DE69900603T2 - Katalitische zusammenstellung - Google Patents

Katalitische zusammenstellung

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DE69900603T2
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Pierre Girard
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine neue photokatalytische Zusammensetzung, ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung.
  • Sie bezieht sich auch auf ein mit dieser photokatalytischen Zusammensetzung überzogenes Filtrationsmittel, ebenso wie auf dessen Herstellungsverfahren und dessen Verwendung.
  • In der weiteren Beschreibung und in den Ansprüchen wird mit "Photokatalysator" ein Mittel bezeichnet, dass in der Lage ist, die unterschiedlichen, in der Luft oder im Wasser vorhandenen organischen Schadstoffe zu vernichten, und zwar durch photochemische Reaktion, welche durch die Einstrahlung der Ultraviolettstrahlen (UV) hervorgerufen wird. Diese chemische Reaktion ist weitgehend unter dem Begriff der Photokatalyse bekannt und wird zur Behandlung der Luft oder des Wassers eingesetzt.
  • Schematisch wird die photokatalytische Reaktion iniziiert, indem ein halbleitender Feststoff durch UV-Strahlungen bei einer Wellenlänge kleiner 380 Nanometern aktiviert wird, was elektronische Veränderungen innerhalb des Halbleiters hervorruft und in Anwesenheit von Luft oder Wasser zur Bildung von sauerstoffhaltigen Radikalen an der Oberfläche des Halbleiters führt. Diese Radikale greifen die an dem Halbleiter adsorbierten organischen Verbindungen an und bauen durch eine Folge chemischer Reaktionen, die den Sauerstoff der Luft oder des Wassers einschließen, die organischen Verbindungen ab, bis der Kohlenstoff der kohlenstoffhaltigen Ketten vollständig in Kohlendioxid (CO&sub2;) umgewandelt ist.
  • Die photokatalytische Reaktion ist in der Lage, durch den zuvor beschriebenen Prozess eine große Anzahl von Schadstoffen der Luft und insbesondere NOx, NH&sub3;, H&sub2;S, CO, O&sub3;, chlorierte oder nicht chlorierte C&sub2;-C&sub4;-Alkene, Chlormethan, Isooktan, Benzol, Toluol, Xylol, Isopropylbenzol, gesättigte aliphatische C&sub1;-C&sub4;- Alkohole, Methylmerkaptan, Chlorophenol, Nitrophenol, Methyltertiobutylether, Dimethoxymethan, C&sub1;-C&sub4;-Aldehyde, Aceton, Ameisensäure, Essigsäure, 2- Methylpropansäure, Dichloracetylchlorid, Dimethylformamid, Trimethylamin, Acetonitril und Pyridin umzuwandeln.
  • In der Praxis verwendet man als halbleitenden Feststoff, d.h. als Photokatalysator, Titandioxid TiO&sub2;-Anatas, das durch UV-Licht aktiviert elektronisch derart modifiziert wird, dass es zur Bildung von Hydroxyl-Radikalen OHº und Sauerstoff- Radikalen Oº führt, die in der Lage sind, organischen Verbindungen, welche an dem TiO&sub2; adsorbiert sind, anzugreifen indem diese abgebaut werden, bis der organische Kohlenstoff vollständig in Kohlendioxid umgewandelt ist.
  • Dennoch ist es möglich, andere Photokatalysatoren einzusetzen, wie zum Beispiel diejenigen, welche aus der Gruppe der Metalloxide, der erdalkalischen Oxide, der Actinidoxide und der Seltenerdoxide ausgewählt sind.
  • Zur Behandlung der Luft und der Flüssigabfälle ist es erforderlich, die photokatalytischen Zusammensetzungen mittels Bindemitteln an Trägern, insbesondere Faser- oder Glasfaserträgern zu fixieren. In der weiteren Beschreibung und in den Ansprüchen wird diese Verbindung "Träger - photokatalytische Zusammensetzung" mit dem Begriff "Filtrationsmittel" bezeichnet.
  • Es wurde lange Zeit vorgeschlagen, als Bindemittel organische Moleküle vom Typ Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol etc. zu verwenden.
