DE19630625A1 - Verfahren zur Extraktion von Verunreinigungen aus einem Gas - Google Patents

Description

Bei einer Vielzahl technischer Prozesse in der Industrie fal­ len Stäube, Aerosole oder Dämpfe an, die aus der Luft oder den Abgasen entfernt werden müssen. Dafür ist eine große An­ zahl von Techniken bekannt, von denen hier beispielsweise nur Filtrationsverfahren, Absorptionsverfahren, Abscheidungen in Zyklonen oder Niederschlagung in Sprühnebeln genannt werden sollen.

Eine Extraktion von Verunreinigungen aus einem Gas, insbeson­ dere aus der Luft kann auch an solchen Orten erforderlich sein, wo aus gesundheitlichen oder technischen Gründen eine hohe Reinheit der Luft oder des Gases erforderlich ist. Sol­ che Reinräume werden beispielsweise in Krankenhäusern zur Vermeidung von Infektionen oder beispielsweise in der Elek­ troindustrie bei der Herstellung von mikroelektronischen Bau­ elementen benötigt, wo die Mikrostrukturen bereits durch feinste Stäube irreversibel geschädigt werden können oder wo andere gas- oder dampfförmige Verunreinigungen Halbleiter­ oberflächen belegen und Nachfolgeprozesse behindern können.

Das Entfernen von Verunreinigungen aus Gasen kann auch zur Feststellung des Vorhandenseins von Verunreinigungen oder zur Identifizierung der Verunreinigungen dienen.

Zur Feststellung von Luftverunreinigungen existieren eine Reihe von Meßverfahren, beispielsweise die Messung der Lichtabsorption in gestreutem Laserlicht, das Sammeln von Staubpartikeln in oben offenen Gefäßen oder das Ausfiltern mit Aktivkohlefiltern. Bei der erstgenannten Methode wird ein großer Luftraum mit einem starken Laserstrahl abgerastert und rückgestreute Lichtanteile einer Spektroskopie unterworfen, um Aufschluß über die im gerasterten Luftraum vorhandenen Ga­ se zu erhalten. Nachteilig an dieser Methode ist die Größe der dafür erforderlichen Anlage, und deren hoher Preis. Di­ rekt vor Ort lassen sich gasförmige Luftverunreinigungen mit­ tels Aktivkohle absorbieren. Die absorbierten Verunreinigun­ gen können später in einem Labor mittels Erwärmen ausgetrie­ ben, ausgewaschen, durch Veraschen der Kohle zugänglich ge­ macht und mit geeigneten Geräten, beispielsweise mit Gaschro­ matographen analysiert werden.

Auch andere oberflächenaktive Substanzen lassen sich zur Rei­ nigung und zur Aufkonzentration von in Gasen vorhandenen Ver­ unreinigungen verwenden. Nachteilig daran ist jedoch, daß ei­ ne geraume Zeit erforderlich ist, bis eine genügende Menge der interessierenden Verunreinigung im Adsorber angesammelt ist. Hinzu kommt, daß die zur Adsorption zur Verfügung ste­ hende Oberfläche mit zunehmender Belegung geringer wird und damit die Wirksamkeit der Adsorber mit der Zeit nachläßt. Weiterhin wird bei Stoffen mit sehr großer Oberfläche gele­ gentlich eine katalytische Wirkung beobachtet, die an der Oberfläche adsorbierte Stoffe chemisch verändern und deren spätere Analyse daher verfälschen kann. Adsorptive Materiali­ en zur Reinigung von Gasen oder zum Nachweis von Verunreini­ gungen haben außerdem häufig den Nachteil, daß sie sich nicht oder nur unvollständig regenerieren lassen und damit eine be­ grenzte Lebensdauer besitzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Extraktion von Verunreinigungen aus einem Gas anzugeben, wel­ ches einfach durchzuführen und dennoch hoch wirksam ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht auf die überraschende Beobachtung zurück, daß festes Natriumiodid mit einer Natriumiodidhydratschicht als hocheffektiver Getter wirkt und an seiner Oberfläche gro­ ße Mengen beliebiger Gase, Dämpfe oder Aerosole zu adsorbie­ ren und zwischen den wachsenden Hydrat-Kristallen (NaI·2H₂O) einzuschließen vermag. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird daher ein feuchter Gasstrom über festes Natriumiodid gelei­ tet, wobei im Gas enthaltene Verunreinigungen an der Oberflä­ che des Natriumiodids bzw. dessen Hydrats adsorbiert werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein feuchter Gass­ trom über festes Natriumiodid geleitet. Eine effektive Ex­ traktion von festen und/oder gasförmigen Verunreinigungen wird erhalten, wenn das Gas durch einen beispielsweise rohr­ förmig ausgebildeten Hohlkörper geleitet wird, der mit einer luftdurchlässigen, porösen Modifikation von Natriumiodid ge­ füllt ist. Auf diese Weise wird neben der adsorptiven Wirkung des Natriumiodidhydrats auch eine mechanische Filterwirkung durch die poröse und gasdurchlässige Modifikation des Natriu­ miodidhydrats erzielt, mit der zusätzlich das Ausfiltrieren von Festkörpern aus dem Gasstrom möglich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas jedoch über festes Natriumiodid geleitet, welches bereits teilweise zu Natriumiodidhydrat umgesetzt sein kann. Enthält der Gasstrom Wasserdampf, wird laufend Natriumiodidhydrat aus dem trockenen Natriumiodid gebildet. Dieses wächst rasenartig auf der Oberfläche des festen NaI und bildet dabei ständig frische Natriumiodidhydratoberfläche aus, die zur Adsorption von Verunreinigungen zur Verfügung steht. Gleichzeitig mit den adsorbierten Molekülen werden auf diese Weise aus dem Luftstrom ausgefilterte feste Partikel (feste Verunreinigun­ gen) durch die nachwachsenden Hydratkristalle mechanisch ein­ geschlossen und sicher gespeichert. Auch adsorptiv belegte Oberflächen werden so von neuem Natriumiodidhydrat überwach­ sen, wobei die Desorptionswahrscheinlichkeit bzw. Desorpti­ onsgeschwindigkeit abnimmt. Durch das Nachbilden immer neuer adsorptiv wirkender Oberfläche wird mit dieser Verfahrensva­ riante keine Abnahme der Filterwirkung beobachtet, solange nicht sämtliches Natriumiodid zu Natriumiodidhydrat umgesetzt ist. Die Filterwirkung läßt nach, wenn das NaI weitgehend zu Hydrat umgesetzt ist. In sehr feuchten Gasströmen (oberhalb 40 Prozent relativer Feuchte) bildet sich durch weitere Was­ seraufnahme aus dem Hydrat eine flüssige Lösung, welche keine Filterwirkung mehr hat, welche aber bereits ausgefilterte Substanzen nicht wieder freisetzt.

