WO2022223624A1 - Partikelfilter zur herstellung eines desinfektionsmittels und dessen verwendung - Google Patents

Partikelfilter zur herstellung eines desinfektionsmittels und dessen verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2022223624A1
WO2022223624A1 PCT/EP2022/060427 EP2022060427W WO2022223624A1 WO 2022223624 A1 WO2022223624 A1 WO 2022223624A1 EP 2022060427 W EP2022060427 W EP 2022060427W WO 2022223624 A1 WO2022223624 A1 WO 2022223624A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particle filter
electrode
active layer
electrocatalytically active
electrolyte
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/060427
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kaskel
Original Assignee
Technische Universität Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität Dresden filed Critical Technische Universität Dresden
Publication of WO2022223624A1 publication Critical patent/WO2022223624A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
    • A41D13/1192—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres with antimicrobial agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2027—Metallic material
    • B01D39/2031—Metallic material the material being particulate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B01D39/2058—Carbonaceous material the material being particulate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/4245—Means for power supply or devices using electrical power in filters or filter elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/88—Handling or mounting catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/0241—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising electrically conductive fibres or particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/025—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanofibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0414—Surface modifiers, e.g. comprising ion exchange groups
    • B01D2239/0421—Rendering the filter material hydrophilic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0464—Impregnants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material
    • B01D2239/0478—Surface coating material on a layer of the filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material
    • B01D2239/0492—Surface coating material on fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0622—Melt-blown
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B01D2239/0654—Support layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B01D2239/0659—The layers being joined by needling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/10—Oxidants
    • B01D2251/102—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/10—Oxidants
    • B01D2251/104—Ozone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/10—Oxidants
    • B01D2251/106—Peroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/608—Sulfates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1026—Ruthenium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1028—Iridium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/70—Non-metallic catalysts, additives or dopants
    • B01D2255/702—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/80—Type of catalytic reaction
    • B01D2255/806—Electrocatalytic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/91—Bacteria; Microorganisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/93—Toxic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4508—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for cleaning air in buildings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4541—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for portable use, e.g. gas masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0032—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions using electrostatic forces to remove particles, e.g. electret filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/10—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces
    • B01D46/12—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces in multiple arrangements

