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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum
Desinfizieren von Luft unter Verwendung einer ein Iod-Harz bzw.
mit Iod imprägniertes
Harz umfassenden Desinfektionsmittel-Substanz. Die Behandlung von
Luft mit einem Iod-Harz-Desinfektionsmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann nicht-nachweisbares
(oder annehmbares) restliches zweiatomiges Iod in der Luft zurücklassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines
ein breites Spektrum aufweisenden Harz-Polyiodid-Desinfektionsmittels
des nach Bedarf desinfizierenden Typs.
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Zweiatomiges
Halogen (wie beispielsweise I2, Cl2, Br2 usw...) wurde
traditionell zum Desinfizieren von Wasser verwendet. Zweiatomiges
Chlor ist beispielsweise ein in weitem Umfang eingesetztes Desinfektionsmittel
zum Steuern der Menge von oder Eliminieren von Mikroorganismen,
die in Wasser zugegen sein können.
Ein Nachteil eines Sterilisations-Systems, das von zweiatomigem
Halogen Gebrauch macht, ist, dass das System nicht-akzeptable (Rest-)Konzentrationen
von Halogen in Wasser zurücklassen
kann, sobald die Sterilisation abgeschlossen ist. Ein Iod-Harz-Produkt
wurde jedoch zur Verwendung als nach Bedarf desinfizierendes Desinfektionsmittel
vorgeschlagen, also als Desinfektionsmittel, worin Iod nahezu vollständig auf
der Basis einer nach Bedarf sich einstellenden Wirkung freigesetzt
wird. Die US-Patente Nrn. 3,817,860, 3,923,665, 4,238,477 und 4,420,590
lehren ein derartiges nach Bedarf arbeitendes Desinfektionsmittel,
in dem Iod das aktive desinfizierende Mittel ist. Der gesamte Inhalt
jedes dieser Patente wird durch die In-Bezugnahme in die vorliegende
Beschreibung übernommen.
In Übereinstimmung
mit den Lehren dieser Patente kann das Harz-Produkt ohne Furcht
vor einem Einführen
nicht-annehmbarer Konzentrationen an zweiatomigem Iod in das zu
sterilisierende Wasser verwendet werden.
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Die
US-Patente Nrn. 3,817,860 und 3,923,665 lehren ein Iod-Harz-Desinfektionsmittel
zum Einsatz nach Bedarf, das das Reaktionsprodukt ist, das erhalten
wird durch In-Kontakt-Bringen eines stark basischen Anion-Austausch- Harzes mit einer
geeigneten Quelle von Triiodid-Ionen. Es wird gelehrt, dass das
Reaktionsprodukt sehr stabil in dem Sinne ist, dass die Menge an
Iod (z. B. I2), die von dem Reaktionsprodukt
in das Wasser freigesetzt wird, ausreichend niedrig dafür ist, dass
das dadurch desinfizierte Wasser unmittelbar bereit für eine Verwendung
ist, d. h. als Trinkwasser.
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In Übereinstimmung
mit den Lehren der US-Patente Nrn. 3,817,860 und 3,923,665 umfasst
das Verfahren zur Herstellung des Iod-Harzes das Bilden von Triiodid-Ionen (Lösung oder
Schlamm) durch Lösen
von zweiatomigem Iod in einer Wasserlösung eines geeigneten Alkalimetallhalogenids
(z. B. Kl, NaI,...). Die Triiodid-Lösung
wird – wie
insbesondere gelehrt wird – hergestellt
mit einem minimalen (d. h. kleinen) Wassergehalt, der gerade ausreichend
dafür ist,
zu vermeiden, dass bewirkt wird, dass das I2 auskristallisiert
(siehe Beispiel 1 des US-Patents Nr. 3,923,665). Die resultierende
(Lösung),
die das Triiodid-Ion enthält,
wird dann mit dem Ausgangs-Harz in Kontakt gebracht (unter Umgebungsbedingungen
im Hinblick auf die Temperatur (d. h. 25 bis 30° C) und dem Druck), wobei die
Triiodid-Ionen in
Austausch mit dem Anion des Harzes treten (z. B. Austausch mit Chlor,
Sulfat usw., ...). Das Ausgangs-Harz ist – wie gelehrt wird – ein poröses, granulatförmiges, stark
basisches Anion-Austausch-Harz mit stark basischen Gruppen in Salzform,
worin das Anion des Harzes mit Triiodid-Ionen austauschbar ist.
In Übereinstimmung
mit den Lehren der Druckschriften des oben angezogenen Standes der
Technik wird der Kontakt fortgesetzt, bis die gewünschte Menge
an Triiodid mit den stark basischen Gruppen derart reagiert hat,
dass bakteriell kontaminiertes Wasser desinfiziert wird, wenn es
durch ein Bett des erhaltenen Harzes hindurch geführt wird.
Nach einer ausreichenden Kontakt-Zeit wird das Iod-Harz (mit Wasser)
gewaschen und so mit Wasser eluierbares Iod von dem Harz-Produkt
entfernt.
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Jedoch
ist es – wie
in dem US-Patent Nr. 4,238,477 angegeben – schwierig, die Verfahrensweisen
anzuwenden, die in den beiden vorstehend genannten US-Patenten beschrieben
wurden, wenn man ein homogenes Iod-Harz-Produkt enthalten will,
das nur Triiodid-Anionen enthält
und in dem alle aktiven Stellen des Harzes in Triiodid-Ionen überführt wurden.
