DE60113438T2 - Filtermedium und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Filtermedium. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellen besagten Mediums. Schließlich ist der Gegenstand der Erfindung die Verwendung des Mediums zur Reinigung von gasförmigen oder flüssigen Abfällen.
- Die sogenannte „photokatalytische" Reaktion, auch Photokatalyse genannt, besteht aus der Vernichtung der verschiedenen organischen und/oder anorganischen, in gasförmigen Abfällen und insbesondere Luft oder flüssigen Abfällen vorhandenen Schadstoffe durch photochemische Reaktion, welche Reaktion durch die Bestrahlung eines Photokatalysators mit Ultraviolettstrahlung zustande gebracht wird.
- Die Photokatalyse wird im Wesentlichen dadurch eingeleitet, dass ein Halbleiter-Feststoff (photokatalytisches Mittel, zum Beispiel TiO2) durch UV-Bestrahlung bei einer Wellenlänge unter 380 Nanometer aktiviert wird, was im Halbleiter Elektronenveränderungen verursacht und in der Gegenwart von gasförmigen oder flüssigen Abfällen, etwa Luft oder Wasser, an der Oberfläche des Halbleiters zur Bildung von oxygenierten und Hydroxylradikalen führt. Diese Radikalen greifen die auf dem Halbleiter adsorbierten organischen Verbindungen an und zersetzen durch eine Folge chemischer Reaktionen die Verbindungen bis zur letzten Phase der Oxydation.
- Wie bereits festgestellt wurde, kann als photokatalytisches Mittel, das die photokatalytische Reaktion wahrscheinlich auslöst, insbesondere aber ohne Einschränkung, Titandioxid-TiO2-Anatas verwendet werden, das durch UV-Licht aktiviert auf solche Weise elektronisch modifiziert wird, dass es zur Bildung von Hydroxyl-OH- und Sauerstoff-O-Radikalen führt, die die auf TiO2 adsorbierten organischen Kohlenstoffketten anzugreifen vermögen und sie zersetzen, bis der organische Kohlenstoff vollständig zu Kohlendioxid konvertiert ist.
- Es können aber andere photokatalytische Mittel in Erwägung gezogen werden, etwa insbesondere jene, die einen Teil der Gruppe bilden, die aus Metalloxiden, Alkalierde-Oxiden, Aktinidenoxiden und Seltene-Erden-Oxiden bestehen. In der Praxis werden die photokatalytischen Mittel mittels Bindemittel an Trägern befestigt, wie insbesondere natürlichen oder synthetischen Nonwovens, Glasfasern oder Metall- oder Kunststoffgittern.
- Besonders vorteilhafte photokatalytische Zusammensetzungen, die aus Vermischung eines photokatalytischen Mittels und des Bindemittels resultieren, sind von der Anmelderin im Dokument WO 99/51345 beschrieben.
- Diese Zusammensetzungen können zur Behandlung von Luft verwendet werden. In der Tat kann die Luft eine große Anzahl von Schadstoffen enthalten, darunter NOx, NH3, H2S, CO, O3, chlorierte oder nicht chlorierte C2-C4-Alkene, Chloromethan, Isooktan, Benzen, Toluen, Xylen, Isopropylbenzen, gesättigte aliphatische C1-C4-Alkohole, Methylmerkaptan, Chlorphenol, Nitrophenol, Methyl-Tertbutyl-Ether, Dimethoxymethan, C1-C4-Aldehyde, Aceton, Ameisensäure, Essigsäure, Isobutyrsäure, Dichloracetylchlorid, Dimethylformamid, Trimethylamin, Acetonitril, Pyridin, Methanethiol, Dimethyldisulfid.
- Die photokatalytischen Zusammensetzungen können auch zur Behandlung von flüssigen Abfällen, insbesondere Wasser verwendet werden, das mit organischen Verbindungen, Bakterien, Viren, Mikroben und so weiter verunreinigt ist.
