DE1486804A1

DE1486804A1 - Formbestaendiges filtermaterial und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE1486804A1
Application number: DE19661486804
Authority: DE
Inventors: Clarke Alden Rodman
Original assignee: Fram Corp
Current assignee: Fram Corp
Priority date: 1965-02-01
Filing date: 1966-01-31
Publication date: 1973-01-04
Also published as: NL6601263A; BE675792A; CH475781A; SE312787B; US3375933A; DE1486804C3; GB1140850A; AT269175B; DE1486804B2; NO123384B; ES322451A1

Description

DIPL-ING. CE. M. DANNENBERG · DR. V. SCHMIED-KOWARZIK

US Serial No. 24* Januar 1966 Sl/Pr.

429 215

PHAM CORPORATION Providenoe. R,I, 02 916 / USA

¹¹ Porinbeatändiftea filtermaterial und Verfahre» au deaaan Herstellung "

Die vorliegende Erfindung betrifft Filtermaterialien, inabeaondere Peatbett-Piltermaterialien, zum Filtrieren von flieflbaxen Stoffen. Sie erfindungagemääen Piltermaterialien werden aua innigen heterogenen Mischungen gebildet und sind auareiohend starr, um ihre ursprüngliche Pora beizubehalten und ein Zusammenballen baw, eine Verdichtung während ihrer Verwendung su vermeiden·

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Pilterataterialien für !Flüssigkeiten und Gaae, die aus einer gesinterten Miaohung einea fteiflieflenden Pulvere, aus einzelnen Teilchen von eine« feinaerteilten Peatatoff, die von einem Polymeriaat uehiUli fciw. eingeachlossen aind, mit einem feinzerteilten Adaorptionamittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel beatehen· Die erfindung»-

6ADORtQiNAL

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gemäßen Filtermaterialien besitzen ausgezeichnete Filtriereigenschaften, eine lange Lebensdauer und erlauben einen schnellen Durchfluß des fließbaren Stoffes bei geringem Druckabfall entlang des Filtermaterials,

Die Eigenschaft der Filtermaterialien, einen schnellen Durchfluß zu erlauben, ist besonders wichtig, da die Materialien sie nicht nur in frisch hergestelltem Zustand besitzen, sondern über lange Zeiträume bei ihrer Verwendung als Filter beibehalten. Diese Eigenschaft ist ein hervorragendes Merkmal der erfindungsgemäßen Filtermaterialien· Sie wird dadurch ermöglicht, daß die Filtermaterialien bei der Verwendung gegenüber einem Zusammenballen bzw. Verdichten der Filtermasse beständig sind· Diese Beständigkeit gegenüber Zusammenballen der Filtermaterialien wird durch die halbstarre Struktur des beim Sintern der Mischung aus von einem Polymerisat umhüllten bzw. eingeschlossenen Feststoffen und dem feinzerteilten Adsorptionsmittel gebildeten Grundgefüge erreicht. Das Gefüge besteht aus dem von einem Polymerisat umschlossenen Feststoff. Zweckmäßig wird ein von dem Polymerisat umschlossenes Material verwendet, das nicht flüchtig ist und die Adsorptions- oder chemischen Eigenschaften des Adsorptionsmittels, Ionenaustauschers oder Filterhilfsmittels nicht beeinflußt.

Sine weitere wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Filter-M»terlallen ist die wirksame und gründliche Filtration von flitfibartn Steffen bei hohen PurehfluBgeschwindigkeiten und die je Gewichtseinheit de» in den Materialien anwesenden Adsorptions-

2Q9881/Q0S2 " ³ "

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mittels, Ionenaustauschers oder Filterhilfsmittels besondere wirksame Entfernung von Verunreinigungen Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien ermöglichen die Entfernung größerer Mengen gelöster Verunreinigungen aus einem fließbaren Stoff je Einheit Adsorptionsmittel, wie z.B. Aktivkohle.

Es wurde für gegenwärtig im Handel befindliche Filtermaterialien bereits vorgeschlagen, einen Behälter bzw· eine Hülse mit losem Pulver oder Körnern eines Adsorptionsmittel, Ionenaustauschers oder PilterhilfBmittels, wie z.B. Aktivkohle, zu füllen. Bei einem derartigen Filter kann der fließbare Stoff, wie z.B. eine Flüssigkeit, durch die Masse des Adsorptionsmittels, Ionenaustauschers oder Filterhilfsmittel strömen bzw. durchdringen. Diese Füllung mit losem Filterhilfsmittel kann zunächst einen schnellen Durchfluß des fließbaren Stoffes ermöglichen, nach sehr kurzem Gebrauch neigen die Teilchen des Pilterhilfsmittels jedoch dazu, sich in der Hülse abzusetzen und sich zu verdichten bzw. zusammenzuballen.und bilden auf diese Weise eine kompakte Masse. Durch dieses Zusammenballen wird der Druckabfall entlang des Filters stark erhöht, und es besteht auch die Gefahr der ?Kanalbildung¹¹ der durch das Filter strömenden Flüssigkeit, wodurch die Wirksamkeit des Filters außerordentlich stark vermindert würde. Infolgedessen wird die Lebensdauer des Filters stark herabgesetzt. Eine der mitverantwortlichen Ursachen für die verkürzte Lebensdauer bekannter Filter ist die Tatsache, daß durch das Zusammenballen der Masse

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ein erheblicher Teil des Filterhilfsmittels von dem durch die Masse strömenden fließbaren Stoff nicht mehr erreicht werden kann. Dies rührt von der Kanalbildung der Flüssigkeit in der Masse her und die verminderte wirksame ("apparent") Oberfläche des Filterhilfsmittels, die der Flüssigkeit ausgesetzt ist, wird bald erschöpft.

