichnet wird. Das Druck-Zug-Verfahren beschichtet einen Körper 12 mit einer dünnen Beschichtung, eines adsorptiven Bereichs, der ein adsorptives Medium 22 enthält; welches in Klebstoff 30, im allgemeinen mit einem Lösungsmittel, dispergiert ist. Die resultierende adsorptive Beschichtung wird in 3 als eine Beschichtung 20' schematisch dargestellt.
Das adsorptive Medium 22 kann jeder Typ porösen Materials sein, einschließlich Kohlenstoff, Ionenaustauschharz, Zeolite und molekulare Siebe, im allgemeinen mit einem Partikelgrößenbereich von 10 bis 150 μm. Der Brei kann auch ein Imprägniermittel oder andere Additive enthalten, wie etwa einen adsorptiven Verstärker. Der Polyerbinder 30 kann jedes geeignete Polymer sein, wie etwa Polyethylenglykol, Poly(2-Hydroxyethylmethacrylat), Polymethylacrylat, Polyethylacrylat, Poly-n-Butylacrylat, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat und Variationen derselben. Wenn verwendet, kann das Lösungsmittelsystem jedes Material sein, welches den Polymerbinder 30 löst, einschließlich Wasser und Alkohol. Das adsorptive Medium 22 wird gründlich innerhalb des Klebstoffes 30 dispergiert. Dieser Brei wird langsam durch die Passagen 16 gepumpt, normalerweise über eine Gesamtablaufzeit von etwa einer Minute. Dann wird der Brei zurück durch die Zellen gezogen.
6A, welche schematisch eine erste Druck-Zug-Vorrichtung darstellt, zeigt eine Vorrichtung 40, einen Halter 42 für einen Körper 12 und eine Pumpe 44. Siehe auch 6B, welche eine Vorrichtung 40', einen ersten Halter 42a für einen Körper 12a und einen zweiten Halter 42b für einen zweiten Körper 12b zeigt. Eine Pumpe 44' führt den adsorptiven Brei von einem Tank 45' zu zu den Körpern 12a, 12b. Eine angemessene Verrohrung wird verwendet, um die Halter 42a, 42b, die Pumpe 44' und den Tank 45' zu verbinden. Nachdem sie in den Haltern 42a, 42b beschichtet worden sind, werden die Körper 12a, 12b zu einem Halter 42c (als Körper 42c) versetzt, wo ein Luftmesser 46 überschüssigen Brei von dem Körper 12c entfernt. Der überschüssige Brei fließt ab in einen Tank 45'', von welchem er zu dem Tank 45' recycelt und wiederverwendet wird.
Ein weiteres Beispiel eines verwendbaren Gerätes für das Druck-Zug-Beschichtungsverfahren ist in dem US Patent Nr. 5,182,140 von Watanabe et al. offenbart. Jedes gelöste Material kann über eine Zentrifugalkraft (beispielsweise durch kreisförmige Rotation eines Körpers 12 senkrecht um die Probenhalterachse bei 1600 U/Min) entfernt werden, oder durch einen Hochgeschwindigkeitsluftjet, wie etwa durch ein Luftmesser. Der beschichtete Körper 12 wird dann in einem Ofen platziert, um die Beschichtung zu trocknen/auszuhärten.
Beispiel:
Ein Brei wurde unter Verwendung von 170 ml Ethanol, 72 g Zitronensäure, 7,5 g Poly/2-Hydroxyethylmethacrylat), und 126 g imprägnierten Kohlenstoffpartikeln (400 meshgröße) hergestellt. Dieser Brei wurde durch einen Aluminiumsubstratkörper gedrückt, welcher 1/16 Zoll (1,59 mm) hexagonale Honigwabenzellen aufwies, mit einer Rate von 1 Zoll/Min. (etwa 2,54 cm/Min.). Der Brei wurde oberhalb des Körpers als ein Breivorrat für etwa eine Minute gehalten. Dann wurde der Brei zurück durch den Honigwabenkörper gezogen. Ein Luftmesser wurde über diesen beschichteten Körper gefahren, um jegliches überschüssiges zurückge bliebenes Material zu entfernen. Das Gewicht des Elements verdoppelte sich als ein Ergebnis der Beschichtung.
7 ist eine SEM Mikrofotographie des resultierenden Elements, und 8 ist eine grafische Darstellung des Durchbruchs von Kontaminationsstoffen durch das resultierende Element.
Schmelz-Matrix-Beschichtungsprozess
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer adsorptiven Beschichtung 20 ist ein „Schmelz-Matrix"-Ansatz, der das adsorptive Medium 22 an den Körper 12 durch behutsames Schmelzen, oder zumindest Erweichen, des Körpers 12 in Gegenwart des adsorptiven Mediums 22 bindet. Der Körper 12 oder ein Teil des Körpers 12 funktioniert als Klebstoff 30. Um den Körper 12 zu beschichten, wird der Körper 12 in ein Bett aus adsorptivem Medium 22 gebettet. Das Medium 22 und der Körper 12 werden auf den Schmelz- oder Erweichungspunkt des Körpers erhitzt, und es wird ein Positionieren und ein zumindest teilweises Abkühlen zugelassen. Das adsorptive Medium 22 haftet an den geschmolzenen oder aufgeweichten Körper 12 an. Der Körper 12 könnte teilweise vor dem Einbetten in dem Medium 22 geschmolzen werden. Zusätzlich kann statt einem Betten des Körpers 12 in einem Bett aus Medium 22 das adsorptive Medium 22 auf den geschmolzenen Körper 12 geschüttelt oder gesprüht werden.
