DE20220199U1 - Indicator system useful for detecting harmful substances in the air comprises a biosorbent impregnated with a chromogenic reagent - Google Patents
Indicator system useful for detecting harmful substances in the air comprises a biosorbent impregnated with a chromogenic reagentInfo
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Abstract
Description
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Die Erfindung betrifft ein universell einsetzbares Farbindikationssystem. Das Farbindikationssystem umfasst Biosorbentien, die mit mindestens einem chemischen Stoff als Nachweisreagenz imprägniert sind, der bei Kontakt mit einer nachzuweisenden Substanz zu einer deutlichen Farbreaktion geeignet ist.The invention relates to a universally applicable color indication system. The color indication system comprises biosorbents which are impregnated with at least one chemical substance as a detection reagent which is capable of producing a clear color reaction upon contact with a substance to be detected.
In Bearbeitungsräumen von Werkzeugmaschinen, an Lot- und Schweißtischen und an ungekapselten Maschinen entstehen bei der Bearbeitung durch Öl- und Emulsionsnebel Luftverunreinigungen. Diese Verunreinigungen wirken sich schädlich auf die Gesundheit und negativ auf die Qualität von Produkten aus. Bekanntermaßen lösen Dunstabscheider die Abluftprobleme, wobei die verunreinigte Luft direkt an der Entstehungsquelle abgesaugt wird. An sich bekannte DampfSchlösser schützen vor dem Austreten gesundheitsschädlicher Dämpfe aus Lagertanks oder Lagerbehältern für Chemikalien. Schutz gewährleisten in der Regel geeignete Filtermaterialien in den Dunstabscheidern bzw. Dampfschlossern, die die entstehenden Dämpfe/Gase adsorbieren.In the processing rooms of machine tools, at soldering and welding tables and at unencapsulated machines, air pollution is caused by oil and emulsion mist during processing. This pollution is harmful to health and has a negative effect on the quality of products. It is well known that fume separators solve the exhaust air problems by extracting the contaminated air directly at the source. Well-known steam locks protect against the escape of harmful fumes from storage tanks or storage containers for chemicals. Protection is usually ensured by suitable filter materials in the fume separators or steam locks, which adsorb the resulting fumes/gases.
Jedoch verringert sich im Laufe der Benutzung die Schutzfähigkeit von entsprechenden Filtermedien, das gilt für Dunstabscheider bzw. DampfSchlösser ebenso wie für Filtermaterialien z.B. in Atemschutzgeräten oder Gasmasken.However, the protective capacity of corresponding filter media decreases over the course of use; this applies to vapor separators or steam locks as well as to filter materials, e.g. in respiratory protection devices or gas masks.
Indikatorsysteme, die auf der Grundlage chemischer Farbreaktionen zum Nachweis von Schadstoffen in der Luft (in Form von Dämpfen oder Gasen) bzw. zum Nachweis einer Erschöpfung bzw. Sättigung des Filtermaterials dienen, sind deshalb zahlreich bekannt.Therefore, numerous indicator systems are known which are based on chemical colour reactions to detect pollutants in the air (in the form of vapours or gases) or to detect exhaustion or saturation of the filter material.
Gegenwärtig kommen vor allem Farbindikatorgranulate auf mineralischer Basis in Dampfschlossern/(Säure-) Dunstabscheidern zur Anwendung.Currently, mineral-based color indicator granules are mainly used in steam locks/(acid) fume separators.
Aus DE 34 45 639 Al (US 4,684,380) ist die Verwendung von Farbstoff-Granula zum Nachweis einer nahen Sättigung von Filtermaterial in Atemschutzfiltern bekannt. Dabei sind die Granula so angeordnet, dass sie in eine mineralische Filterschicht eintauchen.DE 34 45 639 Al (US 4,684,380) discloses the use of dye granules to detect near saturation of filter material in respiratory protection filters. The granules are arranged in such a way that they are immersed in a mineral filter layer.
