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Bahnbeschichtung im Wickel - Dokument DE10222623A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10222623A1 27.11.2003
Titel Bahnbeschichtung im Wickel
Anmelder Oeste, Franz Dietrich, 35274 Kirchhain, DE
Erfinder Oeste, Franz Dietrich, 35274 Kirchhain, DE
DE-Anmeldedatum 17.05.2002
DE-Aktenzeichen 10222623
Offenlegungstag 27.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.11.2003
IPC-Hauptklasse B01J 20/30
IPC-Nebenklasse B01D 53/02   C02F 1/58   
Zusammenfassung Es wird die Herstellung von bahnförmigen Materialien für die Wasserreinigung und für die Wasseranalytik im Wickel beschrieben. Die Herstellung im Wickel hat besondere Vorteile, weil die Herstellung der beschichteten bahnförmigen Materialien maschinell, umweltfreundlich und platzsparend erfolgen kann. Die derart hergestellten Bahnen lassen sich auch zur Gasreinigung verwenden.

Beschreibung[de]

Es wird die Herstellung von bahnförmigen Materialien für die Wasserreinigung und für die Wasseranalytik im Wickel beschrieben. Die Herstellung im Wickel hat besondere Vorteile, weil die Herstellung der beschichteten bahnförmigen Materialien maschinell, umweltfreundlich und platzsparend erfolgen kann. Die derart derart hergestellten Bahnen lassen sich auch zur Gasreinigung Verwendung verwenden.

In der deutschen Offenlegungsschrift mit dem Aktenzeichen 100 61 609.7 werden faserhaltige flachen Materialien für die Wasserreinigung und für die Wasseranalytik beschrieben, die unter Anwendung fester Gasspeichersubstanzen hergestellt wurden. Die vorgestellten Herstellungsverfahren sind für eine Massenproduktion von Wasserreinigungsmaterial ungeeignet. Insbesondere geben sie keine Anleitung zur Herstellung dieser Materialien auf der Basis handelsüblicher Papier- oder Vliesbahnbreiten, die üblicherweise zwischen 0,5 m und 2,5 m liegen.

Papiermaschinen, Druckmaschinen für Papier-, Stoff-, Folien- und Verpackungsdruck, Zellstoffmaschinen oder ähnliche Einrichtungen, mit denen herkömmliche Verfahren zur Bahnherstellung und Bahnbeschichtung durchgeführt werden, sind aus nicht korrosionsbeständigen Materialien hergestellt. Prozesse, die die Verwendung ätzender Chemikalien beinhalten, sind damit nicht ohne Weiteres durchzuführen. Die z. B. an Druckmaschinen üblichen Absaug- und Abluftreinigungs-Vorrichtungen sind für Lösungsmittel ausgelegt und können nicht zur Emissionsminderung von agressiven Chemikalien genutzt werden.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem die Herstellung bahnförmigen Materials für die Wasserreinigung unter Voraussetzungen durchgeführt werden kann, das industrielle Produktionsmaßstäbe zuläßt, ohne daß die Anwendung der herkömmlichen Maschinen notwendig wird.

Das erfindungsgemäßen Verfahren ist dafür geeignet. Danach wird zumindest ein Herstellungsschritt des bahnförmigen Materials für die Wasserreinigung und für die Wasseranalytik im Wickel vorgenommen. Das geschieht erfindungsgemäß in der Gegenwart von einer oder mehreren Hilfsbahnen, die im Wickel mit dem zu fertigenden bahnförmigen Material für die Wasserreinigung enthalten sind.

Die Hilfsbahnen dienen dazu,

  • a) den Stoff und Wärmeaustausch mit der zu fertigenden Bahn, der sog. "Fertigungsbahn" im Wickel durch eine Hilfsbahn zur Wickelspreizung die sog. "Spreizbahn" zu ermöglichen, die die Fluiddurchlässigkeit des Wickels in Axialrichtung verbessert,
  • b) mindestens ein notwendiges Reagenzien zur Beschichtung oder Konditionierung der Fertigungsbahn im Wickel durch eine oder mehrere Reagenzien-enthaltende Hilfsbahnen, die sog. "Reagensbahnen" bereitzustellen und
  • c) die Berührung der Fertigungsbahn mit den Reagensbahnen zu verhindern durch eine oder mehrere Hilfsbahnen zur Abstandhaltung, die sog. "Abstandsbahnen".

Die Herstellung der Fertigungsbahn im Wickel kann so vorteilhaft durchgeführt werden, daß im günstigsten Fall kein Abwasser entsteht, zumindest die Abwassermenge damit aber erheblich reduziert werden kann.

Der Begriff "Fertigungsbahn" wird hier sowohl für das eingesetzte Bahnmaterial, aus dem das Endprodukt hergestellt werden soll, sowohl für das unfertige Endprodukt während seiner Herstellung und auch für das fertige Endprodukt verwendet.

Der Wickel zeichnet sich dadurch aus, daß er aus einer oder mehreren chemisch-physikalisch zu behandelnder Fertigungsbahnen und/oder einer oder mehreren zusätzlichen Spreizbahnen und/oder einer oder mehreren zusätzlichen chemisch/physikalisch reaktiven Reagensbahnen und/oder einer oder mehreren zusätzlichen Abstandsbahnen besteht.

