DE102015012410A1 - Respiratory filter made of rigid activated carbon material - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Atemschutzfilter aus einem starren Aktivkohlematerial, der als Formkörper mit einer Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen ausgestattet ist. Die Kanäle sind mit Metallverbindungen belegt, vorzugsweise ausgewählt aus Zink-, Kupfer-, Silber- und/oder Molybdän-Verbindungen. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Atemschutzfilter und Atemschutzmasken ausgestattet mit den Atemschutzfiltern.The invention relates to a respirator made of a rigid activated carbon material, which is equipped as a molded body with a plurality of non-interconnected parallel channels. The channels are covered with metal compounds, preferably selected from zinc, copper, silver and / or molybdenum compounds. Furthermore, the invention relates to the use of the respiratory filters and respirators equipped with the respirator filters.

Description

Die Erfindung betrifft einen Atemschutzfilter aus einem starren Aktivkohlematerial, der als Formkörper mit einer Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen ausgestattet ist. Die Kanäle sind mit Metallverbindungen belegt. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Atemschutzfilter und Atemschutzmasken ausgestattet mit den Atemschutzfiltern.The invention relates to a respirator made of a rigid activated carbon material, which is equipped as a molded body with a plurality of non-interconnected parallel channels. The channels are covered with metal connections. Furthermore, the invention relates to the use of the respiratory filters and respirators equipped with the respirator filters.

Atemschutzfilter werden einerseits als Partikelfilter oder Gasfilter klassifiziert, je nachdem, ob die Atemschutzfilter Feststoffe oder Gase aufnehmen bzw. adsorbieren. Daneben gibt es Kombinationsfilter, die Schutz vor Gasen und Partikeln bieten. Bei Atemschutzfiltern in Fluchtfiltergeräten unterscheidet man weiterhin zwischen Brandflucht- und Industriefluchtfiltergewten. Während die Filter der Brandfluchtgeräte in erster Linie vor Kohlenmonoxid (CO) schützen, sind die Filter der Industriefluchtgeräte auf einen Schutz vor unterschiedlichen Industriegasen ausgelegt. Dies spiegelt sich auch in den entsprechenden Normen wider. So wird beispielsweise in der EN 403 (Atemschutzgerät für Selbstrettung-Filtergeräte mit Haube zur Selbstrettung bei Bränden) das erforderliche Gasaufnahmevermögen bezüglich CO beschrieben, während in der DIN 58647-7 (Atemschutzgeräte für Selbstrettung-Fluchtfiltergeräte) das Aufnahmevermögen für die als ABEK-Gase bekannten Substanzen beschrieben wird. Die Abkürzung ABEK steht für Gase und Dämpfe von organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt > 65°C (A), anorganische Gase und Dämpfe, ausgenommen Kohlenmonoxid (B), Schwefeldioxid und andere saure Gase und Dämpfe (E) und Ammoniak und organische Ammoniak-Derivate (K). Eine weitere Verbreitung als die deutsche Norm DIN 58647-7 hat die europäische Norm EN14387 (Atemschutzgeräte – Gasfilter und Kombinationsfilter – Anforderungen, Prüfung und Kennzeichnung), in der ebenfalls Filter gegen ABEK-Gase, in diesem Falle für Arbeitsgeräte, beschrieben werden.On the one hand, respiratory protection filters are classified as particle filters or gas filters, depending on whether the respiratory protection filters absorb or adsorb solids or gases. In addition, there are combination filters that provide protection against gases and particles. For respiratory protection filters in escape filter devices, a distinction is still made between fire escape and industrial refuge filter areas. While the filters of the fire escape devices primarily protect against carbon monoxide (CO), the filters of the industrial escape devices are designed to protect against various industrial gases. This is also reflected in the corresponding standards. For example, in the EN 403 (Respiratory protective device for self-rescue filter units with hood for self-rescue in case of fire) the required gas absorption capacity with respect to CO described, while in DIN 58647-7 (Respiratory protective equipment for self-rescue escape filter devices) the capacity for the substances known as ABEK gases is described. The abbreviation ABEK stands for gases and vapors of organic compounds with a boiling point> 65 ° C (A), inorganic gases and vapors except carbon monoxide (B), sulfur dioxide and other acidic gases and vapors (E) and ammonia and organic ammonia derivatives (K). Another spread than the German Standard DIN 58647-7 has the European Standard EN14387 (Respiratory protective devices - Gas filters and combination filters - Requirements, testing and marking) which also describe filters against ABEK gases, in this case for implements.

Der Aufbau der bekannten Atemschutzfilter kann unterteilt werden in solche, in denen das Filtermaterial in Form von (a) Granulaten oder Pulvern als gepackte Festbetten, (b) beladene Vliesstoffe, und (c) monolithische Filterkörper vorliegt.The structure of the known respiratory filters can be subdivided into those in which the filter material is present in the form of (a) granules or powders as packed fixed beds, (b) loaded nonwovens, and (c) monolithic filter bodies.

