DE2927407A1

DE2927407A1 - Matte mit ausreichender porositaet fuer die filtration von leicht fliessfaehigen fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2927407A1
Application number: DE19792927407
Authority: DE
Inventors: Max Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US4395332A; IT7949661A0; SE436472B; AT375273B; BE877538A; ATA473179A; GB2024886B; IL57710A; IT1118155B; FR2430251A1; FR2430251B1; CH660981A5; DK286579A; GB2024886A; NO152239C; NO152239B; NL7905308A; JPS6366248B2; BR7904228A; NO792252L

Description

SCHIFF V. FONER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft bestimmte poröse, nicht gewebte Medien, die allgemein als Adsorptions- und Filtrationsmatten für Flüssigkeiten oder als in flüssigem Medium anwendbare Adsorptionsund Filtrationsmatten bezeichnet werden. Diese Matten werden mit Hilfe von Papierherstellungsvorrichtungen und -Verfahren as mindestens zwei spezifischen Grundbestandteilen hergestellt und bestehen aus diesen, wie sie an späterer Stelle erläutert werden.

Diese Matten haben wirksame Porosität, um Teilchen mit geringen Korngrößen, wie 0,5 um_;.und weniger, aus Flüssigkeiten, welche mit ihrer Hilfe filtriert werden, zurückzuhalten. Gleichzeitig wird eine gute Durchflußrate für die durch die Matten filtrierten Flüssigkeitsgemische aufrechterhalten. Andere Ausführungsformen dieser Filtermatten, die einen, zwei oder drei zusätzliche, nämlich dritte, vierte oder fünfte Bestandteile aufweisen, besitzen außerdem die Fähigkeit, aus flüssigen Medien (die gegenüber den Bestandteilen der Matte inert sind) zahlreiche gelöste oder kolloidal in diesen Medien dispergierte Substanzen zu adsorbieren, selbst wenn sie in sehr geringen Anteilen, bezogen auf eine Million oder Billion Teile vorliegen, wie als Verunreinigungen in Flüssen und Strömen oder im Trinkwasser.

Die zur Anwendung in der flüssigen Phase geeigneten, erfindungsgemäßen Adsorptions- und Filtrationsmatten weisen eine Matrix (1)_;auf, deren Strukturzusammenhang vorherrschend durch Cellulosefasern, wie Papierfasern einer Qualität besser als Schreibpapier, verursacht ist und (2) deren erhöhte Porosität durch nachstehend ausführlicher beschriebene Mikroteilchen verursacht ist, die aus einem geschäumten, thermoplastischen Styrol-Polymeren oder Polyolefin (auf Basis niederer Olefine) oder aus einem geschäumten flexiblen Polyurethan bestehen.

903883/0901

-7- 1927407

Die Naßfestigkeit der Matrix während der Herstellung der Matte und ihre Zugfestigkeit bei der Anwendung kann durch Zugabe von Fasern aus einem faserbildenden Polyester, d.h. einem Polyethylenterephthalat, als dritten Bestandteil erhöht werden. Als weiterer Bestandteil kann feinverteilte Aktivkohle als Haupt- . adsorptionsmittel zugefügt werden. Außerdem kann Diatoineenerde als anderes Adsorptionsmittel (als zusätzlicher Bestandteil) der Matte einverleibt werden, um an der Erhöhung der Porosität mitzuwirken, wenn auch die Zugabe eines größeren Anteils an Mikroteilchen aus Polymeren zum Erreichen des zuletzt genannten Zweckes die Diatomeenerde ersetzen kann.

Als weiteres geeignetes Adsorptionsmittel, welches als Bestandteil der Matte einverleibt werden kann, ist kolloidales Aluminiumoxid-monohydrat (AlOOH) zu nennen, welches beispielsweise als Produkt des Verfahrens gemäß US-PS 2915475 erhalten wird.

Zahlreiche unerwünschte AbfallflUssigkeiten, wie Abwasser von Industrieanlagen, die toxische Substanzen enthalten, sowie auch Abwasser aus städtischen Abwasseraufbereitungsanlagen, welche nicht entfernte unerwünschte Teilchen und sogar kleine Menge gelöster toxischer Substanzen enthalten, werden abgeführt, indem sie in nahegelegene Flüsse und Ströme geleitet werden, wodurch bekanntlich schwerwiegende Verschmutzungsprobleme, speziell im Hinblick auf das Trinkwasser, verursacht werden.

Um dieses Problem zu lösen, beispielsweise zur Entfernung von löslichen und unlöslichen Verunreinigungen, hat man bisher offensichtlich am häufigsten granulierte Aktivkohle eingesetzt. Zu diesem Zweck wird das Abwasser durch große Kolonnen geleitet, in denen diese Aktivkohle in vertikalen zylindrischen Tanks eingeschlossen ist, die beispielsweise eine Höhe von 107 bis 152 cm und einen Durchmesser von etwa 37 cm haben. Es wird angegeben, daß die erforderliche Rate des Durchlaufes des Abwassers durch derartige Aktivkohlekolonnen, beispielsweise um ein Trihalogenmethan, wie Chloroform, zu entfernen, so eingestellt werden muß, daß eine Verweilzeit von etwa 45 Minuten für das

909883/0901

Abwasser vom Eintritt in den Zylindertank bis zum Verlassen des Tanks erreicht wird. Die Hersteller dieses Systems berichten, daß die Verweilzeit zur Entfernung von Benzol aus Wasser 55 Minuten, für Phenol aus Wasser bis zu 165 Minuten und zur Entfernung von chlorierten aromatischen Verbindungen aus Wasser bis zu 21 Stunden beträgt, wobei in manchen Fällen nur eine 50-prozentige Verminderung der Konzentration erreicht wird.

Darüber hinaus ist die Gebrauchsdauer, während der die Aktivkohle Chloroform adsorbieren kann, nicht so lange, wie es im Hinblick auf die Kapitalkosten für den Tank und das große Kohlevolumen wünschenswert wäre (die Kosten betragen zur Zeit etwa DM 2.— bis DM 3.50 pro Kilogramm), das zur Füllung des Tanks erforderlich ist. Außerdem ist es notwendig, einen weiteren solchen Tank zur Anwendung bereitzuhalten, während die erste Kolonne einer Behandlung zur Regenerierung der Aktivkohle unterworfen wird. Dabei werden weitere Kosten zum Abbrennen der adsorbierten organischen Verunreinigungen aus den Poren der Kohlekörner, wie durch Regenerierung in einem Plattenofen, und außerdem ein Kohleverlust bei der Regenerierung verursacht. Es wird angegeben, daß der zuletzt genannte Verlust etwa 10 % betrage, obwohl es sich gezeigt hat, daß er bei der Anwendung in den meisten Fällen höher ist und bis zu 50 % beträgt.

Dieser Kapitalaufwand für die Anlage und Regenerierungsvorrichtung in mit granulierter Aktivkohle arbeitenden Systemen wird als schwerwiegender Nachteil angesehen. Darüber hinaus hat man weitere Schwierigkeiten durch das Bakterienwachstum im Inneren der Adsorptionsgefäße beobachtet. Ferner unterliegt das mit granulierter Aktivkohle arbeitende System während des Betriebs leicht der Bildung von wellenförmig verteilten Verdichtungen (Druckwellen) in dem der körnigen Aktivkohle zugeführten Flüssigkeitsstrom und wenn diese Wellen zu häufig auftreten, kann dadurch die Anwendung des gesamten Systems gestört werden.

Für bestimmte industrielle Prozesse ist die Entfernung von Teilchen in der Größenordnung von wenigen um und sogar noch

909883/0901

2927A07

unterhalb der Größenordnung von pm erforderlich. Zahlreiche synthetische organische Membranen und mindestens eine anorganische Membran stehen für solche Filtrationen zur Verfugung. Sie sind jedoch wirtschaftlich sehr aufwendig (ihr Preis beträgt etwa DM 1.50 bis DM 15.— und sogar mehr pro 929 cm ) und bedingen eine äußerst niedere Fließrate. Derartige Membranfilter, die beispielsweise aus regenerierter Cellulose, Celluloseacetat oder Gemischen aus dem Letzteren und dem Triacetat, Celluloseestern und aus Polyvinylchlorid bestehen, sieht man daher als ungeeignet zur Behandlung von Abwässern aus industriellen Abfallbeseitigungsanlagen an. Die Verwendung dieser Membranen für die vorstehend erläuterten Flüssigkeitsbehandlungen verbietet sich daher.

Die in jüngerer Zeit entwickelten und angewendeten harten, staubfreien, kohlenstoffhaltigen schwarzen kugeligen Adsorptionsmittel sind äußerst unwirtschaftlich im Hinblick auf ihren Preis (etwa DM 50.— pro kg). Sie"erfordern außerdem den Betrieb einer Festbett-Kolonne mit Rückwaschvorgängen zur Entfernung von abfiltrierten suspendierten Feststoffen. Sie können ebenfalls regeneriert werden, wie durch Behandlung mit wassermischbaren und wasserunmischbaren Lösungsmitteln, Wasserdampf, Säuren oder Basen und bei erhöhten Temperaturen, was die Kosten erhöht.