- Im obenerwähnten Dokument WO 99/51345 hat die Anmelderin ein Filtermedium zur Behandlung von Luft oder Wasser beschrieben, das aus einem Träger besteht, das mit einer Zusammensetzung beschichtet ist, die sich aus einer Mischung von Bindemittel, photokatalytischem Mittel und aktiviertem Kohlenstoff ergibt. Wie in diesem Dokument erläutert ist, besteht die Aufgabe eines Filtermediums dieser Art darin:
- – erstens, aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche des aktivierten Kohlenstoffs, die in den Verunreinigungsspitzen vorhandenen Schadstoffe zu adsorbieren;
- – und anschließend durch photokatalytische Reaktion unter Ultraviolettstrahlung, die auf dem aktivierten Kohlenstoff adsorbierten Schadstoffe durch Desorption auf das photokatalytische Mittel zu zersetzen, weshalb die Regeneration besagten Kohlenstoffs ermöglicht wird.
- Obwohl, wie angedeutet, durch die intensive Vermischung von Aktivkohle und einem photokatalytischen Mittel die Lebensdauer des Mediums gesteigert werden kann, wird eine Sättigung der Lokalisationen der Aktivkohle mit dem Schadstoff unvermeidlich beobachtet, weil insbesondere durch die auf der Oberfläche der Schicht vorhandene Aktivkohle verhindert wird, dass die UV-Strahlung den in der Dicke vorhandenen Teil des photokatalytischen Mittels erreicht. Außerdem gibt nichts Anlass, was die Masse der Aktivkohleschicht und den Anteil der darin enthaltenen Aktivkohle anbelangt, zu einer einwandfreien Reinigung ohne Sättigung. Das heißt, die photokatalytische Reaktion ist nicht wirksam genug, um eine einwandfreie Regeneration der Aktivkohle auf solche Weise zu ermöglichen, dass es notwendig ist, das mit seinen Schadstoffen gesättigte Medium relativ häufig durch ein neues Medium zu ersetzen. Natürlich bleibt die Entsorgung des mit seinen Schadstoffen beladenen Filtermediums nicht ohne Folge auf die Umgebung.
- Das Dokument JP-11179118 beschreibt ein Filtermedium in laminierter Form, das sich aus einer Kombination einer Aktivkohleschicht mit einer Schicht photokatalytischen Mittels ergibt. Auch hier ist nichts über die Masse der auf Aktivkohle basierenden Schicht und den Anteil an Aktivkohle angegeben, der notwendig ist, um wirksame Reinigung zu ermöglichen, während eine Sättigung der Aktivkohle nach wie vor vermieden wird.
- Folglich besteht das Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll darin, ein neuartiges Filtermedium der oben beschrieben Art, das heißt auf einem Foto-Katalysatormittel und Aktivkohle basierend, zu entwickeln, die nicht die obenerwähnten Nachteile aufweist, insbesondere in Hinsicht auf das Problem der Sättigung von Aktivkohle durch den Schadstoff.
- Dazu umfasst das erfindungsgemäße, auf photokatalytischem Mittel und Aktivkohle basierende Filtermedium einen durchlässigen Träger, der mit einer ersten auf Aktivkohle basierenden Schicht bedeckt ist, dann eine getrennte zweite auf photokatalytischem Mittel basierende Schicht oder umgekehrt, wobei die Masse der auf Aktivkohle basierenden Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 ist.
- Tatsächlich hat die Anmelderin überraschend festgestellt, dass durch das Vorliegen des photokatalytischen Mittels und der Aktivkohle in Form von zwei getrennten Schichten eine Steigerung der Wirksamkeit der photokatalytischen Reaktion, die durch die Kombination von photokatalytischem Mittel und UV-Strahlung zustande gebracht wird, auf solche Weise ermöglicht wird, dass sie für kontinuierliche Entsättigung und somit endlose Regeneration der Aktivkohle ausreicht, wenn die Masse der auf Aktivkohle basierenden Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 und der Anteil von Aktivkohle den in Patentanspruch 1 angegebenen Bereichen entspricht. Folglich, auch wenn das Medium entfernt werden muss, insbesondere wegen Alterung des Trägers, würde es bei entsättigter Aktivkohle erfolgen und deshalb keinen Einfluss auf die Umgebung haben.
- Außerhalb der obenerwähnten Bereiche kann entweder das Filtermedium mit den Verunreinigungsspitzen (oberen Bereichen) nicht effektiv fertig werden, oder die Dicke der Schicht wird zu groß, so dass der untere Teil oder obere Teil der Schicht, vom Fall abhängig, gegenüber der Wirkung des photokatalytischen Mittels unzugänglich (obere Bereiche) wird.