Von diesen bekannten Adsorbensgefügen haben nur die gepackten Festbetten kommerzielle Bedeutung erlangt bzw. wurden soweit entwickelt, dass sie die strengen Filtrationsanforderungen für Gas- und Dampfatemschutz erfüllen. Praktisch alle solche Festbett-Filter für den Atemschutz sind zylindrisch aufgebaut, haben eine bestimmte Bettstärke und in parallelen Ebenen angeordnete Ein- und Ausgänge.Of these known Adsorbensgefügen only the packed fixed beds have achieved commercial importance or have been developed so far that they meet the strict filtration requirements for gas and Dampfatemschutz. Practically all such fixed-bed filters for the respiratory protection are cylindrical, have a certain bed thickness and arranged in parallel planes inputs and outputs.

Wirtschaftliche Bedeutung haben bisher vor allem Atemschutzfilter-erlangt, welche mit granulierter Aktivkohle (Aktivkohleschüttung) gefüllt sind. Daneben sind wenige Filter mit sogenannter fixierter Aktivkohle bekannt, die entweder auf Schaum geträgertes Aktivkohlegranulat enthalten oder mit Aktivkohlepads gefüllt sind, in denen Aktivkohlegranulat mittels Polymeren verklebt ist. Die Aktivkohle kann sowohl unbehandelt als auch imprägniert in Mehrbereichsfiltern eingesetzt werden.Up until now, mainly respiratory protection filters have been obtained, which are filled with granular activated carbon (activated carbon bedding). In addition, few filters with so-called fixed activated carbon are known, which either contain foam-supported activated carbon granules or are filled with activated carbon pads in which activated carbon granules are bonded by means of polymers. The activated carbon can be used both untreated and impregnated in multi-range filters.

Alle bisher bekannten Systeme haben einen relativ hohen Atemwiderstand und sind mechanisch nur begrenzt belastbar und müssen deshalb in ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff verfüllt und fixiert werden. Das Gehäuse ist mit einem Adapter zum Anschluss an eine Maske oder Haube versehen. Die Atemschutzfilter sind austauschbar, jedoch nicht recyclebar und erzeugen so Abfall mit den bekannten Nachteilen.All previously known systems have a relatively high resistance to breathing and are mechanically limited and therefore must be filled and fixed in a housing made of metal or plastic. The housing is provided with an adapter for connection to a mask or hood. Respirators are interchangeable but non-recyclable, producing waste with known drawbacks.

Ein Nachteil bei der Verwendung von Aktivkohleschüttungen ist, dass wenn die Aktivkohleschüttung Erschütterungen ausgesetzt ist, die Aktivkohlepartikel aneinander reiben und einen Abrieb erzeugen. Auch kann die Homogenität der Schüttung hierunter leiden.A disadvantage of using activated charcoal heaps is that when the activated charcoal bed is subjected to vibrations, the activated carbon particles rub against each other and cause abrasion. Also, the homogeneity of the bed can suffer from this.

Aus dem Stand der Technik sind monolithische Filterkörper enthaltend Aktivkohle bekannt. Als Matrix für die Aktivkohle sind offenporige Schaumstoffe, Phenoplaste, Polyurethane, Gips, Papierträger und Kohlenstoffgerüste vorgeschlagen worden.Monolithic filter bodies containing activated carbon are known from the prior art. As a matrix for the activated carbon, open-cell foams, phenolic resins, polyurethanes, gypsum, paper carriers and carbon skeletons have been proposed.

In der US 5078132 werden Aktivkohleformkörper für den Gasmaskeneinsatz vorgeschlagen. Es handelt sich um selbsttragende poröse Gas-Filtermaterialien, die aus einem gegossenen Körper von Teilchen des Adsorbermaterials und des thermoplastischen Binders bestehen.In the US 5,078,132 Activated carbon moldings are proposed for gas mask use. These are self-supporting porous gas filter materials, which consist of a cast body of particles of the adsorber material and the thermoplastic binder.

Es sind aber auch bereits Aktivkohleformkörper mit monolithischer Struktur und einer Vielzahl von parallelen Kanälen ( DE 10104882 A1 ) vorgeschlagen worden. Anders als die porösen Körper können diese nicht frei durchflossen werden, sondern der Durchfluss erfolgt separiert in den Kanälen. Die Verwendung von Aktivkohleformkörpern mit parallelen Kanälen hat bisher wenig Verbreitung gefunden.But there are already activated carbon moldings with monolithic structure and a plurality of parallel channels ( DE 10104882 A1 ) has been proposed. Unlike the porous body, these can not be flowed through freely, but the flow is separated in the channels. The use of activated carbon molded articles with parallel channels has hitherto found little use.

Ein Beispiel für die Verwendung von nicht-monolithischen Filtern mit parallelen Kanälen für den Atemschutz ist die WO 2014/041144 A1 . Die WO 2014/041144 A1 offenbart aber nicht, dass die parallelen Kanäle mit Metallverbindungen belegt, (= imprägniert) sind. An example of the use of non-monolithic filters with parallel channels for respiratory protection is the WO 2014/041144 A1 , The WO 2014/041144 A1 does not disclose that the parallel channels are covered with metal compounds (= impregnated).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Filter zur Verwendung als Atemschutzfilter zur Verfügung zu stellen, der einfach handhabbar ist, einen geringen Atemwiderstand liefert und eine gute und konstante Filterleistung aufweist auch bei schwankenden Gasvolumenströmen.The object of the present invention is to provide a filter for use as a respiratory protection filter which is easy to handle, provides a low breathing resistance and has a good and constant filter performance even with fluctuating gas volume flows.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, den Imprägnierungsaufwand gegenüber der Imprägnierung von partikulärer Aktivkohle zu vermindern. Außerdem wäre es wünschenswert, auf das bei Verwendung gepackter Festkörperbetten aus Granulaten oder Pulvern notwendige stabilisierende Gehäuse verzichten zu können.Object of the present invention is further to reduce the impregnation costs compared to the impregnation of particulate activated carbon. In addition, it would be desirable to be able to dispense with the need for stabilizing housing necessary when using packed solid beds of granules or powders.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims or described below.

Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter umfassen ein starres Aktivkohlematerial, insbesondere monolithischer Natur, und sind als Formkörper mit einer Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen ausgestattet. Die Kanäle sind mit Metallverbindungen belegt.The respirator filters according to the invention comprise a rigid activated carbon material, in particular of monolithic nature, and are equipped as shaped bodies with a plurality of non-interconnected parallel channels. The channels are covered with metal connections.

Monolithisch meint, dass der Aktivkohle-Formkörper aus einem Stück ohne Umformung (abgesehen von einem Zuschneiden) als Ganzkörper z. B. durch Extrusion hergestellt ist.Monolithic means that the activated carbon molded body of one piece without forming (apart from a cutting) as a whole body z. B. is made by extrusion.

Aktivkohle-Formkörper mit einer Vielzahl von parallelen Kanälen haben den Vorteil, dass sie dem Anwender von Atemschutzfiltern einen Gebrauch einer Atemschutzmaske mit verringertem Atemwiderstand im Vergleich zu Masken mit konventionellen Gasfiltern ermöglichen und hierdurch eine lange ermüdungsfreie Anwendung des Atemschutzes ermöglichen.Activated carbon moldings with a multiplicity of parallel channels have the advantage that they allow the user of respirator filters to use a respirator mask with reduced respiratory resistance in comparison to masks with conventional gas filters and thereby enable a long-fatigue-free application of the respiratory protection.

Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter können aufgrund ihrer mechanischen Stabilität unmittelbar als Filterkörper eingesetzt werden. Auf ein aufwändiges Gehäuse, das jeweils mit dem Filtermaterial zu entsorgen wäre, kann verzichtet werden. Durch einen einfach gestalteten Einschub an z. B. einer Maske ist es möglich, den Adsorber aus der Maske zu entfernen und zu entsorgen. Der Einschub verfügt über eine Abdichtung. Der Atemschutzfilter kann zur besseren Maßhaltigkeit in dem Einschub mit geringen Mengen Kunststoff umspritzt sein. Durch das Anbringen des Einschubs unmittelbar an der Maske kann das Sichtfeld deutlich verbessert werden, außerdem bietet der Filter an der Gasmaske nur geringe mechanische Angriffspunkte, was die Arbeitssicherheit z. B. in engen Bereichen verbessert.The respiratory protection filter according to the invention can be used directly as a filter body due to their mechanical stability. On a complex housing, which would be disposed of with the filter material, can be dispensed with. By a simply designed slot on z. As a mask, it is possible to remove the adsorber from the mask and dispose. The drawer has a seal. The respirator can be encapsulated for better dimensional accuracy in the drawer with small amounts of plastic. By attaching the insert directly to the mask, the field of view can be significantly improved, also provides the filter on the gas mask only low mechanical points of attack, which is the working safety z. B. improved in tight areas.

Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter besitzen aufgrund ihrer definierten Geometrie einen sehr homogenen Aufbau und zeichnen sich als Filtermedium in Atemschutzsystemen wie Atemschutzmasken durch einen geringen Druckabfall bei hoher Adsorptionsleistung aus. Durch die Imprägnierung der Aktivkohle-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung mit Imprägnierlösungen gelingt die Herstellung von Aktivkohle-Formkörpern zum Schutz vor z. B. ABEK Gasen in Atemschutzfiltern.The respiratory protection filters according to the invention have a very homogeneous structure due to their defined geometry and are characterized as a filter medium in respiratory protection systems such as respirators by a low pressure drop at high adsorption capacity. By impregnating the activated carbon moldings according to the present invention with impregnating the production of activated carbon moldings to protect against z. B. ABEK gases in respiratory filters.

Neben der normgerechten Schutzwirkung übertrifft ein solcher Atemschutzfilter alle bisher bekannten geringen Druckabfälle und ist damit für den Träger von Atemschutzgeräten, insbesondere Atemschutzmasken, kaum spürbar bzw. benötigt in gebläseunterstützten Atemschutztechnologien nur einen Bruchteil an Energie. In portablen Atemschutzsystemen gelingt dadurch der Einsatz von leistungsoptimierten Akkus, was für den Anwender einen zusätzlich spürbaren Vorteil bedeutet.In addition to the standard-compliant protective effect, such a respiratory protection filter surpasses all previously known low pressure drops and is therefore hardly noticeable for the wearer of respiratory protective devices, in particular respiratory masks, or requires only a fraction of energy in fan-assisted respiratory technologies. In portable respiratory protection systems, this makes it possible to use performance-optimized batteries, which means an additional noticeable advantage for the user.