  • Man hat schnell festgestellt, dass dieser Einsatz insoweit nicht zufriedenstellend sein konnte, als die kohlenstoffhaltigen Ketten des Bindemittels ebenfalls dem Photokatalyseprozess unterworfen, also abgebaut wurden, so dass die Lebensdauer der Zusammensetzung begrenzt war.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden unterschiedliche Techniken vorgeschlagen, die darauf beruhten, den Kohlenstoff durch Kalzinieren aus dem Bindemittel auszutreiben, insbesondere die Technik zum Fixieren des Katalysators durch "Previously Made Titanium Powder (PMTP)" oder aber "Chemical Vapor Deposition (CVD)", die insbesondere in der Zeitschrift "CATALYSIS TODAY", Band; 39 Nr. 3, Seiten 221 und 222 beschrieben sind.
  • Dennoch weist diese Art der Technik einige Nachteile auf, wie den der Erhöhung der Dauer und der Kosten zur Herstellung der Zusammensetzung. Außerdem und vor allem zieht das Kalzinieren, das bei Temperaturen in der Größenordnung von 1700ºC durchgeführt wird, die Bildung von Pulver nach sich, das die Verwendung der Zusammensetzung schwierig macht.
  • Zur Lösung dieses Problems wurde in dem Dokument FR-A-2 749 777 vorgeschlagen, das organische Bindemittel durch ein anorganisches Bindemittel zu ersetzen, das aus einem anorganischen Aluminosilikatpolymer vom Typ Imogolit besteht.
  • Die in diesem Dokument beschriebene photokatalytische Zusammensetzung liegt in Form eines Aluminosilikatgels vor, dem eine kolloide Photokatalysatorlösung zugefügt wird. Die Herstellungszeit des Aluminosilikatgels liegt in der Größenordnung von mehreren Tagen und erfordert eine Vielzahl von relativ komplizierten Schritten. Man erhält ein für die Sonnenstrahlung durchlässiges thixotropes Gel, das durch Rühren fluidisiert werden muss, um einen gleichmäßigen Überzug auf einem Träger zu ermöglichen.
  • Genauer gesagt wird das erhaltene Gel zur Herstellung eines Filtrationsmittels auf einen Träger aufgetragen, anschließend entsprechend einer nicht genauer angegebenen Technik getrocknet. Die unterschiedlichen Versuche zeigen, dass eine Vernichtung der Schadstoffe in der Größenordnung von lediglich 12 oder 26% in Abhängigkeit von der eingesetzten Lichtquelle erzielt wird. (siehe Beispiel 3).
  • Selbst wenn die in diesem Dokument beschriebene photokatalytische Zusammensetzung den Vorteil aufweist, in einer einzigen Schicht auf einem Träger aufgetragen werden zu können, so ist die Herstellung der Zusammensetzung nicht nur sehr kompliziert, sondern führt darüber hinaus zu unzureichenden Ergebnissen.
  • Zur Lösung dieses Problems wurde in den Dokumenten JP-A-09/171801 und WO- A-97/00134 vorgeschlagen, die photokatalytische Zusammensetzung als solche mittels einer Haftschicht auf einen Träger aufzutragen. Die Haftschicht besteht aus einem Harz, das in einigen Ausführungsformen 5 bis 40 Gew.-% Kolloidkieselerde enthalten kann.
  • Mit anderen Worten gesagt, weist diese Lösung den Nachteil auf, einerseits die zur Herstellung eines Filtrationsmittels erforderliche Anzahl von Schritten (Auftragen von zwei aufeinanderfolgenden Schichten auf dem Träger) zu erhöhen und andererseits definitionsgemäß organische Harze zu verwenden, die während des Photokatalyseprozesses verbraucht werden können.
  • Eine der Aufgaben, die die Erfindung zu lösen beabsichtigt, besteht darin, eine photokatalytische Zusammensetzung zu schaffen, die aus handelsüblichen Bestandteilen einfach herzustellen ist und die direkt auf einen Träger aufgetragen werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe, die die Erfindung zu lösen beabsichtigt, besteht darin, die Adsorptionsfähigkeit sowie die photokatalytische Wirksamkeit, d.h. die Leistungsfähigkeit des Photokatalysators zu verbessern.
