Brevet FR2507099A1 — publié le 19821210

La présente invention concerne un filtre destiné à séparer des gaz ou des liquides et qui consiste en une étoffre fibreuse continue, ou en une étoffe formée de fi- bres continues,dont l'activité se fonde sur son aptitude à lier ou fixer chimiquement ou à absorber ou adsorber physiquement des constituants préformés, liquides ou ga- zeux, d'un type détermine au préalable. Une caractéristique du filtre selon l'invention est que son aptitude à absorber ou adsorber des constituants préformés gazeux et/ou liquides se limite à, ou se concen- tre dans, une matière pulvérente ou particulaire contenue dans l'étoffe fibreuse L'étoffe fibreuse doit donc se laisser traverser par les fluides (constituants gazeux ou liquides) que l'on désire absorber ou adsorber dans le fil- tre Par ailleurs, il n'est ni nécessaire ni même souhai- table dans la plupart des cas de laisser la totalité du ou des fluides, dont il faut absorber ou adsorber lesdits constituants, traverser l'étoffe fibreuse A condition que la matière active particulaire contenue dans l'étoffe fi- breuse présente une affinité adéquate pour les constituants à absorber ou adsorber, il suffit de provoquer l'écoulement du fluide, en une couche relativement mince, le long de l'étoffe fibreuse Dans ce contexte, il convient de choisir des valeurs convenables pour le débit d'écoulement du fluide et pour la longueur et l'amplitude de la surface de contact entre le fluide et l'étoffe à fibres actives. L'avantage qu'il y a à envoyer un fluide s'écouler le long d'un filtre du type décrit dans l'invention, au lieu de faire traverser ce filtre par le fluide, consiste bien entendu en ce que, de cette façon, il se produit sur le filtre une chute de pression considérablement plus faible qu'en cas de traversée du filtre. Le principe consistant à obliger un fluide à traiter à s'écouler le long d'une étoffe fibreuse, qui cons- titue un support de particules destinées au traitement de ce fluide, est en lui-même connu et a été présenté, par exemple, dans le brevet suédois N O 363 241 Cependant, dans ce cas, le constituant actif du filtre consiste en des particules collées dans une couche de résine à la surface de l'étoffe fibreuse, ce qui signifie que seules les par- ties des particules faisant saillie au-dessus de la couche de la résine sont disponibles pour une réaction avec le fluide qui s'écoule à leur contact Par ailleurs, le bre- vet précité décrit la fixation d'étoffes fibreuses partiel- lement pliéessur un corps de filtre stratifié pour produire un filtre contenant un très grand nombre de canaux séparés et parallèles de cheminement du fluide à traiter Ce type de filtre peut également servir dans le présent contexte. Le filtre selon l'invention est principalement destiné à séparer des impuretés gazeuses de l'air, mais il peut également servir pour divers types de séparationsde gaz Si l'étoffe fibreuse, jouant le rôle de base du filtre, répond à des exigences spéciales concernant l'insensibilité au mouillage, il est même possible d'utiliser le filtre pour séparer des constituants spécifiques de liquides. Comme précédemment mentionné, la technique selon l'invention se fonde sur le fait que l'on met les consti- tuants, destinés à être séparés d'un fluide en écoulement, en contact avec une matière absorbante ou adsorbante fixée dans le filtre et destinée à absorber ou adsorber lesdits constituants La matière absorbante ou adsorbante préférée, et décrite selon l'invention, est surtout constituée par des particules de polymères poreux d'un type spécifique. Simultanément, des quantités plus ou moins grandes d'autres matières particulaires, capables d'absorber ou adsorber des gaz et/ou des liquides intéressants, peuvent être incorporées, par exemple sous forme de charbon ou carbone actif ou pulvérulent. Dans le cas présent, les particules de polymères en cause sont principalement du type que l'on peut généra- lement désigné comme étant des polymères macroporeux Il peut s'agir notamment d'homopolymères ou copolymères aroma- tiques réticulés, et qui comportent éventuellement des groupes fonctionnels L'expression "groupe fonctionnel" est bien