- In der übrigen Beschreibung und in den Patentansprüchen bezieht sich der Ausdruck „durchlässiger Träger" auf eine Struktur, die gegenüber Luft und flüssigen Abfällen in Form einer Bahn durchlässig ist, die man aus Fasern zurdie natürlich oder chemisch sind, allein oder eine Mischung; diese Bahn kann ein Vliesstoff, ein Gewebe oder sogar ein Gitter sein. A Verwendung als Textil erhält, Is Fasern, die in die Zusammensetzung solch einer Bahn einfließen, werden bevorzugt aber ohne Einschränkung, Naturfasern, insbesondere Cellulosefasern, Baumwollefasern, organische chemische Fasern, insbesondere modifizierte Cellulosefasern, Methylcellulosefasern, Rayonfasern, Acrylfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und anorganische chemische Fasern, insbesondere Glas- und Metallfasern verwendet.
- In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Träger in Form eines Vliesstoffes vor, der auf Naturfasern und organischen chemischen Fasern basiert. Um die mechanische Festigkeit des Trägers zu erhöhen, umfasst der Träger 40 bis 80, bevorzugt 50 Gewichts-% Cellulosefasern, wobei die Ergänzung zu 100% aus Polypropylenfasern besteht.
- Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die mechanische Festigkeit und deshalb die Masse des Trägers variabel und in der Praxis zwischen 5 und 150 g/m2 in Abhängigkeit von der Strömung des flüssigen oder gasförmigem Abfalls.
- Die Aktivkohle ist Leuten vom Fach wohl bekannt und kann in verschiedenen Formen, insbesondere in Form von Pulver, Fasern oder sogar einer perforierten Bahn vorliegen, wobei die Herstellungsverfahren genauer in den Dokumenten US-A-4069297 und US-A-4285831 beschrieben sind, die als Referenz herangezogen sind. Es ist jedoch bekannt, dass die Fasern oder Teilchen von Aktivkohle keine Fähigkeit haben, sich aneinander zu binden.
- Um dieses Problem zu lösen, wird Aktivkohle, wenn sie in Form von Fasern oder Aktivkohlepartikeln vorliegt, mit einer Mischung von Naturfasern und/oder organischen chemischen Fasern der gleichen Art wie sie oben beschrieben wurden, vereinigt, wobei die Natur- oder chemischen Fasern die Bindung von Fasern und/oder Partikeln von Aktivkohle aneinander sicherstellen. In diesem Fall liegt die auf Aktivkohle basierende Schicht in Form einer Bahn vor, die man vorteilhafterweise durch ein Nassverfahren erhält.
- In der Praxis haben die Aktivkohlefasern eine Länge zwischen 2 und 7 mm bei einem Durchmesser zwischen 10 und 100 Mikrometern. Außerdem liegen die Aktivkohlepartikel in Form eines Pulvers vor, worin die Größe der Bestandteilpartikel zwischen 0,1 und 100 Mikrometern ist.
- In einer ersten Ausführungsform besteht die Aktivkohle-basierte Schicht aus einer Mischung, die 20 bis 75, bevorzugt 50 Gewichts-% Aktivkohlefasern enthält, wobei die Ergänzung zu 100% aus einer Mischung besteht, die auf natürlichen Fasern und/oder organischen chemischen Fasern basiert. Bei einer Konzentration unter 20% reicht die Aktivkohlemenge nicht zur Adsorbierung von hohen Emissionsspitzen aus. Für eine Konzentration von Aktivkohlefasern über 75% wird das Filtermedium wirtschaftlich weniger vorteilhaft wegen des hohen Preises für Aktivkohlefasern.
- In einer zweiten Ausführungsform besteht die auf Aktivkohle basierende Schicht aus einer Mischung, die 70 bis 90, bevorzugt 80 Gewichts-% Aktivkohlepartikel enthält, wobei die Ergänzung zu 100% aus einer Mischung besteht, die auf Naturfasern und/oder organischen chemischen Fasern. Wie oben, reicht bei einer Konzentration von weniger als 70% die Aktivkohlemenge zur Absorption von hohen Emissionsspitzen nicht aus. Bei einer Konzentration von Aktivkohlepartikeln über 90% wird das Filtermedium wegen des hohen Preises für Aktivkohlepartikel ungünstiger.
