分离气态介质中气态组分的方法以及实施该方法的过滤器技术

一种分离气态介质中气态组分的方法，以及实施该方法的过滤器。为了分离气态介质，尤其是空气中的气态组分，使该介质通过过滤器，该过滤器保留该气态组分。为了了解过滤作用，使用取样器或传感器，用它们来测量由过滤器排除的组分的浓度。从而可以简单并可靠地认识到过滤器的耗尽状态，而不必从需过滤的介质中取出气体样品，使需除去的组分与过滤器中存在的至少一种指示剂反应。通过与指示剂反应，过滤材料发生颜色改变或光学变化。因此可以及时地更换、修复或再生过滤器，而不必进行化学分析。该过滤器的过滤材料含有官能团和至少一种质子敏感性的指示剂。该官能团与需除去的气态组分进行反应。该方法和过滤器可以广泛用于需要分离气态介质中气态组分的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1的上位概念分离气态介质中气态组分的方法，还涉及根据权利要求12的上位概念实施该方法的过滤器。
技术介绍
在净化不同的气体，特别是空气时，科技文献中非常详细地描述了使用化学吸附性过滤材料。特别是层状材料形式的含纤维的离子交换材料适合该目的，例如纤维材料、织物(stoffe)或纸状的材料。为了掌握过滤器丧失从空气中吸附杂质的能力的时机，总需要进行实验室分析。此时，在过滤器前和后使用取样器或传感器，测量要由过滤器排除的组分的浓度。基于这样的测量，确定何时该过滤器不再能足够程度地保留组分。为此使用的测量装置较昂贵，并且需要操作人员有丰富的经验。此外，实验室分析还不能在现场进行，例如当所述过滤器以气体罩或者防护服形式作为人员的个体防护用具使用时。在半导体工业中，在净化室中进行空气净化时，需要分析痕量的最重要杂质(例如氨或硫氧化物)，长时间持续的方法，并且在在线条件下不能足够敏感地进行。对于工业应用领域以及个人防护而言，空气中危险的杂质是酸性和碱性的化学活性物质，例如酸和碱液的气雾，例如氢氟酸、盐酸、氨或胺、酸酐，例如硫氧化物和氮氧化物。一些物质，例如氟或氯，在空气中与水蒸气形成酸，该酸含有水蒸气并且表现如酸性杂质那样。在化学中，通过引起颜色反应或者产生不可见的光学变化来发现水或空气中不同化合物的方法通常是已知的。该证实反应既可以显示出全体的化合物组，如酸、碱、氧化性物质或还原性物质，显示出某些更窄定义的化合物类别，如有机芳族物质、芳族胺、酚，或者针对个别物质，例如H2S或甲醛。由于颜色指示剂和光学指示剂是已知的，所以也不详细解释。颜色指示剂的种类取决于哪种化学组分应该被从气体中除去。所选的颜色指示剂必须与要除去的化合物发生颜色反应。用于检验化学过滤器的耗尽状态的颜色敏感的指示剂描述在侧流(Bypass)场所，其包括样品气流的导出管口、样品气流的校准和透明壳体中颜色改变的指示剂(US 6187598；CA 2344579A)。专利技术目的本专利技术的目的是，设计本专利技术的方法和本专利技术的过滤器，使得以简单方式并且可靠地确定过滤器的耗尽状态，并且可以目测看到，而不必将气体样品从要被过滤的介质中取出。所述目的通过具有权利要求1的区别性技术特征的本专利技术方法和具有权利要求12的区别性特征的本专利技术过滤器而实现。专利技术描述在本专利技术方法中，使需净化的气态介质通过配备有至少一种指示剂的过滤器。所述指示剂可以是该过滤材料本身的一种化学性结构成分，或者通过浸渍方式进入该过滤材料中。当该过滤器构成为多层过滤器时，该指示剂也可以是过滤器中的独自的(单独的)层。如果该过滤器被吸附的组分所饱和，则由于该组分与指示剂的反应而出现过滤材料的颜色转变。如果在该过滤器的出口侧出现颜色转变，则表示该过滤材料被该组分所饱和。因此，使用者认识到，该过滤器不再能够吸附该组分，需要更换或者净化该过滤材料。因此该过滤器能够及时地被更换、修复或再生，而不必对通过该过滤器的气态介质的组成进行化学分析。甚至用颜色敏感的检测器也可以很简单地发现该颜色转变，并转化为可以用于显示过滤器穿透(Durchbruch)的电信号。这样的装置节省了成本，省略了耗时的湿法化学分析或使用昂贵且易出问题的在线测量设备测量气态组分的气相浓度。引起颜色转变的反应可以是物理性或化学性的。一种特殊情况是，与该指示剂的官能团发生确定的化学反应。这种结构基团的实例是-SO3H、-PO3H2、-CO2H或-CO2Na。