Definitions

  • the invention relates to a particle filter for producing a disinfectant, a kit, the use of the particle filter or the kit for protection against harmful and/or toxic aerosols and a method of use.
  • Particle filters are filters that protect people from pollutants by cleaning the air they breathe, in particular from particles such as viruses, bacteria or dust and pollen. Viruses or bacteria in the form of droplets or aerosols are combined with other particles, such as saliva or suspended matter, and form so-called conglomerates which are transmitted through the air. Particulate filters are used in particular as mask filters or room air filters.
  • MNS mouth and nose protection
  • the filter is replaced or disposed of.
  • some filters can be disinfected by air drying for at least 72 hours, heat treatment or UV (ultraviolet) radiation to kill viruses and bacteria.
  • CN 103768871 A describes a functional composite air filter element comprising a three-layer filter layer, the first layer removing contaminants in the form of large particles, the second layer being an adsorption layer for removing pollutants and toxic gases in the form of small particles and the third layer being a germicidal layer for removing viruses and bacteria.
  • the adsorption layer is sandwiched between the large particle filter layer and the germicidal layer.
  • the adsorption layer is made of activated carbon fibers and the germicidal layer is made of UV ray-transmitting optical fibers.
  • 8,529,830 B2 describes possibilities for air disinfection, in particular absorption filters, electrostatic absorption, high-energy ion sterilization and purification, ultraviolet sterilization and purification, photocatalytic sterilization and purification, and plasma sterilization.
  • US Pat. No. 8,529,830 B2 describes a device for the plasma sterilization of air, comprising a plasma reactor and two air filters.
  • DE 10 2008 010 862 A1 discloses a filter system having at least one adsorbing area through which air can flow and which binds pollutants on its surface, and adjacent to the adsorbing area a second absorbing area in which pollutants can be stored and stored permanently, in particular an electrically heatable fleece for adsorption purposes, the electrode arrangement being selected in such a way that a current flows within the electrode (resistance heating) and the filter is thus regenerated.
  • CN 1 11 631 459 A describes a multifunctional mask comprising a breathing region component and a mating carrying region component, the mating carrying region component being provided with a cavity and made of a porous foaming polyurethane material.
  • the breathing zone component comprises a filter layer, an antibacterial layer and a sterilizing layer from the outside in, wherein the antibacterial layer preferably consists of titanium dioxide nanomaterial, zinc oxide nanomaterial, tin oxide nanomaterial, zirconium dioxide nanomaterial or cadmium sulfide nanomaterial and the antibacterial nanolayer consists of silver -nanoparticle/X-nanowire composite material grown on a carbon substrate; wherein the X nanowire is any of zinc oxide nanowire, tin oxide nanowire, zirconia nanowire, or cadmium sulfide nanowire.
  • CN 1 11 296 942 A describes a mask comprising an inner electrode layer, a Geobacter silk protein fiber layer, an outer electrode layer, a middle non-woven fabric layer and a silver fiber layer, which are arranged between the inner non-woven fabric layer and the outer non-woven fabric layer, wherein geobacterial silk protein is rich in aromatic amino acids and has a strong conductivity, when it comes into contact with water, it can generate electricity spontaneously.
  • CN 1 11 296 942 A describes the generation of a static electrical field to improve particle filtration and the use of a silver-containing nanofiber layer for an antibacterial effect.
  • WO 03/068273 A1 discloses a device for air purification comprising a pre-filter, a fan, a HEPA filter, preferably filter class EU 13 or higher, and a UV-C Light source, preferably a low-pressure quartz tube with a power of 40 W or higher, which generates UV-C radiation with a wavelength of about 254 nm and an intensity of at least 120 pW/cm 2 .
  • US 2018/0021613 A1 discloses a catalyst for the disinfection, sterilization and purification of air, comprising a catalyst support material, such as silicon dioxide, zeolite, kieselguhr, sepiolite, montmorillonite and aluminum oxide, and a dehydrated sodium hypochlorite solution or stabilized chlorine dioxide solution, reactive radicals being released by irradiation with ultraviolet light OH, ⁇ OIq2, ⁇ Hq2 and ⁇ 0 are formed.
  • a catalyst support material such as silicon dioxide, zeolite, kieselguhr, sepiolite, montmorillonite and aluminum oxide
  • a dehydrated sodium hypochlorite solution or stabilized chlorine dioxide solution reactive radicals being released by irradiation with ultraviolet light OH, ⁇ OIq2, ⁇ Hq2 and ⁇ 0 are formed.
  • the disadvantage of using a photocatalyst for disinfection is that it is limited to irradiation with UV light.
  • CN 101921033 A describes a cleaning system for disinfecting drinking water using electrocatalysis, comprising a stainless steel housing, an anode, a cathode and a catalytically active adsorption filter, preferably activated carbon and a solid catalyst, preferably in a volume ratio of 5:1 to 10:1.
  • the anode material is preferably selected from titanium, palladium, platinum, ruthenium, iridium, manganese, antimony and tin and the cathode material is stainless steel.
  • the object of the present invention is therefore to provide a reusable particle filter for protection against harmful and/or toxic aerosols, regardless of the light conditions.
  • the object of the invention is to provide a particle filter which enables the production of a disinfectant.
  • the object is achieved by the particle filter according to the invention for the production of a disinfectant, comprising i. a particle filter fleece, ii. at least one electrocatalytically active layer comprising an electrode and a counter-electrode, iii. at least one first and one second electrical connection for a voltage source, and iv. an electrolyte-forming substance, an electrolyte or a
  • Electrolyte layer wherein the at least one electrocatalytically active layer is arranged on a surface of the particle filter fleece and is suitable for producing a disinfectant; wherein the electrode is in contact with the first electrical connection and the counter-electrode is in contact with the second electrical connection for a voltage source.
  • the electrode and a counter-electrode are spaced apart from one another.
  • the electrolyte-forming substance, the electrolyte or the electrolyte layer is expediently located between the electrode and the counter-electrode.
  • the particle filter according to the invention advantageously enables the combination of the filtration of particles from the air through the particle filter fleece with an electrocatalytic production of a disinfectant, in particular hydrogen peroxide (H2O2), singlet oxygen OO2), chlorine (Cl2), sodium hypochlorite (NaOCI) or chlorine dioxide (CIO2), for disinfecting the surface of the particle filter through the electrocatalytically active layer, which allows the particle filter to be reused and also increases the service life or the period of use of the particle filter.
  • a disinfectant in particular hydrogen peroxide (H2O2), singlet oxygen OO2), chlorine (Cl2), sodium hypochlorite (NaOCI) or chlorine dioxide (CIO2)
  • a further advantage of the particle filter according to the invention is the use of an electrocatalyst, which makes it possible to use the particle filter independently of the light conditions, in particular also use in the dark.
  • the term "disinfectant” means a chemical compound that reduces living microorganisms, in particular viruses and bacteria, by a factor of at least 10 5 .
  • the disinfectant preferably sterilizes, ie reduces living microorganisms, in particular viruses and bacteria, by a factor of at least 10 6 .
  • the disinfectant is preferably selected from hydrogen peroxide (H2O2), singlet oxygen OO2), chlorine (Cl2), sodium hypochlorite (NaOCl) or chlorine dioxide (ClO2).
  • a “particle filter fleece” is understood to be a material made of fibers that stick together.
  • the particle filter fleece is advantageously suitable for filtering particles from the air.
  • the particle filter fleece is a particle filter or a particulate filter.
  • the particle filter fleece is a particulate filter selected from an EPA filter, a HEPA (highly efficient particle filter, high efficient particulate A/r filter or a ULPA filter; or a particle filter selected from a particle filter according to EN 14683, according to EN 143 or according to EN 149.
  • EPA, HEPA and ULPA particulate filters are classified according to the European standard EN 1822-1.
  • EPA filter refers to a filter that filters particles between 0.1 and 0.3 microns in size from the air with a separation efficiency of at least 85%.
  • An EPA filter is a filter of filter class E10, E11 or E12.
  • An E10 filter has a filtration efficiency of at least 85%, an E11 filter a filtration efficiency of at least 95% and an E12 filter a filtration efficiency of at least 99.5%.
  • HEPA filter is understood to mean a filter that filters particles between 0.1 and 0.3 microns in size from the air with a separation efficiency of at least 99.95%.
  • a HEPA filter is a filter of filter class H13 or H14.
  • An H13 filter has a separation efficiency of at least 99.95% and an H14 filter a separation efficiency of at least 99.995%.
  • ULPA filter is understood to mean a filter that filters particles between 0.1 and 0.3 microns in size from the air with a separation efficiency of at least 99.9995%.
  • a ULPA filter is a filter of filter class U 15, U16 or U17.
  • a U 15 filter has a filtration efficiency of at least 99.9995%, a U 16 filter a filtration efficiency of at least 99.99995% and a U 17 filter a filtration efficiency of at least 99.999995%.
  • the particle filter fleece is an EPA or HEPA filter, particularly preferably an EPA filter of filter class E11 or E12 or a HEPA filter of filter class H13 or H14.
  • a particle filter according to EN 14683 is a particle filter for medical face masks that protects against aerosols with liquid or solid substances with a diameter of 3 ⁇ m and has a bacterial filtration efficiency (BFE) for bacteria with a diameter of at least 3 ⁇ m of at least 95% .
  • a particle filter according to EN 14683:2014 is a filter of filter class type I, type II or type IIR.
  • a Type I filter has a BFE of at least 95%
  • a Type II filter has a BFE of at least 98%
  • a Type IIR filter has a BFE of at least 98% and protection against liquid drips and splashes.
  • a particle filter according to EN 143 is understood to mean a particle filter which protects against aerosols containing liquid or solid substances, in particular substances which are not readily volatile (ie not against gases or aerosols containing readily volatile substances).
  • a particle filter according to EN 143 is a filter of filter class P1, P2 or P3.
  • a P1 filter has a low separation capacity
  • a P2 filter has a medium separation capacity
  • a P3 filter has a high separation capacity.
  • a particle filter according to EN 149 is a filtering half mask to protect against particles, which protects against solid fine dust and liquid aerosols.
  • a particle filter according to EN 149 is a filter of filter class FFP1, FFP2 or FFP3.
  • An FFP1 filter filters at least 80% of the particles, an FFP2 filter filters at least 94 percent of the particles and an FFP3 filter filters at least 99% of the particles from the air.
  • the degree of separation of the particle filter according to the invention for particles with a particle diameter in the range from 0.1 mhi to 0.3 mhi is at least 85%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 99.5%.
  • the at least one electrocatalytically active layer is in the form of a first electrocatalytically active layer (electrode) and a second electrocatalytically active layer (counter electrode) or in the form of an interdigital layer, with a first electrocatalytically active material (electrode) and a second electrocatalytically active material (Counter electrode) is present in one layer.
  • interdigital layer or interdigital electrode is understood to mean a layer or electrode in which a first electrocatalytically active material (electrode) and a second electrocatalytically active material (counter-electrode) are interlocked in a comb-like layer plane.
  • electrode is understood to mean a solid, electron-conducting material on which an electrochemical reaction can take place in contact with an electrolyte.
  • the line width of the interdigital electrode is in the range from 1 mhi to 1 mm, preferably in the range from 10 mhi to 250 mhi.
  • the height of the interdigital electrode is in the range from 100 nm to 1 mm, preferably in the range from 1 mhi to 500 mhi. In embodiments, the distance between the electrodes of the interdigital electrode is in the range from 1 mhi to 1 mm, preferably in the range from 5 mhi to 100 mhi.
  • the electrocatalytically active layer covers at least one surface of the particle filter fleece at least partially or completely.
  • the surface loading of the at least one electrocatalytically active layer is 0.1 mg/cm 2 to 100 mg/cm 2 , preferably 1 mg/cm 2 to 10 mg/cm 2 (total mass of the electrocatalytically active layer per surface area of the particle filter fleece).
  • an electrocatalytically active layer covers a surface of the particle filter fleece, in particular a first electrocatalytically active layer covers the first surface of the particle filter fleece and a second electrocatalytically active layer covers the second surface of the particle filter fleece, at least partially or completely (sandwich structure).
  • the first electrocatalytically active layer (electrode) and the second electrocatalytically active layer (counter electrode) consist of the same or different materials, preferably different materials.
  • first electrocatalytically active material (electrode) and the second electrocatalytically active material (counterelectrode) are the same or different, preferably the first electrocatalytically active material (electrode) and the second electrocatalytically active material (counterelectrode) are different.
  • catalyst materials are suitable for use in the electrocatalytically active layer.
  • no toxic elements or alloys such as platinum-mercury (Pt-Hg), nickel (Ni) or cobalt (Co) are used in the at least one electrocatalytically active layer.
  • the at least one electrocatalytically active layer is selected from carbon, a redox-active metal oxide, and/or a metal.
  • a "redox-active metal oxide” is understood as meaning an oxygen compound of at least one metal in which oxygen has the oxidation number -II, the metal contained having the Can change oxidation state in the applied potential range (especially against a standard hydrogen electrode (SHE) in the range of -1 V to + 2V) and thereby catalytically catalyzes the production of a disinfectant.
  • a metal oxide is selected from a monometal oxide or a mixed metal oxide.
  • the at least one electrocatalytically active layer in particular the first and second electrocatalytically active layer or the first and second electrocatalytically active material, comprises carbon.
  • the first electrocatalytically active layer or the first electrocatalytically active material is an OER (oxygen evolution reaction) electrode.
  • OER oxygen evolution reaction
  • Those skilled in the art know suitable materials for an OER electrode.
  • Siahrostami et al. disclose suitable electrocatalyst materials for the production of hydrogen peroxide, such as the palladium-gold (Pd-Au) and platinum-gold (Pt-Au) alloys (Siahrostami et al. 2013).
  • Jiang et al. describe Fe-C-O electrode materials for OER electrodes for the production of hydrogen peroxide (Jiang et al. 2019). Milton et al.
  • GOx immobilized glucose oxidase
  • FAD-GDH FAD-dependent glucose dehydrogenase
  • Zhang et al. a superhydrophobic air diffusion electrode (NADE) for the rapid production of hydrogen peroxide (Zhang et al. 2020), where a carbon felt (CF) modified by polytetrafluoroethylene (PTFE) serves as the gas diffusion layer and substrate, and on the other side the NADE soot (carbon black, CB ) is upset.
  • NADE superhydrophobic air diffusion electrode
  • the first electrocatalytically active layer or material is a noble metal on carbon.
  • the first electrocatalytically active layer or the first electrocatalytically active material preferably consists of ruthenium (Ru), iridium (Ir), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au) or their alloys on carbon.
  • the first electrocatalytically active layer or the first electrocatalytically active material consists of a noble metal on carbon with a noble metal content in the range from 0.1% by weight to 15% by weight, preferably in the range from 1% by weight to 3 % by weight, based on the total mass of the electrocatalytically active layer.
  • the second electrocatalytically active layer or the second electrocatalytically active material consists of RuC>2 on carbon or Pt on carbon.
  • the second electrocatalytically active layer or the second electrocatalytically active material consists of RuC>2 on carbon or Pt on carbon with a noble metal content in the range from 0.1% by weight to 15% by weight, preferably in the range from 1% by weight .-% to 3 wt .-%, based on the total mass of the electrocatalytically active layer.
  • the at least one electrocatalytically active layer has good Faraday efficiency, i.e. high efficiency of transfer of charges (electrons) into an electrochemical reaction and few side reactions.
