SE507024C2 - Passivt filter innefattande en självregenererande materialkomposition för upptagning av gasformiga ämnen - Google Patents

Description

507 024 10 15 20 25 30 35 som beskrivs är att lägga ett kemikaliesorberande skikt, kombinerat med ett diffusionstätt skikt som avskärmning mellan den kontaminerade byggnadskonstruktionen och ut- rymmen som är avsedda att vistas i.

Porösa material används också för att suga upp luktande ämnen som befinner sig i vätskefas eller är lös- ta i en vätska t ex för att tjänstgöra som så kallad kattsand eller sorbtionsmaterial för saneringsarbeten.

Patentskrifterna WO 82/OHHO8 och GB-A-1 593 058 beskriver sådana material. >Porösa material används även i kombination med hygroskopiska tillsatser för att uppta fukt i förpack- ningar och apparaturutrymmen. Ett sådant material är känt genom patentskriften DE-B-1 260 UH1.

Den ovan beskrivna upptäckten av det i patent- skriften SE-C-387 681 beskrivna materialets förmåga att ta upp lukt, öppnade vägen till en hittills förbisedd teknik när det gäller att ta bort luktande ämnen eller kemikalier ur luften i ett rum, nämligen att utnyttja förhållandet att luktande ämnen är flyktiga, att det en- dast är i gasform som de luktar och att de lyder under gaslagarna.

Luktande ämnen är mer eller mindre lättflyktiga och lukt uppstår genom att molekyler eller mikropartiklar avdunstar från ett luktande ämnes yta. Avdunstningen på- går till dess den omgivande luften är mättad. Vid detta tillstånd upptas och avdunstar lika många luktmolekyler vid det luktande ämnets yta.

Luktande ämnen karakteriseras av att luktför- nimmelsen uppstår vid mycket små koncentrationer (som regel något milligram per ma luft) och långt innan mätt- nadspunkten uppnåtts. Den koncentration av luktämnet i luften då lukt kan förnimmas kallas lukttröskelvärdet.

För att ta bort lukten krävs därför att fler luktmoleky- ler försvinner ur luften än som avges från det luktande ämnets yta så att halten luktämnen kommer under lukttrös- kelvärdet. 10 15 20 25 30 35 567 024 Luktande ämnen har ett gastryck och deras sprid- ning i rummet följer gaslagarna. Detta är orsaken till att lukt mycket snabbt sprider sig i ett slutet rum. Till följd av partialtrycket tränger luktmolekylerna in i po- rösa ämnen där de rör sig trögare än i luftrummet. Den porösa ytan tar därför upp fler luktmolekyler än den av- ger. Emellertid når de flesta porösa ämnen mycket snabbt ett jämviktsläge där partialtrycket i det porösa materia- let är lika med partialtrycket i den omgivande luften.

Materialet avger då lika många luktmolekyler som det upp- tar. Det porösa materialet förmår inte längre ta upp lukt. Sänks koncentrationen av det luktande ämnet i luf- ten medför det högre partialtrycket i det porösa materia- let att luktmolekyler avges. Det porösa materialet börjar lukta.

Vatten, framför allt i form av ånga, har en myc- ket god förmåga att dipolärt binda luktande ämnen. Luk- tande ämnen är också som regel lösliga i vatten. Detta förhållande utnyttjas vid luktsanering av t ex rökskadade kläder, där det finns en metod att växlevis utsätta plag- gen för övertryck med ånga, som därefter evakueras och därvid drar ut de luktmolekyler som trängt in i porer och kapillärer. Detta saneringsförfarande beskrivs i patent- skriften EP-A-0 111 H66. Förhållandet har också använts för att förstärka porösa materials förmåga att binda luktämnen. Dessa beskrivs t ex i patentskriften SE-A-218 16ü.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett självregenererande passivt filter för gasformi- ga ämnen, i synnerhet gasformiga luktande ämnen, vilket förmår kapa belastningstopparna i belastade miljöer.

De material som beskrivs i de ovan nämnda skrif- terna har det gemensamt att de efter en tid blir mättade och därefter inte fungerar som luktupptagare. Om luktbe- lastningen i rummet sänks börjar de mättade materialen själva avge lukt och måste följaktligen bytas ut. Det i 507 024 10 15 20 25 30 35 patentskrifterna DE-A3 735 222 och DE-A-3 801 652 be- skrivna materialet föreslås därför kombineras med meka- nisk ventilation för att lösa problemen när materialet mättats.