Eb wurden Versuche unternommen, diese bei lose gepackten Filtern auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und das Zusammenballen des Filterhilfsmittels bei eeiner Verwendung zu verhindern. Ein Ergebnis dieser Bemühungen war die Verwendung von grobkörnigeren Adsorptionsmitteln, Ionenaustauschern oder Filterhilfsmitteln an Stelle der feinzerteilten Formen. Diese lose gepackten großen Körner dee Adsorptionsmittels, Ionenaustauschers oder Filterhilfsmittels neigen bei der Verwendung weniger zum Zusammenballen als die feinzerteilten Formen, sie weisen Jedoch andere ernste Nachteile auf. Da sie viel größer sind, besitzen sie weniger wirksame Oberfläche, wodurch die momentane Adsorptionskapazität pro Gewichtseinheit des Filterhiifsmittels oder Adsorptionsmittels stark vermindert wird. Da sie eine viel geringere momentane Wirksamkeit zur Entfernung von Verunreinigungen aus fließbaren Stoffen besitzen, ist es notwendig, den fließbaren Stoff zur Erzielung einer zufriedenstellenden Reinigung durch ein längeres Filterhilfsmittelbett zu leiten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der bekannten Adsorptionsfiltermaterialien zu überwinden.

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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Filtermaterialien, die bei der Verwendung für Filtrierzwecke über längere Zeiträume einen schnellen Durchfluß von fließbaren

Stoffen erlauben, die bei Gebrauch nicht zusammenballen und eine äußerst wirksame Entfernung von Verunreinigungen aua fließbaren Stoffen pro Gewichtseinheit Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel ermöglichen.

Die Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht mit weggebrochenen Teilen eines im wesentlichen starren erfindungsgemäßen Filtermaterials, wobei die gesinterte Mischung von Adsorptionsmittel und mit Polymerisat umhülltem Feststoff ersichtlich ist.

Fig. 2 eine Seitenansicht des Filtermaterials von Fig. 1, mit herausgebrochenen Teilen,

Fig. 3 eine senkrechte Schnittansioht durch eine das Filtermaterial von Fig. 1 und 2 und Beispiel 1 enthaltende Filtereinheit, aus der Teile des Filtermaterials sichtbar sind.

Fig. 4 eine graphische Darstellung, in der die Lebensdauer und Filtrationswirksamkeit eines Filtermaterials nach Beispiel 1 mit zwei gegenwärtig im Handel erhältlichen Filtermaterialien verglichen werden.

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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit einer gesinterten einheitlichen Masse, bestehend aus einem Gefüge aus von einem Polymerisat umhüllten bzw. umschlossenen Peststoff, das nicht eingeschlossene Teilchen eines feinzerteilten Adsorptionsmittels, Ionenaustauschers oder Filterhilfsmittels

erhalten»
enthält, gsxftx£xx Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder filterhilfsmittel sind ein normalerweise freifließerifes Material, das bei alleiniger Verwendung in einer Filtereinheit zusammenballen und den Durchfluß des fließbaren Stoffes durch die Filtermasse beeinträchtigen würde. Der von dem Polymerisat umschlossene Feststoff ist vor dem Sintern normalerweise ebenfalls freifließend und verleiht als solcher der Filtermasse keine Adsorptionsfähigkeit. Die von einem thermoplastischen Polymerisat umschlossenen Teilchen sintern ausreichend zusammen, um ein halbfestes Gefüge bzw. Gerüst für die Adsorptionsmittel-, Ionenaustauscher- oder Filterhilfsmittelteilchen zu bilden. Die gesinterte Masse wird so geringfügig verdichtet, daß sie den Durchfluß des fließbaren Stoffes nicht ernstlich behindert.

Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien können hergestellt werden, indem zuerst freifließende.von einem thermoplastischen Polymerisat umhüllte Peststoffteilchen und ein feinzerteiltes Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel in den gewünschten Mengenverhältnissen vermischt werden. Die Mischung wird dann in eine Kammer, Preßform oder Form gegeben oder stranggepreßt, die eine für das Filtermaterial gewünschte

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Gestalt aufweist. Dann wird die Hasse ausreichend erhitzt, damit die Hüllen aus thermoplastischem Polymerisat leicht sintern und aneinander haften, wodurch sich das sehr wichtige Gefüge bildet, das die Adsorptionsmittel-, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittelteilchen an ihrem Platz festhält und dadurch das einheitliche Filtermaterial gewährleistet. Daa Filtermaterial nimmt die Gestalt der Kammer bzw. Form an, in welche die Masse vor der Sinterbehandlung gegeben wird. Die Form des Filtermaterials ist nicht entscheidend und kann je nach seinem späteren Verwendungszweck variieren.