Die Filterwirkung von Natriumiodid gegenüber Wasserdampf ent­ haltenden Gasströmen ist vom Wasserdampfgehalt des Gasstroms abhängig. Besteht der Gasstrom beispielsweise aus Luft, so kann eine normalerweise herrschende Luftfeuchtigkeit ausrei­ chend und gut geeignet sein. Oberhalb von ca. 10 Prozent re­ lativer Luftfeuchtigkeit (bei Raumtemperatur) wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits eine ausreichend gute Filterwirkung beobachtet. Oberhalb von 40 Prozent relativer Feuchte wird das Natriumiodidhydrat so schnell gebildet, daß die neu gebildete Adsorptionsfläche in der Regel nur zu einem ganz geringen Teil von Fremdsubstanzen belegt werden kann, bevor der Filter seine Wirkung verliert. Hohe Feuchtigkeiten verkürzen die Lebensdauer des NaI-Filters sehr stark. Die Filterwirkung ist zwar in dieser kurzen Zeit auch sehr hoch, doch ist die Verunreinigung von Gasen in der Regel nicht so groß, daß ein Betrieb bei diesen Bedingungen sinnvoll wäre. Eine Ausnahme stellen Abgasuntersuchungen an Verbrennungsmo­ toren dar, bei denen in kurzer Zeit ein extrem verschmutzter Gasstrom zu untersuchen ist. Bei längerem Einsatz von NaI- Filtern in sehr feuchten Gasen besteht die Gefahr eines vor­ zeitigen Verklumpens und in der Folge eines vorzeitigen Auf­ lösens des Natriumiodids in einer wäßrigen Phase, die eben­ falls keine Filterwirkung mehr zeigt und außerdem den Gas­ strom blockieren kann. Zusätzlich ist der optimale Feuchtig­ keitsgehalt des zu filternden bzw. zu extrahierenden Gas­ stroms von der Durchflußgeschwindigkeit des Gasstroms relativ zur Menge des vorhandenen Natriumiodids und von der Fracht an Verunreinigungen abhängig. Ein optimaler Gehalt an Wasser­ dampf des zu untersuchenden oder reinigenden Gasstroms wird zum Beispiel in Abhängigkeit von der verwendeten Vorrichtung, der Menge der auszufilternden Verunreinigung, von der Gas­ stromgeschwindigkeit und von der Menge des eingesetzten Na­ triumiodids eingestellt und kann in einem einfachen Vorver­ such optimiert werden. Für eine normale Anwendung als Filter genügt eine grobe Kontrolle bzw. Einstellung der Feuchte im Gasstrom auf einen Wert von ca. 20 Prozent.