Der erfindungsgemäße Atemschutzfilter als monolithischer Aktivkohle-Formkörper kann z. B. durch Extrusion hergestellt sein, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

  • (a) Vermengen von zumindest Kohlenstoffpartikeln und zumindest einem Bindemittel unter Herstellung einer extrudierbaren Masse,
  • (b) Extrudieren der erhaltenen Masse unter Erhalt eines Stranges mit Kanälen,
  • (c) Aushärten des erhaltenen Stranges,
  • (d) Carbonisieren der Stranges bzw. Strangabschnitten unter Erhalt von Kohlenstoff-Formkörpern bzw. Aktivkohle-Formkörpern,
  • (e) fakultativ Aktivieren der carbonisierten Kohlenstoff-Formkörper, wenn keine Aktivkohle oder nur anteilig Aktivkohle eingesetzt wurde zum Erhalt eines monolithischen Aktivkohle-Formkörpers.
The respiratory protection filter according to the invention as a monolithic activated carbon molding can, for. B. be prepared by extrusion, comprising at least the following steps:
  • (a) blending at least carbon particles and at least one binder to produce an extrudable mass,
  • (b) extruding the resulting mass to obtain a strand of channels,
  • (c) curing the strand obtained,
  • (d) carbonizing the strands or strand sections to obtain carbon moldings or activated carbon moldings,
  • (e) optionally activating the carbonized carbon moldings when no activated carbon or only partially activated carbon has been used to obtain a monolithic activated carbon molding.

Die Kohlenstoffpartikel sind Partikel aus Kohlenstoffmaterial, deren etwaige weitere Bestandteile während des Carbonisierens pyrolysieren und sich zumindest teilweise in Kohlenstoff umwandeln. Das Kohlenstoffmaterial kann Aktivkohle oder Koks aus den verschiedensten Ausgangsmaterialien sein, bspw. aus Holz, Torf, Steinobstkernen, Nußschalen, Kokosnussfasern, Kunststoffen, Steinkohlekoks und/oder Braunkohlekoks. The carbon particles are particles of carbon material whose possible further constituents pyrolyze during carbonation and at least partially convert to carbon. The carbon material may be activated carbon or coke from a variety of starting materials, for example. From wood, peat, stone fruit seeds, nut shells, coconut fibers, plastics, hard coal coke and / or brown coal coke.

Die Aktivierung erfolgt z. B. durch Gasaktivierung oder chemisch. Bei der Gasaktivierung wird das Material einer Temperatur von 800–1000°C in einem oxidierenden Gasstrom wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Luft oder Gemischen dieser Gase ausgesetzt. Bei der Herstellung mit chemischer Aktivierung wird das Material bei 500–900°C mit Chemikalien behandelt wie Dehydratisierungsmitteln (z. B. Zinkchlorid, Phosphorsäure) oder durch trockene Destillation. Die so erhaltene Rohaktivkohle wird anschließend oxidativ aktiviert bei 700–1000°C mit Wasserdampf oder Kohlendioxid, zum Teil auch mit Luft.The activation takes place z. By gas activation or chemically. In gas activation, the material is exposed to a temperature of 800-1000 ° C in an oxidizing gas stream such as water vapor, carbon dioxide, air or mixtures of these gases. When chemically activated, the material is treated at 500-900 ° C with chemicals such as dehydrating agents (eg zinc chloride, phosphoric acid) or by dry distillation. The crude activated carbon thus obtained is then oxidatively activated at 700-1000 ° C with steam or carbon dioxide, sometimes with air.

Die extrudierbare Masse kann weitere pulverfömige Bestandteile enthalten, wie Tone, Feuerfestmaterialien oder Keramikmaterialien aber auch Microspheren, Glasfasern und/oder Karbonfasern. Die extrudierbare Masse kann auch unter Zugabe einer Flüssigphase, wie Wasser, hergestellt worden sein.The extrudable mass may contain other pulverfömige ingredients such as clays, refractory materials or ceramic materials but also microspheres, glass fibers and / or carbon fibers. The extrudable mass may also have been prepared by adding a liquid phase, such as water.

Als Bindemittel sind geeignet Wassergläser z. B. mit amorphem pulverförmigem Siliziumdioxid, Phenolharze wie Resole oder Novolacke, Furanharze, Epoxidharze oder Polyesterharze oder deren Mischungen.Suitable binders are water glasses z. As with amorphous powdery silica, phenolic resins such as resoles or novolaks, furan resins, epoxy resins or polyester resins or mixtures thereof.

Bei Herstellung der monolithischen Aktivkohle-Formkörper durch Extrudieren werden die dickflüssigen härtbaren Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Matrize herausgepresst. Der Aktivkohle-Adsorber wird als Strang erhalten der dann nach den Erfordernissen in entsprechende Längen abgetrennt wird.When producing the monolithic activated carbon moldings by extrusion, the viscous curable compositions are pressed out under pressure continuously from a shaping die. The activated carbon adsorber is obtained as a strand which is then separated according to the requirements in appropriate lengths.

