DE4420614C2

DE4420614C2 - Molekularsieb und Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines solchen

Info

Publication number: DE4420614C2
Application number: DE19944420614
Authority: DE
Inventors: James H Cornwell
Original assignee: SMC SPEZIALMATERIALIEN ZUR FLU
Current assignee: SMC SPEZIALMATERIALIEN ZUR FLU
Priority date: 1994-06-13
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: WO1995034378A1; DE4420614A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Molekularsieb aus Körnchen aus einem Trägermaterial mit einer großen inneren Oberfläche von zumindest 100 m²/g sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Molekularsiebes.

Die Luftverschmutzung ist ein an Bedeutung wachsendes Problem, insbesondere innerhalb von geschlossenen Räumen, wie Häusern oder Fahrzeugen. Aus Gründen der Energieeinsparung werden Gebäude möglichst luftdicht gebaut, so daß der Luftaustausch mit der äußeren Atmosphäre stark eingeschränkt ist. Häufig wird dieser Luftaustausch auch ausschließlich durch eine Heizungs-, Ventilations-, oder Klimatisierungsanlage bewirkt. Andererseits sind in den Gebäuden zunehmend Einrichtungen angeordnet, die eine Verschmutzung der Luft im Gebäude verursachen können. Auch chemische Reinigungsmittel können dazu beitragen.

Besonders kritisch sind die Schadstoffbelastungen an bestimmten Arbeitsplätzen, insbesondere fotografischen Entwicklungseinrich tungen, Friseur- und Kosmetiksalons, Druck- und Fotokopieranstal ten, Einäscherungsanlagen, Hospitälern, chemischen Laboratorien, Reinigungsanlagen und auch insbesondere Fahrzeugkabinen (PKW, öffentlichen Personentransporteinrichtungen, Eisenbahn etc.). Die Schadstoffe in umschlossenen Räumen umfassen insbesondere auch Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methan, Formalde hyd, Aldehyde, Acrolein, aber auch Stickoxide (NO_X), Kohlenmon oxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Cyanwasserstoff. Die Luft enthält häufig auch Sporen, Pollen und Staub. Auch Taba krauch enthält eine Vielzahl toxischer Substanzen, wie insbe sondere Kohlenmonoxid, Stickoxide, Cyanwasserstoff, Kohlenwas serstoffe etc. etc.

Herkömmliche Lüftungs-, Heizungs- und Klimatisierungsanlagen lössen die durch diese Schadstoffe bedingten Probleme nur unzu reichend.

Das Dokument EP 0 034 037 A1 offenbart ein Adsorptionsmittel, das zur Adsorption von Tod und/oder organischen Iodverbindungen dient; außerdem kann das Adsorptionsmittel auch zur Adsorption von Schwefeldioxid oder von Stickoxiden aus Abgasen eingesetzt werden, wofür jedoch keine experimentellen Daten aufgeführt werden. Das Adsorptionsmittel umfaßt einen porösen Träger mit größeren und kleineren Poren definierter Abmessungen, der mit einer Substanz imprägniert ist, die mit Iod und/oder organi schen Iodverbindungen reagiert. Als Beispiele für diese Sub stanz werden u. a. Silber-, Kupfer-, Blei-, Zink-, Cadmium-, Nickel- und Cobaltsalze und -oxide aufgeführt. Als Trägermate rial dient u. a. Aktivkohle oder ein Metalloxid.