Ein zu untersuchender Gasstrom mit einem nicht optimalen weil zu niedrigen Wasserdampfgehalt wird daher vor dem Überleiten über das Natriumiodid mit Wasserdampf angereichert. Dies kann mit Hilfe eines Verdampfers erfolgen, der innerhalb des Gas­ stroms angeordnet wird. Möglich ist es jedoch auch, einen mit Wasserdampf angereicherten vorzugsweise sauberen Gasstrom dem zu untersuchenden Gasstrom beizumengen.

Enthält ein zu untersuchender Gasstrom einen höheren Wasser­ gehalt, als er für das erfindungsgemäße Verfahren optimal ist, wird der Feuchtigkeitsgehalt des Gasstroms vor dem über­ leiten über Natriumiodid bzw. Natriumiodidhydrat reduziert. Dies darf nicht mittels eines Kondensators, einer Kühlstrecke oder einer kalten Oberfläche erfolgen, wenn das NaI zur Ana­ lyse der ausgefilterten Verunreinigungen herangezogen wird, da mit dem Kondensat auch Verunreinigungen aus dem Gasstrom entfernt werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Trocknungsmittel (z. B. Silikagel) benützt. Bei der Filtration durch NaI zur Gasreinigung allein kann das Gas auch mit Kon­ densatoren oder ähnlichem teilentfeuchtet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das die Verunreinigungen enthaltende Natriumiodid/Natriumiodidhydrat nach dem Extraktionsvorgang auf die gegebenenfalls adsorbier­ ten bzw. ausgefilterten Verunreinigungen untersucht. Dabei ist es möglich, die Verunreinigungen sowohl qualitativ als auch quantitativ zu bestimmen. Dazu werden die Verunreinigun­ gen zunächst vom Natriumiodid/Natriumiodidhydrat abgetrennt.

Ein einfaches Abtrennen von gasförmig adsorbierten Verunrei­ nigungen gelingt durch ein Ausheizen des Natriumiodidhydrats bei einer Temperatur von zumindest 70°C, ab der das Hydrat zerfällt. Adsorptiv an der Oberfläche gebundene, flüchtige Stoffe werden dabei freigesetzt und können in der Gasphase mit geeigneten Mitteln oder Meßvorrichtungen nachgewiesen werden. Rein qualitativ kann in einfacher Weise beispielswei­ se der pH-Wert bestimmt werden. Möglich ist es auch, Gassen­ soren einzusetzen, sofern deren Nachweisgrenze durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Konzentratorwirkung überschritten wird. Ein genaueres Meßverfahren stellt zum Beispiel die Gaschromatographie dar, bei der die durch Aus­ heizen aus dem Natriumiodidhydrat freigesetzten Gase direkt nachgewiesen werden können. Eine vorher unbekannte gasförmige Verunreinigung kann zum Beispiel durch Ankoppeln eines Mas­ senspektrometers an den Gaschromatographen identifiziert wer­ den.

Eine weitere Möglichkeit zur Trennung der adsorbierten oder gefilterten Verunreinigung besteht im Auflösen des Natriumi­ odids/Natriumiodidhydrats und anschließendem Abtrennen der Verunreinigung. Dies kann durch einfaches Filtern oder auch durch Extrahieren der Lösung erfolgen.

Auf diese Weise lassen sich von NaI/NaI·2H₂O gefilterte Stäube konzentriert der Analyse zuführen. Es ist auch mög­ lich, auf diese Weise gegebenenfalls wertvolle Stäube wie et­ wa Edelmetallstaub aus Recyclinganlagen zurück zu gewinnen. Es ist ebenso möglich, Gefahrstoffe zu konzentrieren und der Entsorgung zuzuleiten, beispielsweise toxische, infektiöse oder radioaktive Stäube.

Bestimmte Stoffe oder höher-molekulare Verunreinigungen wie zum Beispiel einige Kohlenwasserstoffe oder Silikone lassen sich durch Erhitzen des Natriumiodidhydrats auf zum Beispiel 500°C unter Sauerstoffausschluß in eine Form hydrophober Flocken überführen. Nach Auflösen des Natriumiodids in Wasser können diese verkohlten oder verklumpten Endprodukte dann als Feststoffe isoliert werden und teilweise sogar auf noch nicht verkohlte Ausgangsstoffe (Verunreinigungen) qualitativ unter­ sucht werden. Mit dieser Methode sind sehr hohe Aufkonzentra­ tionen möglich, die tatsächlich erreichbaren Werte hängen von den Substanzen und Filtrationsbedingungen ab.

Durch Extrahieren können in der wäßrigen Phase gelöste Verun­ reinigungen in eine beispielsweise organische Phase überführt und dort nachgewiesen werden. Auch ist es möglich, die zur Extraktion verwendete Phase weiter aufzutrennen, beispiels­ weise mittels chromatographischer Verfahren.