- Darüber hinaus, um die Kohäsion von natürlichen und/oder chemischen Fasern mit Partikeln und/oder Fasern von Aktivkohle zu verbessern, umfasst die auf Aktivkohle basierende Schicht zusätzlich wenigstens ein Bindemittel. Bevorzugt umfasst die Aktivkohle-basierte Schicht 1 bis 10, vorteilhafterweise 5 Gewichts-% modifizierte Stärke. In der übrigen Beschreibung und den Patentansprüchen bezieht sich der Ausdruck „modifizierte Stärke" auf modifizierte Stärke, die in Form von Fasern vorliegt, wie sie etwa im Dokument EP-A-617742 beschrieben ist. Die Anmelderin hat in der Tat beobachtet, dass durch diese Stärke überraschend die Kohäsion der Fasern untereinander in solchem Maße verstärkt wird, dass die Dicke der Schicht deshalb beachtlich reduziert wird, ohne Verlust der Durchlässigkeit.
- Wie bereits festgestellt wurde, kann die Aktivkohle auch in Form einer perforierten Bahn vorliegen. Dieser Ausführungsform zufolge liegt die Aktivkohle-basierte Schicht in Form eines Aktivkohlegewebes vor, dessen Masche zwischen 0,1 und 5 mm, vorteilhaft 2 mm ist, welches Gewebe man dadurch erhält, dass ein aus organischen chemischen Fasern hergestelltes Gewebe auf 900°C erhitzt wird.
- Generell, um die photokatalytische Reaktion einzuleiten, ist es erforderlich, dass der Großteil der Partikel des photokatalytischen Mittels der UV-Strahlung zugänglich ist.
- Folglich, wenn die Aktivkohle in Form von Fasern oder Partikel vorliegt, bildet die Aktivkohle-basierte Schicht eine erste Schicht in direktem Kontakt mit dem Träger, wobei das photokatalytische Mittel in die Zusammensetzung einer zweiten Schicht einfließt. Tatsächlich wird unter diesen Verhältnissen durch das von der Aktivkohle eingenommene Volumen die UV-Strahlung nicht daran gehindert, das photokatalytische Mittel zu erreichen.
- Andererseits, wenn die Aktivkohle-basierte Schicht in Form eines Gewebes mit einer gegebenen Masche vorliegt, kann das photokatalytische Mittel direkt auf den Träger beschichtet werden, wobei die Aktivkohle-basierte Schicht die zweite Schicht bildet. Tatsächlich wird durch die Masche des Gewebes der Durchgang von Strahlung und somit ihr Kontakt mit dem photokatalytischen Mittel ermöglicht, auch wenn letzteres direkt auf den Träger beschichtet ist. Dennoch, und in einer weiteren Ausführungsform, kann das Aktivkohlegewebe direkt auf den Träger aufgetragen werden, wobei es die erste Schicht bildet.
- Was das photokatalytische Mittel angeht, das in die Zusammensetzung der auf photokatalytischem Mittel basierenden Schicht einfließt, kann das Mittel aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Metalloxide, Alkalierdmetall enthaltende Oxide, Actinidoxide und Seltene-Erden-Oxide umfasst.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform, wie sie im Dokument WO 99/51345 der Anmelderin beschrieben ist, liegt die auf photokatalytischem Mittel basierende Schicht in Form einer Mischung vor, die auf trockener Basis 10 bis 60 Teile, vorzugsweise 50 Teile, einer wässrigen Kolloiddispersion von Siliziumdioxid (SiO2) enthält, wobei die Ergänzung zu 100 Teilen aus TiO2-Anatas besteht.
- Zusätzlich, um effektive Bindung der TiO2-Teilchen nicht nur aneinander sondern auch an die faserige Schicht zu ermöglichen, die die erste Schicht oder den Träger bildet, stellen die SiO2-Teilchen 20 bis 50 Gewichts-% der wässrigen Kolloiddispersion dar und haben einen Durchmesser zwischen 10 und 40 Nanometern.
- Außerdem, damit die photokatalytische Reaktion wirksam wäre und die Desorption der Aktivkohle gleichmäßig ablaufen würde, enthält die auf photokatalytischem Mittel basierende Schicht 5 bis 40 g/m2, vorteilhaft 20 g/m2 photokatalytisches Mittel. Bei einem Wert unter 5 g/m2 ist die photokatalytische Reaktion aufgrund der übermäßig dünnen Schichtdicke reduziert. Dagegen wird bei einem Wert über 40 g/m2 die Masse des photokatalytischen Mittels zu hoch und verhindert, dass die UV-Strahlung die an der Basis der Schicht vorhandenen Partikel des photokatalytischen Mittels erreicht.
