DE4428710A1 - Filtermaterial und Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtermaterial sowie ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, bei welchem ein Gasstrom oder eine Flüssigkeit mit einem Filtermaterial aus substituierten Polyarylenethern in Kontakt gebracht wird.

Es ist bekannt, daß bei elektrophotographischen Kopier- und Druckverfahren kleine Mengen von Ozon gebildet werden. Das entstehende Ozon wird von den verwendeten Geräten, beispielsweise Fotokopierer oder Laserdrucker, permanent in die Umgebungsluft abgegeben. Ozon belästigt nicht nur durch seinen Geruch, sonder wirkt auch in geringen Konzentrationen gesundheitsschädlich. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, die die Entfernung des Ozons aus dem von derartigen Vorrichtungen freigesetzten Luftstrom beschreiben. Dabei wird das Ozon entweder zerstört oder chemisch oder physikalisch gebunden.

Bekannt ist die Zerstörung des Ozons durch Erhitzen oder durch Wechsel­ wirkung mit einem Metallkatalysator (vgl. JP-60 197 223 und JP-60 19 115). Nachteilig sind bei der thermischen Zerstörung des Ozons allerdings der Energiebedarf und die hohe Temperatur, die zur vollständigen Ozonzersetzung notwendig sind.

Ferner ist bekannt, den Gasstrom durch ein Filter zu leiten, in dem das Ozon katalytisch zersetzt wird (vgl. JP-58 081 425). Das Basismaterial des Filters ist mit einer oder mehreren Metallverbindungen, Metallen oder Legierungen, beispielsweise Eisen-, Mangan- oder Nickelverbindungen imprägniert, denen weiterhin eine Verbindung oder ein Metall aus der Gruppe der Edelmetalle, beispielsweise Palladium oder Platin, zugegeben wird. Diese Katalysatoren sind sehr teuer und haben meist nur eine begrenzte Lebensdauer, da solche heterogenen Katalysatoren durch verschiedene Katalysatorgifte schnell desaktiviert werden.

Bekannt ist auch ein Filter bestehend aus einem Trägermaterial aus Aluminiumoxid oder Aktivkohle, das mit ethylenisch ungesättigten Verbindungen imprägniert ist, die mit dem Ozon reagieren (vgl. DE 37 28 802). Nachteilig ist, daß die Verbindungen, beispielsweise Terpene, je nach Trägermaterial in vielen Fällen flüchtig sind, also in geringen Mengen ausgetragen werden können und somit verloren gehen. Außerdem steht nur ein geringer Teil des Filtergewichtes als aktiver Bestandteil zur Verfügung.

Weiterhin ist ein Filter zur Ozonzersetzung bekannt, das aus einer Faserplatte besteht, deren Fasern einen ozonzersetzenden Katalysator enthalten (vgl. JP-03 270 718). Diese Fasern, die in einer bevorzugten Ausführungsform porös sind, bestehen aus einem Polymer mit einer der folgenden funktionellen Gruppen, die mit Ozon stark reagieren, z. B. -SH, =S, -NH₂, =NH, -CN und -OH. Als ozonzersetzende Katalysatoren werden Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan oder ihre Oxide sowie Tonerde und Kieselgur genannt. Die für die Herstellung des Filters benötigte Faser wird nach einem üblichen Spinnprozeß erhalten, wobei der Katalysator in der Spinnlösung dispergiert und nach dem Spinnen gleichmäßig in der Faser verteilt ist. Durch Zugabe eines zweiten Polymers, das mit dem ersten Polymer eine Phasentrennung hervorruft, und verschiedene Nachbehandlungen des Spinnproduktes erhält man eine poröse Phase, in der die Katalysatorpartikel enthalten sind. Die erhaltenen Fasern werden dann nach üblichen Methoden zu dem Filter konfektioniert. Abgesehen davon, da die als geeignet angesehenen Polymeren nur en bloc genannt werden - offenbart ist ausschließlich Polyacrylnitril - ist die Herstellung der Filter umständlich und sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Filter und ein Verfahren zur Ozonentfernung zur Verfügung zu stellen, bei denen die genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Erfindung betrifft ein Filter auf Polymerbasis zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbasis aus einem mit Alkylgruppen substituierten Polyarylenether der Formel (I)