Das Dokument DE 38 02 496 C2 offenbart eine Adsorptionsmasse auf Basis einer mit Kupfersulfat beladenen, oxidischen porösen Trägersubstanz zur Adsorption giftiger Gase, wie AsH₃, PH₃, B₂H₆, GeH₄ und SiH₄. Darüberhinaus ist die Adsorptionsmasse zur Adsorption von NO₂ und SO₂ geeignet; hierfür werden jedoch keine experimentellen Daten vorgelegt. Die Adsorptionsmasse wird her gestellt, indem die Trägersubstanz, beispielsweise ein Me talloxid, mit einer wäßrigen Lösung von Kupfersulfat getränkt und anschließend getrocknet und dehydratisiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Molekularsiebe und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Mole kularsiebe bereitzustellen, die mit hohem Wirkungsgrad Schad stoffe, insbesondere SO₂ oder NO_X, aufnehmen können und die die Schadstoffe auch vergleichsweise lange binden, also nicht wie der unter ungünstigen Bedingungen an die Umwelt abgeben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines im Sinne dieser Aufgabe vorteilhaften Molekularsiebes ist mit seinen Ausgestaltungen in den Ansprüchen 1 bis 7 beschrieben. Ein Fluid im Sinne der Ansprüche ist eine Flüssigkeit oder ein Gas.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mole kularsiebes ist im Anspruch 8 beschrieben.

Der Anspruch 9 betrifft ein erfindungsgemäßes Molekularsieb mit bevorzugten Ausgestaltungen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Molekularsiebes, einer entspre chenden Vorrichtung sowie damit gewonnene Molekularsiebe näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Molekularsieben;

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Molekularsieb-Körnchens;

Fig. 3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme von körnchenförmigem Trägermaterial mit einem Maßstab von 1,0 mm (vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung);

Fig. 3A eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Materials gemäß Fig. 3 mit einem Maßstab von 100 µm;

Fig. 4 eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Trägermaterials mit einer äußeren Beschichtung, die eine Stärke von 2 bis 4 µm aufweist, wobei der eingezeichnete Maßstab 1 mm beträgt;

Fig. 4A eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Trägermaterials mit einer Beschichtung von 2 bis 4 µm Stärke, wobei der eingezeichnete Maßstab 100 µm beträgt;

Fig. 5 und 5A elektronenmikroskopische Aufnahmen des Trägermaterials mit äußerer Beschichtung, wobei eine erfindungsgemäße Verarbeitung vorgenommen worden ist, die Maßstäbe betragen 1 mm bzw. 100 µm;

Fig. 6 und 6A elektronenmikroskopische Aufnahmen des Trägermaterials mit einer Beschichtung, die Chromoxid aufweist, wobei die eingezeichneten Maßstäbe 1 mm bzw. 100 µm betragen;

Fig. 7, 7A und 7B elektronenmikroskopische Aufnahmen des Trägermaterials nach einer Ionen-Implantation von Metallen;

Fig. 8 eine EDS-Spektralanalyse des Trägermaterials (ohne erfindungsgemäße Verarbeitung und Ionenim plantation), wobei eine elektronenmikroskopische Aufnahme dieses Materials in Fig. 8A gezeigt ist;

Fig. 9 den zeitlichen Verlauf der Adsorption von SO₂ von unbehandeltem und unbeschichtetem Trägermate rial;

Fig. 10 eine EDS-Spektralanalyse des beschichteten aber noch nicht erfindungsgemäß behandelten Trägermate rials, von dem in Fig. 10A eine elektronenmikrosko pische Aufnahme dargestellt ist;

Fig. 11 den zeitlichen Verlauf der SO₂-Adsorption des Materials gemäß Fig. 10;

Fig. 12 eine EDS-Spektralanalyse des erfindungsgemäß verarbeiteten Trägermaterials, in das Ionen implantiert sind;

Fig. 12A eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Materials gemäß Fig. 12;

Fig. 13 den zeitlichen Verlauf der SO₂-Adsorption des Molekularsieb-Materials gemäß den Fig. 12, 12A;

Fig. 14 eine EDS-Spektralanalyse von Molekularsieb-Körnchen, die mit einer Schicht versehen sind, welche SiO₂ und Al₂O₃ enthält; und

Fig. 15 den zeitlichen Verlauf der SO₂-Adsorption in Molekularsieben gemäß den Fig. 14, 14A.