Nach dem Abtrennen der Verunreinigungen und einer Trocknung bei über 100°C kann das Natriumiodid erneut im erfindungsge­ mäßen Verfahren eingesetzt werden. Liegt das Natriumiodid als wäßrige Lösung vor, kann es beispielsweise durch Eindampfen bei einer Temperatur oberhalb von 80°C auskristallisiert wer­ den. Durch das Auskristallisieren aus einer mindestens 80°c heißen wässerigen Lösung und das Verwerfen der letzten 10 Prozent Mutterlauge wird das NaI weitgehend von Verunreini­ gungen befreit. Zum Sammeln von Analysenproben verwendetes NaI wird zur Reinigung vorzugsweise umkristallisiert.

Für das Verfahren kann das Natriumiodid in verschiedenen Mo­ difikationen eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht da­ rin, ein feinkörniges Natriumiodidpulver zu verwenden, wel­ ches beispielsweise in einem Behälter vorgelegt wird, durch den der Gasstrom geleitet wird. Zur adsorptiven Extraktion der Luftverunreinigungen liegt eine vorteilhafte Partikelgrö­ ße des Natriumiodids im Bereich von 100 bis 300 µm. Zum Aus­ filtern überwiegend fester Verunreinigungen sind auch höhere Partikelgrößen möglich.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Gasstrom und Natrium­ iodid miteinander zu vermischen. Dies kann mechanisch er­ folgen, beispielsweise in einem Mischer, der im einfachsten Fall als ein sich drehender Hohlkörper ausgebildet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem Wirbelschichtverfahren, bei dem Natriumiodidpartikel mittels eines geeigneten Geblä­ ses im Gasstrom verwirbelt werden. Eine weitere einfache Mög­ lichkeit besteht darin, feinkörnige Natriumiodidpartikel durch ein Fallrohr rieseln zu lassen und den zu untersuchen­ den Gasstrom im Gegenstromverfahren entgegenzuleiten. Mit dieser Variante ist eine zeitabhängige Untersuchung des Gas­ stroms möglich. Wird das rieselnde Natriumiodid am Ende des Fallrohrs mit einer geeigneten Auffangvorrichtung in einem Sammelbehälter aufgefangen, so entspricht die Höhe des aufge­ fangenen adsorptiv belegten Natriumiodids der Zeitachse wäh­ rend der Messung. So ist es möglich, aus unterschiedlichen Höhen im Auffangbehälter entnommene Proben mit dem Zeitpunkt der Messung zu korrelieren und dabei einen gegebenenfalls über die Zeit variierenden Gehalt der Verunreinigung im Gas­ strom zu bestimmen. Möglich ist es auch, in bestimmten zeit­ lichen Abständen einem solchen Fallrohr NaI-Proben zu entneh­ men und getrennt zu analysieren, um den zeitlichen Verlauf des Verunreinigungsgehalts des Gasstroms zu bestimmen.

Als weitere Modifikation kann das Natriumiodid im erfindungs­ gemäßen Verfahren auf ein Trägermaterial mit großer Oberflä­ che so aufgebracht werden, daß noch eine Gasdurchlässigkeit besteht. Beispielsweise kann das Natriumiodid an einem Netz oder Gewebe aufgebracht oder auskristallisiert sein, welches allerdings nicht aus Zellstoff bestehen sollte. Das so präpa­ rierte Gewebe kann dann locker zusammengerollt und dann in dieser kompakteren Form in den zu untersuchenden Gasstrom ge­ bracht werden.

Das Natriumiodid kann auch in einem Filtereinsatz oder Behäl­ ter mit vordefinierten Gaskanälen vorgelegt werden.

Möglich ist es auch, das NaI zu einem porösen, festen Körper "Sinterkörper" mit ausreichend und gegebenenfalls definierten Gaskanälen oder Poren zusammenzubacken.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur kontinuierlichen Rei­ nigung eines Gasstroms geeignet. Möglich ist es jedoch auch, von dem zu untersuchenden Gas ein definiertes Volumen über das Natriumiodid zu leiten und dieses anschließend qualitativ und/oder quantitativ auf Art und Menge der Verunreinigung zu untersuchen. Dazu kann das Natriumiodid beispielsweise in ei­ nem Prüfröhrchen vorgelegt werden und der definierte Gasstrom mit einer Handpumpe oder einem Gebläse für eine vorbestimmte Zeit über- oder durchgeleitet werden. Nach dem Verschluß des Proberöhrchens kann dieses eine beliebige Zeit gelagert und falls erforderlich erst später einer Analyse zugeleitet wer­ den.

Ein entsprechend kleiner als Proberöhrchen ausgebildeter Be­ hälter für das NaI kann direkt in den Probenraum eines Analy­ sators, zum Beispiel eines Gaschromatographen überführt wer­ den, um die adsorbierten und ausgefilterten Verunreinigungen zu bestimmen.

Das Verfahren ist verhältnismäßig preisgünstig, da sowohl Ad­ sorptionsmaterial als auch Probebehälter (zum Beispiel Prüfröhrchen) immer wieder verwendbar sind. Der Behälter muß dazu nur mit Wasser gespült und getrocknet werden. Das Natri­ umiodid kann wie bereits beschrieben auskristallisiert, ge­ trocknet und wiederverwendet werden.

