NO821846L - Filter samt fremgangsmaate ved fremstilling av dette - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et filter for gass-

eller væskeseparasjon bestående av sammenhengende fiberbane hvis aktive funksjon er basert på dens evne til kjemisk å binde eller fysikalsk å absorbere gass- eller væskeformige komponenter av på forhånd bestemt type.

Det kjennetegnende trekk for filteret ifølge oppfinnelsen er at dets evne til å absorbere eller binde nevnte gass-eller væskeformige komponenter er lokalisert til pulver-

eller partikkelformet materiale innesluttet i fiberbanen. Denne må altså være gjennomtrengelig .for de fluidum (gass-eller væskekomponenter) som man ønsket å absorbere i filteret. Derimot er det hverken nødvendig eller i de fleste tilfeller ønskelig at man lar hele den fluidumstrøm fra hvilken nevnte komponenter skal absorberes, passere gjennom fiberbanen. Forutsatt at det i fiberbanen innesluttede, partikkelformige, aktive materiale har en betryggende affinitet til de komponenter som skal absorberes, er det tilstrekkelig at fluidum-strømmen bringes til å strømme langsmed fiberbanen i et tilstrekkelig tynt skikt. Naturligvis gjelder det derved å

velge en egnet strømningshastighet og lengde på kontaktover-flaten mellom fluidumet og den aktive fiberbane. Fordelen med å lede fluidumstrømmen langsmed istedenfor gjennom et filter av den her aktuelle type er selvsagt at man på denne måte får et vesentlig mindre trykkfall over filteret.

Prinsippet med å tvinge den fluidumstrøm som skal behandles til å strømme langsmed en fiberbane som er bærer av aktive partikler for behandling av fluidumstrømmen, er i og for seg tidligere kjent, eksempelvis fra svensk patentskrift 363 241, men i dette tilfelle består filterets aktive komponent av partikler som er limt i et harpiksskikt ovenpå fiberbanens overflate, hvilket altså innebærer at bare de deler av partiklene som stikker opp ovenfor harpiksskiktet, er til-gjengelige for omsetning med den passerende fluidumstrøm. Derimot beskrives i dette patent hvordan man ved å sammenføye delvis viklede fiberbaner til en laminert filterkropp frem-stiller et filter inneholdende et meget stort antall, seg imellom atskilte, med hverandre parallelle kanaler for det fluidum som skal behandles. Denne type av filter kan også

bli aktuell i denne sammenheng.

Filteret ifølge foreliggende oppfinnelse er i første rekke beregnet til å separere gassformige forurensninger fra luft, men kan også anvendes for forskjellige typer av gass-separasjon. Hvis den som filterbase fungerende fiberbane oppfyller spesielle krav med hensyn til ufølsomhet overfor fuktning, er det også mulig å anvende filteret for separering av spesielle komponenter fra væskestrømmer.

Som tidligere nevnt/bygger den her aktuelle teknikk på at de komponenter som man ønsker å separere fra en fluidum-strøm, bringes i kontakt med et materiale som absorberer disse komponenter bundet i filteret. Ved den ifølge oppfinnelsen foretrukne utførelsesform utgjøres nevnte absorberende materiale i første rekke av porøse polymerpartikler av spesiell type.

Samtidig kan også større eller mindre mengder av andre partikkelformige materialer med evne til å absorbere aktuelle gasser og/eller væsker inngå, eksempelvis i form av pulver og aktivt carbon.

De mest aktuelle polymerpartikler i foreliggende til-. felle er av den type som generelt kan betegnes som makro-porøse geler, eventuelt komplettert med funksjonelle grupper. Betegnelsen funksjonell gruppe er en klart anerkjent betegn-else innen den organiske kjemi som ikke krever noen nærmere definisjon. De funksjonelle gruppers oppgave i denne sammenheng er at de gir det partikkelformige materiale (den makro-porøse gel) den ønskede affinitet til den aktuelle komponent i hvert enkelt tilfelle som ønskes absorbert eller kjemisk bundet i den makroporøse gel.

Med en makroporøs gel menes i denne sammenheng et partikkelformig polymermateriale som i tørr tilstand utviser en permanent porøsitet som gir materialet en tilgjengelig spesifikk overflate som er større enn 50 m 2/g. At makroporøse geler som regel utgjøres av relativt finpartikkelformet materiale, har egentlig ingenting med definisjonen å gjøre, ettersom det er partiklenes porøsitet og ikke deres korn-størrelse som gir de makroporøse gelene deres store tilgjenge-lige spesifikke overflate for omsetning med fremfor alt gass formige medier. Denne kan altså sees som mer eller mindre uavhengig av partiklenes midlere diameter. Hittil kjenner man til metoder for å fremstille makroporøse geler med par-tikkelstørrelser på fra 0,01 mm opptil flere millimeters diameter.