Die Sinterbehandlung erfolgt einfach dadurch, daß die Mischung aus mit thermoplastischem Polymerisat umhüllten Feststoff und Adsorptionsmittel in der Form mit Wärme behandelt wird. Temperaturen von 150 C und darüber sind gewöhnlich ausreichend, wobei die gewünschte Temperatur etwas von der Art und dem Molekulargewicht des verwendeten thermoplastischen Polymerisats abhängt. Die Polyolefine mit höherem Molekulargewicht erlauben z.B. die Verwendung höherer Temperaturen. Bei mit Polyäthylen umhüllten Feststoffen ist gewöhnlich eine Temperatur von 15O⁰C geeignet. Zweckmäßig wird eine sauerstoff-freie Atmosphäre, wie Stickstoff, Wasserstoff oder Hochdruckdampf, angewandt, um die Verbrennung bzw. Zersetzung des Polyolefins während des Sinterns zu vermeiden. Ea stellte sich als zweckmäßig heraus, der Masse vor dem Sintern ein AntioxydationsHtittel zuzugeben, um die Möglichkeit der Zersetzung während des Sinterns auszuschließen. Ein geeig-

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netes Antioxydationsmittel ist Santonox (das als aktive« Bestandteil 4>4'-Bis/^-Methyl-ö-tert.-butylphenol/enthält), in einer Menge von etwa 0,5 Gew.-# der vom .Polyolefin umhüllten Komponente. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei Verwendung der mit dem Antioxydationsmittel behandelten, von Polyolefin umhüllten Komponente in heißer Luft bis zu 232⁰O ohne Zersetzung erzielt. Es wurde auch gefunden, daß durch Verwendung einer gelochten Form, durch welche heiße Luft, inertes Gas oder Hochdruckdampf durch das Bett geschickt werden kann, die Bindebzw. Sintergeschwindigkeit beschleunigt wird.

Durch das Sintern können verschiedene Zusammenballungs- bzw. Verdichtungsgrade des Filtermaterials erhalten werden. Je höher die Temperatur, je langer die Sinterzeit und je größer der auf die Masse ausgeübte Druck ist, desto größer ist die Verdichtung der Masse, einschließlich des gesinterten Gefüges aus mit Polymerisat umhüllten Teilchen· Je größer die Verdichtung der Masse während des Sinterns ist, desto geringer ist die Durchlässigkeit des Filtermaterials und die Durchfließgesehwindigkeit des fließbaren Stoffes durch die Masse beim Filtrieren. Für einige Filtrationsarten ist ein dichteres Filtermaterial zweckmäßig. Da jedoch die meisten Filtervorgänge eine maximale Durchflußgeschwindigkeit durch das Material erfordern, wird die Masse gewähnlich so wenig wie möglich gesintert und verdichtet» In diesen Fällen wird die Masse zweckmäßig soweit gesintert, daß nur ein Gerüst bzw. Gefüge aus von einem Polymerisat einge -

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schlossenen !Feilchen entsteht, das das Material zusammenhält und ein Absetzen und eine Motilität der Teilchen des feinzerteilten Adsorptionsmittel^ Ionenaustauschers oder PiIterhilfamitteis während des Filtrierens verhindert·

Es ist auch möglich, ein starres poröses Festbettformatüok strangzupressen und zu sintern, indem die Mischung aus eingeschlossenem Material und Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel mit Hilfe eines heißen Gasea im Wirbelbett innerhalb von höchstens 2,8⁰C unter dem Erweichungspunkt der Polymerisatumhüllung vorerhitzt wird, die vorerhitzte Mischung mit einer Schnecke einer erhitzten Form, die bei einer zum Sintern der Polymerisatumhüllung ausreichenden Temperatur gehalten wird, zugeführt und dann durch eine kalte Form zum Verfestigen der verbundenen Struktur geführt wird.

Wenn eine maximale Durchflußgeschwindigkeit des fließbaren Stoffes durch die Filtermaterialien gewünscht wird, darf die Sinterbehandlung nur gemäßigt sein. Übermäßige Temperatur, Zeitdauer oder Druck bewirken übermäßige Verdichtung der Masse und

_n bedingungen
bei starke» Sinter^sintert und verdichtet sich die Masse so stark, daß sie praktisch undurchlässig für fließbare Stoffe wird. Für die meisten Verwendungszwecke ist eine Durchlas sigMt der Filtermaterialien für Luft von wenigstens etwa 0,005664 bis 0,08496 nr pro Minute bei einem angewandten DruckgKüiJübi von 12,7 mm Wasser zweckmäßig.

Die Art des die Feststoffteilchen umschließenden Polymerisates

- 10 -209881/0062 BADORIGINAt

kann je nach der Art des zu filtrierenden Stoffes variieren· Bei der Wahl des zu verwendenden Polymerisates ist zu berücksichtigen, daß das Polymerisat während der thermischen Sinterbehandlung bei der Herstellung des Filters keine überdurchschnittliche Zersetzung erfährt. Das Polymerisat sollte thermoplastisch sein, um ein Sintern bei angemessenen Temperaturen zu ermöglichen· Es sollte nicht-flüchtig sein und die Adsorptionsund chemischen Eigenschaften von Adsorptionsmittel, Ionenaus- f tauscher oder Filterhilfsmittel nicht beeinflussen. Es darf von des su filtrierenden fließbaren Stoff nicht gelöst oder zersetzt werden. Zu den verwendbaren Polymerisaten gehören Polyamide, wie Nylon, Polyester, wie Terylen, Vinylharze, wie Polyvinylchlorid und Acrylharze, wie Polymethylmethacrylat. Für die meisten Verwendungszwecke haben sich die Polyolefine, wie Polyäthylen und Polypropylen, als am brauchbarsten erwiesen und werden für die meisten Zwecke bevorzugt.