Det i det svenska patentet SE-C-387 681 beskriv- na isolerande och sorberande materialet, här benämnt A, har visat sig ta upp luktande ämnen. Denna förmåga är be- gränsad eftersom materialet mycket snabbt mättas. Genom att sätta till ett annat material, här benämnt B, som har förmåga att ta upp och binda vattenmolekyler direkt från den omgivande luften erhålls en materialkomposition som uppvisar en förbättring av den luktupptagande kapacite- ten. De båda materialkomponenterna A, B föreligger före- trädesvis i form av granuler i materialblandningen. Om det bindemedel som håller granulerna samman till ett mik- roporgitter är vattenburet, erhålls redan från början en maximal fukthalt i materialkompositionen.

Kombinationen av materialkomponenterna A och B innebär att luktämnen tas upp ur luften dels genom ad- sorbtion i den första materialkomponenten A, dels genom absorbtion i den andra materialkomponenten B, som upp- kommer genom att det i den andra materialkomponenten B bundna vattnet genom sin lösningsförmåga (eller förmåga att dipolärt binda molekyler) absorberar luktämnet.

Det har vid experiment överraskande visat sig att varierande blandningsförhållanden mellan materialkom- ponenterna A och B ger materialkompositionen olika lukt- upptagande egenskaper. Ju högre andelen av den första ma- terialkomponenten A är, dess snabbare når materialkompo- sitionen mättnadspunkten och dess enklare är det att de- sorbera luktämnena från materialet.

Ju högre andelen av den andra materialkomponen- ten B är, dess längre tid tar det innan materialbland- ningen når mättnadspunkten och dess svårare är det att desorbera luktämnen från materialbladningen.

Det har överraskande visat sig att syftet med uppfinningen uppnåtts vid blandningsförhållanden, där den 10 15 20 25 30 35 så? 024 första materialkomponenten A utgör 50 - 95 %, företrädes- vis 80 - 90 % (viktsprocent) och den andra materialkompo- nenten B utgör 5 - 50 % företrädesvis 10 - 20 % (Vikts- procent) av materialkompositionen.

Vid detta blandningsförhållande erhålls en lukt- upptagningsförmåga som är tillräckligt snabb för att ta bort lukten ur de flesta luktbelastade lokaler och en desorbtionsförmåga då luktbelastningen i rummet upphört som är tillräckligt långsam för att avge de luktande äm- nena och deras eventuellt oxiderade restprodukter utan att överskrida lukttröskelvärdet. I speciella fall av luktbelastning kan blandningsförhållandena mellan mate- rialkomponenterna A och B behöva ändras.

Företrädesvis består den första materialkompo- nenten A av ett eller flera av materialen perlit, zeolit, bentonit, finmald kiseldioxid eller kristobalit, och den andra materialkomponenten B av ett eller flera av mate- rialen salter, kiselsyragel, stärkelse- eller cellulosa- derivat, gips, alkalisilikat, aluminiumsilikat eller ki- selgur, varvid de ingående materialen hålls förenade till ett gitter med hjälp av ett bindemedel. Dessutom är det en fördel att ha bringat åtminstone den ena av material- komponenternas A, B granuler att sorbera ämnen som är oxiderande och/eller reducerande och/eller på annat sätt reagerande med de luktämnen som skall tas bort ur den omgivande luften. Granulerna kan även ha bringats att sorbera ämnen som höjer eller sänker vattnets pH, beroen- de på vilka ämnen som utnyttjas för att åstadkomma en reaktion med luktämnena.

Då materialkompositionen enligt uppfinningen anbringats i ett skikt på en yta, t ex ett tak eller en vägg, i ett utrymme med en viss förekomst av något luk- tande ämne, tränger luktmolekylerna in i det porsystem som finns i granulerna där de rör sig trögare och delvis fångas upp det i porsystemet bundna vattnet. Det kommer därvid att per tidsenhet fångas upp fler luktmolekyler i posystemet än som förmår frigöra sig ur detta. Härigenom 507 024 10 15 20 25 30 35 sänks det avdunstade luktämnets gastryck närmast den sor- berande ytan, varvid fler luktmolekyler strömmar till för att utjämna tryckskillnaden i partialtrycket.