Das Verfahren hat eine hohe Ansprechempfindlichkeit sowohl auf gasförmige Verunreinigungen als auch auf feste Verunrei­ nigungen, also auf Stäube. Da sich allgegenwärtige Gase wie O₂, N₂, Ar, Co₂ nicht durch Belegung von Adsorptionsoberflä­ chen hemmend auswirken, wirken diese Stoffe im Natriumiodid nicht als Verdünnungsmittel. Damit steht die Oberfläche des Natriumiodids bzw. des Natriumiodidhydrats allein für die Stoffe zur Verfügung, die nicht normaler Bestandteil des zu untersuchenden Gases sind, und auf die sich ja das Interesse der Analyse richtet. Zudem wird immer frische Oberfläche ge­ bildet, so daß das als Adsorber und Filter wirkende Natriumi­ odid eine sehr hohe Kapazität aufweist. Mit geeigneten Ex­ traktionsverfahren ist eine weitere Anreicherung der am Na­ triumiodid adsorbierten oder gefilterten Verunreinigungen möglich. Die Nachweisempfindlichkeit hängt von den Umständen der Probeentnahme ab, doch können ohne weiteres Konzentratio­ nen von Fremdsubstanzen in Luft weit unter 1 ppb ermittelt werden.

Mit dem Verfahren können nicht nur freie Gase und Dämpfe be­ obachtet werden, sondern auch an Partikel wie beispielsweise an Ruß gebundene Stoffe. Diese sind bei der herkömmlichen Be­ obachtung mittels Absorptionsspektroskopie nicht oder nur schwer nachweisbar oder aufzufinden. Damit ist das gesamte Spektrum der in einem Luftvolumen vorhandenen Verunreinigun­ gen mit einer einzigen Meßmethode erfaßbar.

Die ausgefilterten oder adsorbierten Verunreinigungen werden im Natriumiodid/Natriumiodidhydrat lediglich "mechanisch" eingeschlossen und nicht etwa durch katalytische Einwirkung verändert. Dies ermöglicht auch eine längere Lagerung der Proben, beispielsweise um sie besseren Nachweismethoden zu­ gänglich zu machen oder um sie als nachprüfbares Beweismittel aufzubewahren.

Durch die sich ständig nachbildende zur Adsorption zur Verfü­ gung stehende Oberfläche bleibt die Aufnahmefähigkeit des Na­ triumiodids für lange Zeit in etwa gleich. Dies ermöglicht eine zuverlässige, zeitabhängige Analyse von wechselnden Ver­ unreinigungskonzentrationen, wenn das beschriebene Verfahren zu Nachweiszwecken eingesetzt wird.

Das Verfahren läßt sich mit einer äußerst einfachen Vorrich­ tung durchführen, beispielsweise mit einem wiederverschließ­ baren Proberöhrchen und einer beispielsweise als Gummibalg ausgebildeten Handpumpe. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist daher äußerst handlich und vielsei­ tig einsetzbar. Sie ist für Probeentnahmen im Außenbereich von Industrieanlagen genauso geeignet wie an Straßenkreuzun­ gen, in Wohnräumen, am Arbeitsplatz oder Straßenkontrollen mit angeschlossener Abgasuntersuchung. Auch sind Probeentnah­ men mit mobilen Einrichtungen wie beispielsweise Flugzeugen oder Ballonsonden und deren spätere Untersuchung möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen sechs Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine zur Durchfüh­ rung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Fig. 2 und 3 zeigen weitere Ausgestaltungen dieser Vor­ richtung im Detail.

Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere Vorrichtung im schemati­ schen Querschnitt und

Fig. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine Messung im mo­ bilen Einsatz.

Fig. 1: Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens geeignete Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1 zur Aufnahme des Natriumiodids bzw. des Natriumiodidhydrats 6. Dieser Behälter 1 ist beispielsweise rohrförmig ausgebildet und besitzt einen Einlaß 2, der sich beispielsweise verjüngt, sowie so einen Auslaß 3. Der Einlaß 2 kann ein Anschlußstück fuhr ein Rohr aufweisen, beispielsweise eine Kupplungsvorrich­ tung mit Dichtung, ein Gewinde oder ähnliches. In dem Behäl­ ter 1 ist das Natriumiodid bzw. das Natriumiodidhydrat 6 in einer Form vorgelegt, die einen Gasdurchlaß ermöglicht aber gleichzeitig einen innigen Kontakt des Natriumiodids/Natrium­ iodidhydrats mit dem Gasstrom ermöglicht. Beispielsweise ist der Behälter 1 mit Natriumiodid/Natriumiodidhydratpartikeln 6 in lockerer Schüttung gefüllt. Siebe 4 und 5 gewährleisten das Verbleiben des Natriumiodids im Behälter. Der zu untersu­ chende Gasstrom g wird mittels eines Druckerzeugers 7 über ein Anschlußrohr 9 in den Einlaß 2 des Behälters 1 geleitet. Der Druckerzeuger 7 kann eine Pumpe, beispielsweise ein Bla­ sebalg sein oder in einem größeren Maßstab auch eine ein Ab­ gas erzeugende technische Anlage. Möglich ist es auch, am Auslaß 3 eine Pumpe anzuschließen, und den Gasstrom g durch den Behälter 1 zu saugen.