Die Reagensbahnen können ein unterschiedliches chemisches Inventar aufweisen. Die Spreizbahnen bestehen vorzugsweise aus flexiblen hinreichend verformungsbeständigem Material wie z. B. offene Gestricke oder ähnliche Gewirke, deren hydraulische Durchlässigkeit durch die Bahn zumindest parallel zur Bahnfläche und vorzugsweise auch senkrecht dazu gegeben ist. Das Material, aus dem die Spreizbahnen bestehen wird gemäß den auftretenden chemischen und physikalischen Einwirkungen, insbesondere von Temperatur und einwirkenden Chemikalien ausgewählt. Bevorzugte Materialien dafür sind formsteife Polyolefine, fluorhaltige Polymere, glasfaserhaltige ggf. mittels Bindemitteln versteifte Vliese und korrosionsbeständige Metalle und ihre Legierungen.

Die Spreizbahnen können gleichzeitig Reagensbahnfunktion haben. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Wickel als solche nach Fertigstellung der Reagensbahnen als Festbett zur Fluidbehandlung z. B. in Filterkartuschen zum Einsatz gelangen. Besonders vorteilhaft für diese Zwecke sind Spreizbahnen hinreichender mechanischer Steifigkeit, denen eine gewellte oder zickzackförmig geknickte Struktur eingeprägt ist. Dabei verlaufen die Knicklinien oder Wellenlinien parallel zur Wickelachse, um die wickelachsenparallele Durchlässigkeit des Wickels zu gewährleisten.

Die Materialien, aus denen die Abstandsbahnen gefertigt sind, benötigen eine hydraulische Durchlässigkeit senkrecht zur Bahnfläche. Beispielsweise Vliese, Papiere, Gewebe, Tüll und ähnliche möglichst dünne textile Gebilde erfüllen diese Anforderung. Das Material, aus dem die Abstandsbahnen bestehen wird gemäß den auftretenden chemischen und physikalischen Einwirkungen, insbesondere von Temperatur und einwirkenden Chemikalien ausgewählt. Bevorzugte Materialien dafür sind formsteife Polyolefine, fluorhaltige Polymere und korrosionsbeständige Metalle und ihre Legierungen.

Für die Materialien, aus denen die Reagensbahnen gefertigt sind, ist ebenfalls eine hydraulische Durchlässigkeit vorteilhaft, die vorzugsweise zumindest senkrecht zur Bahnfläche wirksam ist. Das für sie ausgewählte Trägermaterial, das die notwendigen Reagenzien enthält, ist daher auch bevorzugt aus den Materialien ausgewählt, die diese Anforderungen erfüllen. Beispielsweise Vliese, Papiere, Gewebe, Tüll und ähnliche möglichst dünne textile Gebilde erfüllen diese Anforderung. Es ist aber auch möglich, die Reagensbahnen vollkommen undurchlässig zu gestalten. In diesem Fall haben sie die Form von Folien. Es ist auch möglich, die Reagensbahnen vollkommen aus Reagens zu fertigen. Beispiele dafür sind z. B. Aluminiumfolie, dünnes Zinkblech.

Für die Materialien, aus denen die Fertigungsbahnen gefertigt sind, ist eine hydraulische Durchlässigkeit zumindest senkrecht zur Bahnfläche durch die Bahn ebenfalls vorteilhaft. Das dafür ausgewählte Trägermaterial, ist daher auch bevorzugt aus den Materialien ausgewählt, die die bevorzugten Durchlässigkeits-Anforderungen erfüllen. Beispielsweise Vliese, Papiere, Gewebe, Tüll und ähnliche textile Gebilde erfüllen diese Anforderung. Es ist aber auch möglich, die Fertigungsbahnen vollkommen undurchlässig zu gestalten. In diesem Fall können sie z. B. die Form von Folien haben. Es ist auch möglich, die Reagensbahnen vollkommen aus Reagens zu fertigen. Beispiele dafür sind z. B. Metallfolien.

Zu den bevorzugt eingesetzten Stoffen im Herstellungsverfahren gehören die sauren und die basischen Reaktionsmittel, sowie die Salze, darunter insbesondere die

gasförmigen, flüchtigen oder reversibel thermisch zersetzlichen Säuren, z. B. Ameisensäure, Salzsäure, Schweflige Säure;

gasförmigen, flüchtigen oder reversibel thermisch zersetzlichen Basen, z. B. Ammoniak, Methylamin,

gasförmigen, flüchtigen oder reversibel thermisch zersetzlichen Salze, z. B. Ammoniumchlorid, Aluminiumchlorid, Titantetrachlorid, Siliciumtetrafluorid, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Pyridiniumchlorid, Eisen(III)chlorid, Aluminiumchlorid, Zinntetrachlorid, Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid, Kieselsäuretetraethylester, Ammoniumformiat, Ammoniumalginat, Pyridiniumalginat, Dipyridylacetat, Ammoniumcitronat, Methylammoniumcitronat, Eisen(II)hydrogencarbonat, Chitosanformiat, Ammoniumphthalat, Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumhuminat, Eisenhydrogencarbonat, Ammoniumsulfit,