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Dementsprechend
lehrt das US-Patent Nr. 4,238,477 ein alternatives Verfahren, in
dem das Iod-Harz hergestellt werden kann. In Übereinstimmung mit diesem alternativen
Imprägnierungs-Kontakt-Verfahren
wird ein geeignetes Harz in der Iodid-Form (I-) mit
Wasser in Kontakt gebracht, das zweiatomiges Iod (I2)
in Lösung umfasst,
wobei das Wasser zwischen einer Quelle einer vorbestimmten Menge
an zweiatomigem Iod und dem Harz in Kreislauf geführt wird.
Das durch dieses letztgenannte Patent gelehrte Verfahren ist jedoch
ein relativ kompliziertes System von Pumpen, Gefäßen, Heizern usw.; bei Verwendung
eines Fließbetts
kann es insbesondere zu einem signifikanten Grad von Harzkugel-Abrieb,
d. h. Teilchenbruch, führen.
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Die
Verfahrensweisen, wie sie in den US-Patenten Nrn. 3,817,860 und
3,923,665 gelehrt werden, werden bei Umgebungstemperatur- und Umgebungsdruck-Bedingungen durchgeführt. Das
US-Patent Nr. 4,238,477 lehrt, dass der Kontakt bei einer höheren Temperatur
wie beispielsweise 60 bis 95° C
stattfinden kann, dass jedoch die Temperatur eine Nicht-Siedetemperatur
(in Bezug auf Wasser) sein muss; siehe Spalte 3, Zeilen 55 bis 66.
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Die
oben in Bezug genommenen US-Patente lehren die Verwendung der iodierten,
nach Bedarf arbeitenden Desinfektionsmittel-Harze zum Behandeln
von Wasser; siehe auch US-Patente Nrn. 4,298,475 und 4,995,976,
die Wasser-Reinigungsvorrichtungen
oder -Systeme lehren, die iodierte Harze verwenden. Keines dieser
Patente lehrt die Verwendung der iodierten Harze für den Zweck
einer Sterilisierung von Luft.
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Die
Druckschrift US-A 4,343,765 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entfernen aufdringlicher Gerüche
und infektiöser
Mittel aus umlaufender Gebäudeluft
unter Verwendung eines Granulat-Filterbetts, das in einer Leitung
angeordnet ist, die darin einen Luftstrom aufweist. Die Leitung
kann ein Abschnitt des Luftzirkulations-Systems eines Gebäudes sein
oder kann mit der Luft-Zirkulation eines einzigen Raumes verbunden
sein. Das Granulat-Filterbett kann ein adsorbie rendes Material wie
beispielsweise Aktivkohle oder ein granulatförmiges Inert-Material enthalten.
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Die
Druckschrift EP-A 0048286 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
homogener Harz-Polyiodid-Desinfektionsmittel aus zugeführten Mengen
eines stark basischen An-ion-Austausch-Harzes und elementarem Iod.
Das Harz liegt in der Iodid-Form
vor, und das Iod wird mit einem Wasserträger aufgebracht, der in Kontakt
mit dem Harz in Umlauf geführt
wird, und einer stöchiometrischen
Menge Iod unter Bildung des gewünschten
Polyiodids.
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Die
Druckschrift EP-A 0402865 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von stark basischen Anion-Austausch-Harzen, die hohe Konzentrationsmengen
von Pentaiodid (I5 -)
enthalten, aus hochkonzentrierten Lösungen von I5 --und I3 --Ionen.
Die resultierenden Harze werden als hochwirksam als Desinfektionsmittel
für Wasser
beschrieben, die gegen im Wasser vorkommende Bakterien, Viren und
Giardia wirken.
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Es
ist auch bekannt, eine Iod-Tinktur zum Sterilisieren von Wunden
zu verwenden. Der Sterilisationseffekt einer Iod-Tinktur ist kurzlebig;
dies bedeutet, dass die Tinktur auf regulärer Grundlage erneut aufgebracht
werden muss, um einen Sterilisierungseffekt aufrechtzuerhalten.
Jedoch können
solche Lösungen
auch das Gewebe um die Wunde schädigen
oder zerstören,
wenn sie zu freigiebig und zu oft aufgebracht werden. Darüber hinaus
ist die direkte Aufbringung solcher Lösungen auf eine Verletzung
oder Wunde üblicherweise von
einem schmerzvollen Gefühl
begleitet.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Desinfizieren
von Mikroorganismen enthaltender Luft in Anspruch 1 definiert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Desinfizieren
von Mikroorganismen enthaltender Luft in Anspruch 8 definiert.
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Das
iodierte Harz kann beispielsweise ein bekanntes Harz sein, wie beispielsweise
ein Harz, wie es in der vorliegenden Beschreibung diskutiert wird,
ein Harz des Typs, wie es unten beschrieben wird, Harz-Kugeln auf
Nylon-Basis, die mit Iod imprägniert
sind (wie beispielsweise das MCV-Harz von der Firma MVC Tech. International
Inc.) und dergleichen.
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Das
nach Bedarf arbeitende Desinfektionsmittel kann jede beliebige Form
annehmen: es kann in Bulk-Form vorliegen, es kann in Blatt-Form
vorliegen, es kann in teilchenförmiger
oder Granulat-Form vorliegen (z. B. Teilchen von Harz mit einer
Größe von 0,2
mm bis 1 cm); usw..