Vor dem Einlaß 2, vorzugsweise zwischen dem Druckerzeuger 7 und dem Behälter 1, ist ein Luftbefeuchter 8 vorgesehen, der bei ausreichendem Feuchtigkeitsgehalt des zu untersuchenden Gasstroms g entfallen oder abgeschaltet werden kann. Handelt es sich dagegen um einen trockenen Gasstrom mit niedrigem oder gar keinem Feuchtigkeitsgehalt, so wird der Luftbefeuch­ ter 8 zugeschaltet. Alternativ kann anstelle des Luftbefeuch­ ters 8 auch ein Einlaß vorgesehen sein, über den ein Wasser­ dampf enthaltender Nebengasstrom mit dem zu untersuchenden Hauptgasstrom vermischt wird. Im Falle eines zu feuchten Ga­ ses wird bei 8 eine Vorrichtung zur Teilentfeuchtung benutzt.

Der Behälter 1 kann in eine bestehende, ein Abgas oder Abluft erzeugende Anlage eingebaut sein. Der Behälter 1 kann ausge­ tauscht werden, wenn entweder die Aufnahmekapazität des Na­ triumiodids bzw. des Natriumiodidhydrats 6 erschöpft ist oder alternativ in regelmäßigen Abständen. Soll die Verunreinigung des Gasstroms quantitativ bestimmt werden, so wird vorzugs­ weise eine definierte Gasmenge durch den Behälter 1 geleitet, bevor er aus dem Gasstrom genommen und verschlossen wird. Wird mit der Vorrichtung ein Gasstrom gereinigt, so wird der adsorptiv und/oder mechanisch belegte Behälter 1 gegen einen neuen Behälter ausgetauscht.

Fig. 2 zeigt einen Behälter 1 mit einer alternativen Modifi­ kation des Natriumiodid/Natriumiodidhydrats, die für einen mobilen Einsatz besonders geeignet ist. In dem dargestellten Behälter befindet sich ein Trägermaterial 10 mit großer Ober­ fläche, das mit Natriumiodid/Natriumiodidhydrat imprägniert ist. In der Figur ist als Trägermaterial ein Gewebe 10 darge­ stellt, welches in dem Ausführungsbeispiel aufgerollt in den rohrförmigen Behälter 1 eingebracht ist. Diese Ausführungs­ form zeichnet sich durch ihr niedriges Gewicht aus und kann auf eine geringe Größe, beispielsweise in Form eines Pro­ beröhrchens optimiert werden. Nicht dargestellt sind hier Ga­ seinlaß und Gasauslaß und die Mittel zum Ankoppeln an einen Gasstrom. Dieser wird hier zum Beispiel mittels einer handbe­ triebenen Pumpe durch den Behälter geleitet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die insbesondere für einen stationären Betrieb zur Reinigung eines Gasstroms geeignet ist. Der teilweise mit Natriumiodid und entsprechend mit Natriumiodidhydrat gefüllte Behälter 1 ist so ausgestal­ tet, daß während des Durchleitens des Gasstroms ein kontinu­ ierliches Durchmischen des Natriumiodids stattfinden kann. Dazu ist der Behälter beispielsweise rohrförmig ausgebildet und um seine Längsachse a in Richtung r drehbar gelagert. Im Innern des rohrförmigen Behälters sind beispielsweise schau­ fel- oder lamellenartig ausgebildete nach innen ragende Ele­ mente 11 angeordnet, die in der Art einer Mischmaschine bei der Rotation des Behälters das eingefüllte körnige Natrium­ iodid 6 durchmischen. Die Elemente 11 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß während der Rotation des Behälters 1 das Na­ triumiodid vorhangartig herabrieselt. In dieser Ausführung ist garantiert, daß der Gasstrom in besserem Kontakt mit dem Natriumiodid steht, daß ständig neue, nicht durch Adsorption belegte Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, daß das vor­ zugsweise feinkörnige Natriumiodid nicht verklumpt, die Gas­ durchlässigkeit nicht behindert und die freiliegende Oberflä­ che nicht reduziert wird.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, die eine zeitaufgelöste Un­ tersuchung von Verunreinigungen in einem Gasstrom ermöglicht. Dabei ist der Behälter 1 als Fallrohr ausgebildet, der am un­ teren Ende einen seitlich angebrachten Gaseinlaß 2 und am oberen Ende einen ebenfalls seitlich angebrachten Gasauslaß 3 aufweist. Unbeladenes Natriumiodid 13 wird beispielsweise in einem Vorratsbehälter 12 in feinteiliger rieselfähiger Modi­ fikation vorgelegt. Über eine unten angebrachte Öffnung 17 im Vorratsbehälter rieseln die Natriumiodidpartikel durch den Behälter 1. Die Öffnung 17 kann dabei als Düse ausgebildet sein, die eine gleichmäßige Verteilung der rieselnden Na­ triumiodidpartikel im Behälter 1 ermöglicht. Alternativ kann auch eine rotierende Schnecke, ein Verteilerteller oder eine geeignete andere Vorrichtung vorgesehen sein, die eine gleichmäßige Verteilung der Natriumiodidpartikel im Fallrohr 1 gewährleistet. Der zu untersuchende oder zu reinigende Gasstrom g wird durch den Einlaß 2 von unten in das Fallrohr geblasen, wobei wiederum eine Düse 14 für eine gleichmäßige Verteilung des Gasstroms im Fallrohr sorgt. Im Gegenstrom wird nun der Gasstrom gegen die rieselnden Natriumiodidparti­ kel geleitet, wobei im Gasstrom vorhandene Verunreinigungen an der Oberfläche der Partikel absorbiert werden. Auch hier wird ein feuchter oder befeuchteter Gasstrom gegen Natriumi­ odid geleitet, um die bereits erwähnten Vorteile der sich stetig neu ausbildenden Natriumiodidhydratoberfläche zu er­ zielen. Der hier in der Figur nur schematisch dargestellte Behälter 1 kann im Inneren noch bremsende Elemente für das rieselnde Natriumiodid oder Leitlamellen für den Gasstrom aufweisen, die eine innige Durchmischung des Gasstroms mit den rieselnden Natriumiodidpartikeln unterstützen.