Nachteilig ist, dass die bisher verwendeten Adsorptionsmittel in den Filtermaterialien und zusätzliche Indikatorgranulate kostenintensiv und schwer entsorgbar sind.The disadvantage is that the adsorbents used so far in the filter materials and additional indicator granules are costly and difficult to dispose of.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, nach Materialien zu suchen, die die genannten Mängel nicht aufweisen.The invention was therefore based on the task of searching for materials that do not have the aforementioned defects.
Die Aufgabe konnte durch ein universell einsetzbares Farbindikationssystem gelöst werden, welches Biosorbentien umfasst, die mit mindestens einem chemischen Stoff als Nachweisreagenz imprägniert sind, ggf. in Anwesenheit von Binde- und/oder Vernetzungsmitteln. Der chemische Stoff ist bei Kontakt mit einer nachzuweisenden Substanz zu einer Farbreaktion geeignet. Das erfindungsgemäße System kann sowohl in feuchtem als auch in trockenem Milieu erfolgreich eingesetzt werden und zeichnet sich durch hohe Stabilität aus.The problem was solved by a universally applicable color indication system which comprises biosorbents which are impregnated with at least one chemical substance as a detection reagent, if necessary in the presence of binding and/or cross-linking agents. The chemical substance is capable of a color reaction when it comes into contact with a substance to be detected. The system according to the invention can be used successfully in both moist and dry environments and is characterized by high stability.
Die Indikatorauswahl kann ausschließlich nach Gesichtspunkten einer für einen festzustellenden Schadstoff geeigneten Farbreaktion erfolgen, d.h. der chemische Stoff wird in Abhängigkeit von den nachzuweisenden Substanzen ausgewählt und als Imprägnierungsmittel für die Biosorbentien eingesetzt.The indicator selection can only be made on the basis of a color reaction suitable for a pollutant to be detected, i.e. the chemical substance is selected depending on the substances to be detected and used as an impregnating agent for the biosorbents.
In einer bevorzugten AusfuhrungsVariante liegen die Biosorbentien und damit das Farbindikationssystem als Granulate vor.Insbesondere stellen sie stabile sphärischeIn a preferred embodiment, the biosorbents and thus the color indication system are available as granules. In particular, they represent stable spherical
Partikel poröser Struktur und einer bevorzugten Korngröße von 0,1 bis 10 mm Durchmesser dar, wobei eine ganz besonders bevorzugte Korngröße einen Durchmesser von 0,2 bis 5 mm aufweist. Die Korngrößen der jeweiligen Farbindikationssysteme sind vorzugsweise einheitlich mit einer Abweichung von +_ 15%. In einer weiteren bevorzugten Anwendungsvariante liegen die Biosorbentien in Form von Filterscheiben/Filtervliesen vor, in einer bevorzugten Schichtdicke von 0,5 bis 50 mm, insbesondere mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 0 mm. Aber auch dickere Filter sind einsetzbar.Particles with a porous structure and a preferred grain size of 0.1 to 10 mm in diameter, with a particularly preferred grain size having a diameter of 0.2 to 5 mm. The grain sizes of the respective color indication systems are preferably uniform with a deviation of +_ 15%. In a further preferred application variant, the biosorbents are in the form of filter disks/filter fleeces, in a preferred layer thickness of 0.5 to 50 mm, in particular with a layer thickness of 1 to 20 mm. However, thicker filters can also be used.