Typischerweise sind die mit einem Schmelz-Matrix-Beschichtungsprozess verwendeten Körper 12 aus einem thermoplastischen Material aus Polyethylen oder Polypropylen hergestellte Körper 12 sind aufgrund ihrer niedrigen Schmelztemperaturen bevorzugt. Derartige thermoplastische honigwabenförmig ausgebildete Körper sind unmittelbar erhältlich von verschiedenen Zulieferern.
Das resultierende adsorptive Element 10, welches durch einen Schmelz-Matrix-Prozess hergestellt worden ist, wird typischerweise zu dem in 2 dargestellten Element 10 mit einer Beschichtung 20 ähnlich sein.
Pyrolyse-Beschichtungsverfahren
Ein anderes Verfahren, um eine adsorptive Beschichtung zur Verfügung zu stellen, ist es, ein Polymerkohltenstoff-Precursor thermisch zu zersetzen, der durch Beschichtung auf ein Körpersubstrat aufgetragen wurde. In einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass der Körper ein keramisches Material ist. Als erstes wird der Körper mit einem Polymerkohlenstoff-Precursor kontaktiert, welches ein Polymermaterial mit erhältlichen Kohlenstoffgruppen ist; Beispiele von typischen Polymerkohlenstoff-Precursorn schließen Polyacrylnitril (PAN), Phenolharz, Polyimidharz, Furanharz und Furfurylalkohol ein. Der Körper kann mit Luft abgeblasen werden, um jedes überschüssige Polymermaterial zu entfernen, wonach der Polymerkohlenstoff-Precursor durch Erhitzen ausgehärtet wird. Der beschichtete Körper, mit dem Polymerkohlenstoff-Precursor, wird unter Bedingungen erhitzt, die wirksam sind, um den ausgehärteten Polymerkohlenstoff-Precursor in Kohlenstoff umzuwandeln, im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 400°C bis 1200°C, normalerweise bei etwa 600°C bis 800°C. Eine Aktivierung des Kohlenstoffes kann entweder durch chemische oder durch physikalische Aktivierung vorgenommen werden. Eine physikalische Aktivierung wird durch Verwendung von Vergasungsmitteln (CO₂ oder Dampf) durchgeführt, während eine chemisches Aktivierungsmittel (ZnCl₂) für eine chemische Aktivierung vor dem Karbonisationsschritt verwendet werden kann.
Beispiel:
Ein kreisförmiger Körper (zellulare Struktur, 1 Zoll (2,54 cm) dick und 1,5 Zoll (3,81 cm) im Durchmesser) mit einer Dichte von 400 Zellen/Zoll² (62 Zellen/cm²), einer Wanddicke von 0,15 mm und 35% Porosität wurde in eine Polyacrylnitril (PAN) Lösung (8% in N,N-Dimethylformamid) getaucht und für etwa 10 Minuten imprägniert. Das überschüssige PAN wurde aus dem Körper durch Rotieren des beschichteten Körpers mit einer Rotationsrate von 16000/Min. abgelassen. Das PAN wurde bei einer Temperatur von 150°C für eine Stunde ausgehärtet. Das ausgehärtete Substrat wurde durch Erhitzen in einem Röhrenofen mit einer Rate von 10°C/Min. auf bis zu 700°C und einer Haltezeit von einer Stunde karbonisiert, alles unter einem N₂ Gasfluss (100 cc/Min.). Der gebackene Körper wurde auf Raumtemperatur unter einer N₂ Atmosphäre (100 cc/Min.) abgekühlt. Der Aktivierungsprozess wurde bei 700°C mit CO₂ (100 cc/Min.) als ein Aktivierungsmittel für eine Stunde durchgeführt. Das fließende Gas wurde auf N₂ (100 cc/Min.) zurückgewechselt, und der Körper wurde in dem Ofen zurückgelassen, um auf Raumtemperatur abzukühlen. Das Karbon-Keramik-Material wurde in 35% Zitronensäure für etwa 30 Minuten durchtränkt und bei 60°C erneut für 10 Stunden gebacken.