- Darüber hinaus und in einer verbesserten Ausführungsform, um die Ausbeute der Photokatalyse zu verbessern, wird die freie Oberfläche des Trägers, die durch die zwei Schichten nicht bedeckt ist, mit einer auf photokatalytischem Mittel basierenden Schicht beschichtet.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Filtermediums.
- Selbstverständlich variiert das Herstellungsverfahren je nach Struktur, nicht nur des Trägers sondern auch der Aktivkohle-basierten Schicht.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums, das auf einem photokatalytischen Mittel und Aktivkohle basiert, wonach auf einem Träger aus einem Vliesstoff, der auf natürlichen Fasern und/oder organischen chemischen Fasern basiert, eine erste Schicht, die auf natürlichen und/oder organischen chemischen Fasern und auf Fasern und/oder Partikeln von Aktivkohle basiert, und anschließend eine zweite auf photokatalytischem Mittel basierende Schicht aufgetragen wird, wobei die Masse der Aktivkohle-basierten Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 ist.
- Einem ersten Merkmal zufolge wird der Träger im Nassverfahren auf einer Papiermaschine hergestellt. Selbstverständlich ist die Zusammensetzung des Trägers variabel und insbesondere in Hinsicht auf die mechanische Festigkeit und Durchlässigkeit erwünscht. Bevorzugt sind auf Cellulosefasern und organischen chemischen Fasern des Polypropylentyps basierende Träger.
- Auf die gleiche Weise wird die erste Schicht im Nassverfahren hergestellt und direkt auf den Träger aufgetragen, wobei die Befestigung durch Entwässerung erfolgt. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft insofern, als es einen kontinuierlichen Betrieb der Papiermaschine ermöglicht, indem ein zweiter Stoffauflauf vorgesehen wird, der für die Aufbereitung der Aktivkohle-basierten Suspension konstruiert ist. Die Aktivkohle-basierte Schicht wird dann auf der nassen Träger abgelagert und wird dann durch den Abzug von Wasser an der Oberfläche des Trägers imprägniert. Die Träger/erste-Schicht-Kombination wird dann getrocknet, bevor sie mit einer zweiten, auf photokatalytischem Mittel basierenden Schicht beschichtet wird. In einer anderen Ausführungsform wird die erste Schicht durch eine Leimpresse auf den Träger aufgetragen.
- Die auf photokatalytischem Mittel-basierende Schicht entspricht bevorzugt der photokatalytischen Zusammensetzung, die im obenerwähnten Dokument der Anmelderin beschrieben ist.
- Diese zweite Schicht kann auf verschiedene Weisen aufgetragen werden, so dass es entweder eine Schicht gleichmäßiger Dicke oder Stellen mit photokatalytischem Mittel gibt. Folglich und in der ersten Ausführungsform wird die zweite Schicht auf die erste Schicht durch Aufsprühen oder Beschichten mit einer Leimpresse aufgetragen. In der zweiten Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer Rotationsdruckwalze aufgebracht, wodurch man Stellen mit photokatalytischem Mittel erhält.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums, das auf einem photokatalytischen Mittel und Aktivkohle basiert, wonach auf einen Träger, der aus Vliesstoff besteht, der auf natürlichen Fasern und/oder organischen chemischen Fasern basiert eine erste auf photokatalytischem Mittel basierende Schicht und dann eine zweite aus einem Aktivkohlegewebe bestehende Schicht aufgetragen werden, wobei die Masse der Aktivkohle-basierten Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 ist und zwischen 10 und 100 Gewichts-% Aktivkohle enthält.
- Wie oben, wird der Träger im Nassverfahren auf einer Papiermaschine hergestellt. Die Zusammensetzung des Trägers ist natürlich variabel und insbesondere der gewünschten mechanischen Festigkeit entsprechend. Bevorzugt sind Träger, die auf Cellulosefasern und auf organischen chemischen Fasern des Polypropylentyps basieren.