Biosorbentien im Sinne der Erfindung sind in Wasser unlösliche, nachwachsende biologische Rohstoffe, insbesondere chemisch modifizierte oder auch nicht modifizierte cellulose-, lignocellulose- und chitinhaltige Roh- und Reststoffe der Land-, Forst,- Papier-, Nahrungsmittel- und Fischwirtschaft oder deren Bestandteile. Sie werden z.B. aus Holzresten, Sägemehl, Stroh, Maisspindeln, Rübenschnitzel, Papierbrei, Kleie, Getreidespelzen und Krabbenschalen gewonnen. Obwohl diese Biosorbentien in ihrer natürlichen Vorkommensweise häufig schon ein gutes Bindungsverhalten besitzen, werden sie oft noch weiter chemisch modifiziert, um ihr Bindungsvermögen noch weiter zu erhöhen. Alle bisher genannten modifizierten und unmodifizierten Biosorbentien, aber auch aus Material biologischer Herkunft isolierte und gereinigte und gegebenenfalls ebenfalls noch chemisch und/oder biologisch modifizierte Biomoleküle, vorzugsweise auf der Basis von Cellulosen, Hemicellulosen, Stärke, Pektine, Xylane, Agarose, Dextrane, Lignine, Huminsäuren, Chitin, Chitosan oder Co-Makromoleküle der vorstehend genannten Biomoleküle werden als Biosorbens verstanden.Biosorbents in the sense of the invention are water-insoluble, renewable biological raw materials, in particular chemically modified or non-modified raw and residual materials containing cellulose, lignocellulose and chitin from the agriculture, forestry, paper, food and fisheries industries or their components. They are obtained, for example, from wood residues, sawdust, straw, corn cobs, beet pulp, paper pulp, bran, grain husks and crab shells. Although these biosorbents often already have good binding properties in their natural state, they are often chemically modified further to increase their binding capacity even further. All previously mentioned modified and unmodified biosorbents, but also biomolecules isolated and purified from material of biological origin and optionally also chemically and/or biologically modified, preferably based on celluloses, hemicelluloses, starch, pectins, xylans, agarose, dextrans, lignins, humic acids, chitin, chitosan or co-macromolecules of the above-mentioned biomolecules are understood as biosorbents.
Imprägnierungsmittel für die Biosorbentien, die zur Farbreaktion geeignet sind, sind organische oder anorganische Zusatzstoffe, die die Eigenschaft besitzen, das VorhandenseinImpregnating agents for the biosorbents suitable for the colour reaction are organic or inorganic additives that have the property of preventing the presence of
bestimmter Stoffe beim Durchströmen durch einen Farbumschlag sofort anzuzeigen.to immediately indicate the presence of certain substances as they flow through by changing their colour.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Farbindikationssystem überraschend sowohl zur Bindung bzw. Deaktivierung der Schadstoffe als auch zur Indikation des gesättigten Zustandes durch Farbumschlag geeignet. Auch nach erfolgter Farbreaktion sind die Farbindikationssysteme stabil.In a particularly preferred embodiment, the color indication system according to the invention is surprisingly suitable both for binding or deactivating the pollutants and for indicating the saturated state by changing the color. The color indication systems are stable even after the color reaction has taken place.
Die erfindungsgemäßen Farbindikationssysteme werden bevorzugt als Sorptionsmittel unter gleichzeitiger Indikation nachzuweisender störender Substanzen verwendet.The color indication systems according to the invention are preferably used as sorbents with simultaneous indication of interfering substances to be detected.
Alternativ können sie auch als Indikator nachzuweisender störender Substanzen zusammen mit an sich üblichen Filtermaterialien eingesetzt werden.Alternatively, they can also be used as an indicator of interfering substances to be detected together with conventional filter materials.
Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik, der neben einem mineralischen Adsorptionsmittel den Farbindikator benötigt, ist es möglich, mit dem vorliegenden System beides in einem einzigen Mittel zu vereinen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Basis des Systems nachwachsende Rohstoffe sind, die somit leicht ersetz- und kostengünstig entsorgbar sind.In contrast to the known state of the art, which requires a mineral adsorbent and a color indicator, the present system makes it possible to combine both in a single agent. Another advantage is that the basis of the system is renewable raw materials, which are therefore easy to replace and inexpensive to dispose of.