löslichen Salze, z. B. Eisen(III)chlorid, Eisen(II)sulfit,

unlöslichen bis schwer löslichen Salze, z. B. Baryt, Fluorit, Witherit, Gips,

flüssigen schwerflüchtigen Säuren, z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure

flüssigen schwerflüchtigen Basen, z. B. Natronlauge, Kalilauge, Ethylendiamin

festen Säuren, z B Alginsäure, Oxalsäure, sulfonsaure Aktivkohle, Zitronensäure

festen Basen, z. B. Calciumhydroxid, Chitosan

unlöslichen bis schwer löslichen Säuren, z. B. sulfonsaure Kunstharze, Huminsäure, Mellithsäure (Benzolhexacarbonsäure), Phthalsäure, Huminsäure, 2,4, 6-Tricarbonsäure-1,3,5- triazin

unlöslichen bis schwer löslichen Basen, z. B. Chitosan.

Weiterhin gehören zu den bevorzugt eingesetzten Stoffen im Herstellungsverfahren die oxidierenden und reduzierenden Reaktionsmittel und die unpolaren und schwach polaren Reaktionsmittel, insbesondere die

gasförmigen oder verdampfbaren Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff, Ozon, Hydroxylradikale, Wasserstoffperoxid;

gasförmigen oder verdampfbaren Reduktionsmittel, z. B. Wasserstoff, Phosphin, Schwefelwasserstoff, Hydrazin;

thermisch oder katalytisch zersetzlichen Oxidationsmittel, z. B. Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat, Magnesiumperoxid;

thermisch zersetzlichen Reduktionsmittel, z. B. Titanhydrid, Magnesiumhydrid, Palladiumhydrid;

festen Oxidationsmittel, z. B. Kaliumpermanganat, Braunstein,

festen Reduktionsmittel, z. B. Zinkmetall, Aluminiummetall, Lithiumboranat,

unlöslichen bis schwer löslichen Chalkogenide, z. B. Titadioxid, Eisensulfid, Cerdioxid, Mangandioxid, Eisendisulfid, Eisen(III)oxidhydroxid.

Zu den typischen Prozeßschritten, die beim erfindungsgemäßen Verfahren im Wickel ablaufen gehört mindestens einer der Prozeßschritte

Ausfällung reaktiver Beschichtungen,

Trocknung,

Oxidation,

Reduktion,

Entfernung von Verunreinigungen,

Desorption,

Adsorption,

Absorption,

Verdampfung,

Kondensation,

Sublimation,

Desublimation,

Extraktion.

Die genannten Stoffe können sich im Herstellungsverfahren sowohl auf den Reagensbahnen als auch auf den Fertigungsbahnen befinden. Der Ort ihres Einsatzes ergibt sich durch den jeweils gewählten Reaktionsablauf, der das Ziel hat, auf den Fertigungsbahnen eine haftfeste und für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Beschichtung auf den fertiggestellten Materialien herzustellen. Typische Beschichtungen sind z. B. Eisen(III)oxidhydroxide, Hämatit, Ocker, gemischte Eisen(III)-Mangan(IV/III)oxidhydroxide, Braunstein, Titanoxide, Aluminiumoxide, Aluminiumoxidhydrate, Titan-Silicium-Mischoxide, Titan-Eisen-Mischoxide, Titanate, Zirkonate, Zirkonoxide, Titan-Zirkon-Mischoxide Mangan(IV/III)oxidhydroxide, Magnesiumoxide, Magnesiumhydroxide, Magnesiumoxid-hydroxide, Huminsäure, Eisenhuminat, Calciumhuminat, Magnesium-Aluminium-Mischoxide, Eisen(II)sulfid, Eisen(II)disulfide, Pyrit, Magnetit, Aktivkohlepulver-Ocker-Schichten, Zeolith-Ockerschichten und ähnliche in Wasser schwerlösliche Beschichtungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Fertigungsbahnen setzt sich zusammen aus mehreren Fertigungsschritten. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß es zu seiner Herstellung mindestens einen Prozeßschritt aus der Gruppe,

Tränken der Fertigungsbahn mit einem Fluid, enthaltend mindestens die flüssige und/oder die gasförmige Lösung mindestens eines Stoffes;

Ausfällen von mindestens einer wasserunlöslichen und/oder wasserschwerlöslichen Phase auf/in der Fertigungsbahn,

Extraktion von einem oder mehreren Stoffen aus der Fertigungsbahn mittels mindestens einem Fluid aus einer oder mehrerer der Gruppen Flüssigkeiten, Gase, überkritische Gase,

Zersetzen von Reaktionsprodukten durch chemische und/oder elektrochemische Oxidation,

Entfernen von Wasser oder anderen Stoffen aus der Fertigungsbahn mittels mindestens einem oder mehreren Verfahren der Trocknung, Extraktion, Verdampfung, chemischen Reaktion, Sorption, Desorption beinhaltet, der im Wickel vollzogen wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die insgesamt notwendigen chemischen und/oder physikalischen Operationen am Bahnwickel zur Herstellung der Fertigungsbahnen unter der Maßgabe durchgeführt, daß mindestens der Schritt d) obligatorisch ist und daß mindestens einer der Schritte a) bis c) im Wickel durchgeführt werden:

  • a) die Fertigungsbahn wird mit mindestens einem Stoff angereichert. Die Stoffanreicherung geschieht durch Einwirken eines Fluids, das die Lösung des Stoffes in einem Gas, in einem überkritischen Gas oder in einer Flüssigkeit enthält.
  • b) Zumindest einer der auf der Fertigungsbahn angereicherten Stoffe wird durch ein physikalisches und/oder chemisches Verfahren in eine in kaltem Wasser unlösliche oder schwerlösliche Stoffform überführt.
  • c) Die in der Form von einer oder mehreren Verunreinigungen verbleibenden Stoffe werden durch einen oder mehrere Schritte der Desorption, Zersetzung, Verdampfung Extraktion, von denen mindestens einer eine Kurzstrecken-Diffusion in einer Gasphase, in einer überkritischen Phase oder in einer Flüssigphase beinhaltet, aus der Fertigungsbahn entfernt oder zumindest darin abgereichert.
  • d) Unter der Anwendung von mindestens einer Hilfsbahn wird zumindest einer der chemisch-physikalischen Prozessschritte a) bis c) zum Zweck der Fertigungsbahnherstellung im Wickel durchgeführt.

Durch die Anwendung der Hilfsbahnen können die Diffusionswegstrecken im Wickel so weit verkürzt werden, daß sich die chemisch-physikalischen Prozesse zum Zweck der Fertigungsbahn- beschichtung ganz oder teilweise im Wickel durchgeführen lassen.

Die Anwendung von einer oder mehreren chemisch und/oder physikalisch reaktiven Hilfsbahnen zwischen den zu beschichtenden Fertigungsbahnen eröffnet viele Möglichkeiten, um einen oder mehrere chemisch-physikalischen Prozessschritte zum Zweck der Fertigungsbahnherstellung im Wickel durchzuführen, die durch andersartige Fertigungsbahnbehandlung nicht möglich wären.

Beispiele für chemisch reaktive Reagensbahnen sind z. B. reduzierende Folien oder textilen Gebilde aus wasserstoffbeladenem Palladium oder aus Zink; galvanisch reduzierende oder oxidierende Folien oder textilen Gebilde aus leitfähigen Elektroden, Oxidationsmittel-beschichtete Papiere, Katalysatorbeschichtete Papiere, Sorbensbeschichtete Papiere oder Textilien, Säure- oder Lauge-beschichtete Papiere oder Textilien. mit desorbierbaren Gasspeichersubstanzen beschichtete Papiere, mit Fällungsreagenzien beschichtete Papiere, mit sorbierenden Flüssigkeiten beschichtete Papiere.

Von den physikalisch-chemischen Prozessen, denen bei der Herstellung der Fertigungsbahnen im Wickel besondere Bedeutung zukommt, sind

  • a) die Stoffiransportprozesse entlang der Konzentrationsgradienten mit Diffusionsregime, die in einem oder mehreren der Phasenräume Festphase, Flüssigphase, Kapillarkondensat, Adsorbat, Gasphase oder Phasengrenzflächen zwischen den genannten Phasen ablaufen. Da die Konzentrationsgradienten im Wickel konzentrisch um die Wickelachse angeordnet sind, erfolgt der diffusionskontrollierte Transport radial von der Wickelachse fort und/oder radial auf die Wickelachse zu und zwar in vertikaler Richtung bezüglich der Bahnflächen. Diffusionskontrollierter Transport findet in Fertigungs-, Reagens- und Abstandsbahnen statt.
  • b) Von gleichgroßer Bedeutung ist der Stofl7transport im Fluid durch die Spreizbahn im Wickel, der durch Tauchen, Spülen, Trocknen und ähnliche Prozesse, oder durch die schwerkraftbedingte thermische Konvektion ausgelöst wird. Der hierdurch geprägte Fluidstoffstrom bewegt sich parallel zur Wickelachse.
  • c) In ausgewählten Fällen kann der Wickel durch Rotation um die Wickelachse bewegt werden, um im Fliehkraftfeld Flüssigkeit abzuschleudern. Hierbei kommt es zu einer in Bezug auf die Wickelachse radialen Bewegung der Fluide nach außen entsprechend dem Fliehkraftfeld.

Besonders bedeutsam ist die möglichst wirtschaftliche Beschichtung von Papier- und zellstoffartigen Fertigungsbahnen mit Metalloxiden und metallhaltigen Mischoxiden. Insbesondere die Eisenoxide haben wegen ihrer vielseitigen Sorptionsfähigkeit große Bedeutung für die Wasserreinigung erlangt. Ähnliches gilt für die Titanoxide. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fertigungsbahnen lassen sich auch zur Gasreinigung einsetzen. Für viele Anwendungszwecke in der Wasserreinigung werden keine blatt- oder filterblattartigen Fertigungsbahnen benötigt, sondern wolleartige Materialien, Flocken, Schnipsel oder Wolleabschnitte. Auch diese Filtermaterialien können ohne weiteres mit den verschiedenen an und für sich bekannten Maschinen zur Papier- oder Textilzerkleinerung aus den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Fertigungsbahnen hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an den Beispielen zur Herstellung oxidische Eisenverbindungen enthaltender Papiere auf Glasbasis exemplarisch erläutert. Die Herstellung anderer Beschichtungen mit anderen Stoffen oder auf anderen Bahnmaterialien ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls möglich. Die in den Beispielen genannten Parameter z. B. Temperaturen, oder chemische Milieubedingungen können in Anpassung an die jeweils verwendeten Materialien weitgehend variiert werden und bedeuten keine Einschränkung des Verfahrens darauf.