-[(R¹)_n-X)]_m-[(R²)_i-Y)]_j-[(R³)_k-Z)]_l-[R⁴)_o-T)]_p- (I)

besteht, wobei R¹, R², R³, R⁴ gleich oder verschieden sind und für o-substituierte und unsubstituierte Arylensysteme mit 6 bis 18 C-Atomen stehen, T, X, Y und Z gleich oder verschieden sind und zweiwertige Verknüpfungs­ gruppen darstellen, ausgewählt aus -SO₂-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -CO₂-, Alkylen- oder Alkylidengruppen mit 1 bis 6 C-Atomen, und n, m, i, j, k, l, o und p unabhängig voneinander Null oder ganze Zahlen 1, 2, 3 oder 4 sind, wobei ihre Summe mindestens 2 ergeben muß.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entfernung von Ozon aus Gasen, bei welchem ein Filter aus einem Polyarylenether mit wiederkehrenden Einheiten der Formel (I) als ozonzersetzende Verbindung eingesetzt wird, wobei das Gas oder die Flüssigkeit mit der Oberfläche des Filtermaterials in Kontakt gebracht wird.

Die Polymerbasis für das Filter zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten besteht aus einem mit Alkylgruppen substituierten Polyarylenether der Formel (I)

-[(R¹)_n-X)]_m-[(R²)_i-Y)]_j-[(R³)_k-Z)]_l-[R⁴)_o-T)]_p- (I)

worin R¹, R²₁ R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und stehen für o-substituierte und unsubstituierte Arylensysteme mit 6 bis 18 C-Atomen, vorzugsweise 6 bis C-Atomen. Als Substituenten am Arylenring werden bevorzugt Alkylgruppen der Formel -C_nH_n+2, beispielsweise -CH₃ und -C₂H₆. Neben Alkylgruppen können zusätzlich die Wasserstoffatome der Arylensysteme unabhängig voneinander auch durch andere Substituenten wie Halogenatome, Amino-, Nitro- oder Hydroxigruppen ersetzt werden. Die Indizes n, m, i, j, k, l, o und p sind unabhängig voneinander Null oder ganze Zahlen 1, 2, 3 oder 4, wobei ihre Summe mindestens 2 ergeben muß. W, X, Y und Z sind gleich oder verschieden und stellen zweiwertige Verknüpfungsgruppen dar, ausgewählt aus -SO₂-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -CO₂-, Alkylen- oder Alkylidengruppen mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atomen. Als Polymerbasis können ferner Block­ copolymere, die aus Einheiten der Formel (I) aufgebaut sind, eingesetzt werden.

Bevorzugter Polyarylenether ist Poly-[2,6-Dimethylphenylenoxid] mit Wiederholungseinheiten der Formel (II)

dessen Herstellung bekannt ist oder ein Polymerblend aus Poly-[2,6- Dimethylphenylenoxid] (PPO) und Polystyrol, dessen Herstellung ebenfalls bekannt ist und welches unter dem Markennamen ®Noryl im Handel erhältlich ist. Der erfindungsgemäß zu verwendende Polyarylenether kann auch mit einem oder mehreren anderen Polymeren verschnitten sein.

Für die Erfindung sind im allgemeinen Polyarylenether geeignet, die eine mittlere Molmasse von 2000 bis 2 000 000, vorzugsweise von 10 000 bis 500 000, insbesondere 10 000 bis 100 000, bestimmt durch GPC, aufweisen.