- Auf die gleiche Weise wird die erste Schicht auf den Träger aufgebracht durch Aufsprühen oder Beschichten mit einer Leimpresse oder einer Rotationsdruckwalze.
- Außerdem und einem weiteren Merkmal zufolge wird das Aktivkohlegewebe an dem mit der ersten, auf photokatalytischem Mittel basierenden Schicht beschichteten Träger durch irgendwelche bekannte Mittel, insbesondere Bindemittel in der Art einer Vernadelung befestigt. Das Vernähen erfolgt bevorzugt am Umfang.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des oben beschriebenen Filtermediums zur Behandlung von Luft aber auch zur Behandlung von flüssigen Abfällen.
- Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile gehen eindeutiger aus den folgenden Ausführungsformen und den beigefügten Figuren hervor.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Pilotanlage zur Aufbereitung von Luft. -
2 ist eine Kurve, die den Abbau eines Schadstoffes unter UV-Strahlung als Funktion der Zeit und die Konversion dieses Stoffes zu CO2 darstellt, wobei ein Filtermedium eingesetzt wird, das lediglich mit einem photokatalytischen Mittel beschichtet ist. -
3 ist eine Kurve, die den Abbau eines Schadstoffes und die Konversion dieses Stoffes zu CO2 als Funktion der Zeit darstellt, wobei das erfindungsgemäße Filtermedium ohne und dann mit UV-Strahlung eingesetzt wird. -
4 ist eine Kurve, die den Abbau eines Schadstoffes unter UV-Strahlung und die Konversion dieses Stoffes zu CO2 als Funktion der Zeit darstellt, wobei das erfindungsgemäße Filtermedium verwendet wird. -
1 stellt eine Pilotanlage zur Luftaufbereitung, die aus einem 100-Liter-Behälter (1 ) besteht, der an seinen zwei Enden mit einem Einlassrohr (2 ) für verunreinigte Luft beziehungsweise einem Auslassrohr (3 ) für gereinigte Luft verbunden ist. Die 2 Rohre bilden eine Schlaufe und sind mittels einer Lüftungsanlage (4 ) voneinander getrennt. Der Schadstoff (P) wird stromaufwärts vom Behälter (1 ) eingespritzt. - Zusätzlich ist der Behälter mit einem Filtermedium (
5 ), das senkrecht zur Luftströmung angeordnet ist, und mit einer Quelle für Ultraviolett-(UV)-Strahlung ausgestattet, welche Quelle so angeordnet ist, dass sie die mit der photokatalytischen Zusammensetzung beschichtete Oberfläche des Trägers bestrahlt. Drei Vergleichstests wurden bei Benutzung dieser Pilotanlage durchgeführt, wobei Toluen in einer Menge von 400 mg/m3 in den Luftkreislauf eingespritzt wurde. Die Analyse der Toluenkonzentration während der Behandlung ist mittels Gaschromatographie (GC) ausgeführt. - Der erste Test benutzt als Filtermedium einen Vliesstoff (40 g/m2) (50% synthetische Polypropylenfasern, Y600 vermarktet von MITSUI/50 Gewichts-% Cellulosefasern (PENSACOLA, vermarktet von CHAMPION)) beschichtet mit einer photokatalytischen Zusammensetzung auf Basis von TiO2 und SiO2 (SNOWTEX 50, vermarktet von SEPPIC), in einer Menge von jeweils 20 g/m2.
-
2 stellt die Fähigkeit des Mittels und somit der photokatalytischen Zusammensetzung dar, den Schmutzstoff als Funktion der Zeit unter UV-Strahlung abzubauen. Wie diese Figur zeigt, nimmt die Konzentration von Schmutzstoff langsam ab (Kurve6 ), und verwandelt sich gleichzeitig zu CO2 (Kurve7 ). Nach 12 Stunden Betrieb der Schlaufe ist der gesamte Schmutzstoff abgebaut und zu CO2 konvertiert. - Der zweite und dritte Test benutzen das erfindungsgemäße Filtermedium als Filtermedium. Dieses Medium wird auf folgende Weise hergestellt.
- Auf einer Papiermaschine mit zwei Stoffaufläufen wird im Nassverfahren aus dem ersten Stoffauflauf ein Träger aus einer faserigen Mischung in einer Menge von 30 g/m2 auf trockener Basis hergestellt, die (50% synthetische Polypropylenfasern, Y600, vermarktet von MITSUI/50 Gewichts-% Cellulosefasern (PENSACOLA, verkauft von CHAMPION)) enthält.