  • the at least one electrocatalytically active layer has a layer thickness of at least 2 ⁇ m, preferably in the range from 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, particularly preferably in the range from 50 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the at least one electrocatalytically active layer is present as an air-permeable layer, a layer made of particles and/or a layer made of fibers.
  • the at least one electrocatalytically active layer is present as an air-permeable layer. In embodiments, the at least one electrocatalytically active layer is present as a nanoparticle on a gas-permeable, conductive fleece, as a gas diffusion electrode (GDL) or as a gas-permeable, conductive nanofiber network.
  • GDL gas diffusion electrode
  • the gas-permeable, conductive fleece or the gas-permeable, conductive nanofiber mesh consists of carbon and/or at least one metal.
  • the electrical connection for a voltage source is in the form of a metal foil, preferably a silver or aluminum foil, in the form of conductive lacquer, preferably conductive silver lacquer or conductive graphite lacquer, or in the form of conductive yarn.
  • conductive paint is understood to mean an electrically conductive paint which comprises silver (conductive silver paint or conductive silver), copper (conductive copper paint) and/or graphite particles (conductive graphite paint).
  • the conductive lacquer comprises a solvent-based lacquer or a synthetic resin (one-component or two-component) as a binder component.
  • conductive yarn is understood to mean a synthetic yarn with a coating of at least one electrically conductive material, in particular a metal, which has conductivity for electrical contacts and conductor tracks.
  • the conductive yarn is a silver and/or copper coated polyamide (PA), polyester (PE) or polyethylene terephthalate (PET).
  • the individual layers of the particle filter are expediently connected by at least one adhesive, preferably an adhesive that cures completely in air and is free of plasticizers.
  • the adhesive is a polyurethane resin, acrylic resin, epoxy resin, and/or an isoprene.
  • the particle filter according to the invention further comprises hydrophilic material, preferably a porous material, in particular a metal-organic framework (MOF), porous carbon, a porous oxide, in particular hydrophilic oxide nanoparticles, e.g. B. T1O 2 or S1O 2 ; a zeolite; a hydrophilic polymer, especially polyethylene glycol; or a surfactant.
  • hydrophilic material is understood to mean a material that interacts with water (or other polar substances), preferably a water-adsorbing material.
  • the hydrophilic material is a superhydrophilic material.
  • a layer of the hydrophilic material is present on the first electrocatalytically active layer.
  • the hydrophilic material or the coating with hydrophilic material advantageously attracts water from the ambient air or breathing air and increases the moisture on the surface of the particle filter.
  • the particle filter according to the invention has a carrier material.
  • the carrier material advantageously increases the stability of the particle filter. Different materials can expediently be used as the carrier material.
  • the carrier material is selected from textiles, ceramics or metal.
  • voltage source means an active two-terminal network that supplies an electrical voltage between its terminals.
  • the particle filter according to the invention has a voltage source.
  • the voltage source is arranged internally or externally.
  • the term "internal” means the arrangement in or on the particle filter.
  • An internal voltage source advantageously makes it possible to provide a mobile particle filter.
  • the term “external” means the arrangement is spatially separate from the particle filter, with a connection to the particle filter being made via the electrical connection for the voltage source. The advantage of an external voltage source is to reduce the weight of the particle filter and increase wearing comfort when used as a mask filter.
  • the voltage source has a maximum voltage of 2 V, preferably a voltage in the range from 1 V to 1.5 V.
  • the particle filter according to the invention has an energy store.
  • the energy store is designed as a battery or accumulator.
  • the energy store can be recharged, in particular via a USB or jack plug.
  • the particle filter according to the invention also has an organic solar cell for charging the energy store, with the organic solar cell converting radiant energy from the sun into electrical energy, which is stored by the energy store.
  • the particle filter also includes an electrolyte-forming substance, an electrolyte or an electrolyte layer.
  • An “electrolyte-forming substance” is understood to mean a substance which forms an electrolyte by dissolving it in water, preferably from the ambient air or breathing air.
  • the electrolyte-forming substance is preferably a salt, preferably a sodium or potassium salt, particularly preferably sodium chloride, sodium sulfate, sodium acetate, sodium formate, sodium malate, sodium lactate, sodium bicarbonate, sodium phosphate (NasPCL),
  • NaaHPCL sodium hydrogen phosphate
  • NahbPCL sodium dihydrogen phosphate
  • an “electrolyte” is understood to mean a substance or composition which, in the solid, liquid or dissolved state, is dissociated into ions and which moves in a directional manner under the influence of an electric field.
  • the electrolyte is an aqueous salt solution, preferably an aqueous sodium chloride solution, in particular a common salt solution, or an aqueous sodium sulfate solution.
  • the electrolyte has a concentration in the range from 0.001 mol/l to 1 mol/l.
  • the electrolyte layer is an ionic polymer, preferably Nafion or a Nafion composite.
  • Nafion means a perfluorinated copolymer that contains a sulfo group as an ionic group.
  • the electrolyte-forming substance, the electrolyte or the electrolyte layer is expediently arranged in contact with the electrocatalytically active layer, preferably between particle filter fleece and electrocatalytically active layer or between the first and second electrocatalytically active layer.
  • the particle filter in particular the at least one electrocatalytically active layer, is partially wetted with the electrolyte.
  • the at least one electrocatalytically active layer in particular the electrode and counter-electrode, is wetted in such a way that a current path for ions is created between the positively and negatively polarized electrodes and a Faraday reaction to generate the disinfectant can take place.
  • a further aspect of the invention relates to a kit comprising a particle filter according to the invention and an electrolyte and/or a voltage source.
  • the at least one electrocatalytically active layer of the particle filter according to the invention can advantageously be partially or completely wetted by means of the electrolyte.
  • the kit comprises a particle filter for the production of a disinfectant comprising
  • ⁇ at least one electrocatalytically active layer comprising an electrode and a counter-electrode
  • At least one electrocatalytically active layer is arranged on a surface of the particle filter fleece and is suitable for the production of a disinfectant
  • the electrode with the first electrical connection and the counter-electrode with the second electrical Connection for a voltage source is in contact and an electrolyte or an electrolyte and a voltage source.
  • the electrolyte is an aqueous salt solution, preferably an aqueous sodium chloride solution, in particular a common salt solution, or an aqueous sodium sulfate solution.
  • the electrolyte has a concentration in the range from 0.001 mol/l to 1 mol/l.
  • the kit according to the invention has a voltage source.
  • the voltage source is internal or external.
  • the particle filter according to the invention can advantageously be connected to the voltage source, as a result of which the disinfectant is produced and the particle filter is thus disinfected.
  • the voltage source has a maximum voltage of 2 V, preferably a voltage in the range from 1 V to 1.5 V.
  • the kit also has an energy store.
  • the energy store is designed as a battery or accumulator.
  • the energy store can be recharged, in particular via a USB or jack plug.
  • the kit also has an organic solar cell for charging the energy store, the organic solar cell converting the sun's radiant energy into electrical energy, which is stored by the energy store.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a particle filter according to the invention or a kit according to the invention as a filter for the production of a disinfectant for protection against harmful and/or toxic aerosols, in particular in virus filters and/or bacterial filters.
  • it is used as a mask filter, cabin filter or in a cabin filter system.
  • the at least one electrocatalytic layer in particular the first electrocatalytically active layer (electrode), is arranged on the surface of the mask filter.
  • the disinfectant for removing harmful and/or toxic aerosols is thus expediently formed on the surface of the mask filter, as a result of which the disinfectant does not come into contact with a mask wearer.
  • the particle filter according to the invention containing a hydrophilic material, preferably a porous material, in particular a metal-organic framework (MOF), porous carbon, a porous oxide, in particular hydrophilic oxide nanoparticles, e.g. B. PO 2 or S1O 2 ; a zeolite; a hydrophilic polymer, especially polyethylene glycol; or a surfactant, advantageously the hydrophilic material or the coating with hydrophilic material attracts water from the ambient air and increases the moisture on the surface of the particle filter.
  • a hydrophilic material preferably a porous material, in particular a metal-organic framework (MOF), porous carbon, a porous oxide, in particular hydrophilic oxide nanoparticles, e.g. B. PO 2 or S1O 2 ; a zeolite; a hydrophilic polymer, especially polyethylene glycol; or a surfactant, advantageously the hydrophilic material or the coating with hydrophilic material attracts water from the ambient air and increases
  • a particle filter according to the invention or a kit according to the invention is used to produce a disinfectant for protection against harmful and/or toxic aerosols, comprising the steps a. Providing a particle filter according to the invention or a kit according to the invention, b. electrical contacting of the particle filter by means of a voltage source, with electrocatalytic disinfectant being produced on the surface of the particle filter.
  • the particle filter is advantageously disinfected by means of step b).
  • step b) is repeated during and/or after each use of the particle filter. In further embodiments, step b) is repeated in each case after a period in the range from 5 minutes to 4 hours, preferably in the range from 15 minutes to 2 hours, particularly preferably after about 30 minutes to 1 hour.
  • the use of the particle filter includes contacting the particle filter with an electrolyte and/or water after step a) and before step b). In embodiments, the contacting of the particle filter with an electrolyte and/or water is repeated.
  • the particle filter is brought into contact with water from the ambient air, in particular breathing air.
  • the particle filter is brought into contact with an electrolyte and/or water by spraying or steaming the particle filter.
  • the particle filter in particular the at least one electrocatalytically active layer, is partially or completely wetted with the electrolyte.
  • the electrolyte is an aqueous salt solution, preferably an aqueous sodium chloride solution, in particular a common salt solution, or an aqueous sodium sulfate solution.
  • the electrolyte has a concentration in the range from 0.001 mol/l to 1 mol/l.
  • the disinfectant in step b) is hydrogen peroxide (H2O2), singlet oxygen OO2), chlorine (Cl2), sodium hypochlorite (NaOCl) or chlorine dioxide (Cl02).
  • H2O2 hydrogen peroxide
  • OO2 singlet oxygen
  • chlorine Cl2
  • NaOCl sodium hypochlorite
  • chlorine dioxide Cl02
  • Ü2 reacts with organic compounds to form hydroperoxides and peroxides.
  • step b) disinfectant is produced in the range from 10 mg/l to 5 g/l or 0.3 mmol/l to 150 mmol/l of electrolyte.
  • the method for producing the particle filter according to the invention expediently comprises
  • At least one electrocatalytically active layer comprising an electrode and a counter-electrode is applied to the particle filter fleece by a printing process, in particular a screen printing process; by spraying a dispersion onto the particle filter fleece or by a doctor blade method.
  • At least one electrocatalytically active layer comprising an electrode and counter-electrode is applied to both surfaces of the particle filter fleece to produce a sandwich structure, the electrode being applied to the first surface of the particle filter fleece and the counter-electrode to the second surface of the particle filter fleece.
  • At least one electrocatalytically active layer in particular a free-standing electrode, preferably a free-standing gas diffusion electrode (GDL), and a particle filter fleece are put together or sewn together.
  • a free-standing electrode preferably a free-standing gas diffusion electrode (GDL)
  • GDL free-standing gas diffusion electrode
  • the particle filter fleece is brought into contact with an electrolyte before the at least one electrocatalytically active layer is applied.
  • an air-permeable textile layer is applied to the particle filter fleece and the air-permeable textile layer is brought into contact with an electrolyte before the at least one electrocatalytically active layer is applied.
  • a polymer in particular in the form of a fleece, is applied to the particle filter fleece before the at least one electrocatalytically active layer is applied.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a particle filter according to the invention with a sandwich structure: a first electrolytically active layer 2a (electrode), arranged on a particle filter fleece 1, in particular a HEPA filter, arranged on a second electrolytically active layer 2b (counter electrode). a carrier material 4.
  • the first electrolytically active layer 2a is in contact with the air 5 to be filtered, in particular ambient air.
  • the first electrolytically active layer 2a and the second electrolytically active layer 2b are in contact with a voltage source 3.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a particle filter according to the invention with a single-layer structure: an electrolytically active layer 2, arranged on a particle filter fleece 1, in particular a HEPA filter, arranged on a carrier material 4.
  • the electrolytically active layer 2 has a first electrocatalytically active material ( Electrode) and a second electrocatalytically active material (counter electrode) and is in contact with the air to be filtered 5, in particular ambient air, and with a voltage source 3.
  • Exemplary embodiment 1 Particle filter with a sandwich structure (see FIG. 1)
  • a HEPA H14 meltblown fleece on a polypropylene substrate serves as particle filter fleece 1 .
  • the fleece is coated with the catalyst dispersion to produce a first and second electrocatalytically active layer 2a, b (electrode and counter-electrode) on both sides by spray coating with a spray gun and subsequent drying.
  • the area coverage of the electrodes is 4 mg/cm 2 on both sides.
  • Conductive silver lacquer is used to contact the electrodes.
  • the electrodes are connected to an external DC voltage source 3 and operated with an operating voltage of 1.5 V.
  • the operating voltage can be adjusted to optimize the Fh0 2 production according to the electrode resistances.
  • the proportion of carbon nanotubes can be increased or conductive additives such as silver nanowires can be added.
  • H 2 0 2 is generated in a closed chamber with a defined humidity (50% RH).
  • the fleece is sprayed with an Na 2 SO 4 solution (1 mol/l) as the electrolyte solution.
  • the H2O2 concentration is determined by UV/Vis spectroscopy using potassium bis(oxalato)oxotitanate(IV).
  • the filter is placed in a defined amount of water and H2O2 is extracted.
  • the H 2 0 2 yield was 12 mg h 1 cm 2 .
  • Embodiment 2 Particulate filter with single-layer structure (interdigital electrode type) (see
  • a carbon black (Vulcan XC 72) loaded with platinum (5% by weight) and IrC>2 (5% by weight) is used as the electrocatalyst. 5 g electrocatalyst are suspended in 100 ml of a 2% strength Nafion dispersion and thickened with stirring until a pasty mass is formed.
  • the paste is screen printed onto the front side of a HEPA H14 meltblown fleece made of polypropylene 1 to produce an electrocatalytically active layer 2, so that an interdigital structure according to FIG. 2 is created.
  • the line width of an electrode finger is 1 mm.
  • the distance between the fingers is 1 mm.
  • the area coverage of the electrodes is 3 mg/cm 2 .
  • Conductive silver lacquer is used to contact the electrodes.
  • the electrodes are connected to an external DC voltage source 3 and operated with an operating voltage of 2V.
  • the operating voltage can be adjusted according to the electrode resistances to optimize the H2O2 production.
  • H 2 0 2 is generated in a closed chamber with a defined humidity (50% RH).
  • the H2O2 concentration is determined by UV/Vis spectroscopy using potassium bis(oxalato)oxotitanate(IV).
  • the filter is placed in a defined amount of water and H2O2 is extracted.
  • the H 2 0 2 yield was 10 mg h 1 cm 2 .
  • 1 particle filter fleece in particular a HEPA filter

