Adsorptionsfilter zur Entfernung von Schadstoffen aus der Luft
spielen mit steigendem Umweltbewußtsein bzw. Erkennen der mit der
Luftverschmutzung verbundenen Gefahren eine immer größer werdende
Rolle. Die klassischen Adsorptionsfilter sind meist Schüttfilter,
die überwiegend Aktivkohle beinhalten. Daneben stoßen Filter, bei
denen Adsorberteilchen an einer Matrix haften, auf vermehrtes Interesse,
weil ihr Luftwiderstand um ca. eine Größenordnung geringer
ist.Adsorption filter for removal of pollutants from the air
play with increasing environmental awareness or recognition with the
Air pollution-related dangers become ever-increasing
Role. The classical adsorption filters are mostly bulk filters,
which contain predominantly activated carbon. Next to them are filters
which adsorber particles adhere to a matrix, to increased interest,
because their air resistance is about one order of magnitude lower
is.
Aus dem EP 01 00 107 sind Adsorptionsfilter bekannt, bei denen
ein offen- und großporiger PU-Schaumstoff mit einem Kleber beaufschlagt
und anschließend mit Adsorberkügelchen bestreut wird. Das
deutsche Patent 37 19 418.6 beschreibt eine Variante, bei der ein
derartiger Schaumstoff zuerst mit großen Adsorberkügelchen bestreut
wird und anschließend, nach Entfernung des Überschusses,
die dazwischen noch vorhandenen freien Wandflächen mit wesentlich
kleineren Kügelchen abgedeckt werden. Wegen der zur Verfügung stehenden
großen äußeren Oberfläche der Adsorber - hier beginnt die
Adsorption - hatte man sich eine bessere Filterleistung erhofft.
Voraussetzung war allerdings, daß die kleineren Kügelchen das Adsorbat
an die größeren wieder abgegeben.From EP 01 00 107 adsorption filters are known in which
an open and large-pored PU foam with an adhesive applied
and then sprinkled with Adsorberkügelchen. The
German Patent 37 19 418.6 describes a variant in which a
such foam initially sprinkled with large Adsorberkügelchen
and then, after removal of the excess,
the still existing between free wall surfaces with essential
smaller spheres are covered. Because of the available
large outer surface of the adsorber - here begins the
Adsorption - they had hoped for a better filter performance.
The prerequisite was, however, that the smaller beads the adsorbate
delivered to the larger again.
Leider hat es sich herausgestellt, daß der vorgeschlagene Filter
unter Umständen sogar schlechter funktioniert als die bereits bekannten
Ausführungen. Der Grund ist folgender: Unter Adsorptionsbedingungen
findet so gut wie kein Austausch zwischen kleinen und
großen Adsorberkügelchen statt. Wegen der sehr geringen Kapazität
sind die kleinen Kügelchen sehr schnell gesättigt und tragen
nicht mehr zur Adsorption bei. Sie können jedoch den freien Zugang
zu den größeren Kugeln im Basisbereich stören.
Unfortunately, it has been found that the proposed filter
may even work worse than the ones already known
Versions. The reason is as follows: Under adsorption conditions
finds as good as no exchange between small and
large adsorber beads instead. Because of the very small capacity
the small globules are very quickly saturated and wear
no longer for adsorption. You can, however, have free access
disturb to the larger balls in the base area.