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Ein
bevorzugtes, nach Bedarf desinfizierendes iodiertes Harz zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung ist ein iodiertes, stark basisches
Anion-Austausch-Harz (d. h. ein auf Bedarf desinfizierendes Harz,
das Polyiodid-Ionen umfasst, die eine Wertigkeit von –1 aufweisen,
wobei die Ionen in dem Harz absorbiert oder imprägniert sind, wie es in der
vorliegenden Beschreibung beschrieben ist), das durch ein Verfahren
erhältlich ist,
das einen Umwandlungsschritt umfasst, wobei der Umwandlungsschritt
umfasst: das In-Kontakt-Bringen eines porösen, stark basischen Anion-Austausch-Harzes
in Salz-Form mit einer ausreichenden Menge einer Iod-Substanz, die durch
das Anion-Austausch-Harz absorbierbar ist, so dass das Anion-Austausch-Harz
die Iod-Substanz absorbiert und so das Anion-Austausch-Harz in das
nach Bedarf desinfizierende Harz umwandelt, wobei die Iod-Substanz
gewählt
ist aus der Gruppe, die I2 (d. h. zweiatomiges
Iod) und Polyiodid-Ionen umfasst, die eine Wertigkeit von –1 aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass für
den Umwandlungsschritt wenigstens ein Teil der Absorption der Iod-Substanz
bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck bewirkt wird, wobei die erhöhte Temperatur 100° C oder höher ist
(z. B. eine Temperatur höher
als 100° C
wie beispielsweise 102° C,
103° C,
104° C,
105°, 110° C, 115° C, 150° C usw.),
der erhöhte
Druck größer als
Atmosphärendruck ist
(z. B. ein Druck größer als
der barometrische Druck wie beispielsweise 2 psig, 3 psig, 4 psig,
5 psig, 15 psig, 25 psig, 35 psig, 100 psig usw.).
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Das
Desinfektionsmittel-Harz kann ein Harz sein, in das zweiatomiges
Iod eingearbeitet wurde. Das Desinfektionsmittel-Polyiodid-Harz
kann insbesondere Triiodid-Harz
sein. So kann die Iod-Substanz beispielsweise Triiodid-Ionen der
Formel I3 - umfassen,
d. h. derart, dass ein Desinfektionsmittel-Harz gebildet wird, das (absorbierte)
Triiodid-Ionen der Formel I3 - umfasst.
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Die
Begriffe „Triiodid", „Triiodid-Ionen" und dergleichen,
die in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet
werden, beziehen sich auf oder kennzeichnen eine Substanz oder einen Komplex,
der drei Iod-Atome enthält
und der eine Wertigkeit von –1
aufweist. Die in der vorliegenden Beschreibung genannten Tri-iodid-Ionen
sind daher komplexe Ionen, die angesehen werden können als
molekulares Iod (d. h. Iod wie I2) und ein
Iodid-Ion (d. h. I-) umfassend. In ähnlicher
Weise beziehen sich die Begriffe „Polyiodid" und „Polyiodid-Ionen" und dergleichen
auf oder kennzeichnen eine Substanz oder einen Komplex, der drei
oder mehr Iod-Atome aufweist und der gebildet werden kann, wenn
mehr des molekularen Iods in Kombination mit dem monovalenten Triiodid-Ionen
kommt. Diese Begriffe werden spezieller beschrieben in den oben zitierten
US-Patenten.
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Ein
weiteres bevorzugtes, nach Bedarf desinfizierendes iodiertes Harz
zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein iodiertes,
stark basisches Anion-Austausch-Harz (d. h. ein auf Bedarf desinfizierendes
Harz, das Polyiodid-Ionen mit einer Wertigkeit von –1 umfasst),
wobei die Ionen in dem Harz absorbiert oder auf dieses imprägniert sind,
wie dies in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, das erhältlich ist
durch ein Verfahren, das einen Umwandlungsschritt umfasst, wobei
der Umwandlungsschritt das In-Kontakt-Bringen eines porösen, stark
basischen Anion-Austausch-Harzes in Salzform, die von der Iodid-Form
I- verschieden ist, mit einer ausreichenden
Menge einer Iod-Substanz umfasst, die von dem Anion-Austausch-Harz
absorbierbar ist, so dass das Anion-Austausch-Harz die Iod-Substanz
absorbiert und so das Anion-Austausch-Harz in das desinfizierende
Harz umwandelt, wobei die Iod-Substanz gewählt ist aus der Gruppe, die
Polyiodid-Ionen mit einer Wertigkeit von –1 umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass für
den Umwandlungsschritt wenigstens ein Teil der Absorption der Iod-Substanz bei
erhöhter
Temperatur und erhöhtem Druck
bewirkt wird, wobei die erhöhte
Temperatur 100° C
oder höher
ist (z. B. eine Temperatur höher
als 100° C)
und der erhöhte
Druck größer ist
als Atmosphärendruck
(z. B. ein Druck, der größer ist
als der barometrische Druck).
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Das
stark basische Anion-Austausch-Harz kann in Salzform vorliegen,
wie beispielsweise in der Chlorid- oder Hydroxyl-Form.
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Der
Umwandlungsschritt kann im wesentlichen oder wenigstens teilweise
bei der erhöhten
Temperatur und dem erhöhten
Druck bewirkt werden. Die Umwandlung kann daher beispielsweise bewirkt
werden in einer, zwei oder mehreren Stufen. Beispielsweise können die
Bedingungen erhöhten
Drucks/erhöhter
Temperatur aufgeteilt werden zwischen zwei verschiedenen Paaren
von Bedingungen erhöhten
Drucks und erhöhter
Temperatur, z. B. einem Anfangsdruck von 15 psig und einer Temperatur
von 121° C
und einem nachfolgenden Druck von 5 psig und einer Temperatur von
115° C.
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Wenn
die Umwandlung in zwei Stufen durchgeführt werden soll, kann sie beispielsweise
eine erste Stufe umfassen, der eine zweite Stufe folgt. Die erste
Stufe kann beispielsweise durchgeführt werden bei Bedingungen
niedriger Temperatur (z. B. bei Bedingungen von Umgebungstemperatur
und Umgebungsdruck), während
die zweite Stufe durchgeführt
werden kann bei erhöhten
Bedingungen, wie sie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben
werden.