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, ein Kit, die Verwendung des Partikelfilters oder des Kits zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen und ein Verfahren zur Verwendung.

Description

PARTIKELFILTER ZUR HERSTELLUNG EINES DESINFEKTIONSMITTELS UND DESSEN VERWENDUNG
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, ein Kit, die Verwendung des Partikelfilters oder des Kits zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen und ein Verfahren zur Verwendung.
Partikelfilter sind Filter, welche Personen durch Reinigung der Atemluft vor Schadstoffen schützen, insbesondere vor Partikeln, wie Viren, Bakterien oder Staub und Pollen. Viren oder Bakterien werden in Form von Tröpfchen oder Aerosolen mit anderen Partikeln, wie beispielsweise Speichel oder Schwebstoffe, verbunden und bilden sogenannte Konglomerate welche über die Luft übertragen werden. Partikelfilter kommen insbesondere als Maskenfilter oder Raumluftfilter zum Einsatz.
Weitverbreitet als Maskenfilter ist ein sogenannter Mund-Nasen-Schutz (MNS), auch medizinische Gesichtsmaske, welcher ein zertifiziertes Medizinprodukt nach DIN EN 14683 ist. Ein MNS bietet ausschließlich Schutz vor größeren Partikeln, u.a. Tröpfchen, welche beim Husten oder Niesen entstehen.
Herkömmliche Filter weisen mindestens eine Schicht aus Spinnvlies zur Filtration von Staub im Mikrometerbereich auf. Weiterhin kommen Einlegefilter aus Aktivkohle zum Einsatz
Gewöhnlich erfolgt nach Kontakt mit Viren, Bakterien oder anderen Schadstoffen ein Austausch oder die Entsorgung des Filters. Alternativ können einige Filter durch Trocknen an der Luft für mindestens 72 Stunden, Wärmebehandlung oder UV (ultravioletter)-Strahlung zur Abtötung von Viren und Bakterien desinfiziert werden.
CN 103768871 A beschreibt ein funktionelles Komposit-Luftfilterelement umfassend eine dreilagige Filterschicht, wobei die erste Schicht Verunreinigungen in Form von großen Partikeln entfernt, die zweite Schicht eine Adsorptionsschicht zur Entfernung von Schadstoffen und toxischen Gasen in Form kleiner Partikel ist und die dritte Schicht eine keimtötende Schicht zur Entfernung von Viren und Bakterien ist. Die Adsorptionsschicht ist dabei sandwichartig zwischen der Filterschicht für große Partikel und der keimtötenden Schicht angeordnet. Bevorzugt ist die Adsorptionsschicht aus aktivierten Kohlenstofffasern und die keimtötende Schicht aus UV- Strahlen-durchlässigen optischen Fasern. US 8 529 830 B2 beschreibt Möglichkeiten zur Luftdesinfektion, insbesondere Absorptionsfilter, elektrostatische Absorption, Hochenergie-Ionen-Sterilisation und -Reinigung, Ultraviolett- Sterilisation und -Reinigung, photokatalytische Sterilisation und Reinigung sowie Plasmasterilisation. Im Speziellen beschreibt US 8 529 830 B2 eine Vorrichtung zur Plasmasterilisierung von Luft umfassend einen Plasmareaktor und einen zwei Luftfiltern.
DE 10 2008 010 862 A1 offenbart ein Filtersystem, aufweisend mindestens einen luftdurchströmbaren, adsorbierenden Bereich, welcher Schadstoffe an seiner Oberfläche bindet, und benachbart des adsorbierenden Bereichs einen zweiten, absorbierenden Bereich, in welchen Schadstoffe einlagerbar und dauerhaft speicherbar sind, insbesondere ein elektrisch beheizbares Vlies für Adsorptionszwecke, wobei die Elektrodenanordnung so gewählt ist, dass innerhalb der Elektrode ein Strom fließt (Widerstandsheizung) und somit eine Regenerierung des Filters erfolgt. CN 1 11 631 459 A beschreibt eine multifunktionale Maske, die eine Atembereichskomponente und eine passende Tragebereichskomponente umfasst, wobei die passende Tragebereichskomponente mit einem Hohlraum versehen ist und aus einem porösen, schäumenden Polyurethanmaterial hergestellt ist. Die Atembereichskomponente umfasst eine Filterschicht, eine antibakterielle Schicht und eine sterilisierende Schicht von außen nach innen, wobei die antibakterielle Schicht bevorzugt aus Titandioxid-Nanomaterial, Zinkoxid- Nanomaterial, Zinnoxid-Nanomaterial, Zirkoniumdioxid-Nanomaterial oder Cadmiumsulfid- Nanomaterial besteht und die antibakterielle Nanoschicht ein Silber-Nanopartikel/X-Nanodraht- Verbundmaterial ist, das auf einem Kohlenstoff-Substrat gewachsen ist; wobei der X-Nanodraht ein beliebiger aus Zinkoxid-Nanodraht, Zinnoxid-Nanodraht, Zirkoniumdioxid-Nanodraht oder Cadmiumsulfid-Nanodraht ist.
CN 1 11 296 942 A beschreibt eine Maske umfassend eine innere Elektrodenschicht, eine Geobacter-Seidenproteinfaserschicht, eine äußere Elektrodenschicht, eine mittlere Vliesstoffschicht und eine Silberfaserschicht, welche zwischen der inneren Vliesstoffschicht und der äußeren Vliesstoffschicht angeordnet sind, wobei geobakterielles Seidenprotein reich an aromatischen Aminosäuren ist und eine starke Leitfähigkeit aufweist, wobei wenn es mit Wasser in Berührung kommt, spontan elektrischer Strom erzeugt werden kann. CN 1 11 296 942 A beschreibt die Generierung eines statischen elektrischen Feldes zur Verbesserung der Partikelfiltration und die Verwendung einer silberhaltigen Nanofaserschichtfür eine antibakterielle Wirkung.
WO 03/068273 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Luftreinigung umfassend einen Vorfilter, einen Ventilator, einen HEPA-Filter, bevorzugt der Filterklasse EU 13 oder höher, und eine UV-C- Lichtquelle, bevorzugt eine Niedrigdruckquarzröhre mit einer Leistung von 40 W oder höher, welche UV-C-Strahlung einer Wellenlänge von etwa 254 nm mit einer Intensität von mindestens 120 pW/cm2 erzeugt.
US 2018/0021613 A1 offenbart einen Katalysator zur Desinfektion, Sterilisation und Reinigung von Luft umfassend ein Katalysatorträgermaterial, wie Siliziumdioxid, Zeolith, Kieselgur, Sepiolith, Montmorillonit und Aluminiumoxid, und einer dehydrierten Natriumhypochloritlösung oder stabilisierten Chlordioxidlösung, wobei durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht reaktive Radikale ·OH, ·OIq2, ·Hq2 und ·0 entstehen. Nachteilig ist die Verwendung eines Photokatalysators zur Desinfektion auf eine Bestrahlung mit UV-Licht beschränkt.
CN 101921033 A beschreibt eine Reinigungsanlage zur Desinfizierung von Trinkwasser unter Verwendung von Elektrokatalyse umfassend ein Edelstahl-Gehäuse, eine Anode, eine Kathode und einen katalytisch aktiven Adsorptionsfilter, bevorzugt aktivierter Kohlenstoff und ein Feststoffkatalysator, bevorzugt im Volumenverhältnis 5:1 bis 10:1. Das Anodenmaterial ist bevorzugt aus Titan, Palladium, Platin, Ruthenium, Iridium, Mangan, Antimon und Zinn ausgewählt und das Kathodenmaterial aus Edelstahl.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen wiederverwendbaren Partikelfilter zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen unabhängig von den Lichtverhältnissen bereitzustellen.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Partikelfilter bereitzustellen, welcher die Herstellung eines Mittels zur Desinfektion ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch den erfindungsgemäßen Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, umfassend i. ein Partikelfiltervlies, ii. mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht umfassend eine Elektrode und eine Gegenelektrode, iii. mindestens einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle, und iv. einen elektrolytbildenden Stoff, einen Elektrolyten oder eine
Elektrolytschicht, wobei die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht auf einer Oberfläche des Partikelfiltervlieses angeordnet ist und zur Herstellung eines Desinfektionsmittels geeignet ist; wobei die Elektrode mit dem ersten elektrischen Anschluss und die Gegenelektrode mit dem zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle in Kontakt steht.
Erfindungsgemäß sind die Elektrode und eine Gegenelektrode räumlich voneinander beabstandet. Zweckmäßig befindet sich der elektrolytbildende Stoff, der Elektrolyt oder die Elektrolytschicht zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode.
Vorteilhaft ermöglicht der erfindungsgemäße Partikelfilter die Kombination der Filtration von Partikeln aus der Luft durch das Partikelfiltervlies mit einer elektrokatalytischen Herstellungeines Desinfektionsmittels, insbesondere Wasserstoffperoxid (H2O2), Singulett-Sauerstoff OO2), Chlor (CI2), Natriumhypochlorit (NaOCI) oder Chlordioxid (CIO2), zur Desinfektion der Oberfläche des Partikelfilters durch die elektrokatalytisch aktive Schicht, wodurch eine Wiederverwendung des Partikelfilters ermöglicht wird und darüber hinaus die Lebensdauer bzw. die Verwendungsdauer des Partikelfilters erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Partikelfilters besteht in der Verwendung eines Elektrokatalysators, wodurch die Verwendung des Partikelfilters unabhängig von den Lichtverhältnissen, insbesondere auch eine Verwendung bei Dunkelheit ermöglicht wird.
Unter dem Begriff „Desinfektionsmittel“ wird eine chemische Verbindung verstanden, welche lebende Mikroorganismen, insbesondere Viren und Bakterien, um einen Faktor von mindestens 10 5 reduziert. Bevorzugt sterilisiert das Desinfektionsmittel, d.h. reduziert lebende Mikroorganismen, insbesondere Viren und Bakterien, um einen Faktor von mindestens 10 6.
Bevorzugt ist das Desinfektionsmittel ausgewählt aus Wasserstoffperoxid (H2O2), Singulett- Sauerstoff OO2), Chlor (CI2), Natriumhypochlorit (NaOCI) oder Chlordioxid (CIO2).
Unter einem „Partikelfiltervlies“ wird ein Stoff aus zusammenhaftenden Fasern verstanden. Vorteilhaft ist das Partikelfiltervlies dazu geeignet, Partikel aus der Luft zu filtrieren.
In Ausführungsformen ist das Partikelfiltervlies ein Partikelfilter oder Schwebstofffilter.
In Ausführungsformen ist das Partikelfiltervlies ein Schwebstofffilter, ausgewählt aus EPA-Filter, ein HEPA (Hocheffizienter Partikelfilter, High Efficient Particulate A/r-Filter oder eine ULPA-Filter; oderein Partikelfilter, ausgewählt aus einem Partikelfilter nach EN 14683, nach EN 143 oder nach EN 149. Eine Klassifikation von EPA-, HEPA- und ULPA-Schwebstofffiltern erfolgt nach der europäischen Norm EN 1822-1.
Unter dem Begriff „EPA-Filter“ wird ein Filter verstanden, welcher Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometer mit einem Abscheidegrad von mindestens 85 % aus der Luft filtert. Ein EPA-Filter ist ein Filter der Filterklasse E10, E11 oder E12. Ein E10-Filter weist einen Abscheidegrad von mindestens 85 %, ein E11 -Filter einen Abscheidegrad von mindestens 95 % und ein E12-Filter einen Abscheidegrad von mindestens 99,5 % auf.
Unter dem Begriff „HEPA-Filter“ wird ein Filter verstanden, welcher Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometer mit einem Abscheidegrad von mindestens 99.95 % aus der Luft filtert. Ein HEPA-Filter ist ein Filter der Filterklasse H13 oder H14. Ein H 13-Filter weist einen Abscheidegrad von mindestens 99,95 % und ein H14-Filter einen Abscheidegrad von mindestens 99,995 % auf.