Nachbehandlung der Beschichtung
Die adsorptiven Elemente, hergestellt durch einen beliebigen der vorstehenden Prozesse, können einem Nachbehandlungsprozess ausgesetzt werden, um die Reaktivität der adsorptiven Beschichtung 20 zu modifizieren, beispielsweise, wenn das adsorptive Medium 22 selbst das gewünschte Niveau von Adsorption oder Reaktivität nicht zur Verfügung stellen kann. Im allgemeinen kann das Element 10 beispielsweise durch die Druck-Zug-Beschichtungsmethode oder durch den Schmelz-Beschichtungsprozess hergestellt werden und dann mit einem Imprägnierstoff, einem Oxidationsmittel oder anderem Material behandelt werden, um die adsorptiven Eigenschaften des Elements 10 zu beeinflussen. Geeignete Nachbehandlungsmaterialien sind etwa Kaliumpermanganat, Kalziumkarbonat, Kaliumkarbonat, Natriumkarbonat, Kalziumsulfat oder Mischungen derselben.
Beispiel 1 mit Nachbehandlung:
Ein kreisförmiges Aluminiumsubstrat (1 Zoll (2,54 cm) tief und 1,5 Zoll (3,82 cm) im Durchmesser) mit Honigwabenzellen mit einem Durchmesser 1/16 Zoll (1,59 mm) wurde mit Polyvinylalkohol (PVA) (5% in Wasser) beschichtet. Der beschichtete Körper befand sich in einer vertikalen Position für 1 Minute und wurde dann gedreht, um sich dann in der entgegengesetzten Position für 1 Minute zu befinden. Überschüssiges PVA wurde abgeblasen. Aktiviertes Kohlenstoffpuder, 50–100 mesh (etwa 150 bis 300 μm) wurde dem Körper appliziert und unter Verwendung eines Farbschüttlers durch die Körperpassagen geschüttelt. Der kohlenstoffbeschichtete Körper wurde bei 120°C für 1 Stunde gebacken, herausgenommen, gewaschen mit 35% Zitronensäure für 30 Minuten und bei 60°C für 10 Stunden gebacken.
Beispiel 1 ohne Nachbehandlung:
Zum Vergleich wurde eine weitere Probe unter Verwendung des gleichen Polymerklebstoffs wie oben, präpariert, jedoch mit mit 35% Zitronensäure imprägniertem Kohlenstoffpulver (325 mesh (45 μm)) als das Adsorptionsmedium, ohne jegliche Nachbehandlung.
Es wurde ein Durchbruchstest mit einer Haltezeit von 0,06 Sekunden durchgeführt, um die Adsorptionskapazitäten der Beispiele zu testen. Die Proben wurden konditioniert bis die relative Feuchte 50% und die Temperatur 25°C erreichte. Ammoniak (50 ppm)-haltige Luft wurde durch die Probe, die getestet wurde, mit einer Flussrate von 30 Litern/Min. durchgeleitet. Das nicht-nachbehandelte Beispiel wies eine Durchbruchszeit 90% Effizienz von 7 Minuten auf, und das nachbehandelte Beispiel hatte eine Durchbruchzeit mit 90% Effizienz von 66 Minuten.
Beispiel 2 mit Nachbehandlung und Beispiel 2 ohne Nachbehandlung:
Diese Beispiele wurden nach demselben Muster wie Beispiele 1 oben durchgeführt, außer, dass ein anderer Polymerklebstoff, ein Nylonpolymer, anstelle von PVA für die Beispiele 2 verwendet worden ist. Die beschichteten Substrate wurden wie oben hergestellt und mit dem Ammoniakdurchbruchstest getestet. Das Beispiel ohne Nachbehandlungsverfahren wies eine Durchbruchszeit mit 90% Effizienz von 9 Minuten auf und das Beispiel mit Zitronensäurenachbehandlung wies eine Durchbruchszeit mit 90% Effizienz von 100 Minuten auf.
Wirkung der Partikelgröße des adsorptiven Mediums
Der Effekt der Partikelgröße des adsorptiven Mediums 22 auf die Leistungsfähigkeit des adsorptiven Elements 10 für ein Entfernen von Ammoniak wurde ermittelt. Es wurde ein adsorptives Element gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Schmelzbeschichtungsverfahrens, welches oben beschrieben worden ist, mit einem Aluminiumkörper mit honigwabenförmig gebildeten Passagen, die sich durch diesen erstrecken, hergestellt. Drei verschiedene Größen von adsorptivem Medium 22 wurden verwendet. Die adsorptiven Partikelstoffe waren starke Kationen-Austauschharzmaterialien mit einer durchschnittlichen Partikel größe von 100, 200 und 400 mesh (etwa 150 μm, 74 μm beziehungsweise 37 μm). Der beschichtete Honigwabenkörper wurde ursprünglich bei 50% RH konditioniert. Es wurde dann Ammoniak mit 50 ppm durch das Element geführt. Die Partikelgröße des Adsorptionsmittels und der Durchbruchszeit ist in dem Graphen der 9 dargestellt.
Andere Additive zur Beschichtung
Die Beschichtung 20, 20' kann Additive aufweisen, um die adsorptiven Eigenschaften des adsorptiven Mediums 22 oder der Beschichtung 20, 20' im Allgemeinen zu modifizieren. Beispielsweise kann die Beschichtung 20, 20' modifiziert werden, um das Entfernen von sauren Gasen, wie etwa SO₂, HCl, HNO₃, H₂S, HCN, und so weiter, zu verbessern. Beispiele von Additiven schließen Ionenaustauschharze und Imprägnierstoffe ein, welche in das Medium 22 imprägniert werden können, insbesondere in Kohlenstoffpartikelstoffe. Ein Beispiel eines geeigneten Imprägnierstoffes ist Kaliumkarbonat.