Eine andere Art der Herstellung des Formkörpers besteht darin, die Aktivkohlemasse flächig mit einer Wellenstruktur auszubringen bzw. aufzubringen, und diese Flächen durch Aufrollen zu einem Aktivkohle-Formkörper zu formen. Eine solche Methode ist in der WO2011/041144 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine nicht-monolithische Ausführungsform.Another way of producing the shaped body is to apply the activated carbon composition flatly with a corrugated structure and to form these surfaces by rolling into an activated carbon shaped body. Such a method is in the WO2011 / 041144 described. This is a non-monolithic embodiment.

Der Aktivkohle-Formkörper enthält Kanäle die parallel zueinander ausgerichtet sind, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Aktivkohle-Formkörpers oder gegeneinander verdreht. Die Kanäle erstrecken sich dabei vorzugsweise vollständig durch den Aktivkohle-Formkörper hindurch mit Öffnungen an den Stirnflächen. Vorzugsweise korrespondiert jede Kanalöffnung auf der einen Stirnfläche mit einer Kanalöffnung auf der anderen Stirnseite, ohne dass die Kanäle untereinander verbunden sind. Der Aktivkohle-Formkörper kann z. B. in Form eines Quaders oder eines Zylinders vorliegen.The activated carbon molded body contains channels which are aligned parallel to each other, in particular substantially parallel to the longitudinal axis of the activated carbon molding or twisted against each other. The channels preferably extend completely through the activated carbon molded body through openings with openings on the end faces. Preferably, each channel opening on one end face corresponds to a channel opening on the other end face, without the channels being interconnected. The activated carbon molded body can, for. B. in the form of a cuboid or a cylinder.

Besonders geeignet sind Aktivkohle-Formkörper, die unabhängig voneinander aufweisen:

  • – mittlere Kanallängen von 17 bis 150 mm, vorzugsweise 25 mm bis 110 mm,
  • – mittlere Kanaldurchmesser von 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm und
  • – mittlere Kanaldichten von 200 bis 800 cpsi, vorzugsweise 400 bis 600 cpsi. cpsi (cells per square inch): wird hier in der Bedeutung von Anzahl der Kanäle pro Quadratinch, auf der Eintrittsfläche bezogen, verwandt.
Particularly suitable are activated carbon moldings which have independently of one another:
  • Middle channel lengths of 17 to 150 mm, preferably 25 mm to 110 mm,
  • - Average channel diameter of 0.3 to 2 mm, preferably 0.5 to 1 mm and
  • Medium channel densities of 200 to 800 cpsi, preferably 400 to 600 cpsi. cpsi (cells per square inch): is used here in the meaning of number of channels per square inch, based on the entrance surface.

Durch die laminar angeordneten Kanäle im Aktivkohle-Formkörper gelingt überraschenderweise durch ein Füllen der Kanäle mit der Imprägnierlösung die Aufbringung bzw. Kombination von Metallverbindungen, z. B. durch Tauch- oder Flutverfahren, als Beschichtung der Kanalinnenwände, so dass deren Durchgängigkeit erhalten bleibt.By laminarly arranged channels in the activated carbon molded body succeeds surprisingly by filling the channels with the impregnating solution, the application or combination of metal compounds, eg. B. by immersion or flooding method, as a coating of the channel inner walls, so that their continuity is maintained.

Die Imprägnierung erfolgt z. B. durch zumindest folgende Schritte

  • 1. Ansetzen der Imprägnierlösung,
  • 2. Bereitstellen des Monolithen,
  • 3. Imprägnieren des Monolithen durch Tauchen oder Durchleiten der Imprägnierlösung, und
  • 4. Trocknung des Monolithen.
The impregnation takes place z. B. by at least the following steps
  • 1. application of the impregnating solution,
  • 2. providing the monolith,
  • 3. Impregnating the monolith by dipping or passing the impregnating solution, and
  • 4. Drying of the monolith.

Nach einer Ausgestaltung wird eine zink- und molybdänthaltige Beschichtung der Aktivkohle (Imprägnierung) zumindest im Bereich der Kanäle des monolithischen Aktivkohle-Adsorbers vorgenommen. Die Imprägnierung erfolgt vorzugsweise mit einer in Wasser oder in einer wässrigen Ammoniaklösung löslichen Metallverbindung, wie einer Zink- und Molybdän-Verbindung, z. B. durch Rühren und Lösen von Zinkcarbonat, Ammoniumchlorid, Ammoniumcarbonat und Natriummolybdat. Der monolithische Aktivkohlekörper wird mit einer solchen Imprägnierlösung getränkt und sorgsam getrocknet, z. B. durch warme/heiße Luft, bis der Wassergehalt des imprägnierten Monolithen unterhalb von 3 m% liegt (m% = Massenprozent, auch als Massenabteil (w) bezeichnet).According to one embodiment, a zinc- and molybdenum-containing coating of the activated carbon (impregnation) is carried out at least in the region of the channels of the monolithic activated carbon adsorber. The impregnation is preferably carried out with a soluble in water or in an aqueous ammonia solution metal compound such as a zinc and molybdenum compound, for. By stirring and dissolving zinc carbonate, ammonium chloride, ammonium carbonate and sodium molybdate. The monolithic activated carbon body is soaked with such impregnating solution and dried carefully, for. By hot / hot air until the water content of the impregnated monolith is below 3m% (m% = mass%, also referred to as mass fraction (w)).