Es wurde nun gefunden, daß insbesondere bei schwankender Belastung
des Filters die Filterleistung verbessert werden kann, wenn
zuerst große Adsorberteilchen bzw. Adsorberkügelchen, die die zu
adsorbierenden Stoffe sehr stark festhalten, aufgebracht werden
und anschließend die noch freien Stellen zwischen den großen Teilchen
mit kleinen Teilchen belegt werden, die das Adsorber weniger
stark binden. Wenn die Gleichgewichtskonzentrationen in der Dampfphase
für die kleineren Teilchen bedeutend höher sind als für die
größeren Teilchen, ist eine Wanderung des Adsorbats von kleineren
nach größeren Teilchen möglich. Bei der Adsorption spielen die
Van der Waal'schen-Kräfte zwischen Porenwand und Adsorbat die
Hauptrolle. Diese Kräfte sind bei gleicher Molekülmasse am stärksten,
wenn die Poren, in denen die Adsorption stattfindet, nur
wenig größer als die zu adsorbierenden Moleküle sind. Der Porendurchmesser
ist somit ein gutes Mittel, um die Adsorptionskräfte
zu steuern. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, ist es deshalb
am einfachsten, für die großen Adsorberkügelchen Adsorbentien mit
kleinen Mikroporen und für die kleinen Adsorberkügelchen solche
mit relativ großen Mikroporen zu wählen. Sofern es nicht erforderlich
ist, hochabriebfeste kugelförmige Adsorber zu wählen, können
Kornkohlen zur Anwendung kommen. Die erforderlichen Unterschiede
im Durchmesser der Mikroporen können durch unterschiedliche Ausgangsprodukte
(Kokosnußschalen, Buchenholz, Steinkohle usw.),
aber auch unterschiedliche thermische Behandlungen (Carbonisierungs-
und Aktivierungstemperatur, Dauer, Aktivierungsmethode
usw.) erhalten werden. Des weiteren gibt es zwei Arten von hochabriebfesten
kugelförmigen Adsorbern: die einen auf Pechbasis, die
anderen auf Basis von Styrol/Divinylkopolymere, wie sie zur Herstellung
von Ionenaustauschern dienen. Besonders für letztere können
durch besondere thermische Nachbehandlungen und insbesondere
durch unterschiedliche Verhältnisse der Kopolymere sehr unterschiedliche
Porenstrukturen geschaffen werden. Schließlich können
die großen und kleinen Adsorber völlig unterschiedliche Materialien
(wie z. B. Aktivkohle und hydrophobe Molekularsiebe) sein,
besondere Imprägnierungen haben usw.
It has now been found that, in particular under fluctuating load
the filter's filter performance can be improved if
first large adsorber or adsorber beads, the to
adsorbing substances very strong hold, be applied
and then the vacancies between the big particles
be occupied with small particles, the adsorber less
bind strongly. When the equilibrium concentrations in the vapor phase
for the smaller particles are significantly higher than for the
larger particles, is a migration of the adsorbate of smaller
possible for larger particles. When adsorption play the
Van der Waal's forces between pore wall and adsorbate the
Lead role. These forces are strongest at the same molecular mass,
if the pores where the adsorption takes place only
are little larger than the molecules to be adsorbed. The pore diameter
is thus a good means to adsorption
to control. Therefore, to achieve the desired effect, it is
easiest, for the large adsorber adsorbents with
small micropores and for the small adsorbent such
with relatively large micropores to choose. Unless required
is to choose highly abrasion-resistant spherical adsorbers can
Grain coals are used. The required differences
in the diameter of the micropores can by different starting materials
(Coconut shells, beech, hard coal, etc.),
but also different thermal treatments (carbonation
and activation temperature, duration, activation method
etc.). Furthermore, there are two types of highly abrasion-resistant
spherical adsorbers: the one based on pitch, the
others based on styrene / divinyl copolymers, as used in the preparation
serve ion exchangers. Especially for the latter
by special thermal aftertreatments and in particular
by different ratios of the copolymers very different
Pore structures are created. Finally, you can
the big and small adsorbers completely different materials
(such as activated carbon and hydrophobic molecular sieves),
have special impregnations, etc.