Die vorstehend beschriebenen Mangel und Nachteile der bisher verwendeten Schichten aus körniger Aktivkohle, schwarzen, kugeligen kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln und synthetischen Membranen werden durch die erfindungsgemäßen Adsorptions- und Filtrationsmatten für Flüssigkeiten ausgeschaltet, da diese zu beträchtlichen Ersparnissen im Hinblick auf die Kosten, die Verfahrensführung und den Zeitverbrauch führen. Das Regenerieren kann vermieden werden, weil der geringe wirtschaftliche Aufwand für diese Matten ihren Ersatz ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist eine Adsorptions- und Filtrations-Matte zur Anwendung für Flüssigkeiten, die aus einer im Naöver-

909883/0901

fahren erzeugten Vlies-Matrix aus regellos angeordneten, unregelmäßig sich überschneidenden und überdeckenden Teilchen besteht, welche folgende Bestandteile umfassen:

(1) Cellulosefasern in einer Menge, die ausreicht, um anfänglich die erforderliche Naßfestigkeit der Matrix während der Naßstufen des Herstellungsverfahrens der Matte hervorzurufen und um die Unversehrtheit oder den Zusammenhalt der Matte unter der Zugspannung, der sie während des Gebrauchs ausgesetzt ist, zu gewährleisten; und im Gemisch mit den Cellulosefasern:

(2) Mikroteilchen aus einem geschäumten, thermoplastischen,

in geschäumter Form nicht spröden Polymeren, das wahlweise eines der nachstehenden Polymeren sein kann

a) ein Styrol-Polymeres,

b) ein Polyolefin, welches ein Polymeres eines Olefinhomologen von Äthylen bis Methylpenten mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Kette,wie Äthylen, Propylen,Butylen, Penten, darstellt,

c) ein Schmelzgemisch aus Polyäthylen mit bis etwa 1.0

Gewichts-%, Polystyrol,

d) ein Copolymeres des Polypropylens mit etwa 20 bis etwa 30 Gewichts-% Polyethylen,

e) ein Schmelzgemisch aus Polypropylen in einer Menge von mindestens 50 Gewichts-%, bezogen auf das Schmelzgemisch und zum restlichen Anteil aus einem Äthylen-Vinylacetat- ' Copolymeren, das'bis zu etwa 30 Gew.-%"\3.nylacetateinheiten enthält, und

f) einem expandierten flexiblen geschäumten Polyurethan,

wobei die vorstehenden Polymeren in der ursprünglichen geschäumten Form nicht spröde sind und die aus den genannten Polymeren bestehenden Mikroteilchen in einer solchen Menge vorliegen, die. zur Einstellung des gewünschten Porositätsgrads und der gewünschten Fließrate der Matte für den Jeweiligen Anwendungszweck ausreicht. · :■■·■.

909383/0901

OR/Q/NAL INSPECTED

Die Matte kann zusätzlich mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweisen:

(3) Fasern aus einem faserbildenden Polyethylenterephthalat in mindestens einer solchen Menge, daß (a¹) sie gemeinsam mit den Cellulosefasern die ausreichende Naßfestigkeit der Matte gewährleisten, die erforderlich zur Ausbildung nach dem Naßverfahren und danach zur Überführung in die Trocknungs- und durch die Trockungsstufen ist, und daß (ta-¹) sie gemeinsam mit den Cellulosefasern die für den vorgesehenen Anwendungszweck der Matte ausreichende Zugfestigkeit gewährleisten, die jedoch unterhalb der Menge liegt, bei der die zur Herstellung zur Matte verwendeten Polyester-Teilchen beginnen sich zu agglomerieren, während sie mit den anderen Bestandteilen bei der Bildung der Matte vermischt werden,

(4) feinverteilte Aktivkohle als Haupt-Adsorptionsmittel in einer Menge unterhalb der Menge, bei der unerwünschtes Stauben der feinverteilten Kohle aus der Matte auftreten kann;

(5) Diatomeenerde als einziges oder mit zugesetztem kolloidalem Aluminiumoxid-moriohydrat und/oder feinverteilter ι tAktiv-kohle wirkendes Adsorptionsmittel,welche bzw. welches als —·= waterer Bestandtal zusammen mit den Mkroteilchen dLe gewünschte Porosität erhöhen, in einer Menge; unterhalb der Menge, bei der unerwünschte Staubbildung von Diatomeenerde aus der Matte auftreten kann, sowie

(6) kolloidales Aluminiumoxid-monohydrat als einziges Adsorptionsmittel oder gemeinsam mit Aktivkohle und/oder vorzugsweise zusammen mit Diatomeenerde.

Um den erfindungsgemäßen Matten den besten Grad der Matrix-Integrität zu verleihen, ist es sehr vorteilhaft, wenn als Anfangsstufe der Herstellung der Matte die Cellulosefasern und die

S09883/0901

292740?

Mikroteilchen gemeinsam in Form einer gemeinsamen Suspension,-die 'als sogenanntes "Cobeat" bezeichnet wird, hergestellt ·■· werden und daß.das so gebildete Material vorteilhaft aus etwa einem Teil der Mikroteilchen mit etwa 1 bis 2 Teilen der Cellulosefasern besteht, wie nachstehend erläutert werden soIL.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Adsorptions- und -Filtrations-Matten können (a) zur Filtration von zahlreichen verschiedenen Arten flüssiger Medien, welche verschiedene einzelne Teilchen und teilchenförmige Substanzen in variierenden Mengen und Größen enthalten (vorausgesetzt, daß das flüssige Trägermedium inert gegenüber den Bestandteilen der Matte ist) und (b) zur Behandlung solcher flüssiger Medien und anderer Medien, die keine einzelnen Teilchen, jedoch kolloidal dispergierte Teilchen und/oder normalerweise gelöste Substanzen, insbesondere sogar in niederen Konzentrationen (wie wenige PpM oder sogar wenige Teile pro Billion Teile) enthalten, um aus diesen flüssigen Medien die kolloidal dispergierten und/oder gelösten Substanzen zu entfernen, eingesetzt werden.

Die zu behandelnden Flüssigkeiten können Abwasser- bzw. Abfallflüssigkeits-Ströme sein, die aus einer großen Vielfalt von industriellen Prozessen in Flüsse oder Sammeltanks geleitet werden und die aus einer großen Vielfalt von chemischen Prozessen unter Verwendung von Wasser oder organischen Lösungsmitteln (welche inert gegenüber der erfindungsgemäßen Matte sind) stammen. Diese Flüssigkeiten können erfindungsgemäß der Behandlung zur Entfernung von Teilchenbestandteilen oder kolloidal dispergierten oder gelösten Substanzen unterworfen werden, wodurch die Wiederverwendung des flüssigen Trägermediums ermöglicht wird.

Diese außerordentliche Vielfalt von Anwendungszwecken kann die Auswahl von Bestandteilen der Matten aus einer Vielzahl von möglichen Bestandteilen in qualitativer und quantitativer Hinsicht erfordern. Es ist daher schwierig, einen spezifischen Bereich für den Anteil jedes der beiden grundlegenden Bestand-

909883/0901

29Zl407

teile, nämlich die Cellulosefasern und die Mikroteilchen aus Polymeren der erfindungsgemäßen Matte oder für einen, zwei oder drei oder die übrigen der zusätzlichen Bestandteile anzugeben, welche diese Matte enthalten kann»

Der numerische Bereich für den Anteil jeder der verschiedenen Komponenten kann daher nur grob angegeben werden, wobei jedoch zu erkennen ist, daß jeder Bestandteil eine Funktion bei der Ausbildung der Matte ausübt und daß der vorgesehene Anwendungszweck den jeweiligen möglichen spezifischen Mindest- und Maximal-Anteil jedes Bestandteils beeinflußt.

Die Cellulose sollte in einer Menge vorhanden sein, die wenigstens ausreicht, um den strukturellen Zusammenhalt oder die Integrität der Matte zu gewährleisten, während diese in der Anfangsstufe mit Hilfe des Naßverfahrens ausgebildet wird und während sie in einer späteren Stufe in trockener Form vorliegt, sowie während des Gebrauches der Matte, und um den Anteil an teilchenförmigen Materialien in der Matte zurückzuhalten. Dies wird mit einem Celluloseanteil im Bereich von etwa 10 % bis etwa 95 % des Gesamtfeststoffgehaltes der Matte erreicht.

Die Mikroteilchen dienen hauptsächlich dazu, der fertigen Matte die gewünschte Porosität zu verleihen und stellen einen Teil des körnigen Materials dar, welches in der Matte eingeschlossen ist. Die Mikroteilchen können in einem Anteil von etwa 2 bis etwa 90 % des Feststoffgehaltea der Matte vorhanden sein.

Um die Integrität des Mattenvlieses während der Herstellung nach dem Naßverfahren und während der Trocknungsvorgänge sowie in dem fertigen Zustand aufrecht zu erhalten, können die Fasern des Polyesters (Polyäthylenterephthalat) in einer Menge von etwa 2 bis 10 %, insbesondere etwa 5 % und vorzugsweise etwa 7 %, bezogen auf die Gesamtmenge der anderen festen Bestandteile, vorhanden sein.