Besonders bevorzugt sind folgende Adsorbentienkombinationen:

  • – Zink-Verbindung (A1) mit Molybdän-Verbindung (B),
  • – Kupfer-Verbindung (A2) mit Molybdän-Verbindung (B),
  • – Silber-Verbindung (A3) mit Molybdän-Verbindung (B).
Particularly preferred are the following adsorbent combinations:
  • Zinc compound (A1) with molybdenum compound (B),
  • Copper compound (A2) with molybdenum compound (B),
  • - Silver compound (A3) with molybdenum compound (B).

Es sind aber auch Kombinationen von A1 + A2, A1 + A3, A2 + A3, oder sogar aller Mitglieder A1 – A3 mit B möglich. Bevorzugt ist A1 + B, A2 + B oder A1 + A2 + B.However, combinations of A1 + A2, A1 + A3, A2 + A3, or even all members A1 - A3 with B are possible. A1 + B, A2 + B or A1 + A2 + B is preferred.

Als Kupfer-Verbindung wird vorzugsweise Kupfercarbonat (insbesondere basisch) eingesetzt. Vorzugsweise ist die Imprägnierung bzw. Imprägnierlösung chromfrei.Copper compound (especially basic) is preferably used as the copper compound. Preferably, the impregnation or impregnation solution is free of chromium.

Es ist auch möglich, mehrere unterschiedlich beschichtete Aktivkohle-Adsorber hintereinander einzusetzen, so dass die Atemluft von diesen nacheinander durchströmt wird.It is also possible to use a plurality of differently coated activated carbon adsorber one behind the other, so that the breathing air is flowed through by these successively.

Der Atemschutzfilter weist vorzugsweise die Metallverbindung jeweils einzeln und in Kombination in folgender Konzentration (berechnet bezogen auf das Metall) auf:

  • • 1 bis 8 m% Zink,
  • • 0,1 bis 2,5 m% Molybdän,
  • • 1 bis 10 m% Kupfer und/oder
  • • 0,1 bis 2 m% Silber.
wobei vorzugsweise und auch unabhängig von der Konzentration der Metallverbindung weiterhin zumindest eines der folgenden Anionen: Chlorid, Phosphat und deren Gemische, und insbesondere in nachfolgenden weiter bevorzugten Konzentrationen auf dem Träger vorhanden ist:
  • • 0,2 bis 6 m% eines Chlorids, berechnet als Cl, oder
  • • 1 bis 12 m% eines Phosphats, berechnet als Phosphorsäure.
The respirator filter preferably has the metal compound individually and in combination in the following concentration (calculated with respect to the metal):
  • • 1 to 8 m% zinc,
  • 0.1 to 2.5 m% molybdenum,
  • • 1 to 10 m% copper and / or
  • • 0.1 to 2 m% silver.
wherein preferably and also independently of the concentration of the metal compound, at least one of the following anions: chloride, phosphate and mixtures thereof, and in particular in subsequent further preferred concentrations on the carrier is present:
  • 0.2 to 6 m% of a chloride, calculated as Cl, or
  • • 1 to 12m% of a phosphate, calculated as phosphoric acid.

Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter sind nach einer Ausführungsform Teil von Atemschutzmasken, deren Gesichtsteil die Atemorgane von der Umgebungsluft abkapselt, indem das Gesichtsteil ausreichend eng am Gesicht anliegt.According to one embodiment, the respiratory protection filters according to the invention are part of respirators, the facial part of which encapsulates the respiratory organs from the ambient air, in that the facial part rests sufficiently close to the face.

Soll die Maske über längere Zeiträume ohne ungebührliche Beschwerden getragen werden, ist das Gesichtsteil welch und biegsam gestaltet. Arbeitet die Atemschutzmaske mit auswechselbaren Filtern, besteht der Filter typischerweise aus einem Filterelement, das in ein Gehäuse eingebaut ist. Die Kupplung des Gehäuses enthaltend das Filterelement mit dem Atemlufteingang der Atemschutzmaske erfolgt mittels eines Adapters, womit das Gehäuse für das Filterelement typischerweise gleichzeitig in einem Komplementärgehäuse an dem Gesichtsteil aufgenommen wird. Die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter können jedoch auch unmittelbar eingesetzt werden, d. h. ohne Komplementärgehäuse. Die Atemschutzmasken können z. B. als Vollmaske oder als Halbmaske, die nur Mund und Nase umschließen, ausgebildet sein.If the mask is to be worn for long periods of time without undue discomfort, the facial part is what and flexible designed. When the respirator operates with interchangeable filters, the filter typically consists of a filter element built into a housing. The coupling of the housing containing the filter element with the breathing air inlet of the respirator takes place by means of an adapter, with which the housing for the filter element is typically accommodated simultaneously in a complementary housing on the face part. However, the respiratory protection filter according to the invention can also be used directly, d. H. without complementary housing. The respirators can z. B. as a full face mask or as a half mask, which surround only mouth and nose, be formed.