Die imprägnierten Biosorbentien mit den gebundenen Stoffen können einem Verbrennungsprozess unterworfen werden. Die auf ein sehr kleines Volumen reduzierten, festen Verbrennungsreste der beladenen Biosorbentien können je nach Beladung in einem Material wie Glas, Zement oder Bitumen eingeschlossen werden und so volumenreduziert und stabil lagerungsfähig einem Zwischen- bzw. Endlager zugeführt werden.The impregnated biosorbents with the bound substances can be subjected to a combustion process. The solid combustion residues of the loaded biosorbents, which have been reduced to a very small volume, can be enclosed in a material such as glass, cement or bitumen, depending on the load, and thus be sent to an interim or final storage facility with reduced volume and stable storage.
Mögliche Einsatzgbiete liegen in einer Verwendung in ChemikaliendampfSchlössern bzw. Dunstabscheidern, wie z.B.Possible areas of application include use in chemical vapor locks or vapor separators, such as:
für Lagertanks, zur Sorption und/oder zum Nachweis gesundheitsschädlicher ausgasender Chemikaliendämpfe (z.B. von Säuren, wie z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure, von Laugen, Schwefelwasserstoff, von Ammoniak und anderen Lösungsmitteln und Peroxiden). Weitere Einsatzgebiete sind z.B. zur CO2-Abbindung, zur Luftentfeuchtung, zur Reinigung von Prozessgasen und Abluft (die Aufzählung ist nicht vollständig, zahlreiche dem Fachmann bekannte Gebiete sind vorstellbar).for storage tanks, for sorption and/or detection of harmful chemical vapours (e.g. from acids such as hydrochloric acid or sulphuric acid, from alkalis, hydrogen sulphide, from ammonia and other solvents and peroxides). Other areas of application include CO 2 binding, air dehumidification, cleaning of process gases and exhaust air (the list is not complete, numerous areas known to the expert are conceivable).
Die Herstellung des Farbindikationssystems erfolgt dabei fachgemäß, indem die Biosorbentien in einem zur Vermischung geeigneten Behälter (Mischtrommel, Behälter mit Rührwerk, Rührreaktor, Rotationsverdampfer u.a.) mit dem jeweiligen Imprägnierungsmittel in flüssiger, fester oder dampfförmiger Form vermengt werden. Die Inkubation erfolgt ggf. in Gegenwart von Vernetzungs- und/oder Bindemitteln ggf. unter Erhitzen bis zu 2000C und/oder unter Anlegen eines Vakuums bis das Farbindikationssystem trocken ist. Zur Herstellung von Filterscheiben/Filtervliesen werden die Biosorbentien nach Zusatz aller Komponenten und ggf. nach Erhitzen entnommen und ggf. unter Anlegen eines Unterdruckes (Vakuum) bzw. unter Druck (Pressen) auf einem Siebboden getrocknet. Der Feuchtigkeitsgehalt der vorliegenden Materialien liegt vorzugsweise unter 2 0%, besonders bevorzugt bei < 15%.The color indication system is produced in a professional manner by mixing the biosorbents with the respective impregnating agent in liquid, solid or vaporous form in a container suitable for mixing (mixing drum, container with agitator, stirred reactor, rotary evaporator, etc.). Incubation takes place, if necessary, in the presence of cross-linking and/or binding agents, if necessary with heating up to 200 ° C and/or with the application of a vacuum until the color indication system is dry. To produce filter discs/filter fleeces, the biosorbents are removed after all components have been added and if necessary after heating and, if necessary, dried on a sieve base with the application of a negative pressure (vacuum) or pressure (pressing). The moisture content of the materials present is preferably below 20%, particularly preferably < 15%.