Beispiel 1 Herstellung eines Eisen(III)oxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisen(III)oxalat Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (I) aus Papier bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Dadurch beträgt der Abstand der Fertigungsbahnen (I) im Wickel etwa 5 mm. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit halbkonzentrierter Eisen(III)oxalat-Lösung getränkt. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft soweit getrocknet, bis mindestens 90% des Wassergehalts entfernt sind. In der Fig. I ist die wickelachsenparallele Trocknungsgasbewegung durch die Spreizbahnen (2) mit Doppelpfeil (5) angedeutet. Die Diffusionsrichtung des Wasserdampfes aus der Fertigungsbahn (1) in die Spreizbahnen (2) gemäß der konzentrisch um die Wickelachse angeordneten Konzentrationsgradienten senkrecht dazu ist mit Doppelpfeil (6) angedeutet.

Schritt 2

Anschließend wird der Wickel 30 min. lang in Ammoniakwasser eingestellt. Dabei fällt in der Fertigungsbahn (1) Eisenoxidhydrat aus und es entsteht Ammoniumoxalat. Danach wird der Wickel entnommen und durch Eintauchen in 4 verschiedene Waschbäder mit Wasser von pH 5 ammoniumfrei gespült. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft von 120°C getrocknet. Danach wird die fertig beschichtete Fertigungsbahn (I) abgewickelt und separat auf einen Wickel gewickelt.

Schritt 3

Die Regeneration der ammoniumoxalathaltigen Waschlösung wird vorteilhaft mittels Calciumhydroxidaufschlämmung durchgeführt. Dabei wird Oxalat als Calciumoxalat gefällt. Ammoniak kann in der Lösung verbleiben. Das ausgefällte Calciumoxalat wird abgetrennt und getrocknet. Das verbleibende Ammoniakwasser kann in Schritt 2 wiederverwendet werden.

Beispiel 2 Herstellung eines mit Eisen(III)oxidhydrat und Titandioxid beschichteten Papiers mit Eisen(III)formiat Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (1) aus Papier bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Dadurch beträgt der Abstand der Fertigungsbahnen (1) im Wickel etwa 5 mm. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer Suspension aus Eisen(II)formiat-Lösung und photolytisch aktivem Titandioxidpulver mehrfach eingetaucht. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft soweit getrocknet, bis mindestens 90% des Wassergehalts entfernt sind. Danach wird der Wickel abgewickelt und die Fertigungsbahn (1) separat aufgewickelt.

Schritt 2

Anschließend wird die Fertigungsbahn (1) abgewickelt und durch einen gut belüfteten Kanal hindurchgezogen, in dem sie von beiden Seiten mit Ultraviolett-Strahlen aus einer Quarzglaslampe mit einem hohen Spektralanteil kurzwelliger UV-Strahlung belichtet wird. In dem Kanal herrscht über 90% relative Luftfeuchtigkeit. Danach befindet sich kein Formiat mehr auf der Fertigungsbahn (1) und Eisen liegt dort quantitativ als Eisen(III)oxidhydroxid vor.

Beispiel 3 Herstellung eines Eisen(III)oxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisen(II)acetat Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (1) aus Papier bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Dadurch beträgt der Abstand der Fertigungsbahnen (1) im Wickel etwa 5 mm. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer Lösung aus 5 Gewichtsprozent Eisen(II)acetat enthaltender Lösung mehrfach eingetaucht. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft soweit getrocknet, bis mindestens 90% des Wassergehalts entfernt sind.

Schritt 2

Anschließend wird der Wickel über Nacht in einen geschlossenen Behälter eingestellt, der am Boden mit einer Schicht Ammoniumhydrogencarbonat bedeckt ist. Dabei fällt in der Fertigungsbahn (1) Eisenoxidhydrat aus und es entsteht Ammoniumacetat. Dann wird der Wickel entnommen, waagerecht angeordnet, und unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft bis 160°C 30 min lang behandelt, wobei sich Ammoniumacetat vollständig verflüchtigt. Danach wird die fertig beschichtete Fertigungsbahn (1) abgewickelt und separat auf einen Wickel gewickelt. Ammoniumacetat kann durch Adsorption an Aktivkohle aus der Abluft abgeschieden werden und von dieser durch Wäsche als konzentrierte Lösung zurückgewonnen werden.

Beispiel 4 Herstellung eines Eisen(III)-Mangan(IV)Mischoxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisen(II)ascorbat Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (I) aus Papier bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Dadurch beträgt der Abstand der Fertigungsbahnen (1) im Wickel etwa 5 mm. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer 8 Gewichtsprozent Eisen(II)ascorbat enthaltenden Lösung mit leichtem Ascorbinsäureüberschuß getränkt. Dann wird der Wickel entnommen, waagerecht angeordnet und unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft bis 120°C solange getrocknet, bis mindestens 90% des Wassers entfernt sind.