Unterhalb der Einlaßöffnung 2 ist eine beispielsweise trich­ terförmig ausgebildete Auffangöffnung 16 für die rieselnden Natriumiodidpartikel vorgesehen, mit deren Hilfe diese in ei­ nen Auffangbehälter 15 geleitet werden. Da die gezeigte Aus­ führung vorzugsweise für den stationären Betrieb geeignet ist, ist der Vorratsbehälter 12 nachfüllbar und der Auffang­ behälter 15 austauschbar. Dabei ist es möglich, den Auffang­ behälter 15 mehrkammerig auszubilden, damit parallel mehrere gleichartige mit Verunreinigungen beladene Natriumiodid bzw. Natriumiodidhydratfraktionen entnommen werden können. Mit ei­ nem beispielsweise als schmales Rohr ausgebildeten Auffangbe­ hälter 15 wird eine Natriumiodid (-Hydrat)-Säule erhalten, in der sich beispielsweise durch eine Skalierung unterschiedli­ che Schichtbereiche definieren lassen, die unterschiedlichen Expositionszeiten zugeordnet werden können. Jede Fraktion steht dabei für ein bestimmtes zeitliches Meßintervall. Auf diese Weise ist es möglich, durch getrennte qualitative und/oder quantitative Bestimmung der Verunreinigungen in den einzelnen Fraktionen den zeitlichen Verlauf der Verunreini­ gungen im Gasstrom darzustellen.

Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung als Luftfilter für Reinräume im schematischen Querschnitt. Natriumiodid von geeigneter Körnung (0.1 bis 0.3 mm) wird durch eine geeignete Fördermittel F1 (Vibrationsförderer, Fließband) über eine Strecke oberhalb eines Behälters transportiert, von der es über einen oder vorzugsweise mehrere Schlitze S in den darun­ ter liegenden Behälter oder Raum fallen kann. Die Förderein­ richtung liefert so viel NaI/NaI·2H₂O - Pulver nach, daß sich unter jedem Schlitz S eine Art Vorhang V aus dem fallen­ den Pulver ausbildet. Dieses fällt dann auf eine weitere För­ dereinrichtung F2, welche das Pulver zu einer Hebeeinrichtung H (Paternoster, Schneckenförderer o. ä.) transportiert. Die Hebeeinrichtung transportiert das Pulver wieder nach oben zur Fördereinrichtung F1, so daß das Pulver (NaI/NaI·2H₂O) über F1, Fallstrecke, F2 und H einem Kreislauf unterworfen ist. Die Pfeile in der Figur verdeutlichen diesen Kreislauf. Das zu reinigende und gegebenenfalls angefeuchtete oder im Feuch­ tigkeitsgehalt reduzierte Gas g wird in der Fallstrecke gegen die Vorhänge aus fallendem NaI-Pulver geblasen, wo die Verun­ reinigungen absorbiert werden. Bei dem zu reinigenden Gas kann es sich zum Zuluft für den Reinraum oder um umgewälzte und periodisch zu filternde Umluft, oder auch um Abluft aus Einzelarbeitsplätzen, Abzügen oder Handschuhkästen handeln. Im Gasauslaß GA ist ein mechanischer Filter (Watte o. ä.) an­ gebracht, der verhindert, daß feinste NaI Partikel in den Reinraum geblasen werden. In dieser Ausbildung ist der NaI/NaI·2H₂O Filter besonders geeignet, Dämpfe und Gase zu bin­ den, welche bei der Herstellung elektronischer Bauteile die Bedampfung von Substraten stören.