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So
ist ein anderes bevorzugtes, nach Bedarf desinfizierendes iodiertes
Harz zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein iodiertes,
stark basisches Anion-Austausch-Harz (d. h. ein nach Bedarf desinfizierendes
Harz, das Polyiodid-Ionen
mit einer Wertigkeit von –1
umfasst, wobei die Ionen in dem Harz absorbiert sind oder auf diesem
imprägniert
sind, wie dies in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist), das
erhältlich
ist durch ein Verfahren, das einen Umwandlungsschritt umfasst, wobei
der Umwandlungsschritt das In-Kontakt-Bringen eines porösen, stark
basischen Anion-Austausch-Harzes in Salzform mit einer ausreichenden Menge
einer Iod-Substanz umfasst, die von dem Anion-Austausch-Harz absorbierbar
ist, so dass das Anion-Austausch-Harz die Iod-Substanz absorbiert
und so das Anion-Austausch-Harz in das nach Bedarf desinfizierende
Harz umwandelt, wobei die Iod-Substanz gewählt ist aus der Gruppe, die
I2 und Polyiodid-Ionen mit einer Wertigkeit
von –1
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungsschritt eine
anfängliche Umwandlungsstufe
umfasst, der eine zweite Umwandlungsstufe folgt, dass die anfängliche
Umwandlungsstufe das In-Kontakt-Bringen des Anion-Austausch-Harzes
mit der Iod-Substanz bei einer Temperatur von 100° C oder niedriger
unter Erhalt einer Zwischen-Zusammensetzung umfasst, wobei die Zwischen-Zusammensetzung
restliche absorbierbare Iod-Substanz und ein als Zwischenstufe erhaltenes
iodiertes Harz umfasst (d. h. ein Harz, das absorbierte Polyiodid-Ionen
mit einer Wertigkeit von –1
umfasst), und dass die zweite Umwandlungsstufe den Schritt umfasst,
dass man die als Zwischenstufe erhaltene Zusammensetzung einer erhöhten Temperatur
und einem erhöhten
Druck unterwirft, wobei die erhöhte
Temperatur 100° C
oder höher
ist (z. B. eine Temperatur, die höher ist als 100° C), und
wobei der erhöhte
Druck größer ist
als Atmosphärendruck.
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Noch
weiter ist ein nach Bedarf desinfizierendes iodiertes Harz zur Verwendung
im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein iodiertes, stark basisches
Anion-Austausch-Harz
(d. h. ein nach Bedarf desinfizierendes Harz, das Polyiodid-Ionen
mit einer Wertigkeit von –1
umfasst, wobei die Ionen in dem Harz absorbiert oder auf dem Harz
imprägniert
sind, wie es in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wird),
das erhältlich ist
durch ein Verfahren, das einen Umwandlungsschritt umfasst, wobei
der Umwandlungsschritt das In-Kontakt-Bringen eines porösen, stark
basischen Anion-Austausch-Harzes in Salzform, die von der Iodid-Form
I- verschieden ist, mit einer ausreichenden
Menge einer Iod-Substanz umfasst, die durch das Anion-Austausch-Harz
absorbierbar ist, so dass das Anion-Austausch-Harz die Iod-Substanz absorbiert und
so das Anion-Austausch-Harz in das desinfizierende Harz umwandelt,
wobei die Iod-Substanz gewählt
ist aus der Gruppe, die Polyiodid-Ionen mit einer Wertigkeit von –1 umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungsschritt eine anfängliche
Umwandlungsstufe umfasst, der eine zweite Umwandlungsstufe folgt,
dass
die anfängliche
Umwandlungsstufe das In-Kontak-Bringen des Anion-Austausch-Harzes mit der Iod-Substanz
bei einer Temperatur von 100° C
oder niedriger unter Erhalt einer Zwischen-Zusammensetzung umfasst, wobei
die Zwischen-Zusammensetzung restliche absorbierbare Iod-Substanz
und ein als Zwischenstufe erhaltenes iodiertes Harz umfasst (d.
h. ein Harz, das absorbierte Polyiodid-Ionen mit einer Wertigkeit
von –1
umfasst); und
dass die zweite Umwandlungsstufe den Schritt
umfasst, dass man die als Zwischenstufe erhaltene Zusammensetzung
erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck aussetzt, wobei die erhöhte
Temperatur 100° C
oder höher
ist (z. B. eine Temperatur höher
als 100° C)
und der erhöhte
Druck größer ist
als Atmosphärendruck.
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In Übereinstimmung
mit dem oben beschriebenen Verfahren kann für die erste Stufe die niedrige
Temperatur beispielsweise eine nicht-siedende Temperatur von nicht
mehr als 95° C
sein, beispielsweise 15 bis 60° C;
z. B. Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur wie beispielsweise
eine Temperatur im Bereich von etwa 15° C bis etwa 40° C, z. B.
20 bis 30° C.
Der Druck, der mit den Bedingungen niedriger Temperatur der ersten
Stufe verbunden ist, kann beispielsweise sein ein Druck von 0 (Null)
bis weniger als 2 psig; der Druck kann insbesondere im wesentlichen
Umgebungsdruck sein (d. h. ein Druck von weniger als 1 psig bis
0 (Null) psig, wobei 0 psig den barometrischen oder Atmosphärendruck
wiedergibt).
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Für die zweite
Stufe kann die erhöhte
Temperatur beispielsweise sein: eine Temperatur von 102° C oder höher; z.
B. 105° C
oder höher;
z. B. 110° C
oder höher;
z. B. 115° C
oder höher;
z. B. bis 150° C
bis 210° C;
z. B. 115° C
bis 135° C.