Det har visat sig föreligga ett direkt propor- tionellt förhållande mellan rummets volym och den med ma- terialkompositionen behandlade ytans area och luktbort- tagningseffekten. Ju större den sorberande ytan är i för- hållande till det luktbelastade rummets volym, dess snab- bare kan materialkompositionen enligt uppfinningen sorbe- ra tillräckligt stor mängd luktmolekyler för att hålla koncentrationen i luftrummet under lukttröskelvärdet. Ex- periment har visat att för de flesta luktbelastade mil- jöer bör materialkompositionen täcka en yta som uttryckt i ma är minst 1/U av rummets volym uttryckt i m3. Med mindre belagd yta ökar tiden för att vid en given halt av luktämnen i luften göra utrymmet luktfritt.

Det föreligger också ett samband mellan mate- rialkompositionens tjocklek och dess sorberande kapaci- tet. Ju tjockare skiktet är dess längre tid dröjer det vid en given halt av luktämnen i luften innan skiktet mättats. Skiktet kan ha en tjocklek på 0,5 - 5 mm, men företrädesvis 1,0 - 2,0 mm. För normalt luktbelastade miljöer är ett skikt på ca 1,5 mm tillräckligt.

De flesta luktämnen är kemiskt instabila varför de oxideras och bryts ned till andra, vanligen icke luk- tande ämnen. Denna nedbrytningsprocess påskyndas av att luktämnena sprids ut över en stor yta i det enligt upp- finningen uppbyggda mikroporgittret.

Oxidationen av de luktande ämnena kan påskyndas med hjälp av katalysatorer. Det har överraskande visat sig att vissa metalloxider, såsom järnoxider, blyoxider, zinkoxider och titanoxider har en markant katalytisk ef- fekt. Denna effekt visar sig genom att mängden koldioxid ökar signifikant i den omgivande luften då materialkompo- sitionen enligt uppfinningen sorberar vissa organiska luktämnen. Även mängden vattenånga ökar om än obetydligt.

Eftersom luktämnena är organiska ämnen tyder detta på att 10 15 20 25 30 35 D 507 024 en oxidation ägt rum. Den ringa ökningen av ånga tyder på att det mesta av det frigjorda vattnet tas upp av den andra materialkomponenten B i materialkompositionen.

Den i materialkompositionen enligt uppfinningen bundna fuktigheten har, vid sidan av förmågan att binda luktämnen, ytterligare en funktion. Fuktigheten varierar med den relativa fuktigheten i det omgivande luftrummet.

När luftfuktigheten sjunker kommer fukt som bundits i mikroporgittret att avdunsta och tar då med sig en del av de luktämnen och oxidationsprodukter som bildats av lukt- ämnena. Den fukt som bildas i samband med oxidationen av luktämnena förbättrar således såväl den omedelbara lukt- upptagningsförmågan som förmågan att sedermera avge lukt- ämnena. Den ökade vattenmängden som binds i den andra materialkomponenten B motsvaras inte av en ökad relativ fuktighet och kommer därför att omgående börja avdunsta.

Upptagningen avluktande ämnen kan vidare för- stärkas genom att en vätska med förmåga att absorbera gas sprayas över den med den luktborttagande materialkomposi- tionen täckta ytan. Denna vätska utgörs företrädesvis av vatten men kan även utgöras av t ex en lösning av vatten och alkohol eller väteperoxid. Detta förfarande kan till- gripas vid luktsanering, t ex efter en brand, då en for- cerad process önskas. Likaså kan en forcerad rening av mikroporytan åstadkommas genom att en finfördelad dimma av en sådan vätska sprayas över den med den luktbortta- gande materialkompositionen täckta ytan. Materialkomposi- tionen kommer då att mycket snabbt ta upp denna vätska, som genom kapillärkrafterna sprids ut i hela porgittret.

Om samtidigt den omgivande luftens relativa fuktighet är låg kommer en mycket snabb avdunstning att äga rum från ytan. Man kan därmed åstadkomma att relativt stora mäng- der fuktighet bringas att avdunsta på kort tid, varvid en stor del av de oxidationsprodukter som bildas transporte- ras bort.