Unter dem Begriff „ULPA-Filter“ wird ein Filter verstanden, welcher Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometer mit einem Abscheidegrad von mindestens 99.9995% aus der Luft filtert. Ein ULPA-Filter ist ein Filter der Filterklasse U 15, U16 oder U17. Ein U 15-Filter weist einen Abscheidegrad von mindestens 99,9995 %, ein U 16-Filter einen Abscheidegrad von mindestens 99,99995 % und ein U 17-Filter einen Abscheidegrad von mindestens 99,999995 % auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Partikelfiltervlies ein EPA- oder HEPA-Filter, besonders bevorzugt ein EPA-Filter der Filterklasse E11 oder E12 oder ein HEPA-Filter der Filterklasse H13 oder H14.
Unter einem Partikelfilter nach EN 14683 wird Partikelfilter für medizinische Gesichtsmasken verstanden, welcher gegen Aerosole mit flüssigen oder festen Stoffen mit einem Durchmesser von 3 pm schützt sowie eine Bakterien-Filtrationseffizienz (BFE) für Bakterien mit einem Durchmesser von mindestens 3 pm von mindestens 95 % aufweist. Ein Partikelfilter nach EN 14683:2014 ist ein Filter der Filterklasse Typ I, Typ II oder Typ IIR. Ein Typ I-Filter weist eine BFE von mindestens 95 %, ein Typ Il-Filter eine BFE von mindestens 98 % und ein Typ IIR-Filter eine BFE von mindestens 98 % und einen Durchfeuchtungsschutz gegen Flüssigkeiten in Form von Tropfen und Spritzern auf. Unter einem Partikelfilter nach EN 143 wird Partikelfilter verstanden, welcher gegen Aerosole mit flüssigen oder festen Stoffen, insbesondere nicht leicht flüchtigen Stoffen (d.h. nicht gegen Gase oder Aerosole mit leicht flüchtigen Stoffen), schützt. Ein Partikelfilter nach EN 143 ist ein Filter der Filterklasse P1, P2 oder P3. Ein P1 -Filter weist ein geringes Abscheidevermögen, ein P2- Filter ein mittleres Abscheidevermögen und ein P3-Filter ein hohes Abscheidevermögen auf.
Unter einem Partikelfilter nach EN 149 wird eine filtrierende Halbmaske zum Schutz gegen Partikeln verstanden, welcher gegen feste Feinstäube und flüssige Aerosole schützt. Ein Partikelfilter nach EN 149 ist ein Filter der Filterklasse FFP1, FFP2 oder FFP3. Ein FFP1-Filter filtert mindestens 80 % der Partikel, ein FFP2-Filter filtert mindestens 94 Prozent der Partikel und ein FFP3-Filter filtert mindestens 99 % der Partikel aus der Luft.
In Ausführungsformen beträgt der Abscheidegrad des erfindungsgemäßen Partikelfilters für Partikel mit einem Partikeldurchmesser im Bereich von 0,1 mhi bis 0,3 mhi mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 95 %, besonders bevorzugt mindestens 99,5 %.
In Ausführungsformen ist die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht in Form einer ersten elektrokatalytisch aktiven Schicht (Elektrode) und einer zweiten elektrokatalytisch aktiven Schicht (Gegenelektrode) oder in Form einer interdigitalen Schicht, wobei ein erstes elektrokatalytisch aktives Material (Elektrode) und ein zweites elektrokatalytisch aktives Material (Gegenelektrode) in einer Schicht vorliegt, ausgebildet.
Unter dem Begriff „interdigitale Schicht oder interdigitale Elektrode“ wird eine Schicht bzw. Elektrode verstanden, bei der ein erstes elektrokatalytisch aktives Material (Elektrode) und ein zweites elektrokatalytisch aktives Material (Gegenelektrode) in einer Schichtebene kammartig, ineinander verzahnt vorliegen. Unter dem Begriff „Elektrode“ wird ein festes, Elektronen leitendes Material verstanden, an der in Kontakt mit einem Elektrolyten eine elektrochemische Reaktion erfolgen kann.
In Ausführungsformen liegt die Linienbreite der interdigitalen Elektrode im Bereich von 1 mhi bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von 10 mhi bis 250 mhi.
In Ausführungsformen beträgt die Höhe der interdigitalen Elektrode im Bereich von 100 nm bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von 1 mhi bis 500 mhi. In Ausführungsformen liegt der Abstand zwischen den Elektroden der interdigitalen Elektrode im Bereich von 1 mhi bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mhi bis 100 mhi.
In Ausführungsformen bedeckt die elektrokatalytisch aktive Schicht mindestens eine Oberfläche des Partikelfiltervlieses zumindest teilweise oder vollständig.
In Ausführungsformen beträgt die Flächenbeladung der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht 0,1 mg/cm2 bis 100 mg/cm2, bevorzugt 1 mg/cm2 bis 10 mg/cm2 (Gesamtmasse der elektrokatalytisch aktiven Schicht pro Oberfläche des Partikelfiltervlieses).
In weiteren Ausführungsformen bedeckt jeweils eine elektrokatalytisch aktive Schicht eine Oberfläche des Partikelfiltervlieses, insbesondere eine erste elektrokatalytisch aktive Schicht die erste Oberfläche des Partikelfiltervlieses und eine zweite elektrokatalytisch aktive Schicht die zweite Oberfläche des Partikelfiltervlieses, zumindest teilweise oder vollständig (Sandwich- Struktur).
In Ausführungsformen bestehen die erste elektrokatalytisch aktive Schicht (Elektrode) und die zweite elektrokatalytisch aktive Schicht (Gegenelektrode) aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien, bevorzugt aus unterschiedlichen Materialien.
In weiteren Ausführungsformen ist das erste elektrokatalytisch aktive Material (Elektrode) und das zweite elektrokatalytisch aktive Material (Gegenelektrode) gleich oder unterschiedlich, bevorzugt ist das erste elektrokatalytisch aktive Material (Elektrode) und das zweite elektrokatalytisch aktive Material (Gegenelektrode) unterschiedlich.
Der Fachmann weiß, welche Katalysatormaterialien sich für den Einsatz in der elektrokatalytisch aktiven Schicht eignen. Zweckmäßig werden in der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht keine toxischen Elemente bzw. Legierungen, wie Platin-Quecksilber (Pt-Hg), Nickel (Ni) oder Cobalt (Co), verwendet.
In Ausführungsformen ist die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht aus Kohlenstoff, einem redoxaktiven Metalloxid und/oder einem Metall ausgewählt.
Unter einem „redoxaktiven Metalloxid“ wird eine Sauerstoff-Verbindung mindestens eines Metalls verstanden, in denen Sauerstoff die Oxidationszahl -II hat, wobei das enthaltene Metall die Oxidationsstufe im angewandten Potenzialbereich wechseln kann (insbesondere gegen eine Standardwasserstoffelektrode (SHE) im Bereich von -1 V bis + 2V) und dadurch katalytisch die Herstellung eines Desinfektionsmittels katalysiert. Ein Metalloxid ist aus einem Einmetalloxid oder einem Metallgemischoxid ausgewählt.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht, insbesondere die erste und zweite elektrokatalytisch aktive Schicht oder das erste und zweite elektrokatalytisch aktive Material, Kohlenstoff.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die erste elektrokatalytisch aktive Schicht oder das erste elektrokatalytisch aktive Material eine OER ( oxygen evolution reaction)- Elektrode. Der Fachmann kennt geeignete Materialien für eine OER-Elektrode. Siahrostami et al. offenbaren geeignete Elektrokatalysatormaterialien zur Herstellung von Wasserstoffperoxid, wie die Legierungen Palladium-Gold (Pd-Au) und Platin-Gold (Pt-Au) (Siahrostami et al. 2013). Jiang et al. beschreiben Fe-C-O-Elektrodenmaterialien für OER-Elektroden zur Herstellung von Wasserstoffperoxid (Jiang et al. 2019). Milton et al. beschreiben die Verwendung von immobilisierter Glucoseoxidase (GOx) oder FAD-abhängiger Glucosedehydrogenase (FAD- GDH) als biologischen Katalysator in Anoden zur Herstellung von Wasserstoffperoxid (Milton et al. 2013). Weiterhin beschreiben Zhang et al. eine superhydrophobe Luftdiffusionelektrode (NADE) zur schnellen Herstellung von Wasserstoffperoxid (Zhang et al. 2020), wobei ein Kohlenstofffilz (CF) modifiziert mittels Polytetrafluoroethylen (PTFE) als Gasdiffusionsschicht und Substrat dient, und auf die andere Seite der NADE Ruß ( carbon black, CB) aufgebracht ist.
In Ausführungsformen besteht die erste elektrokatalytisch aktive Schicht oder das erste elektrokatalytisch aktive Material aus einem Edelmetall auf Kohlenstoff. Bevorzugt besteht die erste elektrokatalytisch aktive Schicht oder das erste elektrokatalytisch aktive Material aus Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Palladium (Pd), Platin (Pt), Gold (Au) oder deren Legierungen auf Kohlenstoff.
In Ausführungsformen besteht die erste elektrokatalytisch aktive Schicht oder das erste elektrokatalytisch aktive Material aus einem Edelmetall auf Kohlenstoff mit einem Edelmetallgehalt im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.- % bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der elektrokatalytisch aktiven Schicht. In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen besteht die zweite elektrokatalytisch aktive Schicht oder das zweite elektrokatalytisch aktive Material aus RuC>2 auf Kohlenstoff oder Pt auf Kohlenstoff.
In Ausführungsformen besteht die zweite elektrokatalytisch aktive Schicht oder das zweite elektrokatalytisch aktive Material aus RuC>2 auf Kohlenstoff oder Pt auf Kohlenstoff mit einem Edelmetallgehalt im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der elektrokatalytisch aktiven Schicht.
Zweckmäßig weist die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schichteine gute Faraday'sche Effizienz auf, d.h. eine hohe Effizienz der Übertragung von Ladungen (Elektronen) in eine elektrochemische Reaktion und wenige Nebenreaktionen.
In Ausführungsformen weist die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht eine Schichtdicke von mindestens 2 pm, bevorzugt im Bereich von 10 pm bis 200 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 pm bis 100 pm auf.
Zweckmäßig kann durch die Variation der Schichtdicke der elektrokatalytisch aktiven Schicht die die Flexibilität des Partikelfilters, die Leitfähigkeit der elektrokatalytisch aktiven Schicht und damit die Menge des Desinfektionsmittels, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird, angepasst werden.
In Ausführungsformen liegt die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht als luftpermeable Schicht, Schicht aus Partikeln und/oder Schicht aus Fasern vor.
In bevorzugten Ausführungsformen liegt die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht als luftpermeable Schicht vor. In Ausführungsformen liegt die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht als Nanopartikel auf einem gaspermeablen, leitfähigen Vlies, als Gasdiffusionselektrode (GDL) oder als gaspermeables, leitfähiges Nanofasernetz vor.
In bevorzugten Ausführungsformen besteht das gaspermeable, leitfähige Vlies oder das gaspermeable, leitfähige Nanofasernetz aus Kohlenstoff und/oder mindestens einem Metall.
