DE4343359A1

DE4343359A1 - Schadstoff-Filter, insbesondere für Kfz

Info

Publication number: DE4343359A1
Application number: DE19934343359
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1993-12-18
Publication date: 1995-06-22

Description

Noch vor wenigen Jahren wurden den Schadstoffen in der in ein Fahrzeug eingeführten Frischluft kaum Aufmerksamkeit geschenkt. Lediglich sorgten grobmaschige Gitter dafür, daß keine größeren Gegenstände das Gebläse schädigen konnten. Ein erster Schritt in die gute Richtung waren Pollenfilter, die insbesondere Allergikern das Autofahren erleichtern sollten. Inzwischen wuchs die Erkenntnis, daß auch der Nicht-Allergiker gesundheitschädigenden Stoffen ausgesetzt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die Schadstoff-Konzentration im Innenraum ei nes Kfz um ein Vielfaches höher sein kann als die am Straßenrand gemesse nen Konzentrationen, und zwar deshalb, weil das Auto der Hauptverursacher der Schadstoffe im Straßenbereich ist und im dichten Verkehr die Abgase des Vordermanns weniger verdünnt sind als in der "durchschnittlichen" Luft. Die Schadstoffe liegen als Partikel und im gasförmigen Zustand vor. Bei den Parti keln handelt es sich in erster Linie um Dieselruß, Abrieb von Bremsbelegen und Reifen, bei den gasförmigen Schadstoffen handelt sich im wesentlichen um saure Gase (SO₂, NO_x), aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, die teils anoxidiert sein könnten und CO. Rußpartikel werden heute als krebs erregend betrachtet. Außerdem adsorbieren sie - ähnlich wie Aktivkohle - ins besondere höher siedende Stoffe, worunter krebserregende kondensierte aro matische Kohlenwasserstoffe. Neben diesen eigentlichen Schadstoffen gibt es geruchsintensive Stoffe, die schädlich sein können, aber nicht müssen; sie be einträchtigen jedenfalls den Komfort.

Nach den ursprünglichen "Pollenfiltern" kamen verbesserte Partikelfilter, die auch einen beachtlichen Teil der Rußpartikel entfernten, nicht aber Schadstof fe im gasförmigen Zustand. Außerdem wurde festgestellt, daß an den von Fil tern festgehaltenen Rußpartikeln adsorbierte Schadstoffe, beispielsweise poly kondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe, nach einiger Zeit desorbieren und in die Fahrzeugkabine gelangen. Schließlich können Partikelfilter keine Geruchsbelästigungen vermeiden. Es war klar, daß nur die Kombination eines sehr guten Partikelfilters mit einem geeigneten Adsorptionsfilter eine wirksame Lösung des Schadstoffproblems bieten konnte.

Eine Zwischenlösung bietet eine renomierte Autofirma in ihrem Topmodell an:
Auf das Partikelfilter folgt ein Aktivkohlefilter, das in erster Linie als Geruchsfil ter gedacht ist, da nicht-imprägnierte Aktivkohle viele flüchtige Schadgase (SO₂, NO_x, NH₃ . . . CO) nicht bzw. nicht ausreichend binden kann. Zweifelsoh ne werden in der Zukunft Filter mit zumindest teilweise imprägnierter Aktivkoh le zur Anwendung kommen, wobei Imprägnierungen mit katalytischen Effekten (Oxidation) ebenfalls eine Rolle spielen werden.

Ein relativ gefährlicher Schadstoff ist das krebserregende Benzol. Benzol ist im Kraftstoff enthalten und kann durch Lecks am Kraftstoffsystem, aber auch durch unvollständige Verbrennung, die Luft belasten. Für Benzol gibt es keine chemische Imprägnierung bzw. Katalysatoren, also muß die Entfernung von Benzol über die reine physikalische Adsorption erreicht werden.