Beispiel:
Ein Brei aus imprägniertem adsorptiven Medium, Binder und Lösungsmittel wurde gemischt und durch Beschichtung auf einen Honigwabenkörper unter Verwendung des Druck-Zug-Beschichtungsverfahren, welches oben beschrieben worden ist, aufgebracht. Das adsorptive Medium, welches verwendet worden ist, war 20%-Kaliumkarbonat-imprägnierter Kohlenstoff, der Binder war Poly(2-Hydroxyethylmethacrylat) und das Lösungsmittel war Ethylalkohol. Ein Durchbruchstest bezüglich saurem Gas wurde unter Verwendung von Schwefeldioxid mit 50 ppm und einer relativen Feuchte von 50% durchgeführt. Die Ergebnisse des Durchbruchstests sind in dem Graphen der 10 dargestellt.
Anwendungen für adsorptives Element 10
Das adsorptive Element 10 der vorliegenden Erfindung, hergestellt durch ein beliebiges oben beschriebenes Verfahren, kann in jeder Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, welche das Entfernen von chemischen Kontaminationsstoffen aus einem fluiden Strom, wie etwa einem Luftstrom, erfordern. Beispiele von Kontaminationsstoffen oder aktivem Material, welches durch das Adsorptionselement 10 entfernt werden kann, schließen beliebige saure Kontaminationsstoffe, basische Kontaminationsstoffe, VOCs, organische Stoffe, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid, Wasser, Sauerstoff und Ozon, Stickstoff und Wasserstoff ein.
Im Allgemeinen kann das adsorptive Element 10 in jeder Anwendung verwendet werden, bei der ein granulares Schüttschichtbett verwendet worden ist; derartige Anwendungen schließen lithografische Prozesse, Halbleiterverarbeitung, fotografische und thermische ablative Abbildungsprozesse ein. Ein genauer und effizienter Betrieb einer Brennstoffzelle würde von Einlassluft profitieren, die frei von nicht akzeptablen chemischen Kontaminationsstoffen ist. Andere Anwendungen, bei denen das adsorptive Element 10 verwendet werden kann, schließen jene ein, bei denen Umgebungsluft zum Vorteil jener gereinigt wird, die die Luft atmen. Das adsorptive Element 10 kann mit persönlichen Geräten, wie etwa Gasmasken (sowohl herkömmlichen als auch energiebetriebenen) und mit unabhängigen Atmungsgeräten verwendet werden, um saubere Atemluft zur Verfügung zu stellen. Das adsorptive Element 10 kann in größerem Ausmaß verwendet werden für geschlossene Räume, wie etwa Wohn- und Gewerberäume (wie etwa Räume und gesamte Gebäude), Flugzeugkabinen und Fahrgastzellen von Automobilen. Bei anderen Gelegenheiten ist es erwünscht, Kontaminationsstoffe vor dem Abgeben der Luft in die Atmosphäre zu entfernen; Beispiele derartiger Anwendungen schließen Emissionen von Automobilen oder anderen Fahrzeugen ein, Abgase von industriellen Betrieben oder jede andere Operation oder Anwendung, bei denen chemische Kontaminationsstoffe in die Umgebung entweichen können.
Das adsorptive Element 10 ist typischerweise in einem Gehäuse, einem Rahmen oder einem anderen Typ einer Struktur positioniert, die den Fluidfluss (z.B. einen Luftfluss) in und durch die Passagen 16 des Elements 10 leitet. In vielen Konfigurationen ist das Element 10 mindestens teilweise um seinen Umfang herum durch ein Gehäuse, Rahmen oder eine andere Struktur umgeben. Ein Beispiel eines Röhrenwerks, in welches das Element 10 positioniert werden kann, ist in der 11 dargestellt.
In 11 ist eine Anordnung 50 mit einem adsorptiven Element 60 illustriert, welches innerhalb des Luftflussweges einer Röhre 52 gehalten wird. Das adsorptive Element 60 ist konfiguriert, um in die Röhre 52, entweder innerhalb eines Röhrenabschnittes 52a, eines Röhrenabschnittes 52b oder sogar innerhalb eines Röhrenabschnitts 52c, zu passen oder von der Röhre 52 gehalten zu werden. In einigen Entwürfen kann ein getrennter Rahmen verwendet werden, um das Element 60 zu halten. Das Element 60 kann innerhalb der Röhre 52 permanent befestigt werden oder von dieser lösbar sein, beispielsweise an dem Trennungspunkt von Röhrenabschnitt 52a und Röhrenabschnitt 52b. Luft tritt in die Röhre 52 über einen Einlass 51 an dem Röhrenabschnitt 52c ein, tritt durch den Röhrenabschnitt 52b, das adsorptive Element 60, den Röhrenabschnitt 52a hindurch und tritt dann über einen Ausgang 53 aus der Röhre 52 aus. In dieser und in bevorzugten Ausführungsformen tritt die gesamte Luft, die durch die Röhre 52 hindurchtritt, durch das Adsorptionselement 60 hindurch.