Schritt 2

Anschließend wird der Wickel in einer Tränkwanne 5 min. lang mit warmer konzentrierter wäßriger Lösung aus konzentrierter Ammoniumpermanganat-Lösung durchspült. Dabei kommt es zur Abscheidung braunen Eisen(III)-Mangan(IV)Mischoxidhydrats auf der Fertigungsbahn (1).

Schritt 3

Anschließend wird der Wickel kurz mit Leitungswasser, dann mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung abgespült. Nach Absetzen des Braunsteins kann das Spülwasser für die nächste Spülung wiederverwendet werden. Wasserstoffperoxid zersetzt sich schadlos und vollkommen.

Schritt 4

Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel der Fertigungsbahn (I) unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft von 40°C soweit getrocknet, bis mindestens 80% des Wassergehalts entfernt sind. Danach wird die beschichtete Fertigungsbahn (1) abgewickelt und separat auf einen Wickel gewickelt. Die Beschichtung enthält noch sorbierten Ammoniak.

Schritt 5 Herstellung der Reagensbahn (3)

Eine Papierbahn bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer Suspension enthaltend 20% Phosphorsäure und 2,S % pyrogene Kieselsäure ("Aerosil") getränkt. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft auf 1 SO °C zur Entfernung von Wasser mindestens bis auf 20% Restfeuchte erwärmt. Sie sich trocken anfühlende Reagensbahn (3) wird auf einen separaten Wickel abgewickelt.

Schritt 6

Anschließend wird die Fertigungsbahn (1) mit der gemäß Schritt 5 gefertigten Reagensbahn (3), mit einer Abstandsbahn (7) und einer Spreizbahn (2) zu einem Wickel zusammengewickelt. Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Abstandsbahn (7) ist eine dünne tüllähnliche Bahn aus dünnem Edelstahldrahtgewebe von weniger als 1 mm Dicke. Spreizbahn (2) besteht aus Edelstahldrahtgestrick von ca. 8 mm Dicke. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft auf 150°C zur Entfernung von Ammoniakresten erwärmt. Anschließend wird entgewickelt. Danach wird die nunmehr fertig beschichtete Fertigungsbahn (I) wird separat auf einen Wickel gewickelt.

Schritt 7 Reagensbahn-Regeneration

Nach mehrmaliger Benutzung wird die Reagensbahn (3) mit einer Spreizbahn (2) zu einem Wickel zusammengewickelt. Als waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse und durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft auf 250°C bis 300°C mit im Kreislauf geführter Luft wird die Reagensbahn regeneriert. Zur Zurückgewinnung von Ammonium als Phosphat wird die Abluft in einem mit Phosphorsäure benetzten Aktivkohlekörnern gefüllten Turm gereinigt.

Beispiel 5 Herstellung eines Eisen(III)oxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisenpulver Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (1) bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird im Walzenauftragsverfahren kontinuierlich mit einer Paste enthaltend 10 Gewichtsprozent Eisenpulver, in einer 1 g/l, Silbernitrat und 5 Gewichtsprozent Aerosil enthaltenden Lösung beschichtet. Anschließend wird die Fertigungsbahn im Durchlaufverfahren über einer Heizwalze auf einen Wassergehalt von ca. 20 Gewichtsprozent eingetrocknet.

Schritt 2

Anschließend wird die Fertigungsbahn (1) zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Polyethylendrahtgestrick zusammengewickelt. Dadurch beträgt der Fertigungsbahnabstand im Wickel etwa 10 mm. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Derart konditioniert wird der Bahnwickel mit senkrecht angeordneter Wickelachse in einen belüfteten Raum mit 90% Luftfeuchtigkeit auf einem Gestell derart angeordnet, daß die Luft unbehindert durch die Spreizbahn zirkulieren kann. Nach ca. 1 Monat ist die Oxidation abgeschlossen. Der Eisengehalt liegt nunmehr vollständig als Eisenoxidhydrat vor. Anschließend wird entgewickelt. Danach wird die fertig beschichtete Papierbahn separat auf einen Wickel gewickelt.

Beispiel 6 Herstellung eines Eisen(III)oxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisenfasern Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (1) bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern, Eisenfaserabschnitten und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Kupferdrahtgestrick zusammengewickelt. Dadurch beträgt der Fertigungsbahnabstand im Wickel etwa 10 mm. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Derart konditioniert wird der Bahnwickel mit senkrecht angeordneter Wickelachse in einen belüfteten Raum mit 90 % Luftfeuchtigkeit auf einem Gestell derart angeordnet, daß die Luft unbehindert durch die Spreizbahn zirkulieren kann. Nach ca. 1 Monat ist die Oxidation abgeschlossen. Der Eisengehalt liegt nunmehr vollständig als Eisenoxidhydrat vor. Anschließend wird entwickelt. Danach wird die fertig beschichtete Papierbahn separat auf einen Wickel gewickelt.