connue dans le domaine de la chimie organique et il n'est pas nécessaire de la définir plus précisément Dans ce contexte, le but du groupe fonctionnel est de conférer à la matière particulaire (polymères macroporeux) l'affinité voulue pour le constituant individuel intéressant à absor- ber, adsorber ou lier ou fixer chimiquement dans ce poly- mère macroporeux. En entend désigner par un polymère macroporeux une matière polymère particulaire qui, à l'état sec, pré- sente une porosité permanente lui donnant une surface spé- cifique de contact supérieure à 50 m 2/g Le fait que les polymères macroporeux consistent en règle générale en des matières en Particules relativement fines n'a réellement rien à voir avec la définition, car c'est la porosité des particules et non leur dimension de granules ou particules, qui donne aux polymères macroporeux leur grande surface spécifique de contact en vue d'une réaction avec des milieux gazeux Ces polymères macroporeux peuvent donc être consi- dérés comme étant plus ou moins indépendants du diamètre moyen des particules On connaît actuellement bien des procédés pour produire des polymères macroporeux dont les particules ont des dimensions (ou une granulométrie) se situant approximativement entre 0,01 mm et plusieurs milli- mètres de diamètre. Un procédé pour produire des polymères macroporeux, comportant des groupes fonctionnels, est décrit dans la de- mande de brevet suédois N O 81 00 536-5 Ces produits sont extrêmement utiles maiscomme leur procédé de production ne constitue pas l'aspect inventif du présent exposé, ledit procédé ne sera pas plus amplement décrit ici. La demande de brevet suédois N O 81 00 537-3 décrit l'utilisation possible de divers polymères macroporeux pour séparer des gaz ou des liquides Dans ce contexte, un avan- tage extrêmement grand des polymères macroporeux est leur très grande facilité de réactivation, et l'on peut effectuer cette réactivation un nombre quasi illimité de fois sans en détériorer le pouvoir absorbant. De façon générale, on peut donc utiliser des poly- mères macroporeux pour absorber, adsorber, lier ou fixer chimiquement des constituants spécifiques contenus dans des gaz et, dans certains cas, dans des liquides Cette possibilité existe à condition que le polymère macroporeux présente une bonne affinité pour le constituant gazeux ou liquide que l'on veut retenir Cette affinité peut être obtenue par l'incorporation de groupes fonctionnels La dimension fréquemment faible des particules des polymères macroporeux peut soulever certains problèmes Disposer ces particules en un lit fixe et laisser le fluide à traiter traverser ce lit peut, par exemple, ne pas convenir en raison de la trop forte chute de pression qui se produit dans la traversée d'un filtre réalisé de cette façon Dans d'autres cas, la faible dimension des particules peut rendre impossible l'utilisation des filtre du type à lit fluidisé. Les inconvénients des filtres réalisés par le collage d'une matière particulaire active à la surface d'une matière de support ont déjà été décrits. Selon une idée fondamentale se trouvant à la base de la présente invention, les particules actives sort fixées dans une étoffe fibreuse qui est assez poreuse pour permet- tre aux constituants gazeux ou liquides intéressants de diffuser pour pénétrer dans lesdites particules même si celles-ci sont fixées dans la ou les parties centrales de l'étoffe, et pour sortir de ces particules lors de la réac- tivation du filtre Par l'expression "fixées dans l'étoffe' on entend indiquer que les particules sont contenues, et notamment distribuées de façon homogène, dans l'étoffe fi- breuse, laquelle est assez compacte pour retenir les particu- les Cette étoffe fibreuse peut consister en plusieurs cou- ches, et la matière particulaire activée, jouant le rôle d'agent d'absorption ou d'adsorption, peut être concentrée dans la ou les couches centrales De cette façon, on obtient un filtre de manutention très facile. Selon l'invention, on utilise de préférence du papier, ou d'autres produits à base de fibres cellulosiques, pour lier ou fixer les particules absorbantes actives. L'étoffe fibreuse peut ainsi