- Eine faserige Bahn wird mittels des zweiten Stoffauflaufs in einer Menge von 70 g/m2 auf diesen Träger aufgetragen, bestehend aus 71 Gewichts-% Aktivkohlefasern, die von SOFRANCE vermarktet werden, deren Länge zwischen 2 und 7 mm und der Durchmesser zwischen 10 und 100 Mikrometern ist, und 21 Gewichts-% einer Mischung von natürlichen Fasern PENSACOLA, die von CHAMPION vermarktet werden und aus 8% modifizierter Stärke, die von BEGHIN SAY unter dem Warenzeichen-CHART BI vermarktet wird.
- Eine photokatalytische Zusammensetzung, die aus einer Mischung von TiO2 (vermarktet von MILLENIUM) und einer wässrigen Dispersion von Siliziumdioxid (SNOWTEX 50, vermarktet von SEPPIC) in einer Menge von jeweils 20 g/m2 besteht, wird dann bei Benutzung einer Rotationsdruckwalze beschichtet.
-
3 stellt das Niveau der Zersetzung des Schadstoffes dar (Kurve8a ,8b ) und seine Konversion zu CO2 (Kurve9 ) als Funktion von Zeit, zunächst ohne UV-Strahlung und dann mit UV-Strahlung. - Wie diese Figur zeigt, sinkt zwischen dem Moment, wo der Schafstoff ins System eingespritzt wird und wo die UV-Lampen aktiviert werden, die Konzentration des Schadstoffes recht schnell ab (Kurve
8a ), was der Adsorption des Schadstoffes auf Lokalisationen der Aktivkohle und, für einen kleineren Teil, auf jene von TiO2 entspricht. Wenn die UV-Lampen aktiviert werden, setzt sich die Zersetzung des Schadstoffes fort (Kurve8b ), was der Photokatalysereaktion entspricht. Parallel wird die Emission von CO2 (Kurve4 ) beobachtet, das aus der Konversion des Schadstoffes stammt. -
4 stellt das Niveau der Zersetzung des Schadstoffes dar (Kurve10 ) und seine Umsetzung zu CO2 (Kurve11 ) als Funktion von Zeit unter Strahlung. - Wie diese Figur zeigt, ist die Zersetzung des Schadstoffes (Kurve
10 ) am Anfang sehr schnell insofern, als der auf die Lokalisationen von Aktivkohle adsorbierte Schadstoff gleichzeitig durch Photokatalyse zu CO2 abgebaut wird (Kurve11 ). Die Kohlenstoff-Lokalisationen werden kontinuierlich desorbiert, wodurch die Reinigung beschleunigt wird. Deshalb hat man herausgefunden, dass mit dem erfindungsgemäßen Filtermedium die gleiche Konzentration von Schadstoff unter UV-Strahlung in praktisch der halben Zeit (7 Stunden) im Vergleich zu ohne Strahlung (siehe2 ) aufbereitet werden kann. - Die Erfindung und ihre Vorteile gehen aus der vorausgehenden Beschreibung hervor. Dort wird insbesondere die verbesserte Reinigungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Filtermediums, im Vergleich zu einem Mittel aufgezeigt, das lediglich auf einem photokatalytischen Mittel basiert. Ein weiterer Vorteil besteht in der Nicht-Sättigung der Aktivkohle-Lokalisationen durch den Schadstoff, was eine kontinuierliche Regeneration der Aktivkohle ermöglicht.