In Ausführungsformen liegt der elektrische Anschluss für eine Spannungsquelle in Form einer Metallfolie, bevorzugt einer Silber- oder Aluminiumfolie, in Form von Leitlack, bevorzugt Silberleitlack oder Graphitleitlack, oder in Form von leitfähigem Garn vor. Unter dem Begriff „Leitlack“ wird ein elektrisch leitfähiger Lack verstanden, welcher Silber- (Silberleitlack oder Leitsilber), Kupfer- (Kupferleitlack) und/oder Graphitpartikel (Graphitleitlack) umfasst. In Ausführungsformen umfasst der Leitlack als Binderkomponente einen lösemittelhaltigen Lack oder ein Kunstharz (ein- oder zweikomponentig).
Unter dem Begriff „leitfähiges Garn“ wird ein synthetisches Garn mit einer Beschichtung mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, verstanden, welches eine Leitfähigkeit für elektrische Kontakte und Leiterbahnen aufweist In Ausführungsformen ist das leitfähige Garn ein Silber- und/oder Kupfer-beschichtetes Polyamid (PA), Polyester (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET).
Zweckmäßig erfolgt das Verbinden der einzelnen Schichten des Partikelfilters durch mindestens einen Klebstoff, bevorzugt ein an der Luft vollständig aushärtender, weichmacherfreier Klebstoff. In Ausführungsformen ist der Klebstoff ein Polyurethanharz, Acrylharz, Epoxidharz und/oder ein Isopren.
In Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäße Partikelfilter weiterhin hydrophiles Material, bevorzugt ein poröses Material, insbesondere eine Metallorganische Gerüstverbindung (MOF), porösen Kohlenstoff, ein poröses Oxid, insbesondere hydrophile Oxidnanopartikel, z. B. T1O2 oder S1O2; ein Zeolith; ein hydrophiles Polymer, insbesondere Polyethylglykol; oder ein Tensid. Unter einem „hydrophilen Material“ wird ein mit Wasser (oder anderen polaren Stoffen) wechselwirkendes Material, bevorzugt ein Wasser adsorbierendes Material, verstanden.
In Ausführungsformen ist das hydrophile Material ein superhydrophiles Material.
In Ausführungsformen liegt eine Schicht des hydrophilen Materials auf der ersten elektrokatalytisch aktiven Schicht vor. Vorteilhaft wird durch das hydrophile Material oder die Beschichtung mit hydrophilen Material Wasser aus der Umgebungsluft oder Atemluft angezogen und die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Partikelfilters erhöht.
Vorteilhaft wird durch Wasser aus der Umgebungsluft oder Atemluft eine Befeuchtung des Partikelfilters erreicht, wobei durch die Feuchtigkeit der Oberfläche hergestelltes Desinfektionsmittel gleichmäßig verteilt wird. In weiteren Ausführungsformen weist der erfindungsgemäße Partikelfilter ein Trägermaterial auf. Vorteilhaft erhöht das Trägermaterial die Stabilität des Partikelfilters. Zweckmäßig können verschiedene Materialien als Trägermaterial verwendet werden. In Ausführungsformen ist das Trägermaterial aus Textilien, Keramik oder Metall ausgewählt.
Unter dem Begriff „Spannungsquelle“ wird ein aktiver Zweipol verstanden, welcher zwischen seinen Anschlüssen eine elektrische Spannung liefert.
In Ausführungsformen weist der erfindungsgemäße Partikelfilter eine Spannungsquelle auf.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Partikelfilters ist die Spannungsquelle intern oder extern angeordnet.
Unter dem Begriff „intern“ wird die Anordnung im oder am Partikelfilter verstanden. Vorteilhaft ermöglicht eine interne Spannungsquelle die Bereitstellung eines mobilen Partikelfilters. Unter dem Begriff „extern“ wird die Anordnung räumlich getrennt vom Partikelfilter verstanden, wobei ein Anschluss an den Partikelfilter über den elektrischen Anschluss für die Spannungsquelle erfolgt. Der Vorteil einer externen Spannungsquelle besteht in der Verringerung des Gewichts des Partikelfilters und Erhöhung des Tragekomforts im Falle einer Verwendung als Maskenfilter.
In Ausführungsformen weist die Spannungsquelle eine Spannung von maximal 2 V auf, bevorzugt eine Spannung im Bereich von 1 V bis 1 ,5 V.
In Ausführungsformen weist der erfindungsgemäße Partikelfilter einen Energiespeicher auf. In Ausführungsformen ist der Energiespeicher als Batterie oder Akkumulator ausgebildet In Ausführungsformen ist der Energiespeicher wieder aufladbar, insbesondere über einen USB- oder Klinkenstecker.
In weiteren Ausführungsformen weist der erfindungsgemäße Partikelfilter weiterhin eine organische Solarzelle zur Aufladung des Energiespeichers auf, wobei die organische Solarzelle Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umwandelt, welche vom Energiespeicher gespeichert wird.
Erfindungsgemäß umfasst der Partikelfilter weiterhin einen elektrolytbildenden Stoff, einen Elektrolyten oder eine Elektrolytschicht. Unter einem „elektrolytbildenden Stoff“ wird ein Stoff verstanden, welcher durch Lösung in Wasser, bevorzugt aus der Umgebungsluft oder Atemluft, einen Elektrolyten bildet. Bevorzugt ist der Elektrolytbildende Stoff ein Salz, bevorzugt ein Natrium- oder Kaliumsalz, besonders bevorzugt Natriumchlorid, Natriumsulfat Natriumacetat, Natriumformiat, Natriummalat, Natriumlactat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumphosphat (NasPCL),
Natriumhydrogenphosphat (NaaHPCL) oder Natriumdihydrogenphosphat (NahbPCL).
Unter einem „Elektrolyten“ wird ein Stoff oder eine Zusammensetzung verstanden, der im festen, flüssigen oder gelösten Zustand in Ionen dissoziiert ist und der sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegt.
In Ausführungsformen ist der Elektrolyt eine wässrige Salzlösung, bevorzugt eine wässrige Natriumchloridlösung, insbesondere eine Kochsalz-Lösung, oder eine wässrige Natriumsulfat- Lösung.
In Ausführungsformen weist der Elektrolyt eine Konzentration im Bereich von 0,001 mol/l bis 1 mol/l auf.
In Ausführungsformen ist die Elektrolytschicht ein ionisches Polymer, bevorzugt Nafion oder ein Nafion-Komposit. Unter dem Begriff „Nafion“ wird ein perfluoriertes Copolymer verstanden, das als ionische Gruppe eine Sulfogruppe enthält.
Zweckmäßig erfolgt die Anordnung des elektrolytbildenden Stoffs, des Elektrolyten oder der Elektrolytschicht in Kontakt mit der elektrokatalytisch aktiven Schicht, bevorzugt zwischen Partikelfiltervlies und elektrokatalytisch aktiver Schicht oder zwischen der ersten und zweiten elektrokatalytisch aktiven Schicht.
In Ausführungsformen des Partikelfilters umfassend einen Elektrolyten liegt der Partikelfilter, insbesondere die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht, teilweise benetzt mit dem Elektrolyten vor. In Ausführungsformen liegt die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht, insbesondere die Elektrode und Gegenelektrode, derart benetzt vor, dass ein Strompfad für Ionen zwischen der positiv und negativ polarisierten Elektrode entsteht und eine Faraday’sche Reaktion zur Erzeugung des Desinfektionsmittels stattfinden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kit umfassend einen erfindungsgemäßen Partikelfilter und einen Elektrolyten und/oder eine Spannungsquelle. Vorteilhaft kann mittels des Elektrolyten die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht des erfindungsgemäßen Partikelfilters teilweise oder vollständig benetzt werden.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Kit einen Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, umfassend
■ ein Partikelfiltervlies,
■ mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht umfassend eine Elektrode und eine Gegenelektrode, und
■ mindestens einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle, wobei die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht auf einer Oberfläche des Partikelfiltervlieses angeordnet ist und zur Herstellung eines Desinfektionsmittels geeignet ist, wobei die Elektrode mit dem ersten elektrischen Anschluss und die Gegenelektrode mit dem zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle in Kontakt steht, und einen Elektrolyten oder einen Elektrolyten und eine Spannungsquelle.
In Ausführungsformen ist der Elektrolyt eine wässrige Salzlösung, bevorzugt eine wässrige Natriumchloridlösung, insbesondere eine Kochsalz-Lösung, oder eine wässrige Natriumsulfat- Lösung.
In Ausführungsformen weist der Elektrolyt eine Konzentration im Bereich von 0,001 mol/l bis 1 mol/l auf.
In Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Kit eine Spannungsquelle auf. In Ausführungsformen ist die Spannungsquelle intern oder extern angeordnet. Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Partikelfilter an die Spannungsquelle angeschlossen werden, wodurch die Herstellung des Desinfektionsmittels und somit die Desinfektion des Partikelfilters erfolgt.
In Ausführungsformen weist die Spannungsquelle eine Spannung von maximal 2 V auf, bevorzugt eine Spannung im Bereich von 1 V bis 1 ,5 V. In Ausführungsformen weist das Kit weiterhin einen Energiespeicher auf. In Ausführungsformen ist der Energiespeicher als Batterie oder Akkumulator ausgebildet. In Ausführungsformen ist der Energiespeicher wieder aufladbar, insbesondere über einen USB- oder Klinkenstecker.
In weiteren Ausführungsformen weist das Kit weiterhin eine organische Solarzelle zur Aufladung des Energiespeichers auf, wobei die organische Solarzelle Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umwandelt, welche vom Energiespeicher gespeichert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters oder eines erfindungsgemäßen Kits als Filter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen, insbesondere in Virenfiltern und/oder Bakterienfiltern.
In Ausführungsformen erfolgt die Verwendung als Maskenfilter, Kabinenfilter oder in einer Innenraumfilteranlage.
In Ausführungsformen des Maskenfilters erfolgt die Anordnung der mindestens einen elektrokatalytischen Schicht, insbesondere der ersten elektrokatalytisch aktiven Schicht (Elektrode), an der Oberfläche des Maskenfilters. Zweckmäßig erfolgt somit die Bildung des Desinfektionsmittels zur Entfernung von gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen an der Oberfläche des Maskenfilters, wodurch das Desinfektionsmittel nicht in Kontakt mit einem Maskenträger kommt.
In Ausführungsformen erfolgt die Verwendung in Kabinenfiltern oder Innenraumfilteranlagen, wobei der erfindungsgemäße Partikelfilter ein hydrophiles Material, bevorzugt ein poröses Material, insbesondere eine Metallorganische Gerüstverbindung (MOF), porösen Kohlenstoff, ein poröses Oxid, insbesondere hydrophile Oxidnanopartikel, z. B. PO2 oder S1O2; ein Zeolith; ein hydrophiles Polymer, insbesondere Polyethylglykol; oder ein Tensid, aufweist Vorteilhaft wird durch das hydrophile Material oder die Beschichtung mit hydrophilen Material Wasser aus der Umgebungsluft angezogen und die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Partikelfilters erhöht.