En fremgangsmåte for fremstilling av makroporøse geler inneholdende funksjonelle grupper, beskrives bl.a. i svensk patentsøknad 81.00536-5. Da dette ikke direkte inngår i foreliggende oppfinnelse, vil man ikke her nærmere beskrive hvordan dette produkt fremstilles i forbindelse med foreliggende oppfinnelse .

I svensk patentsøknad 81.00537-3 beskrives hvordan

slike makroporøse geler kan utnyttes for separasjon av gasser eller væsker. En i denne sammenheng særlig vesentlig fordel med de makroporøse geler er at disse er meget lette å regenerere og at dette kan foretas et praktisk talt ubegrenset antall ganger uten at deres absorpsjonsevne svekkes ved en for-nyet anvendelse.

Rent generelt kan altså makroporøse geler anvendes for absorpsjon eller kjemisk binding av spesifikke.komponenter i gasser eller i visse tilfeller i væsker. Dette forutsatt at den makroporøse gel har god affinitet til angjeldende gass-eller væskekomponent. Denne affinitet kan erholdes ved inkorporering av funksjonelle grupper. De makroporøse gel-partiklenes ofte meget lille størrelse kan imidlertid bevirke visse problemer. Å anordne disse partikler i et fast skikt og la den fluidumstrøm som skal behandles, strømme gjennom skiktet, kan eksempelvis vise seg å være uegnet på grunn av et altfor høyt trykkfall over et filter oppbygd på denne måte. Partiklenes lille størrelse kan i andre tilfeller umuliggjøre anvendelse av filter av hvirvelskikttype. Ulempene med filter av den type som innebærer at partikkelformig aktivt materiale overflatelimes på et bærermateriale, er tidligere blitt be-handlet.

Ifølge grunntanken bak foreliggende oppfinnelse fikseres nå de aktive partikler i en fiberbane som er tilstrekkelig porøs til å tillate aktuelle gass- eller væskeformige komponenter å diffundere inn til de nevnte partikler selv når de er fiksert i banens sentrale deler eller bort fra disse ved regenerering av filteret. Med uttrykket fiksert i banen menes at partiklene er innesluttet i fiberbanen. På denne måte erholdes et meget letthåndterlig filter.

Ifølge oppfinnelsen utnyttes nå i første rekke papir eller andre cellulosefiberbaserte produkter for å binde opp de aktive absorberende partikler, men større eller mindre inn-blandinger av andre fibertyper slik som mineralfibre, kunst-fibre eller lignende, kan også være aktuelle, liksom helt cellulosefrie fibérbaner, f.eks. av "non woven"-type, dvs. bestående av ren syntetfiber.

At papir har vist seg å være.så egnet for dette formål, beror i første rekke på at det til tross for at det har en egnet porøs og åpen struktur enda har vist seg å kunne binde opp de aktuelle partikler på en betryggende måte.

De ovenfor - og i det etterfølgende beskrivende

metoder - bevirker at over 60 vekt% polymer bindes i papiret.

Oppfinnelsen angår også en klart definert fremgangsmåte for fremstilling av filteret ifølge oppfinnelsen.

De makroporøse gelpartikler kan således blandes inn i et bærende fiberark av f.eks. papir ved innblanding i papir-massen innen det aktuelle fiberark konsolideres. Det er også mulig å impregnere et ferdig fiberark med en suspensjon av slike partikler med meget liten midlere diameter, liksom det er fullt mulig å fremstille flerskiktspapir der ett eller flere midtre skikt helt eller delvis utgjøres av angjeldende partikler. Av holdfasthetsgrunner kan det være motivert å blande inn fibre også i relativt rendyrkede partikkelskikt.

Filteret ifølge oppfinnelsen er i sin funksjon altså ikke avhengig av hvordan de aktive partikler er innlagret i fiberbanen, men styres av dennes evne til å slippe gjennom aktuelle gasser og/eller væsker inn til partiklene.

En egnet fremgangsmåte for fremstilling av et filter ifølge oppfinnelsen der de porøse polymerpartikler er konsentrert til midtskiktet, består i at en suspensjon av polymerpartikler og fibre innføres som mellomskikt ved fremstilling ay en flerskikts fiberbane. Dette kan enten skje ved at denne suspensjon innføres mellom to delvis avvannede fibérbaner på en papirmaskin med dobbelt yireparti eller ved at suspensjonen innføres i et mellomrom i en flerdelt innløpskasse og inn-arbeides i fiberbanen ved dennes forming.

