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DE3221212A1 - Filter und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Filter und verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
DE3221212A1
DE3221212A1 DE19823221212 DE3221212A DE3221212A1 DE 3221212 A1 DE3221212 A1 DE 3221212A1 DE 19823221212 DE19823221212 DE 19823221212 DE 3221212 A DE3221212 A DE 3221212A DE 3221212 A1 DE3221212 A1 DE 3221212A1
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DE
Germany
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filter according
active
fiber
particles
particulate material
Prior art date
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Withdrawn
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DE19823221212
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English (en)
Inventor
Kent 19453 Upplands Väsby Dingfors
Christer Dipl.-Ing. 69136 Karlskoga Heinegård
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chematur AB
Original Assignee
Bofors AB
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
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  • Analytical Chemistry (AREA)
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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER
Aktiebolaget Bofors S-691 80 Bofors / Schweden
Filter und Verfahren zu seiner Herstellung
. - PATENTANWÄLTE 3221212 EUROPEAN PATENTATTORNEYS
-S
— RICHARD GLAVVE KLAUS DELFS
DRHNG. DIPL-ING.
ULRICH MENGDEHL
WALTER MOLL DIPL-CHEM. DR REa NAT.
DIPL-PHYS. DR. RER NAT. HEINRICH NIEBUHR
OFF. BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL.
8000 MÜNCHEN 26 2000 HAMBURG 13
POSTFACH 162 POSTFACH 2570
LIE8HERRSTR. 20 ROTHENBAUM-
TEL. (089)226548 CHAUSSEE58
TELEX522505SPEZ TEL (040) 410 20 08
TELECOPIER (089) 223938 TELEX 212 921SPEZ
MÜNCHEN
A 05
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Filter für die Gas- oder Flüssigkeitstrennung, bestehend aus einem zusammenhängenden Faserstoff, dessen Filteraktivität auf seiner Fähigkeit beruht, gasförmige oder flüssige Komponenten eines vorherbe-5 stimmten Types chemisch zu binden oder physikalisch zu absorbieren.
Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Filter ist es, daß dessen Fähigkeit zum Absorbieren oder zur Bindung der genannten gasförmigen oder flüssigen Komponenten in einem 10 pulver- oder teilchenförmigen Material lokalisiert ist, das in dem Faserstoff enthalten ist. Der Faserstoff muß demgemäß
BANK. DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) · TELEGRAMM: SPECHTZIES
-G-
durchlässig sein für das Fluidium (Gas- oder Flüssigkeitskomponenten) , das man im Filter absorbieren will. Dagegen ist es weder notwendig noch in den meisten Fällen erwünscht, daß man den gesamten Fluidstrom, aus dem die genanten Komponenten absorbiert werden sollen, durch den Faserstoff strömen läßt. Vorausgesetzt^daß das in dem Faserstoff eingeschlossene partikelformige aktive Material eine ausreichende Affinität für die zu absorbierenden Komponenten hat, reicht es aus, daß man den Fluidstrom in einer ausreichend dünnen Schicht in Längsrichtung entlang dem Faserstoff strömen läßt. Dabei muß natürlich eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit und eine geeignete Länge der Kontaktfläche zwischen dem Strömungsmedium und dem aktiven Faserstoff gewählt werden. Der Vorteil, der damit verbunden ist, daß man das Medium über und nicht durch ein Filter der angegebenen Art strömen läßt, besteht natürlich darin, daß man auf diese Weise einen wesentlich kleineren Druckabfall über das Filter erhält.
Das Prinzip, daß man das zu behandelnde Medium in Längsrichtung über einen Faserstoff strömen läßt, der ein Träger von aktiven Teilchen für die Behandlung des Mediumstromes ist, ist an sich z.B. aus dem schwedischen Patent 363 241 bekannt. In diesem Fall besteht jedoch die aktive Komponente des Filters aus Teilchen, die in einer Harzschicht auf die Oberfläche einer Faserbahn aufgeklebt sind,
was zur Folge hat, daß nur diejenigen Bereiche der Teilchen, die über die Harzschicht hinausragen, für eine Reaktion mit dem vorbeiströmenden Medium zur Verfügung stehen. Im übrigen beschreibt dieses Patent, wie man durch Zusammenfügen von teilweise gefalteten Faserbahnen zu einem laminierten Filterkörper ein Filter mit einer großen Anzahl von parallelen, voneinander getrennten Strömungskanälen für das zu behandelnde Medium erhalten kann. Ein Filter mit diesem Aufbau kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Filter gemäß der Erfindung ist in erster Linie zur Abtrennung von gasförmigen Verunreinigungen aus Luft vorgesehen, kann aber auch für verschiedene andere Arten von Gastrennung verwendet werden. Falls der als Filterträger dienende Faserstoff bestimmte Bedingungen bezüglich der Unempfindlichkeit gegen Nässe erfüllt, ist es auch möglich, das Filter zur Trennung von bestimmten Komponenten aus Flüssigkeiten zu verwenden.
