Projekt 29041/01

Entwicklung einer Filterausrüstung zur Senkung des Energieaufwandes beim Betrieb von Feinstaubfiltern durch die Erhöhung der Filtereffizienz und der Standzeit

Projektdurchführung

Nanogate Textile & Care Systems GmbH
Zum Schacht 3
66287 Quierschied

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bisher ist die Filtrations- und Energieeffizienz beim Betrieb von Feinstaubfiltern im Wesentlichen be-schränkt durch den erhöhten Druckabfall, unter anderem verursacht durch funktionelle Ausrüstungen. Auf Basis einer polymeren Bindermatrix sollen Ausrüstungen durch Einbettung von hydrophobierenden, oleophobierenden und Elektret- Wirkstoffen sowie deren Kombinationen zu höchst effektiven Filteraus-rüstungen weiterentwickelt werden. Vorversuche zeigen, dass sich durch solche Ausrüstungen erhebliche Filtereffizienzsteigerungen realisieren lassen, ohne den Druckabfall beim Betrieb der Filter wesentlich zu erhöhen. Das kann zu relevanten Energieeinsparungen beim Filterbetrieb führen


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Entwicklung der oben genannten Filterausrüstungen erfolgte eine Evaluierung geeigneter Filtersub-strate (Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern) und geeigneter Rohstoffe zur Funktionalisierung. So-wohl die Funktionalität der Ausrüstung als auch die Wechselwirkungen zwischen Ausrüstung und Sub-strat wurden getestet (Effektscreening), wodurch Rückschlüsse auf eine optimale Ausrüstungs-Substrat-Kombination möglich wurden. In einem weiteren Schritt wurden Ausrüstungen gezielt so modifiziert, dass sie, aufgebracht auf möglichst vielen verschiedenen Substraten, optimale Wirkung zeigten. Im Anschluss wurde, in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern, die Filtereffizienz im Labor evaluiert. Die Filter /Ausrüstungskombinationen, die dabei die besten Ergebnisse zeigten, wurden dann in einem Praxisver-such getestet.


Ergebnisse und Diskussion

In Zusammenarbeit mit der Filzfabrik Fulda GmbH & Co. KG (Kooperationspartner) erfolgte eine Recher-che über mögliche Filtersubstrate bezüglich ihrer Materialzusammensetzung und Strukturbeschaffenheit. Hierbei konnte ermittelt werden, welche Filtersubstratmaterialien (Oberflächenbeschaffenheit und Porosi-tät) theoretisch für das Vorhaben geeignet sind. Hinsichtlich der Rohstoffe für die funktionellen Ausrüs-tungen ergab eine intensive Recherche, dass als funktionelle Bestandteile dielektrische oder magneti-sche (in Einzelfällen auch nicht magnetische) Partikel in Kombination mit einer hydrophoben Bindermatrix grundsätzlich in Frage kommen.

Die Kombination dieser Partikel und einer ausgewählten Bindermatrix erwies sich auf voluminösen Poly-estersubstraten sowie PE-Vliesen hinsichtlich der Ladungserzeugung und Stabilität als besonders geeig-net. Bezüglich der Ladungspermanenz wurden deutlich bessere Ergebnisse erreicht, wenn Partikel nicht allein sondern in Kombination mit einer hydrophoben Bindermatrix als Ausrüstung verwendet wurden.

Basisformulierungen mit dielektrischen und (nicht)magnetischen Partikeln in Kombination mit einer Poly-merbindermatrix wurden als Filterausrüstungen bei der Filzfabrik Fulda auf verschiedenen Substraten auf ihre Wirksamkeit (Staubabscheidung) hin getestet. Dabei erwiesen sich vor allem die Filterausrüstungen mit SiO2- und Eisenoxid-basierten Partikeln (permaStatic) in Kombination mit hydrophoben Fluorpoly-merbindermatrices (permaSeal) als geeignet, womit sich die Ergebnisse aus dem vorangegangenen Ef-fektscreening bestätigten. Auf einigen Substraten konnten auch ohne den Einsatz von dielektrischen und (nicht)magnetischen Partikeln mit einer speziellen neuen hydrophoben Bindermatrix (permaSeal) gute Ergebnisse erzielt werden.