Als von dem Polyolefin eingeschlossener Feststoff der erfindungs-

gemäßen Filtermaterialien wird vorzugsweise das von der National Lead Company unter dem Handelszeichen Nalcon vertriebene Material verwendet. Diese Materialien sind normalerweise freifließende Pulver aus einzelnen Teilchen, wobei jedes Teilchen von einer Hülle aus einem Polymerisat eines aliphatischen 1-Olefins mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen im Monomeren, wie Äthylen, Propylen, Buten-1, und dergl. umgeben oder eingeschlossen ist. Es kann fast jegliche Art von Feststoffteilchen verwendet werden, vorausgesetzt daß sie in Polyolefin eingeschlossen werden

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können. Vorzugsweise sind die eingeschlossenen Teilchen kurze Fasern, wie Cellulosefasern, einschließlich Kraftfasern, Baumwollfasern und Linters, Holzspäne, Holzzellstoff-Fasern und dergl., Wollfasern, Stahl- oder Metallwollfasern, Glas- oder Asbestfasern etc» Als eingeschlossene Teilchen können auch nichtfaserige Teilchen, wie Metallpulverteilchen, einschließlich Aluminium- und Kupferpulverteilchen, nicht-metallische Teilchen, wie Kohleteilchen, Teilchen von Silikaten, wie Natrium- oder Calciumsilikaten etc., Titandioxyd und dergl. verwendet werden.

Die vom Polymerisat umschlossenen Teilchen können also Faserstruktur besitzen oder nicht faserig sein, jedoch werden Teilchen mit Faserstruktur bevorzugt, da sie bessere Ergebnisse zu liefern scheinen. Fasermaterialien können eine Länge von wenigstens etwa der 5-fachen Dicke, vorzugsweise Äracaeteceine Länge von

etwa
wenigstens/50 bis 100 ju bis etwa 1,25 cm oder mehr, besitzen.

Zu den bevorzugten von Polyolefin umschlossenen Materialien zählen die in der USA-Patentschrift Nr. 3 121 698, der kanadischen Patentschrift Nr. 678 341 und den belgischen Patentschriften Nr. 575 559, 578 868, 580 554, 594 911, 601 734 und 601 325

beschriebenen

gsaxamarfeaar Materialien.

Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel der Filtermaterialien sind feinzerteilte in der Filtertechnik bekannte Materialien. Diese Stoffe können gelöste und/oder kolloidal dispergierte Stoffe aus einem fließbaren Stoff durch ver-

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lagerung

schiedene Eigenschaften, z.B. chemische Anscfcadmaxg: oder Umsetzung, physikalische Anziehung oder Massenwirkung, entfernen. Zu diesen bekannten Materialien gehören Ionenaustauscherharze, wie sulfonierte oder carboxylierte Styrol- und Divinylbenzol-Mischpolymerisate, gegebenenfalls mit quaternären Alkylammoniumg£uppen substituiert, pulverisierter Zeolit (sowohl natürlicher als auch synthetischer) und dergl., Diatomeenerde, Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxyd, aktiviertes Silicagel, Fuller-Erde, Montmorillonit, Bentonit und oberflächenaktive Tone im allgemeinen oder Molekularsiebe etc. Es können auch Mischungen dieser Materialien verwendet werden. Das ausgewählte Material hängt natürlich von der aus dem fließbaren Stoff zu beseitigenden Verunreinigung ab.

In der nachfolgenden Tabelle I sind einige der Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel aufgeführt, die zur Entfernung von verschiedenen gelösten Verunreinigungen aus verschiedenen fließbaren Stoffen verwendet werden können.

Tabelle I

Zu reinigender Funktion des Filters Adsorptionsmittel, Stoff Ionenaustauscher oder

Filterhilfsmittel

Wasser Reinigung und Entfer- Aktivkohle

nung gelöster Gase und geschmacksgebender Stoffe

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Fortsetzung von Tabelle I

Wasser

Entfernung von gelösten Mineralien

Ionenaustauscher

Trockenreini- Entfärbung und Entfernung von

fungsmittel Gerüchen, Fett und Seifen "dry cleaning
fluid")

Aktivkohle

Kohlenwasserstoffheiz- bzw. Treibstoffe und organische Lösungsmittel

Entfernung von Netzmitteln und gelösten organischen Verunreinigungen Aktivkohle

Wasser oder organische Lösungsmittel

Entfernung von kolloidalen Verunreinigungen (in Kolloidsuspension) Diatomeenerden, Fuller-Erde oder aktiviertes Aluminiumoxyd

Luft oder Gase

Entfernung unerwünschter Gase in Lösung oder suspendiert er Flüssigkeiten Aktivkohle, Molekularsiebe, Silicagel