该结构基团可以位于过滤材料的上面和/或一体化于该过滤材料中。该过滤材料可以由无纺织物、纺织物、由短纤维组成的纤维材料、膜状、纸状或纸板状材料、膜或者各种形状和尺寸的粒状物制得。气态介质通过该过滤材料，可以通过传输装置(例如泵或鼓风机)的吸力或压力作用实现，也可以通过自然对流实现。本专利技术的其他特征由其他权利要求、说明书和附图给出。以下借助几种以附图表示的实施方式更详细地解释本专利技术。附图为附图说明图1用显示颜色突变的过滤材料从气体中过滤气态组分的装置，图2分离度曲线，显示过滤器的消耗，同时显示过滤SO2的颜色突变，图3分离度曲线，显示过滤器的消耗，同时显示过滤NH3的颜色突变，图4用显示颜色突变的过滤材料从气体中过滤气态组分的装置，该过滤器具有增大的过滤表面，用来减小比过滤阻力，图5显示颜色突变的层与没有颜色突变的过滤层组合的装置，图6不同的显示颜色突变的层的混合装置，用于同时显示组合的过滤层的耗尽。采用图1的装置可以确定过滤器穿透。气体流过过滤器单元1，其中安装至少一个过滤器2。其含有至少一种与待分离的组分反应的指示剂。例如通过视窗3确定颜色突变。但是也可以使用传感器3，其检测到颜色突变，并产生用于评价的相应信号。图1的过滤方法在个人用的防护装置，例如呼吸机、通气和气体罩或者防护服情况下是特别有利的。在此情况下，颜色突变可靠地表明，不再或者不能足够程度地实现防护作用，过滤器2必须进行更换。在图2的实施例中，在如图1所示的装置中，从气体中过滤出SO2(二氧化硫)。过滤器2含有化学结合在过滤材料上的季铵基团R4N+OH-作为官能团，含有通过颜料技术进入过滤材料中的酚红作为颜色指示剂。官能团(季铵基团)与二氧化硫按下式进行反应此外，二氧化硫或者由其产生的质子H+与颜色指示剂“R-In”按下式进行反应在此情况下，由黄到紫红的颜色突变可靠地表明，不再或者不能足够程度地实现过滤作用，过滤器2必须进行更换或再生。在图2中可看到的未发生变化的黑边缘，原因在于过滤器的支撑，阻止了流通。在评价该颜色突变时必须保持不注意。图2的分离度曲线表示与过滤器2使用时间有关的SO2的分离度。点A出现第一次颜色变化，其随着使用时间增加而增加。一旦流出侧的过滤面的色调完全或者几乎完全地发生突变，在图示的实施例中约80分钟后，则不再起到过滤作用。图3表示过滤器2对氨的吸附作用，同时还表示流出侧的过滤面作为实验时间的函数的外观。在此情况下，官能团是化学性结合在过滤材料上的磺基，以及作为指示剂的甲基橙，通过颜料技术加入。NH3与过滤材料或者所含的磺基按下式进行反应并且与指示剂或其质子如下反应根据所需的防护作用程度，可以在点A或在点B更换过滤器2。如果在点A更换过滤器2，则过滤后，得到较高的时间平均的气体纯度。如果在点B更换过滤器2，则由于过滤器使用时间延长而需要较低的操作成本，但所过滤气体中氨的平均浓度较高。也可以选择固定的指示剂，使得其甚至在点C改变过滤材料的颜色，结果图2中在点B时的颜色外现在达到点C时才出现，并被确定。根据需要遵守的技术说明进行选择。通过过滤材料中的官能团R-SO3H，例如还可以从空气中过滤出膦(PH3)及其衍生物或者烷基胺。需过滤的组分与官能团R-SO3H以上述方式进行反应。由于图2和3实施例中的过滤反应以及指示反应都是可逆的酸碱反应，所以可以再生消耗的过滤器的过滤器2和指示剂。为此，过滤器2与再生溶液进行接触，该再生溶液在图2实施例情况下是碱性的，例如NaHCO3，在图3实施例情况下是酸性的，例如H2SO4。这可以用从气流中取出的过滤器或者不拆卸过滤器而发生。过滤材料可以含有酸性或碱性的结构基团。酸性结构基团可以是磺酸、羧酸或磷酸基团。碱性结构基团可以含有氮、伯胺、仲胺和本文档来自技高网...

【技术保护点】
分离气态介质中的气态组分，特别是空气中的气态组分的方法，其中，气态介质流过至少一个过滤器，该过滤器保留该气态组分，其特征在于，该组分与过滤器（２；８到１１）中存在的至少一种指示剂反应，该指示剂通过反应引起过滤材料的颜色改变或光学变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M米夏埃尔，A埃克塞尔，V索达托夫，A尚克维奇，
申请(专利权)人：MW山德尔控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]