Ebenfalls in Kooperation mit der Filzfabrik Fulda GmbH & Co. KG wurde die Filtereffizienz mehrerer Sub-strat/Ausrüstungskombinationen geprüft und bewertet. Geprüft wurden u. a. die Staubabscheidung, die Luftdurchlässigkeit und das Ladungsverhalten.

Die Kombinationen, die in diesen Labortests die besten Ergebnisse hinsichtlich Staubabscheidung und Luftdurchlässigkeit erzielten, wurden dann im Rahmen eines Praxisversuchs in einem Tunnelfiltersystem eingebaut und auf Ihre Wirksamkeit hin untersucht.
In Zusammenarbeit mit der Filzfabrik Fulda GmbH & Co. KG (Kooperationspartner) erfolgte eine Recher-che über mögliche Filtersubstrate bezüglich ihrer Materialzusammensetzung und Strukturbeschaffenheit. Hierbei konnte ermittelt werden, welche Filtersubstratmaterialien (Oberflächenbeschaffenheit und Porosi-tät) theoretisch für das Vorhaben geeignet sind. Hinsichtlich der Rohstoffe für die funktionellen Ausrüs-tungen ergab eine intensive Recherche, dass als funktionelle Bestandteile dielektrische oder magneti-sche (in Einzelfällen auch nicht magnetische) Partikel in Kombination mit einer hydrophoben Bindermatrix grundsätzlich in Frage kommen.

Die Kombination dieser Partikel und einer ausgewählten Bindermatrix erwies sich auf voluminösen Poly-estersubstraten sowie PE-Vliesen hinsichtlich der Ladungserzeugung und Stabilität als besonders geeig-net. Bezüglich der Ladungspermanenz wurden deutlich bessere Ergebnisse erreicht, wenn Partikel nicht allein sondern in Kombination mit einer hydrophoben Bindermatrix als Ausrüstung verwendet wurden.

Basisformulierungen mit dielektrischen und (nicht)magnetischen Partikeln in Kombination mit einer Poly-merbindermatrix wurden als Filterausrüstungen bei der Filzfabrik Fulda auf verschiedenen Substraten auf ihre Wirksamkeit (Staubabscheidung) hin getestet. Dabei erwiesen sich vor allem die Filterausrüstungen mit SiO2- und Eisenoxid-basierten Partikeln (permaStatic) in Kombination mit hydrophoben Fluorpoly-merbindermatrices (permaSeal) als geeignet, womit sich die Ergebnisse aus dem vorangegangenen Ef-fektscreening bestätigten. Auf einigen Substraten konnten auch ohne den Einsatz von dielektrischen und (nicht)magnetischen Partikeln mit einer speziellen neuen hydrophoben Bindermatrix (permaSeal) gute Ergebnisse erzielt werden.

Ebenfalls in Kooperation mit der Filzfabrik Fulda GmbH & Co. KG wurde die Filtereffizienz mehrerer Sub-strat/Ausrüstungskombinationen geprüft und bewertet. Geprüft wurden u. a. die Staubabscheidung, die Luftdurchlässigkeit und das Ladungsverhalten.

Die Kombinationen, die in diesen Labortests die besten Ergebnisse hinsichtlich Staubabscheidung und Luftdurchlässigkeit erzielten, wurden dann im Rahmen eines Praxisversuchs in einem Tunnelfiltersystem eingebaut und auf Ihre Wirksamkeit hin untersucht.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse dieses Projektes werden durch Presse, Fachartikel, Messen und weitere Verkaufsför-dermaßnahmen öffentlich gemacht. Eine Vorstellung bei der Woche der Umwelt der DBU am Sitz des Bundespräsidenten in Berlin erfolgte bereits im Juni 2012. Zielbranchen sind z. B. Filter- und Vliesherstel-ler.


Fazit

Die ausgerüsteten Filtersubstrate zeigten in Laborversuchen eine deutlich höhere Staubabscheideleis-tung im Vergleich zu den entsprechenden unbehandelten Substraten. Der Druckabfall erhöhte sich durch die Ausrüstung kaum, wodurch von einer höheren Filterleistung bei gleichbleibender Luftdurchlässigkeit gesprochen werden kann. Somit könnten solche Filtermedien einen erheblichen Beitrag zum energieeffi-zienteren Betrieb von Feinstaubfiltersystemen leisten. Eine abschließende Bewertung der Ergebnisse konnte auf Basis des einfachen Praxistests noch nicht erfolgen. Hierzu sind weitere standardisierte und ausführlichere Tests erforderlich.