Der erhöhte
Druck, der mit der Bedingung erhöhter
Temperatur der zweiten Stufe verbunden ist, kann beispielsweise
sein: ein Druck von 2 psig oder mehr; z. B. 5 psig oder mehr; z.
B. 15 psig bis 35 psig; z. B. bis zu 100 psig.
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Es
versteht sich im Rahmen der vorliegenden Beschreibung, dass dann,
wenn ein „Bereich" oder eine „Gruppe
von Substanzen" im
Bezug auf eine besondere charakteristische Eigenschaft (z. B. Temperatur, Druck,
Zeit und dergleichen) gemäß der vorliegenden
Erfindung erwähnt
wird, die vorliegende Erfindung sich bezieht auf und explizit darin
einschließt
alle und jede spezielle Verbindung und Kombination von Unter-Bereichen
oder Unter-Gruppen, wie sie auch immer in Frage kommen mögen. So
versteht sich irgendein spezieller Bereich oder irgendeine spezielle
Gruppe als Kurzform eines Bezugs auf alle und jede Angabe eines
Bereichs oder einer einzelnen Gruppe sowie auf alle und jede möglichen
Unter-Bereiche oder Unter-Gruppen, die davon umschlossen sind, und
in ähnlicher
Weise mit Bezug auf irgendwelche Unter-Bereiche oder Unter-Gruppen darin.
So versteht sich beispielsweise
- – in Bezug
auf einen Druck größer als
Atmosphärendruck
diese In-Bezugnahme
als speziell einschließend alle
und jeden einzelnen Druck-Zustand
sowie Unter-Bereiche davon oberhalb von Atmosphärendruck, wie beispielsweise
2 psig, 5 psig, 20 psig, 35,5 psig, 5 bis 8 psig, 5 bis 35 psig,
10 bis 25 psig, 20 bis 40 psig, 35 bis 50 psig, 2 bis 100 psig,
usw.;
- – in
Bezug auf eine Temperatur größer als
100° C diese
In-Bezugnahme als speziell einschließend alle und jeden einzelnen
Temperatur-Zustand, sowie jeden Unter-Bereich dazu, oberhalb von
100° C,
wie beispielsweise 101 ° C,
105° C und
darüber,
110° C und
darüber,
115° C und
darüber,
110 bis 135° C,
115 bis 135° C,
102° C bis
150° C,
bis zu 210° C,
usw.;
- – in
Bezug auf eine Temperatur unter 100° C diese In-Bezugnahme als speziell
einschließend
alle und jeden einzelnen Temperatur-Zustand, sowie jeden Unter-Bereich
dazu, unterhalb von 100° C,
wie beispielsweise 15° C
und darüber,
15° C bis
40° C, 65° C bis 95° C, 95° C und darunter
usw.;
- – in
Bezug auf die Verweil- oder Reaktionszeit eine In-Bezugnahme auf
eine Zeit von 1 min oder mehr speziell darin einschließend alle
und jede einzelne Zeit, sowie jeden Unter-Bereich dazu, oberhalb
1 min, wie beispielsweise 1 min, 3 bis 15 min, 1 min bis 20 h, 1
bis 3 h, 16 h, 3 h bis 20 h usw.;
- – und
in ähnlicher
Weise in Bezug auf andere Parameter wie beispielsweise niedrige
Drücke,
Konzentrationen, Elemente usw..
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Es
versteht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch, dass „g" oder „gm" eine Bezugnahme auf
die Gewichtseinheit „Gramm" ist, dass die Bezeichnung „C" eine Bezugnahme
auf die Temperatureinheit „Grad
Celsius" ist und
dass „psig" eine Bezugnahme
auf die Einheit „pounds
per square inch (gauge)" ist.
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In
dem oben beschriebenen Verfahren kann das Anion-Austausch-Harz beispielsweise
(wie unten beschrieben) ein quarternäres Ammonium-Anion-Austausch-Harz
sein; und kann das Anion-Austausch-Harz in der Chlorid-Form Cl-, in der Hydroxyl-Form OH-; usw.
vorliegen.
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Das
erhaltene Iodid-Harz kann vor einer Verwendung behandelt werden,
um irgendwelches durch Wasser eluierbares Iod von dem Iodid-Harz
zu entfernen. Die Behandlung (z. B. ein Waschen) kann fortgesetzt werden,
bis kein nachweisbares Iod in dem Waschwasser gefunden wird (das
Waschwasser also anfänglich Ionenfreies
Wasser ist). Irgendein geeignetes (bekanntes) Iod-Test-Verfahren
kann für
die Zwecke des Nachweises von Iod verwendet werden (siehe beispielsweise
die oben genannten US-Patente).
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Die
absorbierbare Iod-Substanz kann beispielsweise geliefert werden
von einer Zusammensetzung, die aus einer Mischung von Kl, I2 und einer Mindermenge Wasser besteht, wobei
das Mol-Verhältnis
von Kl zu I2 anfänglich etwa 1 ist; der Ausdruck „Mindermenge
Wasser", wie er
in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, soll verstanden
werden als die Menge an Wasser kennzeichnend, die ausreichend ist,
um ein Auskristallisieren von I2 zu vermeiden.