For å avgjøre i hvilken grad fiberinneslutningen på-virket et aktuelt polymermateriales absorpsjonsevne ble det fremstilt et prøvefilter på en enkelvire-papirmaskin med tre-dobbel innløpskasse. I innløpskassens ytterrom ble det inn-matet en dispersjon av 17 vektdeler cellulosefibre og i dets midtrom 43 vektdeler polymerpartikler (makroporøs gel).

Den erholdte fiberbane hadde etter tørking en over-flatevekt på 77 g/m' og inneholdt 60 vekt% polymerpartikler. Ved absorpsjonsforsøk med dette filter viste det seg at absorpsjonskapasiteten pr. vektenhet polymer var den samme som for polymerpartiklene i fri form.

Dette må bety at de makroporøse gelpartiklers hele overflate finnes tilgjengelig for absorpsjon selv når partiklene er innesluttet i papirhanen. Som tidligere påpekt, gjelder dette ikke ved filter av den type som er beskrevet i svensk patentskrift 363 241 der de aktive partikler er limt i et harpiksskikt på filterets overflate.

Oppfinnelsen er definert i de etterfølgende patentkrav. Filteret fremstilt på den ovenfor beskrevne måte, har vist seg særlig egnet for absorpsjon av én eller flere gasser fra luft eller andre gassblandinger.

Som eksempler på aktuelle stoffer i denne sammenheng kan nevnes løsningsmidler, aromater, monomerer, alifater og polare forbindelser. Det tidligere berørte faktum at filteret er meget lett å regenerere, innebærer at absorberte stoffer er lette å gjenvinne samtidig som filteret kan anvendes på nytt et meget stort antall ganger.

Claims (10)

1. Filter for gass- eller væskeseparasjon av den type som består av en sammenhengende fiberbane som er bærer av aktive korn- eller pulverformige (partikkelformige) materialer med evne til fysikalsk å absorbere eller kjemisk å binde på forhånd bestemte gass- eller væskeformige komponenter, karakterisert ved at fiberbanen er tilstrekkelig porøs for å tillate nevnte gass- eller væskekomponenter å diffundere gjennom denne og at nevnte aktive partikkelformige materiale er fiksert i banen.

2. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge krav 1, karakterisert ved at angitte aktive partikkelformige (absorbenten) materiale utgjøres av en porøs polymer, en såkalt makroporøs gel, med en spesifikk overflate større enn 50 m 2/g.

3. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge krav 2, karakterisert ved at den makroporøse gel består av en tverrbundet aromatisk homo- eller copolymer med en spesifikk overflate større enn 50 m 2/g.

4. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge hvilke som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at fiberbanen til mer enn 50 <y> ekt% utgjøres av cellulosefibre.

5. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge.hvilke som helst av kravene 1 - 4, karakterisert ved at angitte aktive partikkelformige materiale (absorbenten). er homogent fordelt i fiberbanen .

6. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge hvilke som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at fiberbanen er oppbygd i flere skikt der det aktive partikkelformige materiale (absorbenten) er konsentrert til midtskiktet/midtskiktene.

7. Filter for gass- eller væskeseparasjon ifølge hvilke som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at det aktive partikkelformige materiale (absorbenten) er innlagret i fiberbanen gjennom impregnering med en suspensjon av partiklene.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av et filter for gass-eller væskeseparasjon ifølge ett eller flere av kravene 1 -.7, karakterisert ved at aktive polymerpartikler med en spesifikk overflate over 50 m 2/g og med evne til å absorbere eller binde på forhånd bestemte gass- eller væskeformige komponenter., innblandes i en cellulosebasert fiber-masse som på i og for seg kjent måte avvannes og formes til en fiberbane i hvilken de aktive partikler finnes fiksert.

9. Fremgangsmåte for fremstilling av et filter for gass-eller væskeseparasjon ifølge ett eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at aktive polymerpartikler med en spesifikk overflate over 50 m 2/g og med evne til å absorbere eller binde på forhånd bestemte gass- eller væskeformige komponenter via den eller de midtre lag av en flerdelt innløpskasse tilføres det eller de midtre skikt av en masse-bane med flere skikt i og med at denne formes og avvannes på en papirmaskinvire.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av et filter for gass-eller væskeseparasjon ifølge hvilke som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at fiberbanen impregneres med en vanndispersjon av aktive polymerpartikler med en overflate over. 50 m"/g og med evne til å absorbere eller binde bestemte gass- og/eller væskeformige komponenter, hvoretter vannfasen avdrives.