Die Teilchen der feinverteilten Aktivkohle sollten eine Korngröße von nicht weniger als 1 pm bis nicht größer als etwa 100 um

909883/0901

haben und in einer Menge bis etwa 70 %, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt, jedoch unterhalb der Menge, bei der unerwünschte Staubbildung der Kohlenstoffteilchen auftritt, vorliegen.

Diatomeenerde kann in einer Menge bis zu etwa 20 % des Gesamtfeststoffgehalts, jedoch unterhalb der Menge, bei der unerwünschte Staubbildung aus Diatomeenerdeteilchen auftritt, eingesetzt werden.

Das in der ersten Herstellungsstufe der Matte vorteilhaft ausgebildete "Cobeat" wird durch gemeinsames Mahlen bzw. Schlagen von Cellulosefasern (Baumwollfasern) und Mikroteilchen aus Polymeren in Wasser in einem Holländer bzw. einer Schlagmühle hergestellt. Eine Suspension des gemeinsam gemahlenen Produkts wird hergestellt, indem beispielsweise unter Rühren 363,6 kg (Trockengewicht) naßgemahlene Baumwollfasern (aus Baumwollabfällen erhalten, wie zur Verwendung bei der Papierherstellung, mit einem Wassergehalt von 1 454,4 1 Wasser in den Fasern) und 181,8 kg (Trockengewicht) Polymer-Mikroteilchen, beispielsweise aus Polystyrol (in Form eines Produkts mit 6 % Feststoffgehalt und 2 848,5 1 gebundenem Wasser) in 13 354 Liter Wasser in einen Papierherstellungs-Holländer gegeben werden und das Rühren etwa 6 Stunden lang fortgesetzt wird. Dadurch werden die Baumwollfasern und die Mikroteilchen frei von Klumpen und Aggregaten regellos und innig miteinander unter Aufbrechen der Baumwollfasern vermischt, was offensichtlich durch die Wirkung der darauf aufgebrachten Mikroteilchen erhöht wird, wodurch eine Verflechtung von einzelnen Mikroteilchen mit der so erhöhten Faserstruktur der Cellulose erreicht wird.

Für die Mikroteilchen aus Polymeren ist es kennzeichnend, daß sie (a) etwa 40 bis etwa 325 pm lang und etwa 20 bis etwa 325 um breit sind, (b) im wesentlichen vollständig bis vollständig frei von intakten Zellen der geschäumten Polymer-Teilchen, aus denen sie gebildet wurden, sind, (c) daß im wesentlichen zwischen den einzelnen Mikroteilchen keine gemeinsame Gestalt bzw. Umfangs-

909883/0901

linie vorhanden ist und (d) daß ihre Dichte etwa 85 % bis etwa 100 % der Dichte des spezifischen ungeschäumten Polymeren beträgt, aus dem das vorstehend genannte geschäumte Polymere hergestellt wurde.

Die Ausgangspolymeren, aus denen die Mikroteilchen für die erfindungsgemäßen Matten hergestellt werden, sowie geeignete Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung dieser Mikroteilchen sind in der deutschen Patentanmeldung P 2905212.8 bzw. der deutschen Patentanmeldung P 2801905*8 beschrieben.

Als Ausgangspolymere eignen sich beispielsweise Styrolpolymere, Polyolefine aus niederen Olefinen sowie deren Copolymere mit anderen Monomeren oder Schmelzgemische (Schmelzlegierungen) mit anderen Polymeren, wie vorstehend kurz erwähnt wurde.

Die Herstellung einiger Polymer^Mikroteilchen aus Ausgangsteilchen der jeweiligen Ausgangspolymeren wird in den nachstehenden Herstellungsbeispielen für Polystyrol-Mikroteilchen beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll.

Beispiel A

Mikroteilchen aus geschäumten, extrudierten Polystyrol-Pellets:

425 Liter mit Treibmittel imprägnierte, extrudierte Polystyrol-Pellets (kristallin), die von etwa 6,35 mm auf etwa 12,7 mm geschäumt waren und im wesentlichen runde Pellets mit einer Schüttdichte von 12 g pro Liter darstellten, wurden in einer Zerkleinerungsvorrichtung entsprechend der Firmenschrift Nr. 152, 1968, der Fitzpatrick Company, Illinois, USA, die mit einer Zudosierungsvorrichtung mit einem Durchmesser von 10,16 cm und einer Länge von 7»62 cm und einem gekrümmten Bodensieb mit Löchern des Durchmessers 0,1016 mm ausgestattet war,2erkle±Brt.

Der Rotor wurde mit 6 000 UpM betrieben und die Zudosiereinrichtung so eingestellt, daß die geschäumten Polystyrol-Teilchen in

909883/0901

2927A07

einer Rate von 35,4 Liter pro 5 Minuten (425 1 pro Stunde) zugeführt wurden. Die als Ausgangsmaterial verwendeten geschäumten Polystyrol-Teilchen wurden vor ihrer Einführung in die Zudosiervorrichtung mit ausreichend Wasser "benetzt, so daß ihre Außenfläche im wesentlichen vollständig bedeckt war. Die benetzten geschäumten Polystyrol-Teilchen wurden kontinuierlich in einer Rate von 35,4 Liter pro 5 Minuten in die Zudosiervorrichtung gegeben, während gleichzeitig Wasser durch zwei Düsenöffnungen von 1,6 mm Durchmesser in einer Rate von 7,57 Liter pro Minute in die Zerkleinerungskammer gesprüht wurde.

Das Gemisch aus den geschäumten Polystyrol-Mikroteilchen, welches von dem Siebboden der Zerkleinerungskammer abgezogen wurde, wurde in einem offenen Tank mit einer Boden-Ablaßöffnung aufbewahrt, in welchem sich das freie Wasser am Boden absetzte und die Polystyrol-Mikroteilchen mit dem festgehaltenen gebundenen Wasser (in einem Anteil von 2 Teilen Mikroteilchen auf 98 Teile Wasser) aufgrund der eingeschlossenen Luft auf dem freien Wasser schwammen. Das freie Wasser wurde abgelassen, wobei eine Kunstharz-Masse aus den resultierenden geschäumten Polystyrol-Mikroteilchen in dem physikalisch gebundenen Wasser zurückblieb. Die Kunstharz-Masse hatte ein Gewicht von 255,15 kg und enthielt 5,1 kg Mikroteilchen und 250,05 kg durch diese gebundenes Wasser.

27,24 kg dieser Kunststoff-Masse wurden in einen Doppelbeutel aus dichtem Baumwollgewebe gegeben und dann gepreßt, bis 22,71 Liter Wasser ausgepreßt waren. Die verbliebenen 4,08 kg der Masse enthielten 544 g geschäumte Polystyrol-Mikroteilchen, die dann in einem bei 43,33°C gehaltenen Trockenschrank in einer offenen Schale getrocknet wurden.

Mikroteilchen aus einem der anderen erfindungsgemäß geeigneten Polymeren werden durch Wiederholung von Beispiel A hergestellt, wobei jedoch die als Ausgangsmaterial verwendeten Polystyrol-Teilchen durch Teilchen aus einem beliebigen der anderen geeigneten geschäumten Polymeren ersetzt werden.

909883/0901

- 17- 292740?

Die erfindungsgemäßen Adsorptions- und/oder Filtrations-Matten' für Flüssigkeiten und ihre Herstellung werden in den nachstehenden Beispielen beschrieben, in denen übliche Handbahnen, die im Papierherstellungs-Laboratorium unter Anwendung einer gewöhnlichen Hand-Bahnform (mit einer Basisfläche von 20,3 cm im Quadrat und einer Höhe von 28 cm) hergestellt wurden,, angewandt werden.

Beispiel 1 _:

Matte aus Cellulosefasern und Mikroteilchen:

3,6 g (Trockengewicht) Cellulose in Form der vorstehend erwähnten Naßschliff -Baumwollfasern (aus Baumwollabfällen) und 7,2 g (Trockengewicht) Polystyrol-Mikröteilchen wurden in einem Becher aus rostfreiem Stahl (Fassungsvermögen 3000 ml) in etwa 2000 ml Wasser eingerührt, wobei mit einem Laboratoriums-Schraubenrührer gerührt wurde, bis eine gleichförmige Dispersion erreicht war (etwa 3 Minuten). Die Dispersion war eine glatte, sehr fließfähige Aufschlämmung. Die Aufschlämmung wurde dann rasch in die Hand-Bahnform gegossen, in der sich bereits etwa 8000 ml Wasser oberhalb des Handbahnsiebes befanden. Das Ablaufventil wurde geöffnet und das Wasser wurde abfließen gelassen, bis sich auf der ausgebildeten Matte kein freies Wasser mehr befand.

Das Handbahnsieb mit der so gebildeten Matte wurde herausgehoben und über einen Vakuumschlitz gezogen, um überschüssiges Wasser aus der Matte abzuziehen. Dann wurde das die Matte tragende Sieb zwischen Löschblätter aus absorbierendem Material gelegt, wobei sich 3 unterhalb des Siebes und 3 auf der Matte befanden, und die gesamte Anordnung in einer hydraulischen Laboratoriums-Plattenpresse bei einem Ablesedruck von etwa 409 kg gepreßt. Die Matte wurde dann von dem Sieb abgehoben und auf einen Heizplatten-Trockner von 120°C gelegt, bis die Handbahn konstantes Gewicht erreicht hatte.