Es hat sich nun überraschenderweise in Langzeitversuchen gezeigt, daß Ben zol zwar gut auf Aktivkohle adsorbiert, aber mit der Zeit durch höher siedende, z. T. auch polyzyklische Verbindungen, verdrängt wird. So verdrängt das weni ger giftige Toluol und Xylol das Benzol von seinen Adsorptionsplätzen, wel ches dann wieder in den Kfz-Innenraum eindringt. So sieht man bei einem Fil ter, der aus verschiedenen Lagen besteht, wie Benzol zuerst in der vorderen Schicht adsorbiert wird, aber dann unter dem "Druck" höher siedender Stoffe von einer Schicht in die folgende verdrängt wird, um schließlich auszutreten. Natürlich kann man die Filterschicht eines Kfz-Frischluftfilters dermaßen dick gestalten und die Kapazität dermaßen erhöhen, daß nach einer Fahrstrecke von 50 000-100 000 km kein Benzol austritt. Solche überdimensionierte Filter sind nicht wirtschaftlich und auch fehlt der Platz.

Es war die Aufgabe der vor liegenden Erfindung, diese unbefriedigende Situation zu verbessern.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Adsorptionsfiltern auf Basis bestimmter Aktivkokse bzw. Aktivkohle-Siebe Benzol nicht durch höher sie dende Stoffe verdrängt wird. Ausgedehnte Versuche haben gezeigt, daß wahrscheinlich die Adsorptionsplätze für größere Moleküle nicht mehr zugäng lich sind. In Aktivkoks werden "Porendurchmesser" von ca. 2 Å und etwas drü ber gefunden. Da es sich um schlitzförmige Poren handelt, kann man sich vor stellen, daß das flache Benzolmolekül hineinpaßt, aber Toluol schon nicht mehr. Bei "Aktivkohle-Sieben" wird der Poreneingang durch niedergeschlage nen Kohlenstoff verengt. Dieser Flaschenhals läßt sich in bestimmten Grenzen variieren. Auf Grund der mit Aktivkoks gemachten Erfahrung wurde ein "Fla schenhals" von ca. 2-3 Å angestrebt. Auch in diesem Fall konnte Benzol se lektiv adsorbiert werden.

In einem mehrschichtigen Filter wird man die spezifischen Benzol-Filterschich ten am Ende der Filterstrecke einbauen, wo das allmählich aus den ersten Fil terschichten (mit normaler Aktivkohle) verdrängte Benzol in den sehr engen Poren dauerhaft festgehalten wird.

Ein sehr geeignetes System zum Aufbau eines Mehrschicht-Filters ist in der DE 38 13 563 A1 beschrieben: An einer dreidimensionalen Trägermatrix, be vorzugterweise ein großporiger, retikulierter PU-Schaum, sind mit einer Haft masse kleine Adsorberteilchen befestigt. Der große Vorteil des Systems be steht darin, daß trotz der für die Adsorptionskinetik günstige kleinen Teilchen größe - normalerweise < 1 mm - die Luftdurchlässigkeit bei gleicher Leistung etwa 10 × höher ist als bei herkömmlichen Schüttfiltern. Des weiteren sind die selbstragenden Matten einfach zu verarbeiten - Einschieben in einen Rah men - und dank der Fixierung der einzelnen Teilchen, die nicht gegeneinan der reiben, sehr abriebarm. Bei einem schichtförmigen Aufbau wird der Ben zolfilter bevorzugt nach den üblichen Adsorptionsfiltern eingesetzt.

Grundsätzlich ist aber jedes Filtersystem geeignet, sofern es die erforderliche Porenstruktur aufweist. Neben Adsorbentien auf Kohlenstoff-Basis (Aktivkohle, Aktivkoks, Kohlenstoff-Molekularsiebe) kommen auch poröse Polymere und inorganische Adsorbentien in Frage.

Claims

1. Frischluftfilter für Kraftfahrzeuge mit spezifischer, auf Benzol ausgerichte ter Adsorption, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien Mikroporen oder Mikroschlitze mit einem Durchmesser von 1,5-3 Å besitzen.

2. Frischluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens Aktivkohle ist.

3. Frischluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens Aktivkoks ist.

4. Frischluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens ein Kohlenstoff-Molekularsieb ist.

5. Frischluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens ein anorganisches Material ist.

6. Frischluftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens ein poröser Polymer ist.

7. Frischluftfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem schichtförmigen Aufbau zuerst die üblichen Adsorptionsfilter und erst dahinter die Benzolfilterschicht einge baut sind.