Claims (20)
- Filtermedium, bestehend aus einem durchlässigen Träger, der mit zwei veschiedenen Schichten aus einem Photokatalysatormittel bzw. aus Aktivkohle beschichtet ist, wobei – die erste Schicht die Form einer aus einem Gemisch gebildeten Lage aufweist, welche folgendes umfaßt: – 20 bis 75 Gewichtsprozent Fasern aus aktiviertem Kohlenstoff, welche einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, die die Ergänzung zu 100% bilden, oder – 70 bis 90 Gewichtsprozent Partikel aus aktiviertem Kohlenstoff, welche einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, die die Ergänzung zu 100% bilden, wobei die Masse dieser Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 liegt, – und wobei die zweite der verschiedenen Schichten, welche auf die erste Schicht aufgebracht ist, aus einer photokatalytischen Zusammensetzung besteht, die 5 bis 40 g/m2 Photokatalysatormittel umfaßt; oder umgekehrt – die erste Schicht aus einer photokatalytischen Zusammensetzung besteht, die 5 bis 40 g/m2 Photokatalysatormittel umfaßt; – die zweite der verschiedenen Schichten, welche auf die erste Schicht aufgebracht ist, die Form einer aus einem Gemisch gebildeten Bahn aufweist, welche folgendes umfaßt: – 20 bis 75 Gewichtsprozent Fasern aus aktiviertem Kohlenstoff, welche einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, die die Ergänzung zu 100% bilden, oder – 70 bis 90 Gewichtsprozent Partikel aus aktiviertem Kohlenstoff, welche einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, die die Ergänzung zu 100% bilden, wobei die Masse dieser Schicht zwischen 10 und 300 g/m2 liegt.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger die Form eines Vlieses aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern aufweist.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger 40 bis 80 Gewichtsprozent, vorteilhafterweise 50 Gewichtsprozent Zellulosefasern umfaßt, wobei die Ergänzung zu 100% aus Polypropylenfasern gebildet ist.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Masse zwischen 5 und 150 g/m2 aufweist.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Aktivkohle aus einem Gemisch gebildet ist, welches 50 Gewichtsprozent Fasern aus aktiviertem Kohlenstoff umfaßt, die einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, welche die Ergänzung zu 100% bilden.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Aktivkohle aus einem Gemisch gebildet ist, welches 80 Gewichtsprozent Partikel aus aktiviertem Kohlenstoff umfaßt, die einem Gemisch aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern zugesetzt sind, welche die Ergänzung zu 100% bilden.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Aktivkohle ferner 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorteilhafterweise 5 Gewichtsprozent, modifizierte Stärke umfaßt.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Aktivkohle die Form eines Gewebes aus aktiviertem Kohlenstoff aufweist, dessen Maschengröße zwischen 0,1 und 5 mm, vorteilhafterweise 2 mm, beträgt.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Photokatalysatormittel die Form eines Gemisches aufweist, welches zwischen 10 und 60 Teilen (im trockenen Zustand), vorteilhafterweise 50 Teile, einer wäßrigen Siliziumdioxid-Kolloiddispersion umfaßt, wobei die Ergänzung zu 100 Teilen aus TiO2 (Titandioxid) gebildet ist.
- Filtermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die SiO2-Partikel 20 bis 50 Gewischtsprozent der wäßrigen Kolloiddispersion darstellen und einen Durchmesser zwischen 10 und 40 Nanometer aufweisen.
- Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer photokatalytischen Zusammensetzung gebildete Schicht 20 g/m2 Photokatalysatormittel umfaßt.
- Filtermedium, bestehend aus einem Medium nach Anspruch 1 und einer Schicht aus einem Photokatalysatormittel, mit der die freie Seite des Trägers des Mediums nach Anspruch 1 beschichtet ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 12 definiert ist, gemäß dem auf einen die Form eines Vlieses aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern aufweisenden Träger eine erste Schicht aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern und aus Fasern oder Partikeln aus aktiviertem Kohlenstoff aufgebracht wird und danach eine zweite Schicht aus Photokatalysatormittel aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger im Naßverfahren hergestellt wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht im Naßverfahren hergestellt und mit dem Träger durch Entwässerung verbunden wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht auf die erste Schicht durch Aufsprühen oder Beschichtung mit einer Leimpresse oder einer Rotationsdruckwalze aufgebracht wird.
- Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 12 definiert ist, gemäß dem auf einen die Form eines Vlieses aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern aufweisend Träger eine erste Schicht aus Photokatalysatormittel aufgebracht wird und danach eine zweite Schicht aus natürlichen Fasern und/oder organischen Chemiefasern und aus Fasern oder Partikeln aus aktiviertem Kohlenstoff aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger im Naßverfahren hergestellt wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht auf den Träger durch Aufsprühen oder Beschichtung mit einer Leimpresse oder einer Rotationsdruckwalze aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe aus aktiviertem Kohlenstoff mit dem Träger durch Vernadeln fest verbunden wird.
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