Die erforderliche Porenstruktur ist von den adsorbierenden Substanzen
abhängig. Größere Moleküle, insbesondere wenn man sie
zwecks Regenerieren des Filters auch wieder desorbieren möchte,
verlangen größere Mikroporen als z. B. flüchtige Substanzen. Hier
gelten die üblichen, dem Fachmann bekannten Richtlinien. Im Sinne
der Erfindung ist es jedoch nötig, daß die zwischen den größeren
Adsorberteilchen eingelagerten kleinen Adsorberteilchen größere
Mikroporendurchmesser aufweisen. Es hat sich herausgestellt, daß
letztere um mindestens 50% größer als jene der größeren Teilchen
sein sollen. Hier stehen dem Fachmann eine Vielzahl von Möglichkeiten
zur Verfügung.The required pore structure is of the adsorbing substances
dependent. Larger molecules, especially if you use them
would like to desorb again in order to regenerate the filter,
require larger micropores than z. B. volatile substances. Here
apply the usual, known to those skilled guidelines. For the purpose of
However, it is necessary for the invention to be that between the larger ones
Adsorber adsorbed small Adsorberteilchen larger
Have microporous diameter. It turned out that
the latter at least 50% larger than those of the larger particles
should be. Here are the expert a variety of ways
to disposal.
Beispielexample
-
(1) Ein offenporiger, retikulierter PU-Schaum mit 2-3 mm großen
Poren wurde mit einem Klebersystem auf Acrylatbasis beaufschlagt
und mit kugelförmigen Adsorbern auf Pechbasis (innere
Oberfläche 1100 m²/g, Mikroporendurchmesser 10 Å) mit Durchmesser
0,4 bis 0,7 mm beladen:
Schaum|60 g/l
Kleber 15 g/l
Adsorber 150 g/l
Mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 m/sec wurde CCl₄
beinhaltete Luft (5 g/m³) über eine 18 cm dicke Filterschicht
geleitet. Die Beladung mit CCl₄ dauerte 10 min, dann
wurde 10 min ausgesetzt, dann folgte eine Beladung von 10 min
und wieder eine Pause von 10 min usw. Der Abscheidungseffekt
betrug 99,9% während mindestens 6 Zyklen.(1) An open-pored reticulated PU foam with 2-3 mm pores was coated with an acrylate-based adhesive system and with spherical pitch-based adsorbers (inner surface 1100 m² / g, micro pore diameter 10 Å) diameter 0.4 to 0, 7 mm loaded: Foam | 60 g / l
Glue 15 g / l
adsorber 150 g / l
With a flow rate of 0.8 m / sec CCl₄ contained air (5 g / m³) was passed over a 18 cm thick filter layer. The loading with CCl₄ took 10 min, then 10 min was then followed by a load of 10 min and again a break of 10 min, etc. The deposition effect was 99.9% for at least 6 cycles.
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(2) Der gleiche PU-Schaum wurde mit Kleber beaufschlagt wie in
(1) und nach Beladen mit den gleichen Adsorberkügelchen
(Durchmesser 0,4-0,7 mm) und Entfernung des Überschusses nochmals
mit kleinen Adsorberteilchen von ca. 0,05 mm und einem
Mikroporendurchmesser von ebenfalls 10 Å bestreut.
Die Kohlemenge hat sich dabei gegenüber (1) nicht nennenswert
erhöht. Der Abscheidungseffekt betrug anfangs 99,95%, fiel
aber nach 10 Minuten auf 99,7%.(2) Adhesive was applied to the same PU foam as in (1) and after loading with the same adsorbent beads (diameter 0.4-0.7 mm) and removal of the excess again with small adsorber particles of about 0.05 mm and a micropore diameter of also 10 Å.
The amount of coal has not increased significantly compared to (1). The deposition effect was initially 99.95%, but dropped to 99.7% after 10 minutes.
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(3) Der Versuch (2) wurde wiederholt, jedoch kam bei der zweiten
Beladung (kleine Adsorberteilchen) eine großporige Aktivkohle
(Mikroporendurchmesser ca. 18 Å) zur Anwendung. Der Abscheidungseffekt
erreichte 99,95% und blieb konstant während der
darauffolgenden Zyklen.(3) The experiment (2) was repeated, but came in the second
Loading (small Adsorberteilchen) a large-pored activated carbon
(Micropore diameter about 18 Å) for use. The deposition effect
reached 99.95% and remained constant during the
subsequent cycles.