Zur Herstellung eines Filters können die Polymere als Pulver, Fasern, Folien oder andere Formkörper eingesetzt werden. Durch geeignete Verfahren lassen sich Filter auch mit besonders großer Oberfläche herstellen, beispielsweise mit Gitter- oder Wabenstruktur. Die zu verwendenden Pulver besitzen handelsübliche Teilengrößen, wobei auch Granulate verwendbar sind. Wichtig hierbei ist es, daß das zu behandelnde Gas oder die Flüssigkeit durch das Pulver, beispielsweise in Form eines Festbettes, ohne Störung durchgeleitet werden kann. Werden die Polymere als Fasern verwendet, werden diese als Stapelfasern, Nadelfilz, "non woven" Material, Kardenband oder Gewebe eingesetzt. Auch Folien oder Folienschnipsel können in geeigneter Form Verwendung finden.

Der ozonhaltige Gasstrom oder die Flüssigkeit kann bei jeder Temperatur, die unterhalb des Erweichungspunktes der Polymeren liegt, mit dem Filtermaterial gemäß der Erfindung behandelt werden. Im allgemeinen liegt die Temperatur im Bereich von -10 bis +80°C, vorzugsweise 0 bis 50°C.

Die Entfernung von Ozon erfolgt im allgemeinen quantitativ, wobei die Reaktionszeiten von der Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Mediums und der Oberfläche des Filterguts und/oder der Schütthöhe bei Pulvern abhängig ist. Im allgemeinen beträgt die Verweilzeit im Filter 0,1 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 0,5 Sekunden bis 1 Minute. Die Grenzwerte können aber auch überschritten werden.

Bei der Behandlung der eingesetzten Polyarylenether mit dem ozonhaltigen Medium werden die Polymere bis zur Stufe der Oxyalkyl-Polyarylenether umgesetzt. Die Aufnahmekapazität der Filter gemäß der Erfindung reicht bis zur völligen Oxidation der Alkyl-Gruppen, beispielsweise beim PPO bis zur entsprechenden Carbonsäure. Das erschöpfte Filtermaterial, wie beispielsweise das carboxylierte PPO, stellt ein neu gebildetes Polymer dar. Dieses kann erneut für andere Zwecke, beispielsweise zur Herstellung von Formkörpern oder Membranen eingesetzt werden. Die erschöpften Filtermaterialien sind somit voll rezyklisierbar und stellen keine Belastung für die Umwelt dar.

Bei der Entfernung des Ozons aus dem Gas- oder Flüssigkeitsstrom werden keine flüchtigen Produkte gebildet.

Das Filtermaterial auf Basis von Polyarylenether kann im allgemeinen als unverschnittenes Material eingesetzt werden. Möglich ist aber auch der Zusatz von üblichen Füllstoffen, wie Kreide, Talk, Ton, Glimmer, und/oder faserförmigen Verstärkungsmitteln, wie Glas- und Kohlenstoffasern, Whiskers, sowie weiteren üblichen Zusatzstoffen und Verarbeitungshilfsmitteln, beispielsweise Gleitmitteln, Trennmitteln, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren.

Das Filter gemäß der Erfindung kann bei allen ozonhaltigen Gasströmen und Flüssigkeiten verwendet werden. So findet es beispielsweise Anwendung bei der Beseitigung des bei der Sterilisation verwendeten oder aus einem Kopiergerät entstandenen Ozons, ferner zur Entfernung und Unschädlich­ machung von Ozon in Flüssigkeiten.

Beispiele

Das in den Beispielen als Ausgangsstoff benötigte Ozon wurde in einem handelsüblichen Ozonerzeuger hergestellt, der mit reinem Sauerstoff gespeist wurde.