Eine Anordnung, wie sie in 11 dargestellt ist, kann in einem Automobil, jedem anderen Typ eines Fahrzeugs (wie etwa einem Schneemobil, einem Traktor, einem Motorrad usw.) oder jedem anderen Motor oder jeder anderen energieerzeugenden Ausrüstung verwendet werden, welche eine Einlassluftquelle für den Verbrennungsprozess verwendet. Das Element 10, 60 könnte mit durch Benzin, Diesel, Methanol, Ethanol, Propan, Biogas oder dergleichen versorgten Verbrennungsprozessen arbeiten.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das adsorptive Element 10, 60 permanent in einer Röhre positioniert, die Einlassluft für den Verbrennungsprozess eines benzinbetriebenen Motors zur Verfügung stellt. Durch Verwendung des Begriffs „permanent positioniert" ist gemeint, dass das Element 10, 60 von der Röhre ohne Zerstörung (z.B. Brechen) der Integrität der Röhre nicht entfernt werden kann. Das Element 10, 60 unterbindet, nach einem Abschalten des Motors, das Austreten von nicht-verbrannten Benzindämpfen aus dem Motor zurück in die Atmosphäre. Wenn der Motor erneut gestartet wird, kann der eintretende Fluss von frischer Luft die auf dem Element 10, 60 adsorbierten Dämpfe freigeben und die Dämpfe zur Verbrennung zurückführen.
Während der Zeit, während der der Motor nicht in Betrieb ist, ist die Menge von gasförmigen Dämpfen, die durch das Element 10, 60 hindurchtreten, minimal; das heißt, dass das Element 10, 60 das Hindurchtreten von Dämpfen durch es hindurch durch Adsorbieren der organischen Stoffe und anderer Materialien auf der adsorptiven Beschichtung unterbindet. In einem bevorzugten Design erlaubt das Element 10, 60 nicht mehr als 82 mg von Benzindampf pro 24 Stunden durch die Passagen 16, wenn es einem Gramm Benzin über eine Gesamtzeit von 73 Stunden ausgesetzt ist. In einem weiter bevorzugten Design erlaubt das Element 10, 60 nicht mehr als 82 mg von Benzindampf pro 24 Stunden durch es hindurch, wenn es 1,5 g Benzin über einen Gesamtzeit von 73 Stunden ausgesetzt ist.
Eine passende Größe für das Element 10, 60 zum permanenten Anbringen in einem benzingetriebenen Automobil ist eine, die eine Oberflächenfläche (beispielsweise eine Fläche der ersten Oberfläche 17) von etwa 12 bis 24 Zoll² (etwa 77,5 bis 155 cm²) aufweist. Ein bestimmtes Element 10, 60 weist eine im Wesentlichen rechtwinklige Form auf, etwa 3 mal 6 Zoll (etwa 8 mal 15 cm) mit abgerundeten Kanten, definiert durch einen 1 Zoll (etwa 2,5 cm) Radius und eine Dicke von etwa 1 Zoll (etwa 2,5 cm) aufweisend.
Es ist klar, dass das adsorptive Element 10 geformt sein und in der Größe bemessen sein kann, um mit jedem passenden Rahmen, Röhrenwerk oder röhrenförmigen Element verwendet zu werden. Beispielsweise kann das adsorptive Element 10 als eine Platte, beispielsweise etwa 24 Zoll mal 24 Zoll (etwa 61 cm mal 61 cm) im Quadrat, geformt und bemessen sein, um eine Röhre zu füllen, wie etwa eine Luftröhre, oder andere luftführende Ausrüstung. Solch ein großes adsorbierendes Element 10 kann zum Filtern von Luft verwendet werden, welche in eine große geschlossene Umgebung eintritt, wie etwa eine Halbleiterverarbeitungsfabrik, ein kommerzielles Büro, ein persönliches Wohngebäude oder eine Flugzeugkabine. Das Element 10 könnte innerhalb eines Gebäudeheiz- und Klimaanlagensystems eingebaut werden. Ein genauer und effizienter Betrieb einer Brennstoffzelle erfordert ebenfalls eintretende Luft (Oxidationsmittel), die frei von nicht-aktzeptablen chemischen Kontaminationsstoffen ist. Das adsorbierende Element 10 kann auch verwendet werden zum Filtern von Luft, die aus einer geschlossenen Umgebung austritt und in die Atmosphäre entlassen wird.