  • Zur Lösung der Aufgabe, eine Zusammensetzung zu schaffen, die einfach herzustellen ist und in einer einzigen Schicht auf einen Träger aufgetragen werden kann, schlägt die Erfindung eine photokatalytische Zusammensetzung vor, die wenigstens einen Photokatalysator sowie ein anorganisches Bindemittel enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass das anorganische Bindemittel eine wässrige Kolloiddispersion aus Silziumdioxid (SiO&sub2;) enthält, wobei die genannte wässrige Kolloiddispersion des Silziumdioxids Kieselerdeteilchen enthält, die sich nach Umhüllen des Photokatalysators miteinander verbinden können.
  • Mit "wässriger Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;)" wird eine Dispersion aus amorphen Kieselerdeteilchen mit großer, in Wasser negativ geladener spezifischer Oberfläche bezeichnet. In der Praxis ist die spezifische Oberfläche der Kieselerdeteilchen bei einer Korngröße der Teilchen zwischen 25 und Nanometern größer als 80 m²/g, vorteilhafterweise 100 m²/g. Ebenso ist sie bei einer Korngröße der Teilchen zwischen 4 und 6 Nanometern größer als 300 m²/g, vorteilhafterweise 350 m²/g. Die Kieselerdeteilchen weisen an ihrer Oberfläche OH&supmin;Gruppen und OH&supmin;-Ionen auf, die eine elektrische Doppelschicht bilden, wodurch den genannten Teilchen selbstbindende Eigenschaften verliehen werden. Wie bereits gesagt, können sich die Kieselerdeteilchen nach Umhüllen der Photokatalysatorteilchen miteinander verbinden.
  • Um die Aufgabe der Verbesserung der Adsorptionsfähigkeit und der photokatalytischen Wirksamkeit der Zusammensetzung zu lösen, besteht das Bindemnittel ausschließlich aus einer wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;).
  • Denn es hat sich vollkommen überraschend gezeigt, dass die Verwendung einer wässrigen SiO&sub2;-Kolloiddispersion des zuvor beschriebenen Typs ermöglicht, die Adsorptionsrate der Schadstoffe an dem Photokatalysator sowie den Wirkungsgrad der Photokatalyse erheblich zu verbessern, wobei dies wahrscheinlich auf die selbstbindenden Eigenschaften der SiO&sub2;-Teilchen zurückzuführen ist.
  • Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung, machen die SiO&sub2;-Teilchen 20 bis Gew.-% der wässrigen Kolloiddispersion aus, vorteilhafterweise 48 Gew.-%.
  • Bei einer Konzentration unter 20% ist der Photokatalysator weniger reibungsbeständig und verwandelt sich in Pulver.
  • Bei einer Konzentration über 50% verliert der Photokatalysator an Wirksamkeit.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die die wässrige Dispersion bildenden Siliziumdioxidteilchen einen Durchmesser zwischen 10 und 50 Nanometern, vorteilhafterweise zwischen 20 und 30 Nanometern auf.
  • Vorteilhafterweise wird als Photokatalysator allein Titandioxid (TiO&sub2;)-Anatas verwendet.
  • Jedoch kann der Photokatalysator auch aus einer Mischung aus mehreren Mitteln, wie z.B. TiO&sub2;, Ceriumoxid etc. gebildet sein.
  • Um die photokatalytische Wirksamkeit zu verbessern weisen die Teilchen aus Titandioxid (TiO&sub2;) einen Durchmesser zwischen 10 und 30 Nanometern auf.
  • Ebenso enthält die photokatalytische Zusammensetzung zum Erzielen einer optimalen Adsorptionswirksamkeit 10 bis 60 Teile (trocken) der wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid, wobei die Ergänzung zu 100 Teilen von TiO&sub2;-Anatas gebildet ist.
  • Vorteilhafterweise enthält die photokatalytische Zusammensetzung 50 Teile der wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid und 50 Teile Titandioxid-Anatas.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die photokatalytische Zusammensetzung außerdem mit Metallionen modifizierte Zeolithen, um die Entwicklung von in der Umgebungsluft enthaltenen schädlichen Mikroorganismen und Schimmelpilzen zu verhindern.