Die Molekularsieb-Körnchen weisen als Trägermaterial bevorzugt Kohlenstoff auf mit einer inneren Oberfläche von mindestens 100 m²/g, vorzugsweise einer inneren Oberfläche von mindestens 300 m²/g. Außer dem bevorzugt verwendeten Kohlenstoff als Trägermaterial können auch Aluminiumoxid, poröse keramische Materialien oder auch andere poröse Stoffe mit den genannten inneren Oberflächen verwendet werden. Die genannten porösen Trägermaterialien werden in einer Rührwerksmühle auf Körnchendurchmesser im Bereich von 5 bis 15 µm gemahlen. Werden Metalloxide als Trägermaterialien verwendet, so werden sie bevorzugt auf Körnchendurchmesser im Bereich von 2 bis 5 µm gemahlen.

Zur Erzeugung einer Beschichtung auf den Träger-Körnchen wird eine wässrige Aufschlämmung gebildet, enthaltend Al₂O₃, SiO₂, Kupferoxid Cu₂O und gegebenenfalls zusätzlich Kupferchromat CuCrO₄ und/oder Dolomit CaMg(CO₃)₂ und/oder Calcit CaCO₃ und/oder Kaolinit Al₂(OH)₄[Si₂O₅]. Der wässrige Schlamm enthält weiterhin gegebenenfalls NH₃ und/oder LiNO₃. Das NH₃ und LiNO₃ sind vorgesehen, um den PH-Wert der Aufschlämmung auf 9 bis 10 zu erhöhen. Die Aufschlämmung enthält etwa 30 bis 35 Gewichts prozente Feststoffe und hat insgesamt ein Gewicht im Bereich von 0,9 kg/l bis 1,16 kg/l. Ein Kunstharz, wie Celluloseacetat, wird der Aufschlämmung zugegeben, und zwar etwa 3 Gewichtsprozen te. Das Kunstharz dient als Bindemittel.

Die oben beschriebenen körnchenförmigen Trägermaterialien werden mit der vorstehend beschriebenen Aufschlämmung beschichtet, und zwar in herkömmlicher Weise entweder durch Eintauchen, Aufsprühen oder Aufbringen im Strömungsbett. Die Beschichtung sollte etwa im Bereich von 1 µm bis 4 µm Stärke liegen, je nach Durchmesser und Struktur der Träger-Körnchen.

Die in dieser Weise beschichteten Trägerkörnchen werden bei etwa 125°C getrocknet und gehärtet. Die Trocknung und Härtung erfolgt beispielsweise über 15 Minuten. Wesentlich ist, daß Feuchtigkeit im Trägermaterial verbleibt, und zwar etwa im Bereich von einem Gewichtsprozent. Gute Meßergebnisse wurden erzielt mit Wasseranteilen von 0,2 bis 0,8 Gewichtsprozenten. Es wurde festgestellt, daß bei der Adsorption von sauren Gasen, wie SO₂ und H₂S, die Anwesenheit von Feuchtigkeit (Wasser) wichtig ist sowohl hinsichtlich der Adsorptionsrate und auch hinsichtlich der Menge an adsorbiertem Gas. Eine Anwesenheit von Feuchtigkeit in bestimmten Mengen fördert die Fähigkeit des Molekularsiebes, molekulare Schadstoffe zu adsorbieren.

Die wie vorstehend beschrieben erhaltenen beschichteten Träger sind in Fig. 2 schematisch dargestellt. Sie weisen das innen liegende Trägermaterial und die äußere Schicht auf. Wird als Trägermaterial SiO₂, Aluminiumoxid oder ein keramisches poröses Material gewählt, so beträgt der bevorzugte Durchmesser des Trägers 5 bis 15 µm, während bei Verwendung eines porösen Metalloxides der Durchmesser des Trägers bevorzugt 2 bis 5 µm beträgt.

Die so gebildeten, beschichteten Träger werden in einen Behälter 10 gemäß Fig. 1 eingegeben. Die Körnchen sind in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 12 angedeutet.