Fig. 6 zeigt eine mögliche mobile Anwendung, mit der bei­ spielsweise die Bestandteile eines Abgasstroms, hier eines Kraftfahrzeugs bestimmt werden können. Dazu wird ein wie be­ reits beschrieben mit einer geeigneten Modifikation von Na­ triumiodid gefüllter Behälter 1 verwendet, durch den der Ab­ gasstrom g eines KFZ′s geleitet wird. Da die Auspuffgase von Verbrennungsmotoren üblicherweise eine Temperatur aufweisen, die oberhalb des für das erfindungsgemäße Verfahren optimalen Temperaturbereichs liegt, wird beispielsweise eine Kühlstrecke k vorgesehen, innerhalb das Abgas auf Raumtemperatur abge­ kühlt wird. Eine Befeuchtung ist bei Abgasen von Verbren­ nungsmotoren in der Regel unnötig.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das hier nur anhand einiger beispielhafter Ausführungen dargestellt werden konnte, läßt sich noch in einer Reihe weiterer denkbarer Vorrichtungen durchführen, in denen jeweils ein Gasstrom über Natriumiodid und Natriumiodidhydrat geleitet wird. Die Vorrichtungen kön­ nen stationär und zur Reinigung von Abgasen oder Abluft aus­ gestaltet sein, wobei sie dann auf möglichst vollständige Ab­ trennung und Filterung der Verunreinigungen ausgelegt sind. Kleinere und leichtere Vorrichtungen brauchen nicht auf voll­ ständige Adsorptionswirkung ausgelegt sein und sind insbeson­ dere für qualitative und quantitative Bestimmungen von Verun­ reinigungen im mobilen Einsatz geeignet.

In Abluftsystemen ist das erfindungsgemäße Verfahren insbe­ sondere zur Ausfilterung von gefährlichen und/oder giftigen Stoffen geeignet, beispielsweise von Schwermetallstäuben, ra­ dioaktiven Stoffen oder auch von Viren und Bakterien in bio­ technischen oder medizinischen Einrichtungen. Eine radioakti­ ve Beladung des Natriumiodids kann dann beispielsweise mit­ tels eines Zählers für hochenergetische Strahlung nachgewie­ sen werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Extraktion von Verunreinigungen aus einem Gas, bei dem ein Wasserdampf enthaltender Gasstrom (8) über festes Natriumiodid NaI (6) geleitet wird, wobei die Verunreinigun­ gen dort unter Bildung von Natriumiodidhydrat NaI·2H₂O fest­ gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem im Gasstrom vor dem Überleiten über NaI ein opti­ maler Feuchtigkeitsgehalt durch Beimischen von Wasserdampf oder Trocknen eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die am NaI/NaI·2H₂O festgehaltenen Verunreinigungen in einem späteren Verfahrensschritt qualitativ und/oder quan­ titativ bestimmt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die am NaI/NaI·2H₂O festgehaltenen Verunreinigungen durch Ausheizen, Auswaschen, Filtrieren oder eine Kombination dieser Verfahren vom NaI abgetrennt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein feinkörniges oder in poröser Modifikation vorlie­ gendes NaI bzw. NaI·2H₂O verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das NaI/NaI·2H₂O während des Überleitens mechanisch durchmischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Gasstrom über NaI/NaI·2H₂O geleitet wird, wel­ ches auf einem Trägermaterial mit großer Oberfläche aufge­ bracht ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Gasstrom in einem Fallrohr im Gegenstromverfahren gegen rieselndes feinkörniges NaI bzw. NaI·2H₂O geleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem NaI/NaI·2H₂O nach dem Überleiten sedimentiert wird, um eine zeitabhängige Bestimmung der festgehaltenen Verunrei­ nigungen zu ermöglichen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das NaI/NaI·2H₂O in einem rohrförmigen Behälter vorgelegt wird, durch den der Gasstrom geleitet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das NaI/NaI·2H₂O während des Überleitens fraktio­ niert wird, um eine zeitabhängige Bestimmung einer Verunrei­ nigung zu ermöglichen.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das NaI/NaI·2H₂O beim Sedimentieren parallel in mehrere gleichartige Fraktionen aufgeteilt wird.

13. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Luftreinigung in Reinräumen.

14. Verwendung von NaI/NaI·2H₂O als Adsorptions- und/oder Filtermaterial zur Reinigung von Gasen.