consister en plus de 50 % en poids de fibres cellulosiques On peut cependant aussi utiliser des mélanges comportant des quantités plus ou moins grandes d'autres fibres, comme des fibres minérales, des fibres artificielles ou analogues, ou même on peut utiliser des étoffes fibreuses sans cellulose, appartenant par exemple au type des étoffes non tissées, c'est-à-dire que l'on peut utiliser des fibres purement synthétiques. Le fait que le papier s'est avéré convenir si bien au but ici visé est du principalement à sa structure poreuse convenable et, malgré l'existance de pores ouverts, il s'est avéré que le papier peut fixer de manière extrême- ment satisfaisante les particules absorbantes utiles. Les procédés décrits dans le présent mémoire permettent de fixer dans le papier plus de 60 % en poids de polymères. L'invention comporte également plusieurs manières clairement définies de produire le filtre selon cette inven- tion. Les polymères macroporeux peuvent, ainsi, être incorporés à une feuille des fibres de support, par exemple du papier, en étant incorporés à la pâte à papier avant la consolidation de la feuille des fibres Il est possible même d'imprégner une feuille terminée de fibres,à l'aide d'une suspension de diverses particules ayant un très petit diamètre moyen Il est aussi entièrement possible de fabri- quer du papier constitué de plusieurs couches et dont une ou plusieurs des couches intermédiaires consistent entière- ment ou partiellement en les particules en cause (c'est-â- dire contiennent de telles particules) Des raisonsde soli- dité mécanique peuvent motiver l'incorporation de fibres dans des couches de particules relativement pures. Le fonctionnement du filtre selon l'invention est indépendant de la manière dont on a obtenu l'incorpo- ration des particules actives dans l'étoffe fibreuse, mais ce fonctionnement dépend de l'aptitude desdites fibres à laisser les gaz et/ou liquides intéressants passer pour leur permettre de parvenir aux particules. Un procédé convenable pour produire un filtre selon l'invention, dans lequel les particules du poly- mère poreux sont concentrées dans la ou les couches inter- médiaires du filtre, consiste à introduire une suspension de particules de polymères et de fibres, à titre de couches intermédiaires pendant la fabrication d'une étoffe formée de plusieurs couches de fibres On peut y parvenir en in- troduisant ladite suspension entre deux couches de fibres partiellement séchées dans une machine à double tables de fabrication de papier ou en introduisant ladite suspension, par un compartiment intermédiaire, dans un réservoir en vue de l'incorporation des particules à l'étoffe fibreuse au cours de la formation de celle-ci. Afin de déterminer dans quelle mesure une incor- poration dans les fibres influe sur le pouvoir d'absorption d'une matière polymère intéressante, on a fabriqué un fil- tre d'essai sur une machine à une seule table de fabrication de papier, comportant un réservoir d'admission à trois com- partiments On a introduit dans le compartiment extérieur du réservoir une dispersion aqueuse de 17 parties en poids de fibres cellulosiques et l'on a introduit dans le comparti- ment central 43 parties en poids de particules de polymères (polymères macroporeux). Après son séchage, l'étoffe fibreuse obtenue pré- sentait un grammage de 77 g/m 2 et contenait 60 % en poids de particules polymères Des essais d'absorption effectués sur ce filtre ont montré que le pouvoir d'absorption par unité de poids était pour ce polymère le même que dans le cas des particules polymères libres. Ce résultat doit signifier que la totalité de la surface des particules polymères macroporeuses est dispo- nible pour une absorption ou adsorption, bien que les parti- cules soient contenues dans l'étoffe ou tissu formé par le papier Comme précédemment indiqué, cela ne s'applique pas aux filtres du type décrit dans le brevet suédois précité no 363 241, selon lequel les particules actives sont collées dans une couches de résine à la surface du filtre. Les essais effectués ont montré que les filtres produits comme décrit cidessus conviennent extrêmement bien pour absorber un ou plusieurs gaz de l'air ou d'autres mé- langes gazeux. Dans ce contexte, des exemples de matières par- ticulièrement intéressantes sont des, solvants, des aroma- tiques, des monomères, des composés aliphatiques et polaires. Le fait, précédemment mentionné, que le filtre peut se réactiver très facilement signifie que les substances absor- bées peuvent être facilement recyclées, cependant que le filtre peut servir de manière répétée. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- vention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au filtre pour la séparation de gaz ou de liquides et à son procédé de réalisation. REVENDICATIONS 1 Filtre pour séparation de gaz ou de liquides, du type consistant en une étoffe fibreuse continue qui porte à son tour une matière particulaire activée, en forme de poudre ou de granules, capable d'absorber physiquement ou de lier ou fixer chimiquement des constituants gazeux ou liquides prédéterminés, filtre caractérisé en ce que l'étof- fe fibreuse est assez poreuse pour permettre auxdits cons- tituants gazeux ou liquides de diffuser à travers cette étoffe, et en ce que la matière particulaire activée est contenue dans l'étoffe fibreuse. 2 Filtre pour séparation de gaz o de liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière particulaire activée ou absorbante consiste en un polymère poreux, notamment du type polymères macroporeux, ayant une surface spécifique de contact supérieure à 50 m 2/g. 3 Filtre pour séparation de gaz ou de liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polymère macroporeux consiste en un homopolymère ou copolymère aro- matique réticulé ayant une surface spécifique de contact supérieure à 50 m 2/g. 4 Filtre pour séparation de gaz ou de liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étoffe fibreuse consiste en plus de 50 % en poids de fibres cellulosiques. Filtre pour séparation de gaz ou de liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière particulaire absorbante est distribuée de manière homogène dans l'étoffe fibreuse. 6 Filtre pour séparation de gaz ou de liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étoffe fibreuse consiste en plusieurs couches et en ce que la matière particulaire activée, absorbante, est concentrée dans la ou les couches centrales. 7 Filtre pour séparation de gaz ou de liquidesselon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matière particulaire activée absorbante est con- tenue dans l'étoffe fibreuse par suite de l'imprégnation de cette étoffe fibreuse par une suspension de Particules. 8 Procédé pour fabriquer un filtre pour séparer des gaz ou des liquides, selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on incorpore des par- ticules polymères activées, ayant une surface spécifique de contact supérieure à 50 m 2/g et capables d'absorber ou lier ou fixer des constituants gazeux ou liquides prédé- terminés, à une pâte de fibres à base de cellulose que l'on sèche de façon connue et à laquelle on donne la forme d'une étoffe fibreuse au sein de laquelle les particules activées sont contenues. 9 Procédé pour produire un filtre pour la sépara- tion de gaz ou de liquides selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on introduit les par- ticules polymères activées, ayant une surface spécifique de contact supérieure à 50 m 2/g et oapables d'absorber ou de lier ou fixer des constituants gazeux ou liquides prédé- terminés, par le compartiment ou la ou les parties-centrales d'un réservoir à plusieurs compartiments pour les faire parvenir dans la ou les couches centrales d'une feuille ou étoffe formée de plusieurs couches, au cours de la forma- tion de cette étoffe ou feuille à partir de la pâte, et en se qu'on sèche cette feuille ou étoffe dans une machine à fabriquer du papier. Procédé de production d'un filtre pour séparer des gaz ou des liquides selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'on imprègne l'étoffe fibreuse à l'aide d'une dispersion aqueuse contenant des particules polymères activées ayant une surface spécifique supérieure à 50 m 2/g, et pouvant absorber ou fixer ou lier des constituants gazeux ou liquides prédéterminés, puis l'on chasse l'eau.