  • Mit "Zeolith" bezeichnet man eine Gruppe hydratisierter, natürlicher Aluminosilikate der Alkalimetalle oder erdalkalischen Metalle.
  • In der Praxis werden die Metallionen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Silber, Kupfer und Zink und werden in einer Menge von 1 bis 3% verwendet. Vorteilhafterweise wird der Zeolith mit 1,5% Silberionen modifiziert.
  • Denn es wurde festgestellt, dass dieser Zusammensetzungstyp ermöglichte, die Vernichtung der in der Umgebungsluft enthaltenen Mikroorganismen und Schimmelpilze zu beschleunigen und gleichzeitig die aus einigen Gerüchen stammenden organischen Schadstoffe zu vernichten, indem die Eigenschaften der modifizierten Zeolithen mit denjenigen der zuvor Photokatalyse kombiniert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die photokatalytische Zusammensetzung (in Gewicht) aus:
  • - 30 bis 50%, vorteilhafterweise 47% SiO&sub2;
  • - 30 bis 50%, vorteilhafterweise 47% TiO&sub2;-Anatas
  • - 2 bis 10%, vorteilhafterweise 6% Zeolith mit 2% Silber
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die photokatalytische Zusammensetzung außerdem Aktivkohle, um die in den Schadstoffemissionspeaks vorhandenen organischen Moleküle zu adsorbieren.
  • Bekannterweise liegt die Aktivkohle in Form von Fasern oder Körner vor, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen und somit ermöglichen, die organischen Moleküle zu adsorbieren.
  • So wirkt die photokatalytische Zusammensetzung unter Einschluss von Aktivkohle auf die Umgebungsluft in zwei Schritten:
  • - zunächst erfolgt die Adsorption der in den Schadstoffemissionspeaks vorhandenen Schadstoffe an der Aktivkohle;
  • - anschließend erfolgt die Photokatalyse, die den in der Aktivkohle enthaltenen Schadstoff abbaut, wodurch die Regeneration der genannten Aktivkohle möglich ist.
  • Mit anderen Worten gesagt, wird die Lebensdauer dieser Zusammensetzung gegenüber der Lebensdauer der Aktivkohle alleine erheblich erhöht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Form dieser Ausführungsform besteht die photokatalytische Zusammensetzung (in Gewicht) aus:
  • - 10 bis 40%, vorteilhafterweise 25% TiO&sub2;-Anatas,
  • - 10 bis 40%, vorteilhafterweise 25% Aktivkohle,
  • - 40 bis 60%, vorteilhafterweise 50% SiO&sub2;.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren zur Herstellung der photokatalytischen Zusammensetzung, gemäß dem der Photokatalysator und ggf. die mit Metallionen modifizierten Zeolithen und/oder Aktivkohle unter Rühren in die wässrige kolloide Kieselerdesuspension gegeben werden, bis eine homogene Suspension erhalten wird, die direkt auf einen Träger aufgetragen werden kann.
  • Die Erfindung bezieht sich also auch auf die Verwendung der photokatalytischen Zusammensetzung in Form eines Anstrichmittels.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Filtrationsmittel. Wie bereits erwähnt, wird mit "Filtrationsmittel" die Verbindung aus Träger und photokatalytischer Zusammensetzung bezeichnet. Bekannterweise kann ein Filtrationsmittel aus einem oder mehreren behandelten Trägern bestehen.
  • So kann die photokatalytische Zusammensetzung der Erfindung auf wenigstens einer der Flächen eines Trägers abgeschieden werden. Denn es wurde festgestellt, dass sich die SiO&sub2;-Teilchen dank ihrer selbstbindenden Eigenschaften nicht nur miteinander verbinden und dabei die TiO&sub2;-Teilchen umhüllen, sondern sich auch mit dem Träger verbinden. Darüber hinaus und vor allem wird eine erhebliche Zunahme des Wirkungsgrades der Photokatalyse beobachtet, wobei dies wahrscheinlich auf die besondere Struktur der SiO&sub2;-Teilchen zurückzuführen ist, die es ermöglicht, eine erhöhte Porosität sowie eine große spezifische Oberfläche der Schicht nach Trocknung zu bewahren.