Der zylinderförmige Behälter 10 hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa einem Meter und eine Höhe von etwa 3 Meter.

Der untere Teile des Behälters 10, in dem die Körnchen 12 angeordnet sind, ist gegen die metallische Außenwand des Behälters durch eine Isolierung 14 isoliert. Weiterhin ist der untere Teil des Behälters 10 trichterförmig zu einem Auslauf 16 zulaufend ausgeformt. Der Auslauf 16 ist mittels (nicht gezeigter) Einrichtungen wahlweise zu öffnen oder zu schließen, so daß Körnchen über ein Rohr 18 entnommen werden können.

Auf der Oberseite des Behälters 10 ist eine Abdeckung (nicht gezeigt) vorgesehen aus elektrisch isolierendem Material. Die Abdeckung dient dazu, die Anordnung auf dem Behälter 10 gegen die äußere Atmosphäre abzuschirmen, insbesondere die weiter unten näher beschriebenen elektrischen Felder.

Oben ist der Behälter 10 durch eine Elektrode 20 aus elektrisch leitendem Material abgedeckt. Die plattenförmige Elektrode 20 besteht aus sauerstofffreiem Kupfer. Ein elektrisch isolierender Ring 28 isoliert die Elektrode 20 vom Behälter 10.

Mittig in der scheibenförmigen Elektrode 20 ist eine kreisförmige Öffnung vorhanden, die durch eine dünne Scheibe 22 aus Quarz kristall abgedeckt ist. Das mittige Loch in der scheibenförmigen Elektrode 20 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel 15 cm im Durchmesser. Die daraufliegende Quarzscheibe 22 hat eine Stärke von etwa 0,5 mm.

Oberhalb der Quarzscheibe 22 ist eine weitere Elektrode 24 angeordnet. Eine Spitze 24a der Elektrode 24 ist einige Zentimeter über der Quarzscheibe 22 angeordnet, und zwar konzentrisch in Bezug auf die Quarzscheibe 22 und die scheibenförmige Elektrode 20.

Die Elektrode 24 besteht aus einem Heizdraht. Im Heizkreis der Elektrode 24 ist eine Funkenstrecke 26 vorgesehen, um bei Stromfluß durch die Funkenstrecke eine Heizwirkung im Heizdraht zu erzielen.

Über eine Leitung 30 ist die Elektrode 24 mit einer Hochspannungs quelle 32 verbunden, die ihrerseits über eine Erdleitung 34 geerdet ist.

Die plattenförmige Elektrode 20 (aus sauerstofffreiem Kupfer) ist über eine Leitung 36 mit einem Erdungsschaltkreis 46 verbunden. Der Erdungsschaltkreis 46 ist ein Schalter, z. B. ein Thyratron, mit dessen Hilfe die Elektrode 20 periodisch mit dem Erdpotential verbunden wird. Die Leitung 36 führt zu einem Kondensator 38 und über einen Widerstand 40 zu einer Induktions spule 42, die über eine Leitung 44 mit einem isolierten Erdpoten tial verbunden ist.

Der Behälter 10 ist mittels in Fig. 1 nicht gezeigter Isolatoren vom Erdpotential isoliert.

Die Hochspannungsquelle 32 liefert einstellbar pulsierende Gleichspannungen von 1 kV bis 150 kV, und zwar in Form von Gleichspannungsimpulsen mit einer einstellbaren Pulsfrequenz von bis zu 2000 Pulsen pro Sekunde.