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Die
vorliegende Erfindung kann mit jedem beliebigen (bekannten) stark
basischen Anion-Austausch-Harz praktisch durchgeführt werden
(beispielsweise mit denjenigen Harzen, die weiter im einzelnen in den
oben genannten US-Patenten beschrieben werden, wie beispielsweise
in dem US-Patent-Nr. 3,923,665). Ein quaternäres Ammonium-Anion-Austausch-Harz
ist jedoch bevorzugt. Gemäß der Verwendung
des Ausdrucks in der vorliegenden Beschreibung versteht sich, dass
der Ausdruck „stark
basisches Anion-Austausch-Harz" eine
Klasse von Harzen bezeichnet, die entweder stark basische „kationische" Gruppen enthalten,
wie beispielsweise quaternäre
Ammonium-Gruppen, oder Gruppen, die stark basische Eigenschaften
haben, die im wesentlichen äquivalent
zu quaternären
Ammonium-Austausch-Harzen
sind. Die US-Patente Nrn. 3,923,665 und 3,817,860 identifizieren
eine Zahl von im Handel erhältlichen
quaternären
Ammonium-Harzen sowie andere stark basische Harze, einschließlich tertiärer Sulfonium-Harze,
quaternärer
Phosphonium-Harze, Alkylpyridinium-Harze und dergleichen.
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Im
Handel erhältliche
quaternäre
Ammonium-Anion-Austausch-Harze, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
schließen
insbesondere ein: Amberlite IRA-401 S, Amberlite IR-400 (Cl-), Amberlite IR-400 (OH-),
Amberlite IR-402 (Cl-), usw. (von der Firma
Rohm & Hass),
die in Granulat-Form
erhalten werden können.
Diese Harze können
beispielsweise quaternäre
Ammonium-Austausch-Gruppen enthalten, die an Styrol-Divinylbenzol-Polymer-Ketten gebunden sind.
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Die
Harze, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, können in
einer Hydroxyl-Form, einer Chlorid-Form oder in Form eines anderen
Salzes (z. B. in der Sulfat-Form) vorliegen, mit der Maßgabe, dass
das Anion austauschbar mit der Iod-Verbindung ist (z. B. mit einem
Triiodid-Ion).
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Das
Ausgangs-Harz kann beispielsweise granulatförmig sein (d. h. eine Vielzahl
von Teilchen umfassen), so dass das Endprodukt in gleicher Weise
einen granulatförmigen
oder teilchenförmigen
Charakter hat. Die Granulat-Form ist vorteilhaft aufgrund der großen Oberfläche, die
zum Kontakt mit Mikroorganismen bereitgestellt wird. Das Ausgangs-Harz
kann beispielsweise Granulatteilchen umfassen, die eine Größe im Bereich
von 0,2 mm bis 0,8 cm haben (z. B. im Bereich von 0,35 mm bis 56
mm).
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Im
Handel erhältliche
Harze, wie diejenigen, die oben erwähnt wurden, sind in Salzform
erhältlich
(z. B. als Chlorid) und liegen vor in Form poröser Granulatkugeln unterschiedlicher
Mesh-Größen. Das
Harz kann natürlich
in Bulk-Form oder in massiver Form verwendet werden, wie beispielsweise
in Form einer Platte, einer Schicht usw..
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Beispielsweise
kann ein Harz von der Nicht-Iodid-Form (z. B. von der Chlorid-Form,
von der Sulfat-Form) in die I3 --Form
umgewandelt werden. Geeignete Halogenid-Salze schließen Alkalimetallhalogenide (wie
beispielsweise Kl, NaI,....) ein; Kaliumiodid ist bevorzugt. Alternativ
dazu kann eine Iodid-Form des Harzes verwendet werden, und das Harz
kann mit einer Quelle für
zweiatomiges Iod in Kontakt gebracht werden.
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Jedes
beliebige Material oder jede beliebige Substanz, die in der Lage
ist, als Donator für
Iod-Verbindungen zu dienen, die durch das Anion-Austausch-Harz absorbierbar
sind, um das Anion-Austausch-Harz in das gewünschte Polyiodid-Harz umzuwandeln,
kann verwendet werden, solange die angegebene Iodid-Verbindung ein
Polyiodid-Ion mit einer Wertigkeit von –1 und/oder zweiatomiges Iod
ist. Beispiele solcher Materialien in Bezug auf Iod sind in den
oben genannten US-Patenten aufgezeigt, z. B. Zusammensetzungen,
die umfassen: Iod (I2) und ein Alkalimetallhalogenid
(Kl, NaI, usw., wobei Kl bevorzugt ist) in Verbindung mit Wasser.
Alternativ dazu kann dann, wenn das Harz in der Iodid-Salzform vorliegt
(I-1), das Material das entsprechende Iod
in Gasform umfassen.
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So
kann zum Beispiel dann, wenn ein Triiodid-Harz erwünscht ist,
das Harz mit einer Alkalimetalliodid-I2-Mischung
in Kontakt gebracht werden, in der das Iodid und zweiatomiges Iod
in mehr oder weniger stöchiometrischen
Mengen zugegen sind (d. h. in einem Mol-Verhältnis von 1); siehe dazu die
vorgenannten US-Patente.
Durch Anwenden stöchiometrischer
Mengen des Iodid-Ions und des Iod-Moleküls (d. h. ein Mol I2 pro Mol I-1) umfasst
der Iod-Schlamm im wesentlichen nur die Triiodid-Ionen. Wenn stöchiometrische Überschussmengen
an I- und I2 verwendet
werden, können
einige der höheren
Polyiodid-Ionen gebildet werden. Vorzugsweise werden nicht mehr
als die stöchiometrischen
Mengenanteile von I- und I2 in
dem anfänglichen wässrigen
Ausgangsschlamm verwendet, so dass sich im wesentlichen nur Triiodid-Ionen
an das Harz binden.