  • Im Gegensatz zu dem Überzug aus einer für UV-Strahlen durchlässigen Zusammensetzung, welche in dem Dokument FR-A-2 749 777 beschrieben ist, ist der mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellte Überzug unter Bewahrung einer optimalen Wirksamkeit für UV-Strahlen undurchlässig, eine Eigenschaft, die in Anwendungsbereichen vom Typ Plakate, Streifbänder, Papiertapeten eingesetzt werden kann.
  • Außerdem kann in nicht einschränkender Weise auf unterschiedliche Typen von Trägern wie beispielsweise Glasfasern, nichtgewebte Träger zurückgegriffen werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform liegt der Träger in Form einer Akustikplatte vor.
  • Mit "Akustikplatte" werden insbesondere die die Doppeldecken bildenden Platten bezeichnet.
  • In der Praxis ist die Platte mit der photokatalytischen Zusammensetzung überzogen.
  • Die natürliche Konvektion erzeugt eine Bewegung der kalten Luft vom unteren Ende des Teils, die unter Erwärmung zum oberen Ende des Teils aufsteigt, um so mit den die Decken bildenden Platten in Kontakt zu treten, die unter der Wirkung des Glüh- oder Tageslichts eine photokatalytische Reaktion auslösen, welche zur Vernichtung der Gase führt.
  • Der Träger kann auch ein organischer Faserträger vom Typ Papier sein. Denn es wurde festgestellt, dass die Verwendung einer wässrigen SiO&sub2;-Kolloiddispersion ermöglichte, die organischen Fasern des Trägers zu umhüllen, so dass der genannte Träger nicht der Photokatalysereaktion unterworfen und folglich im Laufe der Zeit beschädigt wird.
  • Die Verwendung der SiO&sub2;-Kolloiddispersion auf diesem Trägertyp ermöglicht also, die Lebensdauer der Filtrationsmittels zu erhöhen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine einzige Seite des Trägers des Filtrationsmittels mit der erfindungsgemäßen photokatalytischen Zusammensetzung überzogen, wobei die andere Seite mit einer zweiten, ein Derivat der Undecylensäure enthaltenden Zusammensetzung überzogen wird, die in der Lage ist, Gerüche zu tilgen.
  • Vorteilhafterweise ist das Derivat der Undecylensäure Natriumundecylenat oder aber Methyl- oder Ethylundecylenat, und zwar in nicht einschränkender Weise.
  • Um Insekten vom Milbentyp zu vernichten, enthält die genannte zweite Zusammensetzung auch Dioctylsulfosuccinat.
  • Denn es wurde festgestellt, dass dieser Zusammensetzungstyp ermöglichte, mehrere unterschiedliche Wirkungen zu kombinieren und zu potenzieren, nämlich:
  • - die des Undecylensäurederivats, das die Tilgung der Gerüche, insbesondere vom Typ Amine, schwefelhaltiger Derivate etc. sicherstellt
  • - die des Dioctylsulfosuccinat, das wirkt, indem es das Keratin der Milben vernichtet,
  • In der Praxis enthält die genannte zweite Zusammensetzung (in Trockengewicht):
  • - 80 bis 98%, vorteilhafterweise 96% Natriumundecylenat,
  • - 2 bis 20%, vorteilhafterweise 4% Dioctylsulfosuccinat.
  • In einer Variante enthält das Filtrationsmittel - neben einem mit der photokatalytischen Zusammensetzung überzogenen Träger - einen Vorfilter in Form eines Trägers, der mit einer ein Undecylensäure- und ein Dioctylsulfosuccinatderivat enthaltenden Zusammensetzung überzogen ist, welche Gerüche tilgen und Insekten vom Milbentyp vernichten kann.
  • Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung eines Filtrationsmittels, welches einen Träger enthält, auf dem die photokatalytische Zusammensetzung der Erfindung in einer Menge von 5 bis 40 g/m², vorteilhafterweise von 20 g/m² TiO&sub2; aufgetragen wird.
  • Bei einem Wert unter 5 g/m² ist die Photokatalysereaktion aufgrund der zu geringen Dicke der Schicht der photokatalytischen Zusammensetzung auf dem Träger vermindert.
  • Bei einem Wert über 40 g/m² wird keine Zunahme des photokatalytischen Wirkungsgrades beobachtet.