Eine aus dieser Handbahn ausgeschnittene Scheibe mit einem

909883/0901

Durchmesser von 6 cm wurde in einem Seitz-Pilter angeordnet und destilliertes Wasser wurde unter einem Vakuum von 381 mm Hg in 17 Sekunden durch die Scheibe geleitet. 100 ml eines trüben, gelblich-braunen bis hellbraunen übelriechenden Abwassers einer Trübung von 44 JTU (Jackson-Trübungs-Einheiten), gemessen mit Hilfe eines Hach-Trübungsmeßgerätes, welches aus einer städtischen Abwasseraufbereitungs-Anlage abgelassen worden war, wurde in gleicher Weise innerhalb von 20,8 Sekunden durch die gleiche Scheibe filtriert. Das dabei erhaltene Filtrat zeigte eine Trübung von 10 JTU (es kann daher als ebenso klar wie Trinkwasser betrachtet werden, dessen Trübungswert ebenfalls 10 JTU beträgt).

Beispiel 2

Matte gemäß Beispiel 1 und Polyester:

6,8 g Cellulose (aus Lumpen) und 3,4 g Polystyrol-Mikroteilchen, die beide in Form eines gemeinsamen Holländer-Produkts (Cobeat) vorlagen, und 0,84 g Trevira-Polyester (unten genauer bezeichnet) sowie 650 ml Wasser wurden 1 Minute lang in einem Waring-Mischer gerührt, was zum Erzielen einer gleichförmigen Dispersion ausreichte. 40 ml dieser Mischer-Aufschlämmung wurden in einem 3000 nil-Becher aus rostfreiem Stahl unter Rühren mit einem Schraubenrührer in 1 500 ml Wasser eingemischt. Innerhalb einiger Sekunden war das gleichförmige Dispergieren beendet und eine glatte, sehr fließfähige Dispersion erreicht.

In dem Becher aus rostfreiem Stahl und unter gleichförmigem Rühren der Dispersion wurde 0,3 g des Polyesters eingemischt und danach wurde der restliche Anteil der Ausgangsaufschlämmung aus Lumpencellulose, Mikroteilchen und Polyester zugefügt und das Rühren der vollständigen gleichförmigen Aufschlämmung wurde noch einige Minuten fortgesetzt. Diese Aufschlämmung wurde dann rasch in die Handprobenform gegossen, welche die gleiche Wassermenge wie in Beispiel 1 enthielt,und eine Hardbahn wurde wie in Beispiel 1 geformt und getrocknet. Die getrocknete Matte hatte

909883/0901

eine Dicke von 0,025 mm.

Eine aus dieser Matte ausgeschnittene Scheibe mit einem Durchmesser von 6 cm wurde in dem gleichen Seitz-Filter befestigt. 100 ml einer wässrigen Lösung des basischen Blaufarbstoffes Ponsol (der zur Papierherstellung eingesetzt wird) mit einem Trübungswert von 100 JTU (gemessen mit der Hach-Trübungsmeßvorrichtung) wurde auf die in dem Filter befindliche Scheibe gegossen und unter dem gleichen Vakuum wie vorher in 90 Sekunden durchfiltriert. Die Trübung des Filtrats betrug 11 JTU (die Lösung war für das Auge farblos und kann wegen der . ■ Annäherung an den Wert von 10 JTU für Trinkwasser als klar bezeichnet werden).

Beispiel 3

Matte gemäß Beispiel 1 mit dem Zusatz von Polyester und Aktivkohle:

Mit Hilfe der in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrensweise wurde eine Matte hergestellt, wobei 6,8 g (Lumpen)-Cellulose, 3,4 g der Mikroteilchen, 0,84 g Polyester und 4,7 g feinverteilte Aktivkohle (NUCHAR S-N) unter Rühren in 650 ml Wasser etwa 1 Minute lang " im ·. Waring-Mischer gemischt wurden, sodaß eine gleichförmige Dispersion erzielt wurde und diese Dispersion dann wie in Beispiel 2 weiter verarbeitet wurde, um eine fertige Matte, welche diese 4 Bestandteile enthielt, herzustellen.

100 ml des gleichen endgültigen Abstroms aus einer städtischen Abwasser-Aufbereitungsanlage, wie er in Beispiel 2 verwendet wurde, wurden unter dem gleichen Vakuum durch eine Scheibe des Durchmessers 6 cm aus dieser Matte filtriert, die in einem Seitz-Filter befestigt war. Dabei wurde innerhalb von 63,5 Sekunden ein farbloses Filtrat mit einem Trübungswert von 6 JTU (gemessen mit Hilfe der Hach-Trübungsmeßvorrichtung) erhalten. ■

909883/0901

Beispiel 4

Behandlung des Abwassers einer Kraftpapiermühle mit der Matte gemäß Beispiel 3:

Es wurde lange Zeit als sehr schwierig angesehen, den dunkelbraunen wässrigen Abstrom aus Kraftpapiermühlen von seiner unerwünschten sehr dunkelbraunen Verunreinigung zu befreien, wenn auch in jüngerer Zeit ein sehr unwirtschaftliches Verfahren in Betracht gezogen wurde.

100 ml des dunkelbraunen endgültigen Abwassers, das eine Anfangstrübung von 150 JTU zeigte, wurden durch 5 Lagen der aus einer Handbahn geschnittenen Scheiben mit einem Durchmesser von 6 cm filtriert. Die verwendete Bahn wurde wie in Beispiel 3 aus 3,4 g (Lumpen)-Cellulose, 2,3 g Mikrotelichen, 0,3 g Polyester und 10 g feinverteilter Aktivkohle (entsprechend 62,5 % der Gesamtfeststoffe) erhalten. Das nach dem Passieren der 5 Lagen von 6 cm-Scheiben, angeordnet in dem Seitz-Filterj unter dem gleichen Vakuum wie vorher innerhalb von 90 Sekunden aus 100 ml dieses Abwassers erhaltene Piltrat hatte, gemäß einer Messung mit Hilfe des Hach-Trübungsmeßgerätes, einen Wert von 3 JTU. Das Filtrat wurde dann innerhalb von 50 Sekunden durch die gleichen 5 Schichten aus dieser Matte geleitet und zeigte danach einen Trübungswert von 0.

Beispiel 5

Matte gemäß Beispiel 2 mit dem Zusatz von Diatomeenerde:

Eine Handbahnmatte wurde aus 6,8 g Cellulose, 3,4 g Mikroteilchen, 0,84 g Polyester wie in Beispiel 2 und nach der Verfahrensweise des Beispiels 2 hergestellt, wobei jedoch zusätzlich der Dispersion in dem Becher aus rostfreiem Stahl 4,7 g Diatomeenerde (HIGH FLOW SUPERCEL) zugemischt wurden. Die Handbahnmatte wurde dann wie in Beispiel 2 fertiggestellt. 100 ml einer wässrigen Lösung des basischen Farbstoffes Ponsol

909883/0901

mit einem Trübungswert von 124 JTU wurden unter dem gleichen Vakuum wie vorher durch eine in einem Seitzfilter befestigte Scheibe aus der Matte mit einem Durchmesser von 6 cm filtriert. In 130 s wurde ein Filtrat mit einer Trübung von 10 JTU (gemessen mit Hilfe des Hach-Meßgeräts) erhalten, das für das Auge farblos und somit klar erschien.

Das nachstehende Beispiel wurde unter Verwendung eines Papierherstellungsverfahrens und einer Papierherstellungsvorrichtung durchgeführt.

Beispiel 6

Matte aus Cellulose, Polymer-Mikroteilchen, Polyester, Kohle und Diatomeenerde.

In eine Papierbreimaschine (Pulper von E.D. Jones, Pittsfield, USA, Nr. 3HI-LOW), die 7570 Liter Wasser enthielt und mit einem sogenannten Entfaserungsrotor(Durchmesser 76 cm), der mit 800 UpM rotierte und mit einem Entklumpungs- und Zirkulationsrotor (Durchmesser 1143 cm), der mit 218 UpM rotierte, ausgestattet war, wurden 685,7 kg nasses gebleichtes Baumwollhalbzeug (sogenannte naß zerfaserte Lumpen-Baumwollfasern für die Papierherstellung, 589,7 kg Trockengewicht) an einer Stelle eingeführt, an der sie anfänglich von dem Entklumpungs- und Zirkulations-Rotor erfaßt wurden und dann einer kreisförmigen Bewegung während etwa 10 Minuten unterworfen würden, so daß sie als gesonderte Pasern in im wesentlichen klumpenfreien Zustand mit Hilfe des Entfaserungsrotors in Form einer

90 9883/09 01

homogenen Aufschlämmung dispergiert wurden. Die erhaltene Aufschlämmung wurde dann in den Holländer gepumpt, dessen Schlagwalze (Durchmesser 182,9 cm; Breite 182,9 cm) mit 118 UpM rotierte.