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Atemschutzfilter in geschlossenen und halbgeschlossenen Atemkreisläufen eingesetzt werden, die dazu dienen, dem Anwender eine von der Umgebungsluft ganz oder teilweise unabhängige Atmung zu ermöglichen. Dies ist zum Beispiel bei Arbeitskreislaufgeräten der Feuerwehren, für Gruben, aber auch Fluchtgeräten, Tauchgeräten oder U-Booten der Fall. Durch die Führung der Atemluft im Kreislauf kann Atemgas gespart werden. Hierfür ist es jeweils erforderlich, das vom Anwender produzierte und ausgeatmete Kohlendioxid und andere Schadstoffe abzureichern.Furthermore, the respiratory protection filter according to the invention can be used in closed and semi-closed breathing circuits, which serve to allow the user to a completely or partially independent of the ambient air breathing. This is the case, for example, with fire service work cycle equipment, for pits, but also escape devices, diving equipment or submarines. By guiding the breathing air in the circulation breathing gas can be saved. For this purpose, it is necessary to deplete the user produced and exhaled carbon dioxide and other pollutants.

Versuchsbeispiele:Experiment examples:

Verwendete Chemikalien: 25% wässrige Ammoniaklösung CAS 1336-21-6 Ammoniumchlorid CAS 12125-02-9 Zinkcarbonat CAS 3486-35-9 Natriummolybdat CAS 10102-40-6 Used chemicals: 25% aqueous ammonia solution CAS 1336-21-6 ammonium chloride CAS 12125-02-9 zinc carbonate CAS 3486-35-9 sodium CAS 10102-40-6

Imprägnierlösung 1: Impregnating solution 1:

In 1771,4 g einer 25 % Ammoniaklösung wurden unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35–40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.In 1771.4 g of a 25% ammonia solution were dissolved with stirring and with gentle heating (about 35-40 ° C) 163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate.

Imprägnierlösung 2:Impregnating solution 2:

In 971,4 g einer 25% Ammoniaklösung wurden unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35–40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.In 971.4 g of a 25% ammonia solution were dissolved with stirring and with gentle heating (about 35-40 ° C) 163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate.

Imprägnierlösung 3:Impregnating solution 3:

In 1314,3 g einer 25% Ammoniaklösung wurde unter Rühren und bei leichter Erwärmung (ca. 35–40°C) 163,1 g Ammoniumchlorid, 235,1 g Zinkcarbonat und 69,1 g Natriummolybdat gelöst.In 1314.3 g of a 25% ammonia solution was dissolved with stirring and with gentle heating (about 35-40 ° C) 163.1 g of ammonium chloride, 235.1 g of zinc carbonate and 69.1 g of sodium molybdate.

Imprägnierung und Trocknung:Impregnation and drying:

Ein monolithischer Aktivkohle-Formkörper mit den Abmessungen ca. 50 × 50 × 110 mm (400 cpsi) (Gewicht jeweils ca. 95 g) wurde für 5 min vollständig jeweils in eine der Imprägnierlösungen 1 bis 3 getaucht. Anschließend wurde der noch tropfnasse Monolith mit einem Druckluft-Stoß von überschüssiger Imprägnierflüssigkeit befreit und mit 160°C heißer Luft bei einem Volumenstrom von ca. 85 L/min für ca. 30 min durchströmt. Der so behandelte Monolith zeigte nach dem Trocknen eine Gewichtszunahme (Beladung) durch die Imprägnierung wie aus Tabelle 1 ersichtlich. Der Wasseranteil des Monolithen betrug nach der Trocknung etwa 2,5 m%.A monolithic activated carbon molded body with dimensions of about 50 × 50 × 110 mm (400 cpsi) (weight in each case about 95 g) was completely immersed in one of the impregnating solutions 1 to 3 for 5 minutes. Subsequently, the still dripping wet monolith was freed of excess impregnating liquid with a compressed air impact and passed through with 160 ° C hot air at a flow rate of about 85 L / min for about 30 min. The thus treated monolith after drying showed an increase in weight (loading) by the impregnation as shown in Table 1. The water content of the monolith after drying was about 2.5 m%.

Gasprüfung:Gas test:

Die imprägnierten Monolithe wurden mittels Dichtmasse gasdicht in Gehäusen, welche ihrerseits einen RD40 Rundgewindeanschluss aufweisen, verklebt und die Gasadsorption geprüft. Die Ergebnisse der erhaltenen Standzeiten sind in Tabelle 1 zusammengetragen. Tab. 1 Imprägnierlösung Gewichtszunahme Standzeiten für C6H12 Cl2 H2S HCN SO2 NH3 G min min min min min min 1 7,3 70 25 35 19 20 39 2 15,6 39 83 89 58 39 98 3 12,5 73 74 50 47 27 88 The impregnated monoliths were gas-tight by means of sealing compound in housings, which in turn have an RD40 round thread connection, glued and the gas adsorption tested. The results of the service lives obtained are summarized in Table 1. Tab. 1 impregnating increase in weight Lifetime for C 6 H 12 Cl 2 H 2 S HCN SO 2 NH 3 G min min min min min min 1 7.3 70 25 35 19 20 39 2 15.6 39 83 89 58 39 98 3 12.5 73 74 50 47 27 88