Wird die Hochspannungsquelle 32 eingeschaltet, so wird über die Heizdraht-Elektrode 24 eine positive Gleichspannung mit einer Frequenz von 2000 Hochspannungspulsen pro Sekunde angelegt. Dabei wird die Spitze 24a der Heizdraht-Elektrode 24 aufgeheizt, und von der Spitze werden Elektronen emittiert, so daß eine Glimmentladung zwischen der Spitze 24a und der Quarzscheibe 22 entsteht. Aufgrund des Spannungsabfalls über dem Erdungsschalt kreis 46 liegt auch an der Elektrode 20 Hochspannung an, und es wird auch im Inneren des Behälters 10 eine Gasentladung 48 erzeugt, wobei sich die Gasentladung 48 bis zu den im Behälter 10 angeordneten Körnchen 12 erstreckt.

Die elektrische Entladung im Behälter 10 bewirkt, daß hochener getische Ionen im Kilovolt-Energiebereich in Richtung auf die Körnchen 12 beschleunigt werden und dort beim Auftreffen eine Ionisierung bewirken. Es wird davon ausgegangen, daß im Ergebnis innerhalb der Körnchen 12 Kupferionen Cu⁺ verteilt werden. Die Kupferionen verteilen sich im Inneren der Körnchen 12 und bilden ionische Reaktionszentren in dem porösen Material.

Während, wie oben ausgeführt ist, die Hochspannungspulse mittels der Hochspannungsquelle 32 mit einer Frequenz von z. B. 2000 Hochspannungspulsen pro Sekunde an die Spitze 24a der Elektrode 24 angelegt werden, erfolgt die periodische Erdung der Elektrode 20 mittels des Erdungsschaltkreises 46 mit einer anderen, bevorzugt niedrigeren Frequenz von z. B. 1000 Hz. Allgemein kann festgestellt werden, daß die Frequenz der Hochspannungspulse (Hochspannungsquelle 32) in der Größenordnung von mehreren 100 bis einigen 1000 Hz liegt, während die Frequenz der Schaltung des Erdungskreises 46 kleiner ist als die Frequenz der Hochspannungspulse.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Phasenver schiebung vorzusehen zwischen den Hochspannungspulsen und dem Erden mittels des Erdungsschaltkreises 46, und zwar eine Phasenverschiebung von etwa 90°, bezogen auf die Hochspannungs pulse. Die Erdung der Elektrode 20 mittels des Erdungsschalt kreises 46 erfolgt bevorzugt etwa mit einer Phasenverschiebung von 90° später als der Beginn eines Hochspannungspulses an der Spitze 24a der Elektrode 24.

Diese Verteilung von Metallionen im Inneren der Körnchen 12 wird für etwa 7 bis 12 Minuten durchgeführt, und danach wird der Betrieb der Hochspannungsquelle 32 und der übrigen elektrischen Kreise unterbrochen sowie der Behälter 10 über eine Leitung 50 und einen Schalter 52 geerdet, wonach die fertig präparierten Körnchen 12 über den Auslaß 16 und das Rohr 18 entnommen werden.

Die so präparierten Körnchen weisen gegenüber nicht mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 behandelten Körnchen erheblich verbes serte Eigenschaften hinsichtlich der Adsorption von Schadstoffen auf, wie die nachfolgenden experimentellen Ergebnisse zeigen.

Die Fig. 3, 3A zeigen das Trägermaterial ohne Beschichtung, und zwar einmal eine elektronenmikroskopische Aufnahme mit 1 mm Maßstab und einmal mit 100 µm Maßstab.

Die Fig. 4, 4A zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen von in der oben beschriebenen Weise beschichteten Körnchen, einmal mit 1 mm Maßstab und einmal mit 100 µm Maßstab.

Die Fig. 5, 5A zeigen Materialien entsprechend den Fig. 4, 4A, nun allerdings nach einer Verarbeitung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der oben beschriebenen Weise.

Die Fig. 6, 6A zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen beschichteter Träger, wobei die Beschichtung Chromoxid enthält.

Die Fig. 7, 7A und 7B zeigen die Körnchen nach Implantierung der Ionen in der oben beschriebenen Weise.