Wie erwähnt beruht die hier verwendete Filtertechnik darauf, daß die aus einem Mediumstrom abzutrennenden Komponenten in Kontakt mit einem im Filter eingebundenen absorbierenden Material gebracht und von diesem absorbiert werden, Das bevorzugte und im folgenden erfindungsgemäß beschriebene absorbierende Material besteht hauptsächlich aus porösen
Polymerteilchen bestimmter Art.
Gleichzeitig können auch größere oder kleinere Mengen von anderen teilchenförmigen Materialien mit der Fähigkeit zur Absorbierung von bestimmten Gasen und/oder Flüssigkeiten, z.B. in Form von pulverförmiger Aktivkohle, in Betracht gezogen werden.
Die vorzugsweise verwendeten Polymerteilchen sind hauptsächlich von der Art, die allgemein als makroporöse Polymere oder makroporöse Gele bezeichnet werden können und gegebenenfalls mit funktioneilen Gruppen ergänzt sein können. Die Bezeichnung funktionelle Gruppen hat in der organischen Chemie eine eindeutige Bedeutung und braucht daher im folgenden nicht näher definiert zu werden. Im vorliegenden Zusammenhang ist es der Zweck der funktioneilen Gruppen, dem teilchenförmigen Material (makroporöses Gel) die gewünschte Affinität für die im jeweiligen Fall interresierende Komponente zu verleihen, die an dem makroporösen Polymer absorbiert oder chemisch gebunden werden soll. Unter einem makroporösen Gel wird ein teilchenförmiges Polymermaterial verstanden, welches im trockenen Zustand eine bleibende Porosität aufweist, die dem Material eine zugängliche spezifische Oberfläche verleiht, die größer als 50m2 pro Gramm ist. Die Tatsache, daß das makroporöse Polymer oder Gel in der Regel aus relativ feinteiligem Material besteht, hat mit der Definition nichts zu tun, denn es ist die
Porosität der Teilchen und nicht ihre Korngröße, die den makroporösen Gelen ihre große verfügbare spezifische Oberfläche für die Reaktion mit gasförmigen Medien gibt. Die Definition der makroporösen Polymere oder Gele kann deshalb als mehr oder weniger unabhängig von dem mittleren Teilchendurchmesser angesehen werden. Gegenwärtig sind Verfahren zur Herstellung von makroporösen Polymeren oder Gelen mit einer Teilchengröße von etwa 0,01 mm bis zu mehreren mm bekannt.
Ein Verfahren zur Herstellung makroporöser Polymere mit funktionalen Gruppen ist in der älteren Anmeldung P 32 02 479.7 beschrieben. Da dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden nicht näher beschrieben, wie dieses auch in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung äußerst nützliche Produkt hergestellt wird.
In der älteren Anmeldung P 32 02 479.7 wird beschrieben , wie verschiedene makroporöse Polymere für die Trennung von Gasen oder Flüssigkeiten verwendet werden können. Q Ein in diesem Zusammenhang sehr wesentlicher Vorteil der makroporösen Polymere liegt darin, daß sie sich sehr leicht regenerieren lassen und daß dies nahezu beliebig oft wiederholt werden kann, ohne daß deren Absorptionsvermögen bei der erneuten Verwendung abnimmt.