Die Prüfung erfolgte jeweils gemäß EN 14387 : 30 L/min, 20°C, 70% r. F., bei 1000 ppm Schadgas, Der Widerstand des Monolithen (Abmessungen s. o.) betrug unter diesen Bedingungen in allen Fällen weniger als 25 Pa (gemessen nach EN 14387 ). Dies ist um Faktor 3 bis 4 besser als bei vergleichbaren Gasadsorptionsfiltern für Atemluft.The test was carried out according to EN 14387 : 30 L / min, 20 ° C, 70% r. F., at 1000 ppm of noxious gas, the resistance of the monolith (dimensions see above) under these conditions was in all cases less than 25 Pa (measured after EN 14387 ). This is a factor of 3 to 4 better than comparable gas adsorption filters for breathing air.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • Norm EN14387 [0002] Standard EN14387 [0002]
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Claims (11)

Atemschutzfilter aus einem starren Aktivkohlematerial, wobei der Atemschutzfilter als Formkörper eine Vielzahl von nicht untereinander verbundenen parallel angeordneten Kanälen umfasst und die Kanäle mit zumindest einer Metallverbindung belegt sind.Respiratory filter made of a rigid activated carbon material, wherein the respiratory protection filter as a molded body comprises a plurality of non-interconnected parallel channels and the channels are covered with at least one metal compound. Atemschutzfilter nach Anspruch 1, wobei der Formkörper bei Durchströmung mit Atemluft einen Druckabfall von 25 Pa und kleiner aufweist.Respiratory protection filter according to claim 1, wherein the shaped body has a pressure drop of 25 Pa and smaller when it flows through with breathing air. Atemschutzfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metallverbindung ausgewählt ist aus Zink-, Kupfer-, Silber-, Molybdän-Verbindungen und deren Mischungen, insbesondere aus Zink-, Kupfer-, Silber-Verbindungen und deren Mischungen in Kombination mit einer Molybdän-Verbindung.Respiratory protection filter according to claim 1 or 2, wherein the metal compound is selected from zinc, copper, silver, molybdenum compounds and mixtures thereof, in particular from zinc, copper, silver compounds and mixtures thereof in combination with a molybdenum compound , Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorhergehenden Patentansprüche aufweisend zumindest eine Metallverbindung jeweils in folgender Konzentration (berechnet bezogen auf das Metall): • 1 bis 8 m% Zink, • 0,1 bis 2,5 m% Molybdän, • 1 bis 10 m% Kupfer und/oder • 0,1 bis 2 m% Silber.Respiratory filter according to at least one of the preceding claims, comprising at least one metal compound in each case in the following concentration (calculated based on the metal): • 1 to 8 m% zinc, 0.1 to 2.5 m% molybdenum, • 1 to 10 m% copper and / or • 0.1 to 2 m% silver. Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend weiterhin zumindest eines der folgenden Anionen: Chlorid, Phosphat und deren Gemische, vorzugsweise 0,2 bis 6 m% eines Chlorids, berechnet als Cl, oder • 1 bis 12 m% eines Phosphats, berechnet als Phosphorsäure.Respiratory protection filter according to at least one of the preceding claims, further comprising at least one of the following anions: Chloride, phosphate and their mixtures, preferably 0.2 to 6 m% of a chloride, calculated as Cl, or • 1 to 12m% of a phosphate, calculated as phosphoric acid. Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanäle zusätzlich mit einer anorganischen Säure belegt sind, insbesondere nach Aufbringen der Metallverbindung, insbesondere mit Phosphorsäure.Respiratory protection filter according to at least one of the preceding claims, wherein the channels are additionally coated with an inorganic acid, in particular after application of the metal compound, in particular with phosphoric acid. Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanäle nicht mit Chrom oder einer Chrom-Verbindung belegt sind.Respiratory protection filter according to at least one of the preceding claims, wherein the channels are not covered with chromium or a chromium compound. Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend unabhängig voneinander a) eine mittlere Kanallänge von 17 bis 150 mm, vorzugsweise 25 mm bis 110, mm; b) einen mittleren Kanaldurchmesser von 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm; und/oder c) eine mittlere Kanaldichte von 200 bis 800 cpsi, vorzugsweise 400 bis 600, cpsi.Respiratory protection filter according to at least one of the preceding claims, independently of each other a) an average channel length of 17 to 150 mm, preferably 25 mm to 110 mm; b) a mean channel diameter of 0.3 to 2 mm, preferably 0.5 to 1 mm; and or c) a mean channel density of 200 to 800 cpsi, preferably 400 to 600, cpsi. Atemschutzmaske aufweisend zumindest einen Atemlufteintritt aufweisend zumindest einen Atemschutzfilter nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche.Respiratory mask having at least one breathing air inlet having at least one respiratory protection filter according to at least one of the preceding claims. Atemschutzmaske nach Anspruch 9, wobei der eingesetzte Atemschutzfilter aus dem Aktivkohle-Formkörper kein zusätzliches Gehäuse aufweist.Respiratory mask according to claim 9, wherein the inserted respiratory protection filter from the activated carbon molded body has no additional housing. Verwendung des Atemschutzfilters nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 als Teil einer Atemschutzmaske zum Filtern von Atemluft oder in einem geschlossenen oder halboffenen Atemkreislaufgerät.Use of the respiratory filter according to at least one of the preceding claims 1 to 8 as part of a respiratory mask for filtering respiratory air or in a closed or semi-open breathing circuit device.
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