Beispiel 7 Herstellung eines Eisen(III)oxidhydrat-beschichteten Papiers mit Eisen(III)chlorid Schritt 1

Eine Fertigungsbahn (1) aus Papier bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Dadurch beträgt der Abstand der Fertigungsbahnen (1) im Wickel etwa 5 mm. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer 10 Gewichtsprozent Eisen(III)chlorid enthaltenden Lösung getränkt. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft soweit getrocknet, bis mindestens 90% des Wassergehalts entfernt sind. In der Fig. 1 ist die wickelachsenparallele Trocknungsgasbewegung durch die Spreizbahnen (2) mit Doppelpfeil (5) angedeutet. Die Diffusionsrichtung des Wasserdampfes aus der Fertigungsbahn (1) in die Spreizbahnen (2) gemäß der konzentrisch um die Wickelachse angeordneten Konzentrationsgradienten senkrecht dazu ist mit Doppelpfeil (6) angedeutet.

Schritt 2

Anschließend wird der Wickel über Nacht in einen geschlossenen Behälter eingestellt, der am Boden mit einer Schicht Ammoniumhydrogencarbonat bedeckt ist. Dabei fällt in der Fertigungsbahn (1) Eisenoxidhydrat aus und es entsteht Ammoniumchlorid. Anschließend wird Fertigungsbahn (1) entnommen und abgewickelt.

Schritt 3 Herstellung der Reagensbahn (3)

Eine Papierbahn bestehend aus entschlichteten Mikroglasfasern und groben Glasfasern wird zusammen mit einer Spreizbahn aus Edelstahldrahtgestrick zusammengewickelt. Dann wird der Wickel in einer Tränkwanne mit einer Suspension enthaltend 20% Phosphorsäure und 4% pyrogene Kieselsäure ("Aerosil") getränkt. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Warmluft auf 150°C zur Entfernung von Wasser mindestens bis auf 20% Restfeuchte erwärmt. Die sich trocken anfühlende Reagensbahn (3) wird auf einen separaten Wickel abgewickelt.

Schritt 4

Fertigungsbahn (1) aus Schritt 2, Reagensbahn (3) aus Schritt 3, eine Abstandsbahn (7) in der Form eines Teflungewebes von weniger als 0,5 mm Bahndicke und eine Spreizbahn (2) aus Edelstahldrahtgestrick von 10 mm Bahndicke wird zusammen zu einem Wickel aufgewickelt. Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des Wickels im Schnitt parallel zur Wickelachse. Anschließend wird der waagerecht angeordnete Wickel unter Drehen in einem zylindrischen Rohr um die Wickelachse durch Wickelachsen-paralleles Hindurchleiten von Heißluft auf 180°C erwärmt. Dabei entströmt Chlorwasserstoff, der in einem angeschlossenen Waschturm mit feuchtem Kalksteinsplitt und gekörnter Aktivkohle aufgefangen wird. Nachdem sich versichert worden ist, daß die Abluft salzsäurefrei ist, und die Reagensbahn (3) noch sauer reagiert, kann abgebrochen werden. Danach wird die fertig beschichtete Papierbahn separat auf einen Wickel gewickelt.

Schritt 5 Regeneration der Reagensbahn

Die Regeneration der Reagensbahn (3) kann entsprechend Beispiel 4, Schritt 7 durchgeführt werden.

Beispiel 8 Anwendung von 2 unterschiedlichen Reagensbahnen, 2 Abstandsbahnen, 1 Fertigungsbahn und 1 Spreizbahn im Wickel

Fig. 2 zeigt die Anordnung, in der eine derartige Konfiguration im Wickel angeordnet sein könnte. Anwendung kann diese Art der Anordnung finden, wenn z. B. die Fertigungsbahn (1) ein flüchtiges Salz enthält, z. B. Ammoniumformiat und der Wickel mit Heißgas beheizt ist. Für diesen Fall soll Reagensbahn (3), alkalisch beladen sein, Reagensbahnen (4), sauer beladen sein. Bei Erwärmung diffundieren die flüchtigen alkalischen Bestandteile gemäß Richtungspfeilen (6) in die alkalisch konditionierte Reagensbahn (3) und die flüchtigen sauren Bestandteile in die sauer konditionierte Reagensbahn (4), ohne in den Heißgasstrom zu gelangen, der wickelachsenparallel gemäß Richtungspfeilen (5) durch die Spreizbahn (2) strömt. Die Abstandsbahnen (7) verhindern die direkte Berührung der Fertigungsbahn (1) mit den Reagensbahnen (3) und (4).

Beispiel 9 Anwendung von 2 unterschiedlichen Reagensbahnen, 1 Fertigungsbahn und 1 Spreizbahn im Wickel

Fig. 4 zeigt eine Beispiel 8 entsprechende Anordnung im Wickel, jedoch ohne Abstandsbahnen. Eine derartige Konfiguration im Wickel kann z. B. dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei den Reagensbahnen (3) und (4) um Anodisch geschaltete und kathodisch geschaltete Elektroden handelt, die z. B. das in der Fertigungsbahn (1) vorliegende Natriumchlorid in sorbiertes Natrium in der kathodisch geschalteten Reagensbahn (3) umwandeln und in elementares Chlor, das von der anodisch geschalteten Reagensbahn (4) umwandeln, von der es mit einem Gasstrom, der durch die Spreizbahn (2) strömt, fortgetragen wird.