I utrymmen som är utsatta för konstant luktbe- lastning på grund av att luktkällan aldrig eller alltför 507 0214 10 15 20 25 30 35 sällan avlägsnas kan luktsaneringen ske med lösa skivor som växelvis sätts in i det luktbelastade utrymmet och växelvis tas ut för att beredas möjlighet att avge lukt- ämnen och restprodukter i ett icke luktbelastat, ventile- rat utrymme.

Genom uppfinningen har man således åstadkommit en möjlighet att ta bort lukt från luft i lokaler och andra utrymmen genom att belägga lokalernas/utrymmenas väggar, tak och andra ytor med ett skikt av den luktbort- tagande materialkompositionen enligt uppfinningen. Vid en tillfällig koncentrationshöjning av luktnivån tas lukten upp av skiktet på ytorna, där luktämnena binds en tid, för att sedan succesivt avgå. Eventuellt kan en nedbryt- ning av luktämnena göras i skiktet innan restprodukterna avgår från detta. Det luktborttagande materialet är syn- nerligen användbart i offentliga lokaler som används periodiskt, såsom rökiga kontorsutrymmen, restauranter, omklädningsrum, men även som efterbehandling av lokaler som t ex brand- eller mögelsanerats. Materialkompositio- nen enligt uppfinningen kan också med fördel användas i kyl- eller frysskåp, företrädesvis i form av lösa skivor belagda med materialet, som sätts in i skåpet i fråga för att minska risken för att olika matvaror tar smak av varandra.

Materialkompositionen enligt uppfinningen har som nämnts ovan även förmåga att uppta icke luktande gasformiga ämnen, vilken effekt emellertid inte är lika direkt observerbar som vid dess upptagning av luktande ämnen. Denna förmåga kan utnyttjas för att reducera halten av gasformiga ämnen som påverkar andra sinnen hos människan än luktsinnet. Vissa gaser som saknar lukt kan t ex ge huvudvärk och illamående, men kan genom uppfin- ningen tas upp och nedbrytas i den aktuella materialkom- positionen.

Claims (6)

10 15 20 25 30 507 G24 PATENTKRAV

1. Passivt filter för upptagning av gasformiga ämnen, i synnerhet gasformiga luktande ämnen, från ett utrymme, innefattande en porös, sorberande, självregene- rerande materialkomposition som innefattar två material- komponenter (A, B), av vilka en första materialkomponent (A) består av ett eller flera porösa material såsom per- lit, zeolit, bentonit, finmald kiseldioxid eller kristo- balit, och en andra materialkomponent (B) består av ett eller flera material med förmåga att ta upp vattenmole- kyler direkt från den omgivande luften, såsom kiselsyra- gel, stärkelse eller cellulosaderivat, gips, alkalisili- kat, aluminiumsilikat, eller kiselgur, varvid material- komponenterna (A, B) hålls förenade till ett gitter med hjälp av ett bindemedel, k ä n n e t e c k n a t av att materialkompositionen är anbringad i ett skikt med en tjocklek på 0,5 - 5 mm, företrädesvis 1,0 - 2,0 mm, på en eller flera ytor som helt eller delvis innesluter utrymmet i vilket luktämnena kan förekomma.

2. Passivt filter enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att materialkompositionen är anbringad på en yta med en storlek uttryckt i m2 som uppgår till åtminstone 1/D av utrymmets volym uttryckt i m3.

3- Passivt filter enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att materialbärare för mate- rialkompositionen, som t ex fristående skivor, är an- bringade inuti ett utrymme, i vilket luktämnen kan före- komma.

4. Passivt filter enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att den första materialkompo- nenten (A) ingår med 50 - 95 %, företrädesvis 80 - 90 % (viktsprocent) och den andra materialkomponenten (B) med 5 - 50 %, företrädesvis 10 - 20 % (viktsprocent) i mate- rialkompositionen.

5. Passivt filter enligt något av kraven 1-U, k ä n n e t e c k n a t av att materialkompositionen är kombinerad med ämnen som är oxiderande och/eller 507 oía 10 15 20 25 30 35 iQ reducerande och/eller på annat sätt reagerande med lukt- ämnena som skall tas bort ur den angränsande luften.

6. Passivt filter enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att materialkompositionen innehåller en katalysator som utgörs av en eller flera metalloxider, såsom järnoxider, blyoxider, zinkoxider eller titandioxider.