Geeignete Vernetzungs-/Bindemittel, die die Indikatoren (Imprägnierungsmittel) an die Biosorbentien binden, sind dem Fachmann bekannt. Sie haben den Vorteil einer zusätzlichen Stabilisierung, so dass die Indikatoren auch in flüssiger Phase nicht von den Biosorbentien herausgelöst werden können. Mögliche bekannte Vernetzungsmittel sind z.B. Polyethylen-Imine, Polyacrylamide, Formaldehyd-Derivate und Triazone.Die Komponenten Biosorbens zu Indikator im Farbindikations-system liegen bevorzugt im Verhältnis von 10:1 bis 104:l [w/w] vor. Kommen zusätzlich Binde-/Vernetzungsmittel zum Einsatz, soSuitable cross-linking/binding agents that bind the indicators (impregnating agents) to the biosorbents are known to the person skilled in the art. They have the advantage of additional stabilization, so that the indicators cannot be dissolved out of the biosorbents even in the liquid phase. Possible known cross-linking agents are, for example, polyethylene imines, polyacrylamides, formaldehyde derivatives and triazones. The biosorbent to indicator components in the color indication system are preferably present in a ratio of 10:1 to 10 4 :l [w/w]. If additional binding/cross-linking agents are used,
werden diese im bevorzugten Verhältnis von 100:1 bis 1000:1 [w/w] Biosorbens zu Binde-/Vernetzungsmittel eingesetzt.These are used in the preferred ratio of 100:1 to 1000:1 [w/w] biosorbent to binder/crosslinking agent.
Da die Indikatorauswahl ausschließlich nach Gesichtspunkten einer für einen festzustellenden Schadstoff geeigneten Farbreaktion erfolgen kann, sind hier stellvertretend nur einige bevorzugte Einsatzgebiete und Kombinationen in Form von Beispielen aufgeführt, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt werden soll.Since the indicator selection can only be made according to the criteria of a color reaction suitable for a pollutant to be detected, only a few preferred areas of application and combinations are listed here in the form of examples, to which the invention is not intended to be limited.
Farbindikationssysteme, die nach dem Prinzip der pH-Wert-Änderung arbeiten und in Säuredunstabscheidern als obere Schicht über oder vermengt mit einem an sich bekannten Adsorbermaterial (Kalkydrat oder Aluminiumoxid) eingesetzt werden:Colour indication systems that work according to the principle of pH value change and are used in acid vapor separators as an upper layer above or mixed with a known adsorbent material (calcium hydroxide or aluminium oxide):
Cellulose-Granulate in einer bevorzugten Korngröße von 0,2 bis 5 mm werden je nach zu bestimmendem Stoff im bevorzugten Verhältnis von 5000:1 [w/w] (Granulat zu Imprägnierungssubstanz) imprägniert mitCellulose granules in a preferred grain size of 0.2 to 5 mm are impregnated with
a) Methylorange-Lösung (pH-Umschlagsbereich 3-4 von gelb nach rot) zum Nachweis von Säuredämpfena) Methyl orange solution (pH transition range 3-4 from yellow to red) for the detection of acid vapors
b) Bromphenolblau-Lösung (pH-Umschlagsbereich 3-4 von blau nach gelb) zum Nachweis von Säuredämpfenb) Bromophenol blue solution (pH transition range 3-4 from blue to yellow) for the detection of acid vapors
c) Thymolphtalein-Lösung (pH-Umschlagsbereich 9-10,5 von beige nach blau) zum Nachweis von alkalischen Dämpfenc) Thymolphthalein solution (pH range 9-10.5 from beige to blue) for the detection of alkaline vapours
In einer weiteren Ausführungsvariante wird zusätzlich als Vernetzungsmittel Polyethylenimin im Verhältnis 1:1000 [w/w] zum Cellulose-Granulat eingesetzt.In a further embodiment, polyethyleneimine is additionally used as a cross-linking agent in a ratio of 1:1000 [w/w] to the cellulose granulate.