In diese Holländerauf schlämmung wurden dann 317,52 kg (Trockengewicht) Polystyrol-Mikroteilchen (12 % eines wasser-ge-—■ r bundenen Produkts mit 2328,5 1 festgehaltenem Wasser) eingemischt. Das Mahlen wurde 10 Minuten fortgesetzt, wobei ein homogenes Gemisch erhalten wurde, welches dann in einen Holländer (E.D. Jones Bertram) gepumpt wurde, der '■ 3 Messerblöcke, mit jeweils einer Länge von 104,2 cm und einer Breite von 33,66 cm aufwies, deren jeder mit 19 Leisten einer Breite von 4,77 mm und einer Tiefe von 6,4 mm, die im Abstand von 12,7 mm angeordnet waren, versehen war.

Die dabei erhaltene Aufschlämmung (Feststoffgehalt 907,2 kg) einer Konsistenz von k,k % wurde mit dem Papierholländer bei 90 % Preßdruck raffiniert, bis die Aufschlämmung einen Mahlungsgrad von 500 (gemessen mit dem Schopper-Riegler-Tester) in etwa 8 Stunden erreicht hatte.

Die 208,2 Liter der Papierholländer-Aufschlämmung wurden dann in den Holländerkasten übergeführt und mit Hilfe von 2 horizontalen Propellerrührern, die mit 303 UpM betrieben wurden, gemischt, wobei unter Rühren 45 420 Liter Wasser zugesetzt wurden. Zu der erhaltenen verdünnten Suspension wurden 43,36 kg halbmattierter, optisch weiß-gemachter Polyäthylenterephthalat-Polyester in Form von 1,27 cm langen Fasern (1,5 Denier) zugemischt, die mit Hilfe des üblichen Schmelz spinnverfahr ens ersponnen waren und eine spezielle Oberflächenausrüstung hatten, welche mit den meisten anionischen, kationischen oder nicht ionischen Bindemitteln verträglich war (dadurch virdrasche uxL aus-

909883/0901

gezeichnete Dispersionsbildung mit zahlreichen System und Additiven erreicht). Die Lösungsviskosität des Polyesters betrug 770 + 20, bezogen auf 0,5 g\.-. ■■ _} gelöst in 50' ml eines Lösungsmittels aus 40 Gewichtsteilen Tetrachloräthan und 60 Gewichtsteilen Phenol bei 25°C (die Lösungsviskosität ist die Viskosität der Polymerenlösung, dividiert durch die Viskosität des Lösungsmittels, wobei das erhaltene Resultat minus 1 mit 1000 multipliziert wird), einen Schmelzpunkt von 48,67°C, schrumpft nicht in siedendem Wasser und besitzt eine Bruchdehnung von 45 % (im Handel erhältlich als TREVIRA 101 der American Hoechst Corporation* USA).

10 Minuten nach der Zugabe des Polyesters wurden 113,4 kg Diatomeenerde (HI-FLOW SUPERCEL), 127 kg feinverteilte . Aktivkohle (NUCHAR S-N der Westvaco Corporation, USA) und 443,2 kg der raffinierten Holländer-Aufschlämmung zugemischtίDann wurde, ausreichend Wasser zugesetzt, um eine Konsistenz von 0,58 % einzustellen. Dänach wurde die homogene, weiter verdünnte Dispersion in den Maschinenkasten gepumpt (der bei der Papierherstellung für den Vorrat benutzt wird, der in den Aufgabekasten geleitet wird, aus welchem die Dispersion auf die Fourdrinier-Maschine übergeführt wird).

Aus dem Maschinenkasten wurde die endgültig verdünnte Aufschlämmung auf ihren Weg zu dem Aufgabekasten durch eine Vorratspumpe geleitet, welche die Aufschlämmung mit 1170 UpM an einem elektronischen in der Leitung angeordneten Konsistenz-Sensor vorbei dosierte, der so eingestellt war, daß er ein Signal an eine Kontrollvorrichtung abgab, welche durch Starten eines Stroms zu einem pneumatischen Wandler das zur Verdünnung dienende Wasserventiel am Saugpunkt der Beschickungspumpe regelt, so daß die Zuführung von benötigtem Verdünnungswasser vor dem Passieren eines weiteren Konsistenz-Sensors ermöglicht wird.

Die Aufschlämmung wird dann weiter durch einen in der Leitung angeordneten magnetischen Strömungsmesser geführt, der mit

909883/0901

einem magnetischen Stromumwandler in Verbindung steht, welcher ein Signal an eine Regelvorrichtung abgibt, die mit Hilfe eines Stromes einen Betatigungswandler beschickt, um ein Strömungsventil zu betätigen, welches die Strömung der Aufschlämmung (bei einer Konsistenz von 0,58 %) zu dem Kasten der Flügelpumpe regelt. Die Flügelpumpe wurde bei 1750 UpM betrieben und mit Hilfe von Temperaturregeleinrichtungen wurde die Temperatur der Aufschlämmung auf 48,5°C erhöht. Die Aufschlämmung wurde bei dieser Konsistenz und Temperatur in einer Menge von 340,7 1 pro Minute weiter durch einen magnetischen Strömungsmesser (ähnlich dem Einfluß-Strömungsmesser (Gate-Strömungsmesser)) und in einen offenen Rice Barton-Aufgabekasten geleitet.

Von dort aus wurde die unter der Stauvorrichtung des Aufgabekastens weitergeführte Aufschlämmung in gleichförmiger Ausbreitung und Strömung über das sich bewegende Fourdriniersieb ausgebreitet, das 78 Stränge in der Bewegungsrichtung und 50 Stränge in Querrichtung aufwies und 18,47 m lang und 2,72 m breit war, und einer seitlichen Rüttelbewegung der Maschine mit 160 Ausschlägen pro Minute und einer Linearbewegung von 19,1 mm pro Ausschlag-Cyklus unterworfen.

Zusätzlich zu der Entwässerung durch das Sieb wurde Wasser aus der Aufschlämmung entfernt, während das Sieb sich über 5 Rice Barton-Vakuumkästen bewegte (2 davon befanden sich in der Nähe der Gautschwalze und wurden mit 76,2 mm Hg betrieben). Eine weitere Entwässerung erfolgte oberhalb der Saug-Gautschwalze unter einem Vakuum von 533 mm Hg. Die Aufschlämmung (mit einem Trocknungsgrad von etwa 30 %) wurde bei der Gautschwalze von dem Sieb herabgeführt und durch einen Filz aufgenommen und durch eine erste Naßpresse (unter einem pneumatischen Druck von 1,5 kg pro cm ) ■ ' geführt und lief weiter (bei einem Trocknungs-. grad von 33 %) durch eine gegenläufig rotierende Naßpresse mit einer Belastung von 2,2 kg pro cm . Dort erreichte die Aufschlämmung einen Trocknungsgrad von 38 % und wurde dann in den ersten Dampf-beheizten Trocknerabschnitt (mit 8 Gardner-Trocknern ausgestattet) geführt, der mit Albany 'Dri-Screens ver-

909883/0901

- -25 -

sehen war, wobei die obere Trocknertemp eratur auf 2öO°C eingestellt war und die Temperatur der Trommeloberfläche 65,5 C betrug. · '_ ^r

Die Bahn wurde dann zu einem zweiten ähnlichen Abschnitt aus 6 solchen Trocknern mit ähnlichen Sieben weitergeführt, die jeweils mit stationären Lodding-Streichmessern ausgestattet waren, wobei die Trocknungstemperatur 132°C bei einer Atmosphäre Dampfdruck betrug. Die fertige Bahn, welche die zuletzt erläuterten Trockner verließ (bei einem Trocknungsgrad von 94 %) wurde dann auf eine Aufnahmehaspel für die Mattenbahn aufgenommen. Das Verfahren, welches bei einer Bahngeschwindigkeit von 21,34 m pro Minute durchgeführt wurde, produzierte 765,8 kg der fertigen Matte pro Stunde, wobei die Mattenbahn eine Breite von 226 cm und ein Gewicht von 27,2 kg je 500 Blätter von 43,2 cm χ 55,9 cm hatte.

Die Diatoineenerde in den Matten der Beispiele 5 und 6 (1) verbessert das Abfiltrieren von feinverteiltem Material aus seinen Suspensionen in einer Flüssigkeit, welche durch die Matten filtriert wird, und (2) trägt offensichtlich in geringerem Maß als die Mikroteilchen zur Verbesserung der Strömungsrate bei. Wenn die Matten zur Filtration einer Flüssigkeit angewendet werden, bei der das Haupterfordernis die Entfernung des Gehalts an feinen Teilchen bei einer vernünftigen Strömungsrate ist, sollte der Gehalt der Matten an Diatomeenerde erhöht werden, gegebenenfalls bis zu einem Anteil von etwa 30 Gewichts-% des Gesamtfeststoff gehalts .

Das kolloidale Aluminiumoxid-monohydrat ist Boehmit mit der chemischen Struktur AlOOH, ein weißes Pulver, das sich in Wasser unter Bildung eines stabilen kolloidalen Sols dispergieren läßt, dessen grundlegende Teilchen faserförmige Kristalle einer Länge von etwa 100 bis 1 500 um und mit einem Durchmesser von etwa 5 pm sind, welches ursprünglich als Emulgier- und Verdickungsmittel verwendet wurde.

