Multieffektfilter

Multieffektfilter

Filter, die neben der Partikelfiltration weitere Leistungsmerkmale besitzen, werden als Multieffektfilter (MEF) bezeichnet. Dazu gehört insbesondere die Fähigkeit der zusätzlichen Abscheidung von Schadgasen. Diese erfolgt durch Adsorption an Adsorbenspartikeln, die in sogenannten Kombinations-Flachfiltermedien in die zumeist mehrlagige Struktur integriert sind. Die Vliesschicht zur Partikelfiltration befindet sich auf der Anströmseite des Filtermediums. Um höhere Fraktionsabscheidegrade bei der Partikelfiltration zu erzielen, werden hierfür als weiteres zusätzliches Leistungsmerkmal häufig elektrostatisch aufgeladene Vliesschichten (Elektretmedien) eingesetzt. Durch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Partikeln und geladenen Faseroberflächen wird besonders der Anfangsfraktionsabscheidegrad erhöht. Durch weitere Ausrüstungen der Filtermedien, beispielsweise durch zusätzliche Nano-Fasern, und optimierte Betriebsweise kann eine bessere Ladungskonservierung und ein dauerhaft hoher Fraktionsabscheidegrad erreicht werden. Ein weiteres Beispiel für die Funktionalität eines MEF sind in das Filtermedium eingebrachte (photo)katalytisch wirkende Beschichtungen zum Abbau organischer Schadgase.

Forschungsvorhaben des IUTA zu MEF befassen sich mit zahlreichen Fragestellungen zu den verschiedenen Funktionalitäten und Prüfverfahren, um diese zu charakterisieren. Unterstützt werden die Untersuchungen durch Simulations­rechnungen.

Eine Fragestellung zu den Elektreteigenschaften von Filtern betrifft beispielsweise den wechselseitigen Einfluss des Ladungszustandes von Filtermedium und abzuscheidendem Aerosol auf den Fraktionscheidegrad bei der Filtration. Der kann, wie Abbildung 1 verdeutlicht, erheblich sein. In der Abbildung sind die Fraktionsabscheidegradkurven von dem Prüfaerosol A2 an Proben eines Elektretfiltermediums dargestellt, die unter verschiedenen Bedingungen hinsichtlich des Ladungszustandes von Aerosol und Filtermedium bestimmt wurden. Zwei der Kurven wurden mit dem stark aufgeladenen Aerosol im Generierungszustand ermittelt, die anderen mit elektrisch entladenem (entl.) A2. Dabei bezeichnet „elektrisch entladen“, dass das Aerosol zuvor mit Hilfe eines Koronaentladungsionisators in das bipolare Ladungsgleichgewicht mit minimal möglicher Ladungsverteilung gebracht wurde. Der Ladungszustand der Medienproben variierte dahingehend, dass zum einen Medienproben im Anlieferungszustand und zum anderen nach einer Behandlung mit Isopropanol-Dampf zur Entladung verwendet wurden. Es ist zu erkennen, dass die Entladung des Aerosols zu einer deutlichen Verringerung der Abscheidung führt, der Einfluss des Ladungszustandes des Filtermediums jedoch größer ist. Die geringsten Fraktionsabscheidegrade werden mit entladenem Aerosol am entladenen Medium festgestellt.

Abb. 1: Fraktionsabscheidegradkurven von A2 bei verschiedenen Ladungszuständen des Aerosols und der Medienproben (nach Sager et al. 2021, Gefahrstoffe 81[5-6]:213-223)