Organ. Lösungsmittel oder Gase

Entfernung von gelöstem Silicagel, aktiviertes Wasser Aluminiumoxyd oder

Molekularsiebe

Es kann auch eine Mischung aus Filterhilfsmitteln, Ionenaustauschern und Adsorptionsmitteln in dem gleichen Filtermaterial verwendet werden· So ist es z.B. oft zweckmäßig, sowohl Aktivkohle als auch ein Ionenaustauscherharz in dem gleichen Filtermaterial

zu verwenden·

-H-COPY

Die Teilchen des Filterhilfsmittels, Adsorptionsmittel oder Ionenaustauschers können in einem weiten Bereich durchschnittlicher Teilchengrößen variieren«, Je größer diese ist, desto geringer ist natürlich die tatsächlich wirksame Oberfläche pro Gewichtseinheit des Stoffes. Wie bereits beschrieben wurde, liegt eine der bei den bekannten Filtermaterialien auftretenden Schwierigkeiten darin, daß grobkörnige Adsorptionsmittel verwendet werden müssen, wenn ein Zusammenballen und eine Beschränkung des Durchflusses des fließlaren Stoffes verhindert werden soll. Einer der wichtigen Vorteile der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß das Adsorptionsmittel in feinzerteilter Form und daher in kleiner Teilchengröße verwendet werden kann. Infolgedessen steht dem fließbaren Stoff beim Filtrieren eine große wirksame Oberfläche des Adsorptionsmittels zur Verfügung. Dies bedeutet, daß pro Gewichtseinheit Adsorptionsmittel eine wirksamere und gründlichere Ausnutzung möglich ist. So können Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,15 mm verwendet werden. Gewöhnlich werden Teilchen bevorzugt, die klein genug sind, um ein Sieb m^t einer Maschengröße von 0,048 mm oder weniger zu passieren. Die Verwendung von Pulvern ist besonders wirksam.

Die Mengenverhältnisse von mit dem Polymerisat umschlossenen Feststoff zu dem Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel können weitgehend variieren. Für eine optimale Wirksamkeit der Filtermaterialien sollte das vom Polymerisat umsohlossene Material in möglichst geringen Mengen verwendet

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werden, da es bei der Entfernung der in dem zu filtrierenden fließbaren Stoff gelüsten Verunreinigungen nur eine geringe oder keine Holle spielt· Die Aufgabe des vom Polymerisat umschlossenen Materials ist es, nach dem Sintern ein Gefüge au bilden, das das Adsorptionsmittel an seinem Platze hält und das Zusammenballen bzw. Verdichten des Filtermaterials bei Gebrauch verhindert. Vorzugsweise werden wenigstens etwa 25 Gew.-?£ des vom Polymerisat umschlossenen Materials, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterial, verwendet, um ein ausreichendes Verbinden des Filtermaterials beim Sintern zu gewährleisten. Bei Verwendung von über 90 Gew.-^ an polymerisat-umschlossenem Feststoff wird die Wirksamkeit der Filtermaterialien vermindert, da dieser Bestandteil des Gefüges wenig zu der Entfernung der gelösten Feststoffe beiträgt.

Die bevorzugten Mengenverhältnisse an polymerisat-umschlossenem Bestandteil der Filtermaterialien hängen bis zu einem gewissen Grad von der Polymerisatmenge ab, die die einzelnen Feststoffteilchen umhüllt· Bei größeren Mengen an umhüllendem Polymerisat ist normalerweise die Verwendung von geringeren Mengen an eingeschlossenem Feststoff möglich. Zweckmäßig werden jedoch umhüllte Teilchen verwendet, die nicht mehr als 75 Gew.-? Polymerisat tragen, da größere Mengen zu Schrumpfung und Deformation der Filtermaterialien während der Sinterbehandlung führen können. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse werden vor-

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zugsweise, umhüllte Teilchen mit wenigstens etwa 50 Gew.-^ Polymerisat verwendet.

Die Verwendung von mit einem Polymerisat umhüllten Peststoffen für die erfindungsgemäßen Filtermaterialien ist wesentlich. Sie bilden das Gefüge, welches ein Zusammenballen bzw. eine Verdichtung während des Gebrauchs verhindert und dienen außerdem zur mechanischen Filtration und Entfernung suspendierter Feststoffe aus dem fließbaren Stoff. Wenn Teilchen des obengenannten Polymerisates (ohne Umhüllung eines Feststoffes) verwendet werden, wird die Festigkeit nicht erreicht und ein Zusammenballen nicht verhindert. Die Anwesenheit der eingeschlossenen Feststoffteilchen ist zur erfolgreichen Durchführung der Sinterbehandlung erforderlich. Auch nach dem Sintern schließt das Polymerisat die Feststoffteilchen ein, ohne daß Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher oder Filterhilfsmittel davon überzogen werden. Um dies zu erzielen, ist die Verwendung eingeschlossener Feststoffe, die die Form von Fasern haben, besonders zweckmäßig. Außerdem ist«die Polyolefinumhüllung besonders angebracht, da sie ein einmaliges inertes Verhalten gegenüber den meisten fließbaren Stoffen, die gefiltert werden sollen, vermittelt.

Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien können in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden, ;}e nach dem Umfang und der Art des zu filtrierenden fließbaren Stoffes. Eine geeignete Form ist die in den Zeichnungen dargestellte, jedoch können

auch andere Formen mit befriedigenden Ergebnissen verwendet werden.

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Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung* Wenn niohts anderes angegeben ist. beziehen sich !Teil- und Prozentangaben auf das Gewicht.

Beispiel 1

Das Filtermaterial dieses Beispiels wird in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es wurde eine Mischung aus 408 g Aktivkohle mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 1000 mesh (USS) und 204 g Nalcon (bestehend aus einzelnen Fasern von Solka Hoc, das eino^-Cellulosepräparat der Firma "Brown Company" darstellt, welches durch das Sodaverfahren am Hartholz gewonnen wird, gemahlener gereinigter Papierpulpe, eingeschlossen in Polyäthylen in einer Menge von 75 öew.-ji Polyäthylen bezogen auf das umhüllte Produkt, hergestellt nach USA-Patent 3 121 698) bereitet, die mit 1 g des Antioxydationsmittels Santonox (vertrieben durch die Monsanto Chemical Company) behandelt worden war· Eine ausreichende Menge der erhaltenen Mischung wurde dann in eine Form mit einem Hohlraum gegeben, der der in Fig. 1, 2 oder 3 gezeigten Form der Filtereinheit entspricht bzw. diese bestimmt· Gewöhnlich ist diese Form mit nur 585 g der Mischung gefüllt· Sie Form wurd^e mit ihrem Inhalt in einen mechanischen Konvektionsofen gegeben und etwa 1,5 Stunden auf 205° bis 232⁰C erhitat. Sann wurde sjje auf Zimmertemeperatur abgekühlt, geöffnet und das Filtermaterial entfernt. Sas Filtermaterial hatte die in

Fig. 1, 2 odtr 3 der Zeichnungen gezeigte Form, in welohen 10 die

länge Formteil/entsprechend der öesamthöhe des Filtermaterialβ dar-

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stellt. Das Filtermaterial hat eine zylindrische Form und eine zentrale Mittelöffnung bzw. - Bohrung 11. Wie Fig. 2 und 3 bei 12 bzw. 16 zeigen, kann es mit einem gelochten Mittelrohr versehen sein.

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer das erfindungsgemäße Filtermaterial verwendenden Filtereinheit für fließbare Stoffe. In dieser Einheit ist das praktisch starre Filtermaterial 10 in dem Filtergehäuse 15 angeordnet, wobei das Material das gelochte Mittelrohr 16 passend umgibt und zwischen dem Material 10 und dem Mittelrohr 16 sich eine innere Hülle 17 aus einer Schicht

m Filtra-Mikroglasfasern und Dacron-(Polyester)-Papier mit einersBaceasK

tionswert

j&aQtiet C"filtration rating") von weniger als 1yu befindet. Zwischen dem Gehäuse 15 und dem Material 10 befindet sioh eine äußere Hülle 18 aus einer Schicht Vinyon, Dacron und feinen Glasfasern. Die gesamte Einheit befindet sich in dem Mantel Die Einheit ist mit einer Einlaßöffnung 20 und Auslaßöffnung 21 versehen.

Das Filtermaterial dieses Beispiels wurde in der liltereinheit von Fig. 3 auf seine Filtriereigenschaften im Vergleich zu zwei gegenwärtig auf dem Markt erhältlichen bekannten Filtereinheiten getestet. In diesen beiden handelsüblichen Filtern wurden als Füllung lose grobkörnige aktivierte Teilchen einer Percolierung unterworfen. In der nachfolgenden

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Tabelle II sind die Abmessungen der Filtermaterialien aufgeführt.

Tabelle II

Beispiel 1	Filterbett größe	88,9 mm äußerer Durch messer 30 mm innerer Durchmesser 30,5 cm lang	Handelsüblicher	Handelsüblicher
	Fließrichtung	radial	Filter A	Filter B
Filtrier höhe	30,23 mm	76,2 mm äuße rer Durchmesser 25,4- mm innerer Durchmesser 17,8 cm lang	76,2 mm äuße rer Durchmesser 38,1 mm innerer Durchmesser 8,9 cm lang
Menge an Ak tivkohle und	390 g ' kleiner als	von Filterende zu Filterende	radial
	177,8 mm	14,22 mm
258 g 0,59 - 1»68 mm	93 g 1,68 - 2,38 mm

Teilchen- 0,044 mm
größe

Methylenblau enthaltendes Wasser wurde durch jede der drei Filter geleitet, um die Fähigkeit de-r Filter zur Entfernung des Farbstoffes aus dem Wasser und den Abfall der Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit während des Tests zu beobachten. Mit allen drei Filtern wurde die gleiche Behandlung durchgeführt. Der angewandte Test war eine Abwandlung des in "Active Carbon" von

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Hassler, (Chemical Publishing Co. Inc., Hew York, 1951), Seiten 340 - 343 beschriebenen Verfahrens. Im Verlaufe des Versuc hs wurde frisches Methylenblau zu dem Wasser gegeben, und zwar in einer Geschwindigkeit von 5 ecm einer Lösung von 2,5 g Methylenblau pro Liter pro Minute.

In der nachfolgenden Tabelle III ist ein Vergleich der erhaltenen Testergebnisse aufgeführt.