Fig. 8 zeigt eine EDS-Analyse (auch mit EDAX bezeichnet) des Trägermaterials ohne Beschichtung und ohne Behandlung in einer Gasentladung. Dieses Material ist in Fig. 8A gezeigt.

Fig. 9 zeigt die SO₂-Adsorption dieses Materials in Abhängigkeit von der Zeit. Das Adsorptionsmaterial ist hier reine Aktivkohle, ohne Beschichtung und ohne Ionisationsbehandlung. 25 g der körnigen (granulatförmigen) Aktivkohle wurden einer Strömung von 76 l/min ausgesetzt, die 20 ppm SO₂ enthält, und zwar für eine Zeitdauer von 90 Minuten. Nach etwa 18 Minuten setzte der sogenannte Durchbruch ein. Nach 30 Minuten beträgt der Durchbruch etwa 40%, d. h. die Adsorptionseffektivität beträgt 60%. Nach 70 Minuten beträgt der Durchbruch 80% und somit die Adsorptionseffektivität nur noch 20%. Beträgt der Durchbruch 100%, so bedeutet dies, daß 0% SO₂ aus dem Gasstrom entfernt werden.

Wie die Legende von Fig. 9 zeigt, wurden insgesamt 199,34 mg SO₂ in 25,02 g Kohlenstoff adsorbiert.

Fig. 10 zeigt die EDS-Spektralanalyse von Kohlenstoffkörnchen, die in der oben beschriebenen Weise beschichtet sind. Fig. 10A zeigt die Oberflächenstruktur dieser Körnchen. Fig. 11 zeigt die Adsorptionsfähigkeit solcher beschichteten Körnchen, die nicht der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Ionisierung ausgesetzt worden sind. Der Begriff "Adsorption" soll hier sehr allgemein verstanden werden, da aufgrund des vorliegenden Kenntnisstandes wohl Adsorption, Absorption, Physisorption und auch Chemisorption im Trägermaterial auftreten können. Das nicht einer Ionenimplantation unterzogene Material gemäß Fig. 11 wurde einer Volumenströmung von 51 l/min ausgesetzt, wobei in der Strömung 20 ppm SO₂ enthalten sind. Es wurden insgesamt 174,55 mg SO₂ adsorbiert. Im Vergleich zum Ergebnis gemäß Fig. 9 wurde weniger SO₂ eingefangen, was darauf zurückgeführt wird, daß aufgrund der Beschichtung die Porösität des Materials eingeschränkt ist.

Fig. 12 zeigt eine EDS-Analyse von beschichtetem Körnchenmate rial, das, wie oben anhand der Fig. 1 beschrieben, einer Ionenimplantation unterworfen worden ist. Die EDS-Analyse ist qualitativ. Fig. 12A zeigt eine elektronenmikroskopische Auf nahme dieses Materials.

Fig. 13 zeigt die Adsorptionsfähigkeit des beschichteten und in der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise mit Ionen versehenen Materials, wobei die Fig. 13 insbesondere dem Vergleichsexperiment gemäß Fig. 11 gegenüberzustellen ist. Das Experiment zeigt, daß das behandelte Material eine wesentlich verstärkte Adsorptionsfähigkeit bezüglich SO₂ aufweist. Die experimentellen Bedingungen und Ergebnisse sind jeweils in den Legenden der Figuren aufgezeigt. Da die übrigen Versuchsbedingun gen jeweils gleich gehalten worden sind, zeigt Fig. 13 im Vergleich mit Fig. 11, daß beim behandelten Material 244,85 mg SO₂ nach 90 Minuten adsorbiert worden sind, während beim unbehandelten Material gemäß Fig. 11 nur 174,55 mg adsorbiert wurden. Während beim unbehandelten Material gemäß Fig. 11 die Adsorptionsfähigkeit nach 90 Minuten nur noch 40% beträgt, ist beim behandelten Material gemäß Fig. 13 nach 90 Minuten die Adsorptionsfähigkeit noch bei 80%. Aufgrund der experimentellen Bedingungen wurde beim behandelten ("ionisierten") Material gemäß Fig. 13 nach 90 Minuten die Messung unterbrochen. Die Kurve zeigt aber, daß die Adsorptionsfähigkeit noch lange keine Sättigung erreicht hat.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem beim Experiment nach Fig. 13 verwendeten behandelten Material und dem unbehandelten Material beim Experiment gemäß Fig. 11 ist auch, daß beim behandelten Material das SO₂ wesentlich stärker gebunden ist und auch bei Erwärmung nicht aus dem adsorbierenden Material ausgetrieben wird. Letzteres ist inbesondere für eine Verwendung der Molekularsiebe in Filtern (z. B. von Kraftfahrzeugen) entscheidend.