  • Bei der Ausführungsform, gemäß der das Filtrationsmittel eine Trägerseite oder einen Vorfilter aufweist, die bzw. der mit einer Zusammensetzung auf der Basis von Undecylensäure und Sulfosuccinat überzogen ist, erfolgt diese Beschichtung in einer Menge von 2 g/m².
  • Außerdem weist das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filtrationsmittels den Vorteil auf, kontinuierlich durchgeführt werden zu können, wobei die Beschichtung insbesondere durch Sizepress oder durch jedwedes andere herkömmliche Imprägnierungs- oder Beschichtungsverfahren durchgeführt werden kann, was das Verfahren gegenüber dem Stand der Technik sehr einfach macht.
  • Im Falle von Papiertapeten oder aber Akustikplatten kann die Zusammensetzung der Erfindung in Form eines direkt auf den Träger aufzutragenden Anstrichmittels vorkommen.
  • Diese Filtrationsmittel können folglich für die Behandlung und das Reinigen der Luft, aber auch für die Behandlung von Flüssigabfällen verwendet werden.
  • Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden aus den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Fig. 1 besser hervorgehen; diese Figur zeigt den Reaktionswirkungsgrad der photokatalytischen Zusammensetzung, welche Gegenstand der Erfindung ist.
    • Beispiel 1
  • Der folgende Versuch zeigt die Verbesserung der Adsorptionsfähigkeit und des photokatalytischen Wirkungsgrades der photokatalytischen Zusammensetzung der Erfindung durch Vergleich mit einem Filtrationsmittel des Standes der Technik.
  • Der Test beruht darauf, eine mit einer photokatalytischen Zusammensetzung überzogene Trägerscheibe in eine Isopropylalkohollösung zu tauchen, anschließend die Scheibe für 90 Minuten der Wirkung der UV-Strahlen mit einer Wellenlänge kleiner 380 Nanometern auszusetzen. Unter der Wirkung der UV-Strahlen wird ein Teil des Isopropylalkohols in Aceton umgewandelt und offenbart somit die photokatalytische Wirksamkeit des Titandioxids.
  • Die Scheibe ist von einem Faserträger gebildet, der mit einer photokatalytischen Zusammensetzung überzogen ist, welche besteht aus:
  • - 50 Teilen Bindemittel
  • - 50 Teilen TiO&sub2;.
  • Beispiele 1, 2, 3, 4 werden mit unterschiedlichen TiO&sub2;-Typen durchgeführt, die auf die Scheibe mit einer Oberfläche gleich 18 cm² in einer Menge von 4,5 bis 17 g/m² aufgetragen werden. Das verwendete anorganische Bindemittel ist eine von NISSAN unter der Marke "SNOWTEX 50" in den Handel gebrachte SiO&sub2;-Kolloiddispersion. Beispiel 5 verwendet ein von MATRIX in den Handel gebrachtes Filtrationsmittel, bei dem die Verbindung des TiO&sub2; mit dem Träger durch Kalzinieren des Bindemittels vollzogen wird. Die Analysen werden mittels Gasphasenchromatographie durchgeführt.
  • Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle aufgeführt: TABELLE 1
  • 1: DT51®: von RHODIA in den Handel gebrachtes TiO&sub2;
  • 2: REF2: TiO&sub2; mit einer spezifischen Oberfläche gleich 75 m²/g
  • 3: von DEGUSSA in den Handel gebracht
  • 4: von MATRIX in den Handel gebracht
  • Man stellt fest, dass die letzte Scheibe die Bildung einer sehr geringen Acetonmenge gegenüber der erfindungsgemäßen photokatalytischen Zusammensetzung hervorruft. Man stellt ebenfalls fest, dass mit einem TiO&sub2;-Überzug zwischen 4,5 g/m² und 12,5 g/m² (Beispiele. 3 und 4) eine gute photokatalytische Wirksamkeit erzielt werden kann.
    • Beispiel 2
  • Es wurde der Reaktionswirkungsgrad unterschiedlicher erfindungsgemäßer Zusammensetzungen berechnet, die auf einem Träger von Typ Faservlies (Bezeichnung 1045) aufgetragen werden, welcher von AHLSTROM LYSTIL hergestellt und mittels des PERFOJET-Verfahrens derart perforiert wird, dass die Durchgangsmengen (geringer Druckverlust) verbessert werden. Der eingesetzte Schadstoff ist Isobutan.