-
Beispielsweise
kann Iod kombiniert werden mit Natrium-, Kalium- oder Ammonium-Iodid und einer kleinen
Menge Wasser. Die Zusammensetzung enthält einwertige Iod-Ionen, die
sich mit dem zweiatomigen Iod (I2) unter
Bildung des Polyiodid-Ions kombinieren. Das Molverhältnis von
Iod-Ionen zu zweiatomigem Iod diktiert die Natur der vorhandenen
Polyiodid-Ionen, d. h. Triiodid-Ionen, Mischungen aus Triiodid-Ionen
und anderen höheren
Polyiodid-Ionen, Pentaiodid-Ionen usw.. Bei Verwendung von etwa
1 Mol Iod-Ionen pro Mol zweiatomigen Iod wird die Bildung von Triiodid-Ionen
bevorzugt. Wenn ein stöchiometrischer Überschuss
von zweiatomigem Iod verwendet wird, fördert dies die Bildung höherer Polyiodide.
-
Die
Bestimmung der (Gesamt-)Menge von Iod, das mit dem Harz in Kontakt
gebracht wird, die Verweilzeiten usw., hängen ab von solchen Faktoren
wie der Natur des Polyiodids, von dem es erwünscht ist, dass es in die Struktur
eines Harzes eingeführt
wird, der Natur des Ausgangs-Harzes (d. h. der Porosität, Korngröße, Äquivalent-Austausch-Kapazität des Harzes
usw.), usw. So muss beispielsweise zur Bestimmung der Menge an Iod,
die zur Herstellung eines Polyiodid-Harzes erforderlich ist, die Äquivalent-Austausch-Kapazität des Harzes
bekannt sein. Sofern erforderlich, kann diese in einfacher Weise
bestimmt werden beispielsweise durch die Verfahrensweise, die beschrieben
ist in dem US-Patent Nr. 3,817,860 (Spalte 9, Zeilen 15 bis 28). Die
Komponenten des Verfahrens können
so gewählt
werden, dass das erhaltene iodierte, stark basische An-ion-Austausch-Harz
eine stark basische Anion-Austausch-Harz-Komponente umfasst, die
25 bis 90 Gew.-% (vorzugsweise 45 bis 65 Gew.-%) des Gesamtgewichts
des erhaltenen iodierten Harzes ausmacht.
-
Die
Umwandlung bei erhöhten
Bedingungen kann durchgeführt
werden in einem Reaktor, der im Hinblick auf den Druck während der
Umwandlung verschließbar
ist, der jedoch zum Gewinnen des Harz-Produkts nach einer vorbestimmten
Reaktionszeit geöffnet
werden kann. Das Verfahren kann damit ein Batch-Verfahren sein,
in dem eine Umwandlung bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck bewirkt wird, sobald der Reaktor verschlossen ist. Der Reaktor
kann größenmäßig so gewählt sein,
und die Menge an Reaktanden kann so bestimmt sein, dass ein Leer raum
in dem Reaktor während
der Reaktion vorgesehen wird. In dem Fall beispielsweise, in dem
das Material mit der bedeutsamen Iod-Verbindung ein Schlamm eines
Alkalimetalls/I2 und Wasser ist, kann das
Gewichtsverhältnis
von Schlamm zu Harz 1:1 oder höher
sein, z. B. 1:1 bis 5:1; das Gewichtsverhältnis von 1:1 (wenn Amberlite
401-S als Harz verwendet wird) ist bevorzugt so, dass die Menge
an nicht-absorbiertem Iod minimiert wird, das von dem Iod-Harz-Produkt
weggewaschen werden muss.
-
Die
Kontaktbedingungen einer hohen Temperatur/eines hohen Drucks können so
gewählt
werden, wie dies oben erwähnt
wurde, und zwar im Hinblick auf ein Maximieren des Iod-Gehalts des
erhaltenen, Iod nach Bedarf enthaltenden Harzes.
-
Eine
Umwandlung des Harzes in eine Polyhalogenid-Form (z. B. I3 --Form) kann bewirkt
werden bei erhöhter
Temperatur über
100° C,
beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 105° C bis 150° C (z. B. 110–115° C bis 150° C); die
Obergrenze der angewendeten Temperatur hängt beispielsweise von den
charakteristischen Eigenschaften des verwendeten Harzes ab, d. h.
die Temperatur sollte nicht so hoch sein, dass das Harz abgebaut
wird.
-
Um
die Umwandlung bei erhöhtem
Druck zu bewirken, kann – wie
erwähnt – die Umwandlung
in einem geschlossenen Gefäß oder Reaktor
stattfinden. Der Druck in einem solchen Fall kann eine Funktion
der Temperatur sein, so dass der Druck mit der Temperatur etwa in Übereinstimmung
mit der wohlbekannten Gas-Gleichung PV = nRT schwanken kann, worin
V das konstante (freie) Volumen des Reaktors ist, n die Zahl der
Mole an Material in dem Reaktor ist, R die universelle Gas-Konstante ist, T
die Temperatur ist und P der Druck ist. In einem geschlossenen Gefäß kann die
Temperatur des Systems daher als Mittel zum Erreichen oder Steuern des
(gewünschten)
Drucks in dem Gefäß in Abhängigkeit
vom Aufbau der Iod-Mischung in dem Reaktor verwendet werden. So
kann eine Reaktionsmischung, die in einem hinsichtlich des Drucks
verschlossenen Reaktor angeordnet ist, beispielsweise einer Temperatur
von 105° C
und einem Druck von 200 mmHg unterworfen werden, wobei der Druck
durch Dampf induziert wird.
-
Alternativ
kann ein relativ inertes Gas dazu verwendet werden, den Druck in
dem Reaktor zu induzieren und/oder zu vermehren. So kann ein unter
Druck gesetztes, relativ inertes Gas in einen verschlossenen Reaktor
eingeleitet werden. Das gewählte
Gas darf nicht in unpassender Weise die Produktion eines geeigneten
iodierten Harzes stören.