Farbindikationssystem zum Nachweis von Wasserstoffperoxid:Color indication system for the detection of hydrogen peroxide:
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Es wird Kaliumpermanganat imprägniertes Cellulose—oder Cellulose-haltiges Granulat (im Verhältnis 1:100) in einer bevorzugten Korngröße von 0,2 bis 5 mm hergestellt, welches bei Durchströmen einen Erschöpfungszustand durch Farbumschlag von braun-violett nach beige anzeigt, wobei Wasserstoffperoxid katalytisch in Wasser, das adsorbiert wird, und flüchtigen Sauerstoff, zerlegt wird.Potassium permanganate-impregnated cellulose or cellulose-containing granules (in a ratio of 1:100) are produced in a preferred grain size of 0.2 to 5 mm, which, when flowed through, indicates a state of exhaustion by a color change from brown-violet to beige, whereby hydrogen peroxide is catalytically decomposed into water, which is adsorbed, and volatile oxygen.
Farbindikationssystem zum Nachweis von Ammoniak für einen Abluftfilter einer ProduktionsanlageColor indication system for the detection of ammonia for an exhaust air filter of a production plant
Es wird ein mit Kupferionen imprägniertes Cellulose-Granulat (im Verhältnis 1:20) in einer bevorzugten Korngröße von 0,2 bis 5 mm hergestellt, welches beim Kontakt mit Ammoniak einen Farbumschlag von beige nach blau-grün aufweist (Kupferionen gehen mit Ammoniak einen tiefblauen Komplex ein).A cellulose granulate impregnated with copper ions (in a ratio of 1:20) is produced in a preferred grain size of 0.2 to 5 mm, which changes color from beige to blue-green upon contact with ammonia (copper ions form a deep blue complex with ammonia).
Farbindikationssystem zum Nachweis von SchwefelwasserstoffColor indication system for the detection of hydrogen sulfide
Es wird ein mit Bleiacetat imprägniertes Cellulosehaltiges Filtervlies in einer bevorzugten Schichtdicke von 1 bis 2 0 mm hergestellt, welches beim Kontakt mit Schwefelwasserstoff einen Farbumschlag von natur-farben nach dunkelbraun aufweist (Bleiionen werden mit Schwefelwasserstoff zu schwärzlichglänzendem Bleisulfid umgesetzt).A cellulose-containing filter fleece impregnated with lead acetate is produced in a preferred layer thickness of 1 to 20 mm, which changes color from natural to dark brown upon contact with hydrogen sulphide (lead ions are converted with hydrogen sulphide to blackish-shiny lead sulphide).
Farbindikationssystem zum Nachweis von KohlendioxidColor indication system for the detection of carbon dioxide
Es wird ein mit Methylorange imprägniertes Cellulose-Granulat in einer bevorzugten Korngröße von 0,2 bis 5 mm hergestellt, welches beim Kontakt mit Kohlendioxid einen Farbumschlag von gelb nach rot zeigt (Kohlendioxid bildet mit enthaltenem Wasser Kohlensäure, die über pH-Änderung nachgewiesen werden kann).A cellulose granulate impregnated with methyl orange is produced in a preferred grain size of 0.2 to 5 mm, which shows a color change from yellow to red upon contact with carbon dioxide (carbon dioxide forms carbonic acid with the water it contains, which can be detected by a change in pH).
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| DE20220199U DE20220199U1 (en) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | Indicator system useful for detecting harmful substances in the air comprises a biosorbent impregnated with a chromogenic reagent |
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| DE (1) | DE20220199U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1882940A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-30 | The Jordanian Pharmaceutical Manufacturing Co. | Chitosan as a colour-fixing agent |
| WO2011072349A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Universidade Estadual De Campinas - Unicamp | Biodegradable sensor containing h2s indicators and method for producing same |
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2002
- 2002-12-20 DE DE20220199U patent/DE20220199U1/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2011072349A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Universidade Estadual De Campinas - Unicamp | Biodegradable sensor containing h2s indicators and method for producing same |
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