  • Die Zusammensetzung enthält zwei unterschiedliche TiO&sub2;-Typen mit einer spezifischen Oberfläche gleich 250 m²/g (bezeichnet mit REF 1) bzw. 75 m²/g (REF 2).
  • In der folgenden Tabelle sind alle wesentlichen Parameter, nämlich die Mengenverhältnisse jedes Bestandteils, die bestrahlte Fläche, die Bestrahlungsdauer und der mittlere Reaktionswirkungsgrad, sowie der Überzug aus 10 oder 20 g/m² TiO&sub2; (REF 1 oder REF 2) dargestellt bzw. aufgeführt. TABELLE 2
  • *Snowtex 50 von NISSAN in den Handel gebracht
  • Man stellt fest, dass die besten Reaktionswirkungsgrade mit erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erzielt werden, die 50 Teile der wässrigen Kieselerde (SiO&sub2;)- Kolloiddispersion und 50 Teile Titandioxid REF 2 enthalten.
  • Man stellt ebenfalls fest, dass Überzüge aus 10 g/m² TiO&sub2; Reaktionswirkungsgrade zur Folge haben, die über denjenigen von Überzügen aus 20 g/m² liegen, wobei alle anderen Bedingungen gleich sind, was zur Reduzierung der Kosten für die Filtrationsmittel führt.
  • Wird der Versuch ohne den organischen Isobutanschadtstoff durchgeführt, so ist der photokatalytische Wirkungsgrad praktisch null, was logisch ist. Man kann es so bewerten, dass der in diesem Fall erhaltene geringe Wert (2,95%) der Zersetzung organischer Störstoffe entspricht. Die Zahlen der Tabelle sind also bis auf 3% kennzeichnend.
  • In der beiliegenden Fig. 1 ist der erzielte Reaktionswirkungsgrad für die in einer Menge von 10 g/m² TiO&sub2; aufgetragenen photokatalytischen Zusammensetzungen, also die Beispiele 1A, 1B, 2A, 2A', 2B, 2B', 3B und 4B dargestellt.
    • Beispiel 3
  • In diesem Beispiel wurde die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen, Aktivkohle enthaltenden photokatalytischen Zusammensetzung bewertet.
  • Hierfür wird eine photokatalytische Zusammensetzung auf einen von AHLSTROM LYSTIL hergestellten und mittels des PERFOJET-Verfahrens perforierten Träger vom Typ Faservlies (Bezeichnung 1045) aufgetragen:
  • Die photokatalytische Zusammensetzung besteht aus:
  • - 25% TiO&sub2; mit einer spezifischen Oberfläche gleich 250 m²/g
  • - 25% Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche gleich 900 m²/g, die von CECA in den Handel gebracht wird
  • - 50 Gew.-% SiO&sub2; (Snowtex 50).
  • Das Mittel wird durch Methanol mit einem Durchsatz von 3,4 ml/Min. bestrahlt, wobei der Schadstoffgehalt gleich 281 ppm beträgt, mit oder ohne Sättigungsphase bei Dunkelheit.
  • Die im Gleichgewichtszustand unter UV erhaltenen Ergebnisse sind identisch, ganz gleich, ob das Mittel gesättigt wurde oder nicht.
  • Man erhält:
  • - eine Methanolmenge gleich 22,3 Mikromol pro Stunde und pro Gramm;
  • - eine Menge an Kohlendioxid (CO&sub2;) gleich 8,65 Mikromol pro Stunde und pro Gramm.
  • Der Prozentsatz der Mineralisierung, d.h. der Umwandlung des Schadstoffmittels in CO&sub2; beträgt 30%.
  • Die Kohlenstoffbilanz, welche sich aus dem Abbau des Methanols zu flüchtigem Nebenprodukt ergibt, beträgt 56%.
  • Die Vorteile der Erfindung gehen gut aus der Beschreibung hervor. Man wird insbesondere die hohe Adsorptionsfähigkeit und die bemerkenswerte Wirksamkeit von TiO&sub2; feststellen, wenn es sich in Mischung mit einer wässrigen, kolloiden Kieselerdedispersion befindet.