Tabelle III Beispiel I

Liter filtriertes
Wasser zu
Elution-Kohlenstoffkapazität

9084 1

Handelsüblicher Filter A

5677

Handelsüblicher Miter B

757 1

Durchflußmenge

3,78 1 je Minute

1,89 1 je Minute

1,89 1 Je Minute

Anfangswirksamkeit bei
einmaligem
Durchlauf

99 %

bleibt konstant bei den ersten 7570

99 %

fällt ab innerhalb der ersten
1

50 %

fällt sofort ab

Die Testergebnisse werden in der graphischen Darstellung von Fig. 4 gezeigt.

Die oben aufgeführten Testergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Filtermaterial einen viel schnelleren Durchfluß der Flüssigkeit durch das Filter ermöglicht und, was besonders

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erwünscht ist, die hohe Durchflußgeschwindigkeit über weitaus lungere Betriebszeiträume beibehält als dies mit den beiden hanäxisüblichen Filtern möglich ist. Von großer Wichtigkeit beim Bubrieb de;s filters ist die pro Gramm Aktivkohle erhaltene äuuerst wirksame Reinigung. Das Filtermaterial von Beispiel 1 zeigte annähernd die 3,5-fache V/irksamkeit des besten der zwei handelsüblichen Filter,,

Beispiel 2

Aus einer innigen Mischung von 9 g eines feinpulverigen (Mikropulver) MisclrfBett-Ionenaustamscherharzes, bestehend aus 59 Gew.-^ Amberlite X'ü-59, (Rohm & Haas), einem Anion-Austauscherharz, in der freien Basenform mit einer Teilchengröße von weniger

£ils 0,04T mm und 41 Gew.-^ AmberliteXE-97 (Röhm <& Haas), einem Kation-Austauscherharz in der freien Säureform mit einer Teilchengröße von weniger als 0,044 mm und 3 g mit Polyäthylen umhüllte Papierpulpe der Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde ein Filterkörper von 41,3 nun im Durchmesser und 25»4 mm Länge hergestellt. Die mit Polyäthylen umhüllte Papierpulpe und die restliche Mischung wurden 45 Minuten in einer vorher mit einem Hycar-Haftmittel beschichteten Glastrichter-Vorrichtung bei 150 C heißverformt. Aus einem Vorratsbehälter wurde eine wässerige Lösung von 0,2265 g Calciumchlorid (CaCl₂), 0,183 g Magnesiumchlorid (MgCIp.6H^O) in 3000 g entmineralisiertem Wasser unter verschiedenen Drücken von 25 - 127 nun Hg in die Testvorrichtung gele L te t^ Die Sekundenzfihi, die notwendig war, um zwei Probemengen von 50 ml d;.·ο die Testvorrichtung verlassenden Wassers zu erhalten,

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wurde festgestellt. Die ersten 50 ecm einer jeden Probe wurden auf ihre Härte mit Äthylendiamintetraessigsäure (^DTA), (beschrieben in "Standard Method for the Examination of I/at er & './aute Water", American Public Health Association, M.Y., 11.Ausgabt; I960, So I33)» untersucht. Die zweiten abfließenden 50 ecm wurden auf Chlorionen nach dem Quecksilber(II)nitrat-Verfahren, (beschrieben in der obengenannten Literatur, S. 79)» untersucht. Die Härte wird ausgedrückt in Teilen pro Million (TpM) Härte als t Calcxumcarbonat (CaCO^) und umfaßt sowohl die im untersuchten Wasser vorhandenen Calcium- als auch Magnesiumkationen. Die Chloridbestimmung zeigt die Anwesenheit von Chloridanionen im Wasser an. Die Abwesenheit von Härte und Chloridanteilen im abfließenden Waser zeigt vollständige Demineralisierung durch die Piltermaterxalien an_o Die Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle IV aufgeführt»

- Tabelle IV -

20 9 .,.·; ! /!JOo 2

	Abfluß	Tabelle IV	Sekun	Härte	Härte	Chlorid	1
Ange	menge	den bis	in	besei	in
wandter	ecm	zur Ge	BpM	tigung	TpM	1
Luftdruck		winnung	CaCO,	Wir
über der		von 50		kungs		0
Beschik-		ecm ab		grad
kung		fließen				2
mm Hg		den
		Wassers				0
	50	195 .	0	100
25,4 mm	100	187			1
25,4 mm	150	120	0	100
38,1 mm	200	113			0
38,1 mm	250	73	0	100
50,8 mm	300	70			7
50,8 mm	350	59	0	100
63f5 mm	400	57			0
63,5 mm	450	46	0	100
76,2 mm	500	45
76,2 mm	550	40	0	100 .
88,9 mm	600	40
QQ * y iikVfi	65O	32	0	100
10,2 cm	700	32
10,2 cm	750	27	0	100
11,4 cm	800	27
11,4 cm	850	25	10	92
12,7 cm	900	26
12,7 cm

148B804

Chloridentfernung Wirkungsgrad $>

100 97

100

99 100

90 100

Das untersuchte Wasser hatte eine Härte von I30 TpM und einen Chloridgehalt von 70 TpM.