Wenn dieses kolloidale Aluminiumoxid-monohydrat den erfindungs-

909883/0901

gemäßen Matten einverleibt wird, sind diese befähigt, aus wässrigen Medien gelöste Chromsäure oder Dichromate zu entfernen, wie sie beispielsweise in den wässrigen Abströmen aus Verchromungsanlagen enthalten sind. Diese Brauchbarkeit wird durch das nachstehende Beispiel erläutert, ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Beispiel 7

Kolloidales Aluminiumoxid-monohydrat enthaltende Matte:

(a) Hand-Bahnmatten, welche das kolloidale Aluminiumoxid-monohydrat enthielten, wurden mit Hilfe der in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrensweise aus folgenden Ausgangsmaterialien hergestellt:

5,4 g nasse gemahlene Holländer-Aufschlämmung (mit einem Wassergehalt von 6 %),

0,2 g Trevira-Polyester,

20 g Polystyrol-Mikroteilchen (13 % Feststoffgehalt), 5 g pulverförmiges kolloidales Aluminiumoxid-monohydrat und

5 g pulverförmiges Kaliumcarbonat.

Bei einigen Ausgangsmaterialien, die frei von Kalziumcarbonat waren, zeigte die gebildete nasse Handbahn die Neigung, an dem Sieb zu haften (in dem Handbahn-Kasten). Diese Neigung wird durch Zugabe einer ausreichenden Menge an Kalziumcarbonat zum Verhindern dieser Haftung ausgeschaltet.

Eine 120ppm · Kaliumdichromat in destilliertem Wasser enthaltende Lösung zeigte eine Trübung von 72 JTU (gemessen mit dem Hach-Trübungsmeßgerät), bezogen auf die nachstehend beschriebene Tabelle.

100 ml dieser Dichromatlösung wurden durch eine aus der Handbahn der Matte dieses Beispiels ausgeschnittene Scheibe mit einem Durchmesser von 6 cm, die in einem Seitz-Filter befestigt war (wie vor Beispiel 2 beschrieben), innerhalb von 55,2 Sekunden filtriert. Die ersten 80 ml des Filtrats

909883/0901

erschienen bei Betrachtung mit dem Auge farblos und zeigten einen Meßwert von 30 JTU bei der Messung mit dem Trübungsmeßgerät. Nachdem das Filtrat durch die gleiche Scheibe filtriert worden war, zeigte das in 37,2 Sekunden ■ erhaltene neue Filtrat ebenfalls einen Wert von 30 JTIJ.

Dann wurden weitere 100 ml dieser Lösung durch 2 der gleichen Scheiben aus der Matte geleitet, was 115 Sekunden erforderte. Dabei wurde ein offensichtlich farbloses Filtrat mit einem Meßwert von 25 JTU erhalten.

In gleicher V/eise wurden 100 ml dieser Lösung durch eine entsprechende Scheibe aus Filterpapier ¥hatman Nr. 5 filtriert, wobei ein gefärbtes Filtrat mit einem Wert von 70 JTU erhalten wurde.

Dann wurden in gleicher Weise 100 ml destilliertes Wasser durch die angegebene Scheibe der Matte mit kolloidalem Aluminiumoxid-monohydrat filtriert, wobei 53»1 Sekunden für das Durchlaufen erforderlich waren.

In gleicher Weise wurden 100 ml der angegebenen Dichromat-Lösung gleichzeitig durch 3 dieser Scheiben filtriert, wobei innerhalb von 260 Sekunden ein Filtrat mit einem Meßwert von 19 JTU erhalten wurde. Wenn dieses Filtrat dann erneut durch die gleichen 3 Matten innerhalb von 130 Sekunden geleitet wurde, so ergab das Filtrat einen Wert von 10 JTU.

(b) Eine weitere Matte wurde aus dem gleichen Ausgangsmaterial wie in Teil (a) dieses Beispiels hergestellt, mit der Abänderung, daß der Anteil des kolloidalen Aluminiumoxid-monohydratsauf 10 g erhöht wurde. 100 ml einer Lösung von 110 ppm Kaliumdichromat in Wasser wurden in gleicher Weise durch 2 Scheiben filtriert, die miteinander in dem Seitz-Filter befestigt waren. Die ersten 80 ml waren klar und farblos und die letzten 20 ml des Filtrats zeigten einen Wert von 16 JTU. Die Gesamtdauer betrug 131,5 Sekunden.

909883/0901

(c) Zu Vergleichszwecken wurden 100 ml einer Lösung, die 138 ppm Kaliumdichromat in destilliertem Wasser enthielt und einen Meßwert von 90 JTU zeigte, durch eine Scheibe mit einem Durchmesser von 6 cm der Aktivkohle enthaltenden Matte gemäß Beispiel 6 während einer Dauer von 21,5 Sekunden filtriert. Dabei wurde eine Verminderung der Färbung auf nur 74 JTU erreicht. Wenn das Filtrat durch die gleiche Scheibe erneut filtriert wurde, so wurde die Färbung nur auf 72 JTU vermindert.

Es ist schwierig, einen spezifischen Bereich für den Anteil des kolloidalen Aluminiumoxid-monohydrats in den verschiedenen erfindungsgemäßen Matten anzugeben, weil der geeignete Bereich für die Wirksamkeit von den Unterschieden in der Art der festen Grundbestandteile der Matte sowie von Änderungen im Gehalt von anderen in der Matte vorliegenden festen Materialien abhängt.

Der Anteil <äes kolloidalen Aluminiumoxid-monohydrats wird daher am besten als die Menge angegeben, die ausreicht, um aus einem wässrigen Medium einen geeigneten, wesentlichen Anteil des unerwünschten anorganischen Materials, wie Chromsäure und/oder Dichromate, die in dem Wasser vorhanden sind, zu entfernen. Es wurde festgestellt, daß eine erfindungsgemäße Matte, die das kolloidale Aluminiumoxid-monohydrat in einer Menge von etwa 28 bis etwa '44 % und vorzugsweise etwa 30,5 %t bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Matte, enthält eine bedeutende und wertvolle Verminderung des Chromsäure- und/oder Dichromatgehalts von wässrigen Medien verursacht.

Die vorstehend erwähnte Tabelle für unterschiedliche Mengen an Kaliumdichromat in destilliertem Wasser wurde erhalten, indem verschiedene Konzentrationen eingestellt und dann mit Hilfe des Trübungsmeßgeräts der JTU-Wert für jede der Konzentrationen bestimmt wurde. Dabei wurde folgende Tabelle erhalten:

909883/0901

Meßwert	JTU
90	H
48	Il
28	It
15	Il
10	Il
6	Il
4

Gelöste Menge

138 ppm 49 " 35 u

18 » 9 " 5 H 3 η

In der Lösung, die 5 ppm Kaliumdichromat enthält und einen Wert von 6 JTU zeigt, kann visuell eine hellgelbe Färbung festgestellt werden. In einer Lösung, die nur 3 ppm dieses Dichromats enthält und einen Ablesewert von 4 JTU zeigt, wird jedoch keine Färbung festgestellt und die Lösung erscheint für das Auge farblos, das gleiche gilt für eine Lösung, die 1 ppm Kaliumdichromat enthält.

Die in den Beispielen 1 bis 3> 5 und 6 verwendeten Cellulosefasern, wie die zur Herstellung der gemeinsamen Holländer-Suspension verwendeten Cellulosefasern, waren Baumwollfasern, wie in Form von naßgemahlenen Baumwoll-Lumpen, die gewöhnlich etwa 80 bis etwa 6 % ¥asser enthalten, weil dies wirtschaftlich ist. Es können auch Cellulosefasern aus irgendeiner anderen praktisch geeigneten Quelle für Baumwollfasern verwendet werden, selbst aus Baumwoll-Linters sowie aus Hölzzellstoffbreij, wie er zur Herstellung von Schreibpapier verwendet wird. Jede dieser Faserarten kann auch in trockener Form eingesetzt werden, wenn sie in dieser erhältlich sind oder wenn dies aus irgendeinem besonderen Grund wünschenswert ist. So können die Baumwallfasern in einem der Beispiele sowie auch in einer der nachstehend angegebenen weiteren Modifikationen dieser Beispiele aus irgendeiner der anderen geeigneten Quellen stammen und Matten,, die unter Verwendung solcher Cellulosefasern gebildet werden, können ebenso als erfindungsgemäße Beispiele dienen.

Die Polystyrol-Mikroteilchen der Beispiele 1 bis 3, 5 und 6 können teilweise oder ganz durch Mikroteilchen aus irgendeinem

909883/0901

anderen geeigneten geschäumten thermoplastischen Styrol-Polymeren oder Polyolefin aus einem niederen Olefin oder aus geschäumten flexiblen Polyurethanen bestehen, die in geschäumter Form nicht spröde sind. Zu den geeigneten niederen Polyolefinen von Polyäthylen bis Polymethylpenten gehören auch Polypropylen und Polybuten.

In jedem der Beispiele 1 bis 6 und in jeder der vorstehend angegebenen Modifikationen dieser Beispiele können die Mikroteilchen mit einer beliebigen Wassermenge, die von ihnen festgehalten wird, beladen sein. Die Mikroteilchen können in diesen Beispielen zusammen mit unterschiedlichen Mengen an festgehaltenem Wasser eingesetzt werden, weil sie in dieser Form leichter zugänglich und wirtschaftlicher sind.