Fig. 14 zeigt die EDS-Analyse mit einer gegenüber den Fig. 12 und 13 modifizierten Beschichtung, die nunmehr einen höheren Anteil an SiO₂ und auch etwas mehr Cr enthält. Die Fig. 14A zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme dieses Materials.

Die Fig. 15 zeigt die Adsorptionsfähigkeit dieses Materials nach der oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Behandlung. Die Versuchsbedingungen beim Experiment gemäß Fig. 15 entsprechen, bis auf die genannte Behandlung, genau denen des Experimentes gemäß Fig. 9. Der Durchbruch setzt erst nach etwa 32 Minuten ein, und am Ende der 90-minütigen Messung beträgt der Durchbruch etwa 40%, d. h. die Adsorptionseffektivität etwa 60%. Insgesamt wurden 341,35 mg SO₂ adsorbiert, was mit den 199,34 mg Adsorbat des aktivierten Kohlenstoffs gemäß Fig. 9 zu vergleichen ist. Wie Fig. 9 auch zeigt, hatte die einfache Aktivkohle am Ende der 90-minütigen Messung etwa 100% Durchbruch, also 0% Adsorptionseffektivität, während beim Experiment gemäß Fig. 15 das Material am Ende der Messung nur 40% Durchbruch aufwies, also immer noch 60% Adsorptionseffizienz.

Es wird angenommen, daß die erhöhte Adsorptionseffizienz und auch insbesondere die verbesserte Rückhaltefähigkeit der erfindungsgemäßen Molekularsiebe darauf zurückzuführen ist, daß die Cu⁺-Ionen mit SO₂ chemisch reagieren und so das Schwefel dioxid im Trägermaterial chemisch binden, so daß eine Desorp tion des SO₂ verhindert ist.

Durch Implantation unterschiedlicher Ionen im Gittermaterial des Trägers können wahlweise unterschiedliche Schadstoffe adsorbiert werden, je nach den gewünschten Anforderungen an das Molekularsieb.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Molekularsiebes zum Entfer nen von molekularen Schadstoffen, insbesondere SO₂ oder NO_X, aus einem Fluid, wobei das Molekularsieb Körnchen aus einem Träger material mit einer inneren Oberfläche von zumindest 100 m²/g aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen, bevor sie einer elektrischen Gasentladung ausge setzt werden, mit einer Metalloxidschicht versehen werden und daraufhin mittels der elektrischen Gasentladung und Anlegen ei nes elektrischen Potentials Metallionen in das Trägermaterial eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial Kohlenstoff vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial eine poröse Keramik oder ein Metalloxid vor gesehen ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung im Trägermaterial Wasser belassen oder ein gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht Kupfer aufweist, insbesondere Cu₂O, Cr₂CuO₄.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zumindest teilweise kristallin ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körnchendurchmesser zwischen 2 und 15 µm liegt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Behälter (1) zur Aufnahme der Körnchen (17), eine Elektrode (4) zum Erzeugen einer elektrischen Entladung, in de ren Bereich zumindest ein Teil der Körnchen (17) angeordnet ist, und eine Einrichtung (3) zum Anlegen einer Hochspannung.

9. Molekularsieb, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 7.