Die Behandlung bei hohem Druckhoher Temperatur kann in einem geschlossenen Reaktor
in Gegenwart von (eingeschlossener Luft), einem nicht-störenden Gas
wie beispielsweise Iod selbst oder von irgendeinem anderen relativ
inerten (edlen) Gas durchgeführt
werden. Der Druck kann – wie
oben erwähnt – durch
Aufdrücken
des Gases erhöht
werden. Luft, Kohlendioxid, Stickstoff oder dergleichen können auch
als Druck lieferendes Gas verwendet werden, sofern dies erwünscht ist,
wobei jedoch beachtet werden muss, dass dessen/deren Verwendung
nicht in unpassender Weise die Produktion eines geeigneten iodierten Harzes
stören
darf. Wenn ein Druck durch Dampf induziert werden soll, sollten – wie nachfolgend
erwähnt
wird – Schritte
eingeleitet werden, um die Reaktionsmischung von einem (Überschuss)
Wasser zu isolieren.
-
Der
erhöhte
Druck ist irgendein Druck oberhalb von Umgebungsdruck. Der Druck
kann beispielsweise 1 psig oder höher sein, z. B. im Bereich
von 5 bis 50 psig liegen. Die Obergrenze des verwendeten Drucks hängt auch
beispielsweise von den charakteristischen Eigenschaften des zu verwendenden
Harzes ab, d. h. der Druck sollte nicht so hoch sein, dass dies
das Harz zersetzt.
-
Die
Verweil- oder Kontaktzeit bei Bedingungen erhöhten Drucks bzw. erhöhter Temperatur
ist variabel in Abhängigkeit
von den Ausgangsmaterialien, den Kontaktbedingungen und der Menge
an (fest eingebautem) Iod, von dem gewünscht ist, dass es von dem
Anion-Austausch-Harz absorbiert wird. Die Kontaktzeit kann damit
jeden beliebigen Wert annehmen; üblicherweise
ist es jedoch zu erwarten, dass es erwünscht ist, dass die Kontaktzeit
(unter den angewendeten Bedingungen) ausreichend ist, um die Menge
an (fest eingebundenem) Iod zu maximieren, die von dem Material
absorbiert wird, das die Einheit mit absorbierbarem Iod enthält. Die Verweilzeit
kann beispielsweise so kurz wie 5 bis 15 Minuten sein (in dem Fall,
in dem ein Vor-Imprägnierungsschritt
angewendet wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird), oder kann
einige Stunden oder mehr sein (bis zu 8 oder 9 Stunden oder mehr).
Die Verweilzeit, die für
erhöhter
Bedingungen des Drucks bzw. der Temperatur ausgeschöpft wird,
hängt jedoch
in jedem Fall von dem Ausgangsmaterial, den Bedingungen der Temperatur
und des Drucks usw. ab. Sie kann von einigen Minuten bis 8 oder
9 Stunden oder mehr schwanken. Die obere Zeit-Grenze hängt in jedem Fall auch beispielsweise
von den charakteristischen Eigenschaften des verwendeten Harzes
ab, d. h. die Verweilzeit sollte nicht so hoch sein, um das Harz
zu zersetzen.
-
Vorzugsweise
geht dem Kontakt bei hoher Temperatur/hohem Druck ein anfänglicher
Imprägnierungs- oder
Absorptionsschritt voraus (erste Stufe). Eine derartige erste Stufe
kann durchgeführt
werden für
nur einige wenige Minuten (z. B. von einer bis zehn Minuten oder
mehr) oder für
bis zu 24 Stunden oder mehr (z. B. für die Zeit von 1 Stunde oder
mehr, d. h. für
eine Zeit von 3 bis 24 Stunden). Die Zeitdauer der Anfangsstufe kann
relativ kurz sein. Die Zeitdauer kann beispielsweise ein paar Minuten
oder so sein und kann der Zeit entsprechen, die nötig ist,
um gerade die Reaktanden zusammenzumischen in diesem Fall kann die
Umwandlung als im wesentlichen in einem Schritt bei erhöhten Bedingungen
durchgeführt
angesehen werden. Die Verweilzeit der ersten Stufe wird auch vorbestimmt
im Hinblick auf das gewünschte
Harz-Endprodukt. Beispielsweise kann ein Wasser enthaltender Schlamm
von Triiodid-Ionen mit einer Salzform des Ausgangs-Harzes bei Umgebungsbedingungen
der Temperatur (d. h. Raumtemperatur) und des Drucks in Kontakt
gebracht werden und so ein als Zwischenstufe anzusehendes Iod-Harz-Reaktionsprodukt
erhalten werden, das eine restliche Iod-Substanz einschließt. Dieser
Schritt wird bevorzugt durchgeführt
in einem Batch-Reaktor. Die erhaltene, als Zwischenstufe anzusehende
Zusammensetzung, die ein Zwischenstufen-Iod-Harz umfasst, kann dann der höheren Temperatur
und dem höheren
Druck in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung auch in einem Batch-Verfahren ausgesetzt
werden. Eine derartige erste Stufe kann verwendet werden zum Initiieren
eines Aufbaus von Iod innerhalb der Harz-Matrix.
-
Zur
Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein nach Bedarf
desinfizierendes Iod-Harz beispielsweise erhalten werden durch
- (a) In-Kontakt-Bringen eines porösen, kornförmigen Ausgangs-Harzes
mit einem wässrigen
Schlamm von Iod und Kaliumiodid unter Erhalt einer Pastenmischung,
wobei das Iod in dem Schlamm im wesentlichen in Form von Triiodid-Ionen
zugegen ist und das Ausgangs-Harz ein stark basisches Anion-Austausch-Harz mit
seinen stark basischen Gruppen in Salzform ist, deren Anion austauschbar
mit Triiodid-Ionen ist;
- (b) Aussetzen der Pastenmischung gegenüber Bedingungen erhöhter