Die in Beispielen 3, 5 und 6 verwendete Aktivkohle (Westvaco, NUCHAR S-N) kann durch beliebige andere Aktivkohlesorten (beispielsweise erhältlich von Westvaco) ersetzt werden.

Wenn beispielsweise die Matte zur Adsorption von Phenol eingesetzt werden soll, ist Aktivkohle, die ein saures Waschwasser beim Waschen mit Wasser ergibt, vorteilhaft, weil die saure Aktivkohle zu einer höheren Phenoladsorption führt (beispielsweise NUCHAR N-A von Westvaco). Die vorher in den Beispielen 3, 5 und 6 beschriebene Aktivkohle (NUCHAR S-N) ergibt ein neutrales Waschwasser.

Diese beiden Sorten von Aktivkohle können darüber hinaus durch beliebige andere erhältliche Aktivkohlen ersetzt werden (beispielsweise DARCO der I.C.I. (USA) Ltd. und NORIT der American Norit Co.). Hochwirksam ist außerdem Aktivkohle aus Pecannußschalen (Produkt der Barneby-Cheney), beispielsweise für die Adsorption von Schwefeldioxid aus Gasströmen, wofür sie eine weit größere Adsorptionskapazität zeigte als andere Aktivkohle-Sorten. Beliebige andere für die Gasadsorption geeignete Aktivkohlen aus verschiedenen Quellen, beispielsweise Knochenkohle, Kohle, Kohle aus Erdöl-Destillationsrückständen oder anderen Nußschalen, können verwendet werden. Wenn daher die Beispiele 3,

809883/0901

5 und 6 unter Verwendung von beliebigen Sorten der angegebenen Aktivkohlen wiederholt werden, werden die gleichen vorteilhaften Ergebnisse erzielt.

Die Matten der Beispiele 1 bis 3 und 5 können in großen Mengen (beispielsweise in industriellem Maßstab) mit Hilfe von dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Papierherstellungsmethoden hergestellt werden, die der in Beispiel 6 beschriebenen Methode ähnlich sind. Dabei können erforderlichenfalls geeignete Änderungen im Hinblick auf (1) die Anzahl der wesentlichen Komponenten, wie sie aus den Beispielen 1 bis 3, 5 und 6 hervorgehen, und (2) im Hinblick auf die spezifische Art jeder der angegebenen einzelnen wesentlichen Komponenten, sowie (3) im Hinblick auf die Mengenverhältnisse dieser Komponenten vorgenommen werden, die von den sehr speziellen Anwendungszwecken für die herzustellende Matte abhängen.

Um die jeweils geeignete Zusammensetzung festzustellen, sind leicht durchführbare Vorversuche ausreichend, in denen einige Hand-Bahnen hergestellt werden, um die Zusammenhänge von Bahn-Zusammenhalt, Zugfestigkeit und Strömungsrate festzustellen.

Die Matte gemäß Beispiel 2 ermöglichte die doppelte Fließrate (d.h. sie benötigte die Hälfte der Zeit) wie 3 Blätter aus Filterpapier Whatman Nr. 5. Durch dieses Filterpapier strömten 100 ml der Ponsol-Farbstofflösung in 196 Sekunden, wobei das Filtrat einen Trübungswert von 11 JTU zeigte.

Eine Lösung von 175 ppm Chloroform in destilliertem Wasser wurde hergestellt und unter Vakuum durch eine Scheibe der Matte gemäß Beispiel 6 mit einem Durchmesser von 9 cm (63,62 cm;) gesaugt, die in einem Büchner-Trichter befestigt war. Die Analyse des Filtrats zeigte, daß es nur 35 PPHi Chloroform enthielt, was eine Verminderung von 80 % nach einem einzigen Durchgang durch eine einzige Lage der Matte bedeutete. Danach wurde auch das in üblicher Weise aufbereitete Wasser aus den städtischen Wasserwerken, das 37 Teile Chloroform pro 1 Billion Teile enthielt, durch eine Scheibe mit einem Durchmesser von 6 cm der Matte gemäß Beispiel 6,

909883/0901

die in dem Seitz-Filter befestigt war, gegossen. Das Filtrat zeigte einen Chloroformgehalt, der auf 5 Teile pro 1 Billion Teile vermindert war.

Die nachstehenden Filtrationstests wurden jeweils gesondert durch Vakuumfiltration durch Scheiben der Matte gemäß Beispiel 6 mit einem Durchmesser von 9 cm, die in einem Büchner-Trichter befestigt waren, durchgeführt.

Der trübe, hell-bräunlich gefärbte Abstrom aus Taconit-Rückstand, aus dem Minenbetrieb _r der. Teilchen = voru.Amphibol-Asbest enthielt, führte zu einem klaren Filtrat, aus welchem die Asbestteilchen zu 99,5 % entfernt waren.

Ein trüber, gelber, übelriechender wässriger Abstrom, der 250 Teile pro 1 Billion Teile an mehrfach chloriertem Diphenyl (PCB) aus einer Industrieanlage enthielt, führte zu einem Filtrat mit nur 1 ppb des PCB.

Das Leitungswasser einer Farbstoff-Anlage, welches mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe enthielt (d.h. PAH), zeigte nach der Filtration eine 50-prozentige Verminderung des Gehalts an PAH.

Eine wässrige Lösung, die so gebildet wurde, daß sie 10 Phenol enthielt, zeigte nach der Filtration eine 70-prozentige Verminderung des Phenolgehaltes.

Jeder der nachstehend angegebenen wässrigen Abströme wurde gesondert durch eine kreisscheiben-förmige Platte mit einem Durch messer von 30,5 cm und durch eine Rahmenfilterpresse mit 10 Platten, die jeweils mit einer Platte aus der Matte gemäß Beispiel 6 mit einem Durchmesser von 30,5 qcm bedeckt waren, filtriert.

Ein Strom aus einem undurchsichtigen, braunen, übelriechenden Wasser aus dem unteren Mississippi ergab nach der Filtration ein klares farbloses und geruchloses Filtrat, das eine 99,5- prozentige Verminderung der Zahl der Coliformen und außerdem eine 62-prozentige Verminderung des TOC-Wertes zeigte.

909883/0901

Brunnenwasser, welches einen nicht identifizierten Schleim enthielt und als Kesselbeschickung in einer Industrieanlage verwendet wurde (dieses ¥asser verstopfte täglich die lonenaustauscherschicht) ergab ein vollständig klares farbloses und geruchloses Filtrat (in einer Rate von 90,8 Liter pro Minute) während eines kontinuierlich während 24 Stunden durchgeführten Filtrationstests ohne merkliche Verminderung der Fließrate.

Ein gefärbter, trüber und übelriechender Abwasserstrom, der Benzol, Benzaldehyd, Toluol und andere aromatische Verbindungen in einer Menge entsprechend einem Gesamtkohlenstoffgehalt von 2 320 ppm enthielt, zeigte nach einem einzigen Durchgang durch die Matten der Filterpresse eine vollständige Entfernung der Färbung, Trübung und des Geruches und eine Verminderung des TOC-Gehalts auf 256 ppm.

Ein stark undurchsichtiger, trüber und übelriechender wässriger Abstrom einer Papiermühle, der winzige Baumwollfasern und kolloidale Substanzen enthielt, ergab in kontinuierlicher Verfahrensweise ein klares, farbloses und geruchloses Wasserfiltrat.

Schwimmbadwasser mit einer solchen Trübung, welche die Durchsicht zum Boden des Beckens verhinderte, ergab bei der Testfiltration in einer Rate von 189 Liter pro Minute kontinuierlich Wasser, das klar genug war, um die Durchsicht bis auf den Boden des Beckens zu ermöglichen und das nur noch die Hälfte des bisher erforderlichen Chlorzusatzes benötigte.

Andere organische Substanzen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aktivkohle enthaltenden Matten aus Abwässern adsorbiert werden können, sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Xylol, Naphthalin, Anthracen, chlorierte Aromaten, wie Chlorbenzol, polychlorierte Diphenyle, Phenole, wie Kresol, Resorcin und Polyphenole,wie Tannine und Lignine, Trichlorphenol, Pentachlorphenol, hochmolekulare aliphatische Säuren und aromatische Säuren, wie Teersäuren, Benzoesäure, 2,4-Dichlorbenzoesäure, hochmolekulare aliphatische Amine und aromatische Amine, wie Anilin, Toluoldiamin, hochmolekulare geradekettige und verzweigte

909883/0901

Kohlenwasserstoffe und chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Gasolin, Kerosin, Tetrachlorkohlenstoff, Perchloräthylen und hochmolekulare Ketone, Ester, Äther und Alkohole, wie Hydrochinon und Polyäthylenglycol.