Beispiel 10 Anwendung von 2 unterschiedlichen Reagensbahnen, 1 Fertigungsbahn und 2 Abstandsbahnen im Wickel

Fig. 4 zeigt eine Beispiel 8 entsprechende Anordnung im Wickel, jedoch ohne Spreizbahn. Eine derartige Konfiguration im Wickel kann z. B. dann vorteilhaft sein, wenn der Wickel mit einer hier nicht eingezeichneten eigenen Wärmequelle ausgestattet ist, oder durch Mikrowellenheizung extern beheizt wird. Anwendung kann diese Art der Anordnung finden, wenn z. B. die Fertigungsbahn (I) ein flüchtiges Salz enthält, z. B. Ammoniumchlorid. Für diesen Fall soll Reagensbahn (3), alkalisch beladen sein, Reagensbahnen (4), sauer beladen sein. Bei Erwärmung diffundieren die flüchtigen alkalischen Bestandteile gemäß Richtungspfeilen (6) in die alkalisch konditionierte Reagensbahn (3) und die flüchtigen sauren Bestandteile in die sauer konditionierte Reagensbahn (4). Die Abstandsbahnen (7) verhindern die direkte Berührung der Fertigungsbahn (1) mit den Reagensbahnen (3) und (4). Bezugszeichenliste 1 Fertigungsbahn

2 Spreizbahn

3 Reagensbahn 1

4 Reagensbahn 2

5 Strömungslinien in den Spreizbahnen

6 Diffusionsstromlinien in den Fertigungs-, Abstands- und Reagensbahnen

7 Abstandsbahn


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung bahnförmiger Materialien zur Wasser- und/oder Gasreinigung mittels chemischer und/oder physikalischer Herstellungsschritte dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Herstellungsschritte in einem Bahnwickel durchgeführt wird, der durch mindestens eines der Merkmale a) bis c) gekennzeichnet ist
    1. a) daß der Wickel mindestens eine Fertigungsbahn und mindestens eine Reagensbahn enthält,
    2. b) daß der Wickel mindestens eine Fertigungsbahn und mindestens eine Abstandsbahn enthält,
    3. c) daß der Wickel mindestens eine Fertigungsbahn und mindestens eine Spreizbahn enthält.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung bahnförmiger Materialien zur Wasser- und/oder Gasreinigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung mindestens einen Prozeßschritt aus der Gruppe,
    1. - Tränken mit einem Fluid,
    2. - Ausfällen einer in kaltem Wasser schwerlöslichen oder unlöslichen Phase,
    3. - Entfernen von einem oder mehreren Salzen aus der Gruppe der wasserlöslichen und/oder verdamptbaren Salze,
    4. - Entfernen von einem oder mehreren flüchtigen Stoffen oder Gasen aus der Gruppe der wasserlöslichen Gase,
    5. - Entfernen von Wasser
    beinhaltet, der im Wickel durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung bahnförmiger Materialien zur Wasser- und/oder Gasreinigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der angewendeten Prozeßschritte Stoffiransportprozesse beinhaltet, die im Wickel durchgeführt werden, die einem oder mehreren der Klassen

    Diffusion,

    Konvektion im Schwerkraftfeld,

    Stoffströmung durch Tauchen in Flüssigkeiten oder Hindurchleiten von Fluiden, Fluidströmung im Zentrifugalfeld,

    zugeordnet werden können.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung bahnförmiger Materialien zur Wasser- und/oder Gasreinigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der angewendeten Prozeßschritte
    1. - Ausfällung reaktiver Beschichtungen,
    2. - Trocknung,
    3. - Oxidation,
    4. - Reduktion,
    5. - Entfernung von Verunreinigungen,
    6. - Desorption,
    7. - Adsorption,
    8. - Absorption,
    9. - Verdampfung,
    10. - Kondensation,
    11. - Sublimation,
    12. - Desublimation,
    13. - Extraktion,
    im Wickel durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung bahnförmiger Materialien zur Wasser- und/oder Gasreinigung nach Anspruch 1 im Wickel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der angewendeten Stoffe aus den Gruppen der
    1. - gasförmigen oder verdampfbaren Säuren,
    2. - gasförmigen oder verdampfbaren Basen,
    3. - gasförmigen oder verdampfbaren Oxidationsmittel,
    4. - gasförmigen oder verdampfbaren Reduktionsmittel,
    5. - reversibel thermisch zersetzlichen Salze,
    6. - gasförmigen oder verdampfbaren Salze,
    7. - thermisch zersetzliche Oxidationsmittel,
    8. - thermisch zersetzliche Reduktionsmittel,
    9. - flüssigen schwerflüchtigen Säuren,
    10. - flüssigen schwerflüchtigen Basen,
    11. - festen Säuren,
    12. - festen Basen,
    13. - mehrbasigen festen Säuren,
    14. - mehrbasigen festen Basen,
    15. - festen Oxidationsmittel,
    16. - festen Reduktionsmittel,
    17. - unlöslichen bis schwer löslichen Salze
    18. - unlöslichen bis schwer löslichen Chalkogenide
    19. - unlöslichen bis schwer löslichen Säuren,
    20. - unlöslichen bis schwer löslichen Basen,
    dazu eingesetzt wird.






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