Die Form und Größe des adsorptiven Elements 10 sollte derart sein, dass sie die maximal gewünschte Menge von Kontaminationsstoffen aus dem Gas oder der Luft, die durch es hindurchtritt, entfernt, auf der Basis der Verweilzeit des Gases in dem Element 10. Beispielsweise werden bevorzugt mindestens 90%, weiter bevorzugt mindestens 95% der Kontaminationsstoffe entfernt. In einigen Entwürfen werden bis zu 98% oder mehr der Kontaminationsstoffe entfernt. Es ist klar, dass die gewünschte Menge von zu entfernenden Kontaminationsstoffen in Abhängigkeit von der Anwendung und der Menge und dem Typ von Kontaminationsstoffen differiert. Als ein Beispiel beträgt die Verweilzeit der eintretenden Luft in das Element 10 bei einer Halbleiterverarbeitungsanlage normalerweise etwa 0,06 bis 0,36 Sekunden, was mit einem adsorptiven Element mit einer Dicke von etwa 3 bis 6 Zoll (etwa 7,6 bis 15 cm) erreicht werden kann.
Das adsorptive Element kann jede geeignete Querschnittsform aufweisen, wie etwa rechteckig, quadratisch, kreisförmig, oval usw. Die größte Abmessung der Querschnittsform liegt im Allgemeinen bei mindestens 1 Zoll (etwa 2,54 cm), normalerweise bei mindestens 2 Zoll (etwa 5 cm). Das adsorptive Element kann jede geeignete Dicke aufweisen. Aufgrund einer Beschichtung oder anderen Herstellungsbedingungen kann es wünschenswert sein, mehrere Elemente axial zu stapeln, um ein dickeres Element zu bilden. Beispielsweise können drei 1 Zoll (2,54 cm) dicke Elemente gestapelt werden, wobei die Passagen ausgerichtet sind, um ein 3 Zoll (etwa 7,6 cm) dickes Element zu bilden. Es ist nicht notwendig, dass das adsorptive Element eine planare oder flache Form aufweist; das Element könnte beispielsweise eine unregelmäßige Dicke aufweisen, oder könnte eine konstante Dicke, jedoch eine unregelmäßige oder regelmäßige, nicht planare Oberfläche aufweisen.
Im Allgemeinen sind die Passagen 16 durch das Element 10 von der ersten Oberfläche 17 zu der zweiten Oberfläche 19 relativ gerade und weisen keine offensichtlichen Kurven oder Biegungen auf. Somit bewegt sich Luft oder anderes Fluid, welches durch das Element 10 hindurchtritt, in einer im Wesentlichen geraden Linie. Das Element 10 ist geeignet als ein Luftflussbegradiger und kann in Verbindung mit einem Luftmassenflusssensor verwendet werden.
Das adsorptive Element 10 kann eine Geräuschdämpfung jedes Geräusches zur Verfügung stellen, wie etwa ein Luftflussgeräusch oder Geräusch einer Ausrüstung wie etwa eines Kompressors, der in Fluidflussrelation mit dem adsorptiven Element 10 angeordnet ist. Die Frequenz und die Niveaus einer Geräuschdämpfung werden stark von den Abmessungen der Zellen 14 und der Passagen 16 abhängen.
Andere Eigenschaften
Wenn ein adsorptives Element 10, hergestellt durch einen beliebigen, hierin beschriebenen Prozess innerhalb eines Systems positioniert ist, kann ein Vorfilter oder ein Nachfilter oder beides in Verbindung mit dem adsorptiven Element 10 verwendet werden. Ein Vorfilter ist stromaufwärts von dem Element 10 positioniert und entfernt in der Luft enthaltene Partikel vor einem Eintreffen bei dem Element 10 und dem adsorptiven Medium 22. Ein Nachfilter ist stromabwärts des Elements 10 positioniert und entfernt alle verbleibenden Partikel von dem Element 10 oder der adsorptiven Beschichtung 20, bevor die Luft freigelassen wird. Diese Filter sind im Allgemeinen Filter vom elektrostatischen Typ oder andere Filter und sind gegen oder in naher Nachbarschaft zu der ersten Oberfläche 17 bzw. der zweiten Oberfläche 19 des adsorptiven Elements 10 positioniert.
Ebenfalls stromabwärts des Adsorptionselements 10 kann ein Indikator eines Indikatorsystems positioniert sein, um die Menge, wenn vorhanden, von Kontaminationsstoff zu überwachen, der durch das Adsorptionselement 10 hindurchtritt, ohne adsorbiert zu werden. Derartige Indikatoren sind wohlbekannt.
In einigen Systemen kann es wünschenswert sein, dass durch das Element 10 adsorbierte Kontaminationsstoffe zu einem gewünschten Zeitpunkt freigegeben oder desorbiert werden. Beispielsweise kann eine Anwendung von Hitze, Strom oder Spannung auf das Element 10 adsorbierte Kontaminationsstoffe freigeben. Als ein anderes Beispiel kann eine Anwendung einer bestimmten Fluidflussrate durch das Element 10 Kontaminationsstoffe freigeben.
Es ist jedoch klar, dass, obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung zusammen mit Details der Struktur und der Funktion der Erfindung beschrieben worden sind, die Offenbarung nur illustrativ ist und Veränderungen im Detail, insbesondere bezüglich Form, Größe und Anordnung von Teilen innerhalb der Prinzipien der Erfindung bis zu dem vollen Ausmaß vorgenommen werden können, welches durch die breite, allgemeine Bedeutung der Begriffe indiziert ist, in denen die anhängenden Ansprüche ausgedrückt sind.

Claims

Kontaminationsstoff-adsorbierender Artikel, wobei der Artikel aufweist: (a) einen Körper mit einer Dicke von mindestens 1 cm mit einer Mehrzahl von sich in einer Anordnung Seite an Seite dort hindurch parallel erstreckenden Passagen, wobei die Passagen eine Querschnittsbreite von nicht mehr als etwa 5 mm aufweisen; und (b) eine die Passagen in dem Körper im wesentlichen abdeckende Beschichtung, wobei die Beschichtung einen polymeren Binder und einen adsorbierenden Partikelstoff aufweist, wobei die Dicke der Beschichtung nicht größer als 0,5 mm ist; wobei der Artikel im wesentlichen frei von jeglicher katalytischen Aktivität ist.
Artikel nach Anspruch 1, wobei die Passagen einen im wesentlichen hexagonalen Honigwabenquerschnitt aufweisen.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–2, wobei die Passagen durch Wände mit einer Dicke von nicht mehr als 0,1 mm definiert sind.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Artikel eine exponierte Oberflächenfläche, definiert durch die Passagen, von etwa 250 cm² bis 10 m² aufweist.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Beschichtung einen Reaktanten aufweist, wobei der Reaktant einer der folgenden ist: (a) ein basischer Reaktant, in der Lage, einen sauren Kontaminationsstoff zu adsorbieren. (b) ein saurer Reaktant, in der Lage, einen basischen Kontaminationsstoff zu adsorbieren.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Körperdicke und die Passagenlänge etwa 2 bis etwa 10 cm betragen.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Querschnittsbreite der Passage etwa 0,5 bis 2 mm beträgt.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der polymerische Binder Poly-(2-Hydroxyethylmethacrylat), Polyethylenglykol oder Polyvinylacetat ist.
Artikel nach einem der Ansprüche 1–10, wobei der adsorbierende Partikelstoff Kohlenstoffpartikel, Ionenaustauschmedium oder Zeolith ist.
System zum Entfernen eines Kontaminationsstoffes aus einem Gasstrom, wobei das System aufweist: (a) einen adsorptiven Artikel gemäß einem der Ansprüche 1–9 mit einem Einlass und einem Auslass; und (b) einen Partikelstofffilter in Luftströmungskommunikation mit dem Einlass des Artikels.
Verfahren zum Entfernen eines Kontaminationsstoffes aus einer Gasphase, wobei das Verfahren aufweist: (a) Installieren eines adsorptiven Artikels gemäß einem der Ansprüche 1–9 in einem Gasstrom; (b) Kontaktieren des Gasstroms mit dem Artikel, wobei der Eingangsgasstrom mindestens etwa 1000 ppm eines Kontaminationsstoffes enthält; und (c) nach Kontaktieren Erhalten eines Ausgangsgasstromes, wobei der Ausgangsgasstrom nicht mehr als 10 Prozent des Kontaminationsstoffes von dem Eingangsgasstrom enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Erhaltens aufweist: (a) Erhalten des Ausgangsgasstroms, wobei der Ausgangsgasstrom nicht mehr als 2 Prozent des Kontaminationsstoffes von dem Eingangsgasstrom enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Kontaminationsstoff aufweist eine volatile organische Verbindung, wie etwa Benzin, eine volatile Silanverbindung.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin aufweisend: (a) nach dem Schritt des Entfernens, Freisetzen mindestens eines Teils des Kontaminationsstoffes von der Beschichtung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Freisetzens des Kontaminationsstoffes aufweist: (a) Freisetzen mindestens eines Teils des Kontaminationsstoffes basierend auf einer Wiederaufnahme eines Flusses der Gasphase durch den Artikel.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Installierens eines adsorptiven Artikels in einem Durchgang für eine Gasphase einen der Schritte aufweist: (a) Installieren des Artikels in einem industriellen Prozessluftort oder einem kommerziellen Gebäudeluftreinigungsort; (b) Installieren des Artikels in einem Halbleiterverarbeitungsort; (c) Installieren des Artikels in einem Luftzuführungssystem in einem Fahrzeugtriebwerk; und (d) Installieren des Artikels auf einem Kraftstoffzellenoxidationsmittelstrom.
Verfahren zum Entfernen eines Kontaminationsstoffes aus einer Gasphase, wobei das Verfahren aufweist: (a) Installieren eines adsorptiven Artikels gemäß einem der Ansprüche 1–9 in einem Durchgang für eine Gasphase; (b) Kontaktieren einer Gasphase mit dem Artikel, wobei in der Gasphase ein Kontaminationsstoff mit einem Pegel von 50 ppm-Volumen bis 2 ppb-Volumen vorhanden ist; und (c) Entfernen von mindestens 99% des Kontaminationsstoffes aus der Gasphase mit einem Druckabfall von nicht größer als 1 Zoll Wasser bei einer Luftfluss-Filterstirnfläche-Geschwindigkeit von 0,5 m/s.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Entfernens aufweist: (a) Entfernen von mindestens 99% des Kontaminationsstoffes von der Gasphase mit einem Druckabfall von nicht größer als 0,5 Zoll Wasser bei einer Luftfluss-Filterstirnfläche-Geschwindigkeit von 0,5 m/s.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Entfernens aufweist: (a) Entfernen von mindestens 99% des Kontaminationsstoffes von der Gasphase mit einem Druckabfall von nicht größer als 0,1 Zoll Wasser bei einer Luftfluss-Filterstirnfläche-Geschwindigkeit von 0,5 m/s.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Installierens eines kontaminationsstoffentfernenden Artikels in einem Durchgang für eine Gasphase einen der Schritte aufweist: (a) Installieren des absorptiven Artikels in einem industriellen Prozessluftort oder einem kommerziellen Gebäudeluftreinigungsort; (b) Installieren des adsorptiven Artikels in einem Halbleiterverarbeitungswerkzeugort; (c) Installieren des kontaminationsstoffentfernenden Artikels in einem Luftzuführungssystem in einem Fahrzeugtriebwerk; (d) Installieren des kontaminationsstoffentfernenden Artikels auf einem Kraftstoffzellenoxidationsmittelstrom.
Verfahren zur Herstellung eines adsorptiv beschichteten Artikels gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei das Verfahren aufweist: (a) Bilden einer Dispersion mit einer Polymerzusammensetzung und einem korpuskularen Adsorptionsstoff; (b) Kontaktieren der Passagen mit der Dispersion, um eine nasse Beschichtung zu bilden; und (c) Entfernen des Lösemittels von der nassen Beschichtung, eine aktive adsorbierende Schicht zurücklassend; wobei die adsorbierende Schicht im wesentlichen frei von katalytischer Aktivität ist.
Verfahren zur Herstellung eines adsorptiv beschichteten Artikels gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei das Verfahren aufweist: (a) Bilden einer Mischung mit einem adsorbierenden Partikelstoff und einem polymeren Klebstoff, wobei der polymerische Klebstoff bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des polymeren Klebstoffs vorliegt; (b) Kontaktieren der Passagen mit der Mischung, um eine geschmolzene Beschichtung zu bilden; und (c) Kühlen der geschmolzenen Beschichtung, um den polymeren Klebstoff zumindest teilweise zu verfestigen, eine aktive adsorbierende Schicht zurücklassend.
Vorrichtung zum Entfernen eines Kontaminationsstoffes aus einer Atmosphäre in einem Halbleiterherstellungsort, wobei die Vorrichtung aufweist: (a) einen adsorptiven Artikel gemäß einem der Ansprüche 1–9; (b) ein Gehäuse mit einem Einlass, einem Auslass, einem aufnehmenden Volumen für den adsorptiven Artikel, wobei der Einlass und der Auslass jeweils in einer Luftflusskommunikation mit den Passagen des adsorptiven Artikels stehen; und (c) Mittel zum Bewegen der Atmosphäre durch den Artikel.
Vorrichtung nach Anspruch 23, mindestens drei adsorptive Artikel aufweisend, einen ersten Artikel mit einem sauren Reaktionsstoff, um basische Kontaminationsstoffe zu entfernen, und einen zweiten Artikel mit einem basischen Reaktionsstoff, um saure Kontaminationsstoffe zu entfernen.
Luftzuführungssystem in einem Fahrzeugtriebwerk, wobei das Zuführungssystem aufweist: (a) ein rohrförmiges Teil mit einem Lufteinlass und einem gegenüberliegenden, auf einen Triebwerkseinlass gerichteten Abfluss, wobei das rohrförmige Teil ein Installationsort aufweist; und (b) einen adsorptiven Artikel gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei der Artikel in dem Installationsort positioniert ist.
Luftzuführungssystem nach Anspruch 25, wobei der Artikel eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche jeweils eine Fläche von 77,5 bis 155 cm² aufweisen.
Luftzuführungssystem nach Anspruch 25, wobei der Artikel konfiguriert ist, um Benzindämpfe, Diesel, oder beides zu adsorbieren.
Luftzuführungssystem nach Anspruch 25, wobei der Artikel in dem rohrförmigen Teil permanent fixiert ist.
Luftzuführungssystem nach Anspruch 25, wobei das adsorbierende Element konfiguriert ist, um Kontaminationsstoffe aus einem Luftstrom bei einer ersten Luftflussrate des Luftstroms zu adsorbieren, und Kontaminationsstoffe von der Beschichtung bei einer zweiten Luftflussrate zu desorbieren, wobei die zweite Luftflussrate größer ist als die erste Luftflussrate.
Luftzuführungssystem nach Anspruch 25, wobei das adsorbierende Element konstruiert ist, um mindestens 90% von durch das rohrförmige Teil hindurchtretenden Kontaminationsstoffen zu adsorbieren.