Eine 100 ml-Probe des weiß-trüben Waschwassers für die Vorrichtungen und Behälter aus einer Molkereianlage, das an einem Punkt vor der Behandlung entnommen wurde, zeigte eine Trübung von 135 JTU. Dieses Wasser wurde durch eine Schicht filtriert, die aus zwei Scheiben mit dem Durchmesser 6 cm aus (a) einer nach der Verfahrensweise des Beispiels 3 aus 6,8 g Cellulose, 4,6 g Polystyrol-Mikroteilchen, 0,85 g Polyester und 4,6 g Aktivekohle hergestellten Matte, einer Scheibe aus (b) einer Matte, die nach der gleichen Verfahrensweise wie die Matte in (a) hergestellt worden war, jedoch unter Verwendung von 15 g Aktivkohle, und einer Scheibe aus (c) einer nach der gleichen Verfahrensweise hergestellten Matte, die jedoch unter Verwendung von 3,4 g Cellulose, 2,9 g der Mikroteilchen, 0,43 g Polyester und 7,1 g Aktivkohle erhalten worden war, bestand. Nach 99 s war das Filtrat klar und farblos und hatte einen Trübungswert von 3 JTU.

Eine zweite Probe, die gleichzeitig aus einem früheren Abstrom entnommen wurde, war, nachdem sie Wasseraufbereitungsstufen einschließlich Tröpfchenfiltration, Absetzbecken und Chlorierung durchlaufen hatte, immer noch trüb-braun mit starkem Chlorgeruch und zeigte einen Trübungswert von 170 JTU im Hach-Trübungsmeßgerät. 100 ml dieser Probe wurde durch eine Schicht filtriert, die aus zwei der Scheiben aus der vorstehend genannten Matte (b), einer Scheibe der Matte (a) und einer Scheibe der Matte (c) bestand. Das nach 145 s erhaltene Filtrat war klar, farblos und geruchlos und zeigte einen Trübungswert von 3 JTU.

100 ml eines intensiv gelb gefärbten Wassers, das 75 ppm

909883/0901

2,4-Dinitrophenol enthielt und einen Trübungswert von 90 JTU zeigte, wurden durch zwei Scheiben mit dem Durchmesser 6 cm geleitet, die aus einer Matte aus 6,8 g Cellulosefasern, 4,6 g Polystyrol-Mikroteilchen, 0,4 g Aktivkohle und 6,8 g des TREVIRA-Polyesters ausgeschnitten waren. Das innerhalb von 24 s erhaltene Filtrat war farblos (5

100 ml eines intensiv gelb gefärbten Wassers, das 75 ppm des Herbizids 2-Methyl-4,6-dinitrophenol enthielt und einen Trübungswert von 75 «TTÜ hatte, wurde ebenfalls durch die zwei Scheiben mit 6 cm Durchmesser der unmittelbar vorher angegebenen Zusammensetzung geleitet. Das innerhalb von 24,8 s erhaltene Filtrat war ebenfalls farblos (5.JTU).

Die Bezeichnung "Naßstufen" des Verfahrens (flat wet stages), die im Zusammenhang mit der Naßfestigkeit der Matrix in Patentansprüchen und der Beschreibung angewendet wird, bezieht sich auf die Stufen bei der Herstellung der Matrix, in denen diese auf dem Fourdrinier-Si eb geformt und auf einem Filz durch die Entwässerungspressen und danach zur Vervollständigung der Trocknung auf die Trocknertrommeln geführt wird (wie in Beispiel 5 beschrieben) .

Die den erfindungsgemäßen Matten einverleibte Diatomeenerde ist feinverteiltes Kieselgur», wie das vorstehend erwähnte, handelsübliche "HI-FLOW SUPERCEL".

Sl/Wu/HJ

Claims

PATENTANW/.LTS

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-hOPF EBBtNGHAuS FINCK

MARIAHIUFPLATZ 2 Λ 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95Ο16Ο, D-8OQO MÖNCHEN 95

professional representatives also before the european patent office

- · karl luowiq schiff (1984-1878)

oipl. chem. dr. alexander v. föner

dipl. inq. peter strehl

oipl. chem. or. ursula schöbel-hopf

oipl. inq. dieter ebbinshaus

dr. inq. dieter finck

telefon (08s) 48 sos« telex b-23 500 auro d

auromaropät München

Max Klein

DEA-20291 6. Juli 1979

Matte mit ausreichender .Porosität_iirfürjdjus Filtration -von leicht fließfähigen Flüssigkeiten

PATENTANSPRÜCHE

1j) Matte mij? ausreichender Porosität -für¹ die Filtration leicht "fließfähigen- Flüssigkeiten zur wirksamen Entfernung von suspendierten-teilchenförmigen Substanzen durch Filtration oder

von kolloidalen Substanzen oder dispergierten, - nicht .leicht löslichen organischen Substanzen. durch Adsorption aus diesen Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten und suspendierte teil- cheziförmige._ Substanzen j kolloidale Substanzen" oder .äis-. - ; - pergierte_f.nicht leicht loslielae organische -Substanzen -gegenüber den Bestandteilen der Matte inert sind. -

ORiGlNALlNSPECTED

dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einer im Naßverfahren abgelagerten Vlies-Matrix besteht, die aus regellos angeordneten, sich unregelmäßig überschneidenden und überlagernden Teilchen gebildet ist, die folgende Materialien enthält:

(1) Cellulosefasern in einer Menge, die ausreicht, um anfänglich die erforderliche Naßfestigkeit der Matrix während der Naßstufen des Herstellungsverfahrens der Matte hervorzurufen und um die Unversehrtheit oder den Zusammenhalt der Matte unter der Zugspannung, der sie während des Gebrauchs ausgesetzt ist, zu gewährleisten; und im Gemisch mit den Cellulosefasern:

(2) Mikroteilchen aus einem geschäumten, thermoplastischen, in geschäumter Form nicht spröden Polymeren, das wahlweise eines der nachstehenden Polymeren sein kann

a) ein Styrol-Polymeres,

b) ein Polyolefin, welches ein Polymeres eines Olefinhomologen von Äthylen bis Methylpenten mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Kette darstellt,

c) ein Schmelzgemisch aus Polyäthylen mit bis etwa 10. .;.,;· . Gewichta-% Polystyrol

d) ein Copolymeres des Polypropylens mit etwa 20 bis etwa 30 Gewichts-^ Polyäthylen,

β) ein Schmelzgemisch aus Polypropylen in einer Menge von mehr als 50 Gewichts-^, bezogen auf das Schmelzgemisch, und zum restlichen Teil

909883/0301

ORIGINAL INSPECTED

aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren mit bis etwa 30 Gewichts-^. Vinylacetateinheiten, und

f) einem expandierten flexiblen geschäumten Polyurethan,

wobei die vorstehenden Polymeren in der ursprünglichen geschäumten Form nicht spröde sind und die aus den genannten Polymeren bestehenden Mikroteilchen in .":=·-.■ einer-:·ι Menge vorliegen, die zur Einstellung des gewünschten Porositätsgrad und der gewünschten Fließrate der Matte für den jeweiligen Anwendungs zweck ausreicht; sowie gegebenenfalls mindestens einen der nachstehenden Bestandteile

(3) Fasern aus einem faserbildenden Polyäthylenterephthalat in mindestens einer solchen Menge, daß (a^!) sie gemeinsam mit den Cellulosefasern die ausreichende Naßfestigkeit der Matte gewährleisten, die erforderlich zur Ausbildung nach dem Nähverfahren und danach zur Überführung in die Trocknungs- und durch die Trocknungsstufen ist, und daß (b¹) sie gemeinsam mit den Cellulosefasern die für den vorgesehenen Anwendungszweck der Matte ausreichende Zugfestigkeit gewährleisten, die jedoch unterhalb der Menge liegt, bei der die zur Herstellung zur Matte verwendeten Polyester-Teilchen beginnen sich zu agglomerieren, während sie mit den anderen Bestandteilen bei der Bildung der Matte vermischt werden,

(4) feinverteilte Aktivkohle als Haupt-Adsorptionsmittel in . einer Menge unterhalb der Menge, bei der unerwünschtes

909083/090t

Stauben der feinverteilten Kohle aus der Matte auftreten kann;

(5) öiatome.enerde als einziges Adsorptionsmittel oder gemeinsam mit der feinverteilten Aktivkohle als Bestandteil, der gemeinsam mit den Mikroteilchen die gewünschte Porosität erhöht, in einer Menge, unterhalb der Menge, bei der unerwünschtes Stauben der Diatomeenerde aus der Matte auftreten kann;

(6) kolloidales Aluminiumoxid-monohydrat in mindestens der Menge, die ausreicht, um aus einem wässrigen Medium einen wesentlichen Anteil von in dem Medium vorliegender Chromsäure und/oder gelösten Dichromaten zu entfernen.
2. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 1 : Teil der Mikroteilchen und etwa 1 bis etwa 2 Teilen Cellulosefasern besteht.
3. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Polyesterfasern aus einem faserbildenden Polyäthylenterephthalat enthält.
4. Matte nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem feinverteilte Aktivkohle enthält.
5. Matte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß sie außerdem Diatomeenerde enthält.

909883/0901

-5- 1927407
6. Matte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die Mikroteilchen aus einem Styrol-Polymeren bestehen.
7. Matte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroteilchen aus Polystyrol bestehen.
8. Matte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroteilchen aus einem Polyolefin bestehen.
9. Matte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikroteilchen aus einem Polyurethan bestehen.
10. Matte nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch g e kennz eichne t, daß sie kolloidales Aluminiumoxidmonohydrat enthält.