In Ausführungsformen erfolgt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters oder eines erfindungsgemäßen Kits zur Herstellung eines Desinfektionsmittels zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen, umfassend die Schritte a. Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters oder eines erfindungsgemäßen Kits, b. elektrische Kontaktierung des Partikelfilters mittels einer Spannungsquelle, wobei elektrokatalytisch Desinfektionsmittel an der Oberfläche des Partikelfilters hergestellt wird.
Vorteilhaft wird der Partikelfilter mittels Schritt b) desinfiziert.
In Ausführungsformen erfolgt eine Wiederholung des Schrittes b) während und/oder nach jeder Benutzung des Partikelfilters. In weiteren Ausführungsformen erfolgt eine Wiederholung des Schrittes b) jeweils nach einer Dauer im Bereich von 5 min bis 4 h, bevorzugt im Bereich von 15 min bis 2 h, besonders bevorzugt nach etwa 30 min bis 1 h.
In Ausführungsformen umfasst die Verwendung des Partikelfilters die Kontaktierung des Partikelfilters mit einem Elektrolyten und/oder Wasser, nach Schritt a) und vor Schritt b). In Ausführungsformen wird die Kontaktierung des Partikelfilters mit einem Elektrolyten und/oder Wasser wiederholt.
In Ausführungsformen erfolgt die Kontaktierung des Partikelfilters mit Wasser aus der Umgebungsluft, insbesondere Atemluft.
In Ausführungsformen erfolgt die Kontaktierung des Partikelfilters mit einem Elektrolyten und/oder Wasser durch Besprühen oder Bedampfen des Partikelfilters.
In Ausführungsformen erfolgt eine teilweise oder vollständige Benetzung des Partikelfilters, insbesondere der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht, mit dem Elektrolyten.
In Ausführungsformen ist der Elektrolyt eine wässrige Salzlösung, bevorzugt eine wässrige Natriumchloridlösung, insbesondere eine Kochsalz-Lösung, oder eine wässrige Natriumsulfat- Lösung.
In Ausführungsformen weist der Elektrolyt eine Konzentration im Bereich von 0,001 mol/l bis 1 mol/l auf.
In Ausführungsformen ist in Schritt b) das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid (H2O2), Singulett-Sauerstoff OO2), Chlor (CI2), Natriumhypochlorit (NaOCI) oder Chlordioxid (CIO2). Unter dem Begriff „Singulett-Sauerstoff O2)“ wird Sauerstoff mit antiparallel ausgerichteten Elektronenspins verstanden. Vorteilhaft reagiert 1Ü2 mit organischen Verbindungen unter Entstehung von Hydroperoxiden und Peroxiden.
In Ausführungsformen erfolgt in Schritt b) die Herstellung von Desinfektionsmittel im Bereich von 10 mg/l bis 5 g/l oder 0,3 mmol/l bis 150 mmol/l Elektrolyt.
Zweckmäßig umfasst das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Partikelfilter
• Bereitstellung eines Partikelfiltervlieses,
• Aufbringung mindestens einer elektrokatalytisch aktiven Schicht umfassend eine Elektrode und Gegenelektrode auf das Partikelfiltervlies und
• Anbringung eines ersten elektrischen Anschlusses für eine Spannungsquelle an die Elektrode und eines zweiten elektrischen Anschlusses für eine Spannungsquelle an die Gegenelektrode der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht.
In Ausführungsformen erfolgt die Aufbringung mindestens einer elektrokatalytisch aktiven Schicht umfassend eine Elektrode und Gegenelektrode auf das Partikelfiltervlies durch ein Druckverfahren, insbesondere ein Siebdruckverfahren; durch Aufsprühen einer Dispersion auf das Partikelfiltervlies oder durch ein Rakelverfahren.
In Ausführungsformen erfolgt die Aufbringung mindestens einer elektrokatalytisch aktiven Schicht umfassend eine Elektrode und Gegenelektrode auf beide Oberflächen des Partikelfiltervlieses zur Herstellung einer Sandwich-Struktur, wobei die Elektrode auf der ersten Oberfläche des Partikelfiltervlieses und die Gegenelektrode auf der zweiten Oberfläche des Partikelfiltervlieses aufgebracht wird.
In alternativen Ausführungsformen erfolgt ein Zusammenlegen oder Zusammennähen von mindestens einer elektrokatalytisch aktiven Schicht, insbesondere einer freistehenden Elektrode, bevorzugt einer freistehenden Gasdiffusionselektrode (GDL), und einem Partikelfiltervlies.
In Ausführungsformen erfolgt eine Kontaktierung des Partikelfiltervlieses mit einem Elektrolyten vor der Aufbringung der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht. In alternativen Ausführungsformen erfolgt die Aufbringung einer luftdurchlässigen Textilschicht auf das Partikelfiltervlies und das In-Kontaktbringen der luftdurchlässigen Textilschicht mit einem Elektrolyten vor der Aufbringung der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht.
In weiteren Ausführungsformen erfolgt die Aufbringung eines Polymers, insbesondere in Form eines Vlieses, auf das Partikelfiltervlies vor der Aufbringung der mindestens einen elektrokatalytisch aktiven Schicht.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
Es zeigen die
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Partikelfilters mit Sandwich- Struktur: eine erste elektrolytisch aktive Schicht 2a (Elektrode), angeordnet auf einem Partikelfiltervlies 1, insbesondere einem HEPA-Filter, angeordnet auf einer zweiten elektrolytisch aktiven Schicht 2b (Gegenelektrode), angeordnet auf einem Trägermaterial 4. Die erste elektrolytisch aktive Schicht 2a steht in Kontakt mit der zu filtrierenden Luft 5, insbesondere Umgebungsluft. Die erste elektrolytisch aktive Schicht 2a und die zweite elektrolytisch aktive Schicht 2b stehen in Kontakt mit einer Spannungsquelle 3.
Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Partikelfilters mit Einschicht- Struktur: eine elektrolytisch aktive Schicht 2, angeordnet auf einem Partikelfiltervlies 1, insbesondere einem HEPA-Filter, angeordnet auf einem Trägermaterial 4. Die elektrolytisch aktive Schicht 2 weist ein erstes elektrokatalytisch aktives Material (Elektrode) und ein zweites elektrokatalytisch aktives Material (Gegenelektrode) auf und steht in Kontakt mit der zu filtrierenden Luft 5, insbesondere Umgebungsluft, sowie mit einer Spannungsquelle 3. Ausführungsbeispiel 1: Partikelfilter mit Sandwich-Struktur (siehe Fig. 1)
Als Elektrokatalysator dient ein mit Platin (5 Gew.-%) und RuC>2 (5 Gew.-%) beladener Ruß (Vulcan XC 72). 5 g Elektrokatalysator und 0.1 g Kohlenstoffnanoröhren (Tuball BATT) werden in 100 ml einer 2%igen PTFE (Polytetrafluorethylen)-Dispersion suspendiert.
Als Partikelfiltervlies 1 dient ein HEPA H14 Meltblown-Vlies auf einem Polypropylensubstrat. Die Beschichtung des Vlieses mit der Katalysatordispersion zur Herstellung einer ersten und zweiten elektrokatalytisch aktiven Schicht 2a, b (Elektrode und Gegenelektrode) erfolgt beidseitig durch Sprühbeschichtung mit einer Sprühpistole und anschließende Trocknung. Die Flächenbelegung der Elektroden beträgt beidseitig 4 mg/cm2. Zur Kontaktierung der Elektroden wird Silberleitlack verwendet.
Die Elektroden werden an eine externe Gleichspannungsquelle 3 angeschlossen und mit einer Betriebsspannung von 1 ,5 V betrieben. Die Betriebsspannung kann zur Optimierung der Fh02- Produktion entsprechend den Elektrodenwiderständen angepasst werden.
Zur Verringerung des Schichtwiderstandes kann der Anteil an Kohlenstoffnanoröhren erhöht werden oder Leitadditive wie Silbernanodrähte zugegeben werden.
Zum Nachweis der Funktionalität des Partikelfilters erfolgt eine H202-Generierung in einer geschlossenen Kammer mit definierter Luftfeuchte (50 % RH). Das Vlies wird vor dem Test mit einer Na2S04-Lösung (1 mol/l) als Elektrolytlösung besprüht. Die Konzentrationsbestimmung des H2O2 erfolgt durch UV/Vis-Spektroskopie mittels Kalium-bis(oxalato)oxotitanat(IV). Hierzu wird nach definierter Betriebsdauer der Filter in eine definierte Menge Wasser eingelegt und H2O2 extrahiert. Die H202-Ausbeute lag bei 12 mg h 1cm 2.
Um die biologische Wirksamkeit zu überprüfen, wurde der Abbau von Pseudomonas aeruginosa optisch quantifiziert. Dabei wurde ein Abbau von > 99 % nach 60 min Betriebsdauer nachgewiesen.
Zur Konfektionierung als Gesichtsmaske wird der Partikelfilter mit Sandwich-Struktur auf einem permeablen Polypropylengewebe (300 g/m2) 4 fixiert. Ausführungsbeispiel 2: Partikelfilter mit Einschicht-Struktur (Interdigital-Elektrodentyp) (siehe
Fig. 2)
Als Elektrokatalysator dient ein mit Platin (5 Gew.-%) und lrC>2 (5 Gew.-%) beladener Ruß (Vulcan XC 72). 5 g Elektrokatalysator werden in 100 ml einer 2%igen Nafion-Dispersion suspendiert und unter Rühren eingedickt, bis eine pastöse Masse entsteht.
Die Paste wird mittels Siebdruck auf die Vorderseite eines HEPA H14 Meltblown-Vlieses aus Polypropylen 1 zur Herstellung einer elektrokatalytisch aktiven Schicht 2 aufgedruckt, sodass eine Interdigitalstruktur nach Fig. 2 entsteht. Die Linienbreite eines Elektrodenfingers beträgt 1 mm. Der Abstand zwischen den Fingern beträgt 1 mm.
Die Flächenbelegung der Elektroden beträgt 3 mg/cm2. Zur Kontaktierung der Elektroden wird Silberleitlack verwendet.
Die Elektroden werden an eine externe Gleichspannungsquelle 3 angeschlossen und mit einer Betriebsspannung von 2 V betrieben. Die Betriebsspannung kann zur Optimierung der H2O2 Produktion entsprechend der Elektrodenwiderstände angepasst werden.
Zum Nachweis der Funktionalität des Partikelfilters erfolgt eine H202-Generierung in einer geschlossenen Kammer mit definierter Luftfeuchte (50 % RH). Die Konzentratbnsbestimmung des H2O2 erfolgt durch UV/Vis-Spektroskopie mittels Kalium-bis(oxalato)oxotitanat(IV). Hierzu wird nach definierter Betriebsdauer der Filter in eine definierte Menge Wasser eingelegt und H2O2 extrahiert. Die H202-Ausbeute lag bei 10 mg h 1 cm 2.
Um die biologische Wirksamkeit zu überprüfen, wurde der Abbau von Pseudomonas aeruginosa optisch quantifiziert. Dabei wurde ein Abbau von > 99 % nach 100 min Betriebsdauer nachgewiesen.
Zitierte Nichtpatentliteratur
Jiang K, Back S, Akey AJ, Xia C, Hu Y, Liang W, Schaak D, Stavitski E, Norskov JK, Siahrostami S, Wang H (2019) Highly selective oxygen reduction to hydrogen peroxide on transition metal single atom coordination. Nat Commun 10, 3997.
Milton RD, Giroud F, ThumserAE, Minteer SD, Slade RCT (2013) Hydrogen peroxide produced by glucose oxidase affects the performance of laccase cathodes in glucose/oxygen fuel cells: FAD-dependent glucose dehydrogenase as a replacement. Phys Chem Chem Phys 15, 19371. Siahrostami S, Verdaguer-Casadevall A, Karamad M, Deiana D, Malacrida P, Wickman B, Escudero-Escribano M, Paoli EA, Frydendal R, Hansen TW, Chorkendorff I, Stephens IEL, Rossmeisl J (2013) Enabling direct H2O2 production through rational electrocatalyst design. Nature Materials 12, 1137-1143.
Zhang Q, Zhou M, Ren G, Li Y, Li Y, Du X (2020) Highly efficient electrosynthesis of hydrogen peroxide on a superhydrophobic three-phase interface by natural air diffusion. Nature Communications 11, 1731.
Bezugszeichen
1 Partikelfiltervlies, insbesondere ein HEPA-Filter
2 Elektrolytisch aktive Schicht
2a Erste elektrolytisch aktive Schicht
2b Zweite elektrolytisch aktive Schicht
3 Spannungsquelle
4 Trägermaterial
5 zu filtrierende Luft