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209881 /0082

H86804

Beispiel 3

Aus einer innigen Mischung von 75 Teilen feinzerteilter Aktivkohle (Darco G-60) mit einer Teilchengröße von weniger als

mit

0,044 mm und 25 Gew_e-Teilen von -i*t· Polyäthylen umhüllte Papierein pulpe der Zusammensetzung von Beispiel 1 wurde*/äjiac Filterkörper mit einem Durchmesser von 41,3-nun und einer Länge von 2^4 mm hergestellt. Ein Teil der Mischung aus der mit Polyäthylen umhüllten Papierpulpe und Aktivkohle wurde 45 Minuten bei 15O⁰G in einer vorher mit einem Hycar-Haftmittel beschichteten Glastrichter-Vorrichtung geformt. Der andere Teil wurde lose in die Form eines Filterkörpers derselben Größe gepackt (ohne Wärmebehandlung)» Aus einem Vorratsbehälter wurde Wasser unter Luftdrücken von 25 bis 127 mm Hg in die Testvorrichtung geleitete Die Sekundenzahl, die notwendig war, um zwei Probemengen von 50 ecm an ablaufendem Wasser zu erhalten, wurde gleich und nach Stehenlassen über Nacht festgestellt«

	Druck	Benötigte	Zeit in Sekunden
Filterkörper	mm Hg	sofort (d.h.bei Beginn)	Nach Stehen lassen über Nacht
1. Wärmebe handelt	25,4 mm 117 mm	300-400 40- 60	300-400 40- 60
2. Nicht wärme behandelt	25,4 mm . 127 mm	1900 315	4900

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H8P80A

V/iu ',.Lt,· ums behenden jJr'.;ebnisse zeigen, erlaub I das eri'inxlurigsgjmäüe i'iitermaterial einen schneileren Durchfluß als ein j'iltermaterial der gleichen Zusammensetzung, das nicht gesintert wurde, und das gesinterte Filtermaterial neigt bei Gebrauch nicht zum Zusammenballen, was daraus ersichtlich ist, daß die Durchflußgeschwindigkeit nach Stehenlassen über Nacht etwa die gleiche Höhe hat.

Der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Adsorptionsmittel" soll sich auf Adsorptionsmittel, Ionenaustauscher und Filterhilfsmittel beziehen, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, gelöste Materialien aus fließbaren Stoffen zu entfernen und die in dem zu behandelnden fließbaren Stoff praktisch unlöslich sind. Dieser Ausdruck wird hier in seinem allgemeinen breiten Sinn zur Bezeichnung eines Stoffes verwendet, der einen anderen Stoff durch Adsorption, d.h. durch physikalische oder chemische Kräfte der Oberfläche de* Feststoffe^ mit denen s-te- in Berührung komme», aufnimmt und festhält, und zwar Gasmoleküle, gelöste Stoffe oder Flüssigkeiten.

- Patentansprüche -

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Claims

U86804

fa leubriu.snrüohe :

Ιο) Im wesentlichen formbeständiges starres Filtermaterial für flieiJbare ütoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer ^.•sinterten Mischung von einem feinzerteilten Adsorptionsmittel mit einem normalerweise freifließenden Pulver aus einzelnen Teilchen eines i'einzerteilten Feststoffes, die von einem thermoplastischen Polymerisat umhüllt sind, bjs

P 2„) Filtermaterial nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Luftdurchfluß von wenigstens etwa 0,005664 bis 0,08496 pro Minute bei einem Druck von etwa 12,5 mm Wasser erlaubt _a

3.) Filtermaterial nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat ein Polyolefin mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Polyäthylen, ist,

4o) Filtermaterial nach Anspruch 1) - 3)» dadurch gekennzeichnet, daß die vom Polymerisat eingeschlossenen Feststoffteilchen faserförmig, vorzugsweise Cellulosefasern, si.-d.'

5.) Filtermaterial nach Anspruch 1) - 4), dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel Aktivkohle ist_e

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.ft U8RRfH

6.) Filtermaterial nach Anspruch 1) - 5), dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel eine Teilchengröße von weniger als 0,148 mm hat.

7o) Filtermaterial nach Anspruch 1) - 6), dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Mischung aus wenigstens etwa 25 Gew.-% des mit Polymerisat umschlossenen Feststoffes besteht«

8.) Filtermaterial nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat aus nicht mehr als 90 Gew_o-%, vorzugsweise nicht mehr als 75 Gew.-# des von dem Polymerisat eingeschlossenen Feststoffes besteht«

9.) Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen formbeständigen festen Filtermaterials nach Anspruch 1) - 8), dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus einem feinzerteilten Adsorptionsmittel und einem normalerweise freifließenden Pulver aus einzelnen Teilchen eines feinzerteilten Feststoffes, die von einem Polymerisat umhüllt sind, gesintert wird.

10.) Verfahren nach Anspruch 9)» dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisat ein Polyolefin mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Polyäthylen, verwendet wird.

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H86804

11.) Verfahren, nach Anspruch 9) - 10), dadurch gekennzeichnet, daß als von dem Polymerisat eingeschlossener Feststoff ein solcher mit Faserform verwendet wird·

12.) Verfahren nach Anspruch 9) - 11)> dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel ein solches mit einer Teilchengröße von weniger als 0,149 mm verwendet wird«,

Der Patentanwalt

äSi Zcair. M. ö 4-2äo/a4

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