Allgemein gesprochen können makroporöse Polymere somit verwendet werden für die Absorption oder das chemische Binden von spezifischen Komponenten, die in Gasen oder gegebenenfalls Flüssigkeiten enthalten sind. Dies gilt dann, wenn das makroporöse Polymer eine gute Affinität für die jeweilige Gas- oder Flüssigkeitskomponente hat. Diese Affinität kann durch den Einbau von funktionalen Gruppen erhalten bzw. gesteuert werden. Die in vielen Fällen kleine Teilchengröße des makroporösen Polymers kann bestimmte Probleme mit sich bringen. Das Hindurchleiten des zu behandelnden Mediums durch ein festes Bett aus diesen Teilchen kann z.B. ungeeignet sein, weil sich ein zu großer Druckabfall in einem so aufgebauten Filter ergeben würde. Andererseits kann die geringe Teilchengröße es aus unmöglich machen, sie in einem Filter mit einem fluidisierten Bett oder Wirbelbett zu verwenden. Die Nachteile von Filtern, bei denen teilchenförmiges aktives Material auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgeklebt sind, wurden bereits erwähnt.
Gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung sind die aktiven Teilchen in einem Faserstoff eingelagert, ausreichend porös ist, so daß die jeweils interessierenden Gas- oder Flüssigkeitskomponenten hineindiffundieren und die Teilchen erreichen können, auch wenn diese in den zentralen Bereichen des Faserstoffes angeordnet sind,
oder umgekehrt von diesen wegdiffundieren können, wenn das Filter regeneriert wird. Mit dem Ausdruck in den
Paserstoff eingelagert oder fixiert ist gemeint, daß
die Teilchen in dem Faserstoff enthalten sind. Auf diese Weise wird ein sehr einfach zu handhabendes Filter erhalten .
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise Papier oder ein anderes Produkt auf der Basis von Zellulosefasern für das Einbinden der aktiven absorbierenden Teilchen verwendet, jedoch können auch größere oder kleinere Zumischungen von anderen Faserarten wie z.B. Mineralfasern, Kunstfasern od.dgl. verwendet werden sowie auch vollständig zellulosefreie Faserstoffe, z.B. auch Faserfliese, die ganz aus synthetischen Fasern bestehen können.
Die Tatsache, daß Papier sich als besonders geeignet für diesen Zweck erwiesen hat, beruht hauptsächlich darauf, daß es trotz seiner ausreichend porösen und offenen Struktur in der Lage ist, die Teilchen ausreichend und zuverlässig einzubinden.
Mit den vorstehend und im folgenden beschriebenen Verfahren können mehr als 60 Gew.-% Polymerteilchen in dem Papier gebunden werden.
Die Erfindung umfaßt auch verschiedene Verfahren zur Herstellung des Filters.
Das makroporöse Polymer kann in eine Faserträgerbahn , z.B. Papier, eingemischt werden, in dem es dem Faserbrei oder der Papierpulpe vor der Verfestigung der Faserbahn zugemischt wird. Es ist aber auch möglich, eine fertige Faserbahn mit einer Suspension von verschiedenen Teilchen mit sehr kleinem mittlerem Durchmesser zu imprägnieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein mehrschichtiges Papier herzustellen, bei dem ein oder mehrere Mittelschichten ganz oder teilweise aus den in Frage kommenden Teilchen bestehen. Aus Festigkeitsgründen kann das Zumischen von Fasern auch in relative reine Teilchenschichten zweckmäßig sein.
Das erfindungsgemäße Filter ist in seiner Funktion unabhängig davon, wie die aktiven Teilchen in dem Faser-
« stoff eingelagert sind, sondern wird bestimmt durch dessen Fähigkeit, den Durchtritt der jeweiligen Gase und/oder Flüssigkeit zu den Teilchen zu gestatten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Filters gemäß der Erfindung, bei dem die porösen Polymerteilchen in der Mittelschicht konzentriert sind, besteht darin, daß eine Suspension aus Polymerteilchen und Fasern als Mittel-
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schicht während der Herstellung eines mehrschichtigen Faserstoffes eingebracht wird. Dies kann in der Weise erfolgen, daß die Suspension zwischen zwei teilweise getrocknete Faserbahnen in einer Papiermaschine mit doppelter Siebpartie eingeführt wird, oder indem die Suspension in das mittlere Abteil eines unterteilten Einlaufkastens eingegeben und dann bei der Herstellung des Faserstoffes in diesen eingebaut wird.
Um zu bestimmen, in welchem Ausmaß die Einlagerung des Polymermaterials in den Faserstoff seine Absorptionsfähigkeit beeinflußt, wurde ein Versuchsfilter auf einer Einsiebpapiermaschine mit dreigeteiltem Einlaufkasten hergestellt. In die Außenfächer wurde eine Dispersion von 17 Gew.-% Zellulosefaser eingegeben, während in das Mittelfach 34 Gewichtsteile Polymerteilchen (makroporöses Gel) zugeführt wurden.