Claims

Patentansprüche
1. Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, umfassend i. ein Partikelfiltervlies (1), ii. mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) umfassend eine Elektrode und eine Gegenelektrode, iii. mindestens einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle (3), und iv. einen elektrolytbildenden Stoff, einen Elektrolyten oder eine Elektrolytschicht, wobei die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) auf einer Oberfläche des Partikelfiltervlieses (1) angeordnet ist und zur Herstellung eines Desinfektionsmittels geeignet ist, wobei die Elektrode mit dem ersten elektrischen Anschluss und die Gegenelektrode mit dem zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle in Kontakt steht.
2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) in Form einer ersten elektrokatalytisch aktiven Schicht (2a) und einer zweiten elektrokatalytisch aktiven Schicht (2b) oder in Form einer interdigitalen Schicht, wobei ein erstes elektrokatalytisch aktives Material und ein zweites elektrokatalytisch aktives Material in einer Schicht vorliegt.
3. Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) ausgewählt ist aus Kohlenstoff, einem redoxaktiven Metalloxid und/oder einem Metall.
4. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) als Nanopartikel auf einem gaspermeablen, leitfähigen Vlies, als Gasdiffusionselektrode (GDL) oder als gaspermeables, leitfähiges Nanofasernetz vorliegt.
5. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend weiterhin ein hydrophiles Material, bevorzugt eine Metallorganische Gerüstverbindung (MOF), poröser Kohlenstoff, ein poröses Oxid, ein Zeolith, ein hydrophiles Polymer oder ein Tensid.
6. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend weiterhin eine Spannungsquelle (3), welche intern oder extern angeordnet ist, und/oder ein Trägermaterial (5).
7. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt eine wässrige Salzlösung, bevorzugt eine wässrige Natriumchloridlösung oder eine wässrige Natriumsulfat-Lösungist.
8. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytschicht ein ionisches Polymer ist.
9. Kit umfassend
I. einen Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels, umfassend
■ ein Partikelfiltervlies (1),
■ mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) umfassend eine Elektrode und eine Gegenelektrode, und
■ mindestens einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle (3), wobei die mindestens eine elektrokatalytisch aktive Schicht (2) auf einer Oberfläche des Partikelfiltervlieses (1) angeordnet ist und zur Herstellung eines Desinfektionsmittels geeignet ist, wobei die Elektrode mit dem ersten elektrischen Anschluss und die Gegenelektrode mit dem zweiten elektrischen Anschluss für eine Spannungsquelle in Kontakt steht, und
• einen Elektrolyten oder
• einen Elektrolyten und eine Spannungsquelle (3) oder II. einen Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und
• einen Elektrolyten und/oder eine Spannungsquelle (3).
10. Kit nach Anspruch 9 umfassend weiterhin einen Energiespeicher.
11. Verwendung eines Partikelfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Kits nach Anspruch 9 oder 10 als Filter zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen, insbesondere in Virenfiltern und/oder Bakterienfiltern.
12. Verwendung nach Anspruch 11 als Maskenfilter, Kabinenfilter oder in einer Innenraumfilteranlage.
13. Verfahren zur Verwendung eines Partikelfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Kits nach Anspruch 9 oder 10 zur Herstellung eines Desinfektionsmittels zum Schutz vor gesundheitsschädlichen und/oder toxischen Aerosolen, umfassend die Schritte a. Bereitstellung eines Partikelfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Kits nach Anspruch 9 oder 10, b. elektrische Kontaktierung des Partikelfilters mittels einer Spannungsquelle, wobei elektrokatalytisch Desinfektionsmittel an der Oberfläche des Partikelfilters hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 umfassend die Kontaktierung des Partikelfilters mit einem Elektrolyten und/oder Wasser nach Schritt a).
15. Verfahren nach 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid (H2O2) Singulett-Sauerstoff O2), Chlor (CI2), Natriumhypochlorit (NaOCI) oder Chlordioxid (CIO2) ist.
PCT/EP2022/060427 2021-04-22 2022-04-20 Partikelfilter zur herstellung eines desinfektionsmittels und dessen verwendung WO2022223624A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021110185.9 2021-04-22
DE102021110185.9A DE102021110185A1 (de) 2021-04-22 2021-04-22 Partikelfilter zur Herstellung eines Desinfektionsmittels und dessen Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022223624A1 true WO2022223624A1 (de) 2022-10-27

Family

ID=81748390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/060427 WO2022223624A1 (de) 2021-04-22 2022-04-20 Partikelfilter zur herstellung eines desinfektionsmittels und dessen verwendung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021110185A1 (de)
WO (1) WO2022223624A1 (de)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08243322A (ja) * 1995-03-10 1996-09-24 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 殺菌フィルター
WO2003068273A1 (en) 2002-02-14 2003-08-21 Henrik Hendriksen Air disinfection unit
WO2008009651A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Glaxo Group Limited Anti-viral face mask and filter material
DE102008010862A1 (de) 2007-03-06 2008-09-11 Behr Gmbh & Co. Kg Filtersystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Belüftungssystem
JP2009066027A (ja) * 2007-09-11 2009-04-02 Panasonic Corp 空気清浄フィルタおよび空気清浄装置
JP2009125697A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Gunma Prefecture 空気ろ過フィルタ
CN101921033A (zh) 2010-09-17 2010-12-22 北京交通大学 家庭饮用水快速增氧/去除消毒副产物的电催化装置
US8529830B2 (en) 2009-12-31 2013-09-10 Shanghai Tianyun Environmental Protection Technology Co., Ltd. Plasma sterilizing-purifying device and method for air sterilizing and purifying
CN103768871A (zh) 2014-01-23 2014-05-07 上海交通大学 具有3d结构的功能复合型空气净化滤芯
US20180021613A1 (en) 2016-01-09 2018-01-25 Shenzhen Kangfeng Environmental Technology Development Co., Ltd. Catalyst for disinfection, sterilization and purification of air, and preparation method thereof
CN111296942A (zh) 2020-03-30 2020-06-19 北京化工大学 一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩
CN111631459A (zh) 2020-07-01 2020-09-08 胡冠中 一种多功能舒适型口罩
CN212382145U (zh) * 2020-07-01 2021-01-22 胡冠中 一种多功能舒适型口罩

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08243322A (ja) * 1995-03-10 1996-09-24 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 殺菌フィルター
WO2003068273A1 (en) 2002-02-14 2003-08-21 Henrik Hendriksen Air disinfection unit
WO2008009651A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Glaxo Group Limited Anti-viral face mask and filter material
DE102008010862A1 (de) 2007-03-06 2008-09-11 Behr Gmbh & Co. Kg Filtersystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Belüftungssystem
JP2009066027A (ja) * 2007-09-11 2009-04-02 Panasonic Corp 空気清浄フィルタおよび空気清浄装置
JP2009125697A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Gunma Prefecture 空気ろ過フィルタ
US8529830B2 (en) 2009-12-31 2013-09-10 Shanghai Tianyun Environmental Protection Technology Co., Ltd. Plasma sterilizing-purifying device and method for air sterilizing and purifying
CN101921033A (zh) 2010-09-17 2010-12-22 北京交通大学 家庭饮用水快速增氧/去除消毒副产物的电催化装置
CN103768871A (zh) 2014-01-23 2014-05-07 上海交通大学 具有3d结构的功能复合型空气净化滤芯
US20180021613A1 (en) 2016-01-09 2018-01-25 Shenzhen Kangfeng Environmental Technology Development Co., Ltd. Catalyst for disinfection, sterilization and purification of air, and preparation method thereof
CN111296942A (zh) 2020-03-30 2020-06-19 北京化工大学 一种基于地杆菌蛋白质纤维的新式口罩
CN111631459A (zh) 2020-07-01 2020-09-08 胡冠中 一种多功能舒适型口罩
CN212382145U (zh) * 2020-07-01 2021-01-22 胡冠中 一种多功能舒适型口罩

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANG KBACK SAKEY AJXIA CHU YLIANG WSCHAAK DSTAVITSKI ENORSKOV JKSIAHROSTAMI S: "Highly selective oxygen reduction to hydrogen peroxide on transition metal single atom coordination", NAT COMMUN, vol. 10, 2019, pages 3997
MILTON RDGIROUD FTHUMSER AEMINTEER SDSLADE RCT: "Hydrogen peroxide produced by glucose oxidase affects the performance of laccase cathodes in glucose/oxygen fuel cells: FAD-dependent glucose dehydrogenase as a replacement", PHYS CHEM CHEM PHYS, vol. 15, 2013, pages 19371
SIAHROSTAMI SVERDAGUER-CASADEVALL AKARAMAD MDEIANA DMALACRIDA PWICKMAN BESCUDERO-ESCRIBANO MPAOLI EAFRYDENDAL RHANSEN TW: "Enabling direct H 0 production through rational electrocatalyst design", NATURE MATERIALS, vol. 12, 2013, pages 1137 - 1143, XP055373759, DOI: 10.1038/nmat3795
ZHANG QZHOU MREN GLI YLI YDU X: "Highly efficient electrosynthesis of hydrogen peroxide on a superhydrophobic three-phase interface by natural air diffusion", NATURE COMMUNICATIONS, vol. 11, 2020, pages 1731

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021110185A1 (de) 2022-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110585916B (zh) 电芬顿催化氧化去除气态污染物的方法及其装置
DE2847955C2 (de) Verfahren zum Herstellen von Halogenen durch Elektrolyse wäßriger Alkalimetallhalogenide
CN104812708B (zh) 使用电化学电池有效处理废水
DE112006001111B4 (de) Brennstoffzellen
US20090291844A1 (en) Electroactivated film with immobilized peroxide activating catalyst
KR102168209B1 (ko) 마스크용 항균필터와 이의 제조방법 및 항균 마스크
Lam et al. Ameliorating Cu2+ reduction in microbial fuel cell with Z-scheme BiFeO3 decorated on flower-like ZnO composite photocathode
DE19903022A1 (de) Luftreinigungsvorrichtung und -verfahren
Mo et al. Nano–Ag: Environmental applications and perspectives
US9266733B2 (en) Multilayer self-decontaminating coatings
DE10216860A1 (de) Elektrolysezelle für die Herstellung von Wasserstoffperoxid und Verfahren zur Herstelung von Wasserstoffperoxid
KR20120104719A (ko) 재생가능한 필터 유닛, 이를 포함하는 필터 장치 및 필터 장치의 구동방법
KR20150023666A (ko) 통기성 전극 및 물 분해에서의 사용 방법
AT519236B1 (de) Reinigungsverfahren für eine Elektrolytflüssigkeit einer Redox-Durchflussbatterie
US8834687B2 (en) Multilayer self-decontaminating coatings
WO2022223624A1 (de) Partikelfilter zur herstellung eines desinfektionsmittels und dessen verwendung
EP2609649A1 (de) Sauerstoffverzehrelektrode und verfahren zu ihrer herstellung
KR101900752B1 (ko) 실내 이산화탄소 처리 장치 및 방법
KR102508388B1 (ko) 다공성 탄화 목재를 포함하는 다기능성 일체형 친환경 필터
KR102341929B1 (ko) 공기 정화 살균 시스템
CN108317602A (zh) 级联式环筒放电与催化联合空气净化系统
DE102010042004A1 (de) Verfahren zur Herstellung von transport- und lagerstabilen Sauerstoffverzehrelektroden
DE102015116547B4 (de) Photokatalytisches Filter zum Abbau von Mischgas und Herstellungsverfahren dafür
TWI424879B (zh) Titanium dioxide nanometer structure photocatalyst filter material and its manufacturing method
CN110743550A (zh) 一种可见光复合催化材料及新型空气净化器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22724025

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22724025

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1