Die Ozonkonzentration wurde mit einem Meßgerät ®Horiba APOA 350E (Jörg) auf UV-Photometerbasis bestimmt. Anschließend wurde das Ozon-Sauerstoff- Gemisch mit Luft oder Argon bis zu den genannten Konzentrationen verdünnt. Da bekannt ist, daß sich Ozon in Wasser und in feuchten Gasen langsam zersetzt, wurden die zur Verdünnung eingesetzten Gase getrocknet. Nach der Verdünnung wurde der Gasstrom geteilt. Ein Teil wurde durch ein Leerrohr, ein anderer durch ein entsprechendes, mit dem Filtermaterial gefülltes vertikales Rohr geleitet. Um das Polymer aufnehmen zu können, war das Glasrohr am unteren Ende mit einer porösen Glasplatte (Fritte) verschlossen. Die Strömungsgeschindigkeiten wurden so reguliert, daß pro Zeiteinheit gleiche Volumina durch die beiden Rohre strömten.

In ein Glasrohr mit einem Durchmesser von ca. 25 mm, das am unteren Ende mit einer Glasfritte verschlossen war, wurden verschiedene Mengen eines Poly[2,6-Dimethyl]p-phenylenoxids (Tg. 211°C, Tm: 268°C, Schüttdichte: 0,47 g/cm³), das von der Firma Aldrich erworben wurde, eingefüllt. Durch dieses Pulverbett wurde der ozonhaltige Gasstrom geleitet. Dabei wurden nacheinander die Strömungsgeschwindigkeiten und die Ozonkonzentration eingestellt. Gemessen wurde über den jeweils in der Tabelle angegebenen Zeitraum.

Tabelle 1

Claims (8)

1. Filtermaterial auf Polymerbasis zur Entfernung von Ozon aus Gasen und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbasis aus einem mit Alkylgruppen substituierten Polyarylenether der Formel (I) -[(R¹)_n-X)]_m-[(R²)_i-Y)]_j-[(R³)_k-Z)]_l-[R⁴)_o-T)]_p- (I)besteht, wobei R¹₁ R², R³, R⁴ gleich oder verschieden sind und für o-substituierte und unsubstituierte Arylensysteme mit 6 bis 18 C-Atomen stehen, T, X, Y und Z gleich oder verschieden sind und zweiwertige Verknüpfungs­ gruppen darstellen, ausgewählt aus -SO₂-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -CO₂-, Alkylen- oder Alkylidengruppen mit 1 bis 6 C-Atomen, und n, m, i, j, k, l, o und p unabhängig voneinander Null oder ganze Zahlen 1, 2, 3 oder 4 sind, wobei ihre Summe mindestens 2 ergeben muß.

2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbasis ein Poly-[2,6-Dimethylphenylenoxid] mit Wiederholungseinheiten der Formel (II) ist.

3. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbasis eine Molmasse von 2 000 bis 2 000 000 hat.

4. Verfahren zur Entfernung von Ozon aus aus Gasen und Flüssigkeiten mittels eines Filters auf Basis eines Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus einem mit Alkylgruppen substituierten Polyarylenether der Formel (I) -[(R¹)_n-X)]_m-[(R²)_i-Y)]_j-[(R³)_k-Z)]_l-[R⁴)_o-T)]_p- (I)besteht, wobei R¹₁ R², R³, R⁴ gleich oder verschieden sind und für o-substituierte und unsubstituierte Arylensysteme mit 6 bis 18 C-Atomen stehen, T, X, Y und Z gleich oder verschieden sind und zweiwertige Verknüpfungs­ gruppen darstellen, ausgewählt aus -SO₂-,-S-, -SO-, -CO-, -O-, -CO₂-, Alkylen- oder Alkylidengruppen mit 1 bis 6 C-Atomen, und n, m, i, j, k, l, o und p unabhängig voneinander Null oder ganze Zahlen 1, 2, 3 oder 4 sind, wobei ihre Summe mindestens 2 ergeben muß, und das Gas oder die Flüssigkeit mit der Oberfläche des Filters in Berührung gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungstemperatur -10 bis +80°C beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszeit 0,1 Sekunden bis 10 Minuten beträgt.

7. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 1 zur Herstellung eines ozonentfernenden Filters für Gase und Flüssigkeiten.

8. Verwendung nach Anspruch 7 in Form von Pulvern, Fasern, Folien oder Formkörpern.