Die erhaltene Faserbahn hatte nach dem Trocknen ein Flächengewicht von 77g/m2 und enthielt 60 Gew.-% Polymerteilchen. Bei Absorptionsversuchen mit diesem Filter wurde gefunden, daß das Absorptionsvermögen pro Gewichtseinheit des Polymers das gleiche war wie für die Polymerteilchen in freier Form.
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Dies kann nur bedeuten, daß die gesamte Oberfläche der makroporösen Polymerteilchen für die Absorption auch dann zugänglich ist, wenn die Teilchen in der Papierbahn eingelagert sind. Wie erwähnt gilt dies nicht bei Filtern, wie sie in der schwedischen Patentschrift 363 241 beschrieben sind, bei denen die aktiven Teilchen in einer Harzschicht auf die Filteroberfläche aufgeklebt sind.
Die Erfindung ist näher in den Ansprüchen gekennzeichnet. Nach dem oben beschriebenen Verfahren herge-. stellte Filter haben sich als außerordentlich geeignet für die Absorption eines oder mehrerer Gase aus Luft oder anderen Gasmischungen erwiesen.
In diesem Zusammenhang besonders interessierende Stoffe sind z.B. Lösungsmittel, Aromaten, Monomere, AIiphaten und polare Verbindungen. Die erwähnte Tatsache, daß das Filter sehr leicht zu regenerieren ist, bedeutet, daß die absorbierten Substanzen sehr leicht wiederzugewinnen sind, während das Filter sehr oft wiederverwendet werden kann.
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Claims (10)

Patentansprüche 10
1. \ Filter für die Gas- oder Flüssigkeitstrennung,
estehend aus einem zusammenhängenden Faserstoff als Träger für aktives, pulver- oder teilchenförmiges Material mit der Fähigkeit, bestimmte gasförmige oder flüssige Komponenten physikalisch zu absorbieren oder chemisch zu binden, dadurch gekennzeichnet , daß der Faserstoff ausreichend porös ist, um das Hindurchdiffundieren der Gas- oder Flüssigkeitskomponenten zu ermöglichen, und daß das aktive teilchenförmige Material in dem Faserstoff eingelagert ist.
2. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das aktive teilchenförmige Material
aus einem porösen Polymer, insbesondere einem makroporösen Gel, mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g besteht.
3. Filter nach Anspruch 2 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß das makroporöse Polymer aus einem vernetzten aromatischen Homo- oder Kopolymer mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g besteht.
4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß der Faserstoff aus mehr als 50 Gew.-% Zellulosefasern besteht.
5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß das teilchenförmige Material in dem Faserstoff homogen verteilt ist.
6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß der Faserstoff aus mehreren Schichten besteht und daß das aktive teilchenförmige Material in einer Mittelschicht oder mehreren Mittelschichten konzentriert ist.
7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , daß das aktive
-ζ-
teilchenförmige Material durch Imprägnieren des Faserstoffes mit einer Suspension der Teilchen in dem Faserstoff eingelagert ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Filters nach
einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , daß aktive Polymerteilchen mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g und der Fähigkeit, bestimmte Gas- oder Flüssigkeitskomponenten zu absorbieren oder zu binden, in eine Fasersuspension auf Zellulosebasis eingemischt werden, die in bekannter Weise zu einer Faserbahn geformt und getrocknet wird, in der die aktiven Teilchen enthalten sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch g e k e η η -zeichnet, daß bei der Herstellung einer mehrschichtigen Faserbahn durch Formen und Trocknen in einer Papiermaschine mit mehrteiligem Einlaufkasten eine Suspension von aktiven Polymerteilchen mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g und der Fähigkeit, bestimmte Gas- oder Flüssigkeitskomponenten zu absorbieren oder zu binden, über das mittlere Abteil des Einlaufkastens in die Mittelschicht der gebildeten mehrschichtigen Faserbahn eingeführt werden.
10. Verfahren zur Herstellung eines Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserstoff mit einer wässrigen Dispersion imprägniert wird, die aktive Polymerteilchen mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m2/g und der Fähigkeit, bestimmte Gas- oder Flüssigkeitskomponenten zu absorbieren, enthält, und daß anschließend das Wasser ausgetrieben wird.
DE19823221212 1981-06-04 1982-06-04 Filter und verfahren zu seiner herstellung Withdrawn DE3221212A1 (de)

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