  • Man wird auch feststellen, das das Verfahren zur Herstellung des Filtrationsmittels durch Einsatz kontinuierlicher Imprägnierungs- oder Beschichtungsverfahren, insbesondere durch Sizepress, vereinfacht wird.

Claims (23)

1. Photokatalytische Zusammensetzung enthaltend wenigstens einen Photokatalysator und wenigstens ein anorganisches Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte anorganische Bindemittel eine wässrige Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) enthält, bei der die SiO&sub2;-Teilchen 20 bis 50 Gew.-% der wässrigen Kolloiddispersion ausmachen und einen Durchmesser zwischen 10 und Nanometern aufweisen, wobei die genannten Kieselerdeteilchen in der Lage sind, sich nach Umhüllen des Photokatalysators miteinander zu verbinden.
2. Photokatalytische Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ausschließlich von einer wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) gebildet ist.
3. Photokatalytische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Photokatalysator TiO&sub2;-Anatas ist.
4. Photokatalytische Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der TiO&sub2;-Teilchen zwischen 10 und 30 Nanometern liegt.
5. Photokatalytische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie 10 bis 60 Teile (trocken) der wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid enthält, wobei die Ergänzung zu 100 Teilen von TiO&sub2; gebildet ist.
6. Photokatalytische Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie 50 Teile Titandioxid und 50 Teile der wässrigen Kolloiddispersion aus Siliziumdioxid enthält.
7. Photokatalytische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mit Metallionen modifizierte Zeolithen enthält, welche die Entwicklung von schädlichen Mikroorganismen und Schimmelpilzen verhindern können.
8. Photokatalytische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Aktivkohle enthält.
9. Verfahren zur Herstellung einer photokatalytischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Photokatalysator unter Rühren in dem anorganischen Bindemittel bis zum Erhalt einer homogenen Suspension gemischt wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer photokatalytischen Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Photokatalysator und die mit Metallionen modifizierten Zeolithen unter Rühren in dem anorganischen Bindemittel bis zum Erhalt einer homogenen Suspension gemischt werden.
11. Verfahren zur Herstellung einer photokatalytischen Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Photokatalysator und die Aktivkohle unter Rühren bis zum Erhalt einer homogenen Suspension gemischt werden.
12. Verwendung der photokatalytischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Anstrichmittels.
13. Filtrationsmittel enthaltend einen Träger, der auf wenigstens einer seiner Seiten mit einer Schicht aus der photokatalytischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 überzogen ist.
14. Filtrationsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Faserträger ist.
15. Filtrationsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Akustikplatte ist.
16. Filtrationsmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine der Seiten des Trägers mit der genannten photokatalytischen Zusammensetzung überzogen ist, die andere Seite des Trägers mit einer zweiten, ein Derivat der Undecylensäure enthaltenden Zusammensetzung überzogen ist, welche Gerüche tilgen kann.
17. Filtrationsmittel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Zusammensetzung außerdem Dioctylsulfosuccinat enthält, das Insekten vom Milbentyp vernichten kann.
18. Filtrationsmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Vorfilter in Form eines Trägers enthält, der mit der genannten zweiten, ein Derivat der Undecylensäure enthaltenden Zusammensetzung überzogen ist, die Gerüche tilgen kann.
19. Filtrationsmittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Zusammensetzung weiterhin Dioctylsulfosuccinat enthält, das Insekten vom Milbentyp vernichten kann.
20. Verfahren zur Herstellung eines Filtrationsmittels nach einem der Ansprüche bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit der photokatalytischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Menge von 5 bis 40 g/m² TiO&sub2; überzogen wird.
21. Verfahren zur Herstellung eines Filtrationsmittels nach einem der Ansprüche bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Zusammensetzung in einer Menge von 2 g/m² auf den Träger aufgetragen wird.
22. Verwendung eines Filtrationsmittels nach einem der Ansprüche 13 bis 19 zur Behandlung von Luft.
23. Verwendung eines Filtrationsmittels nach einem der Ansprüche 13 bis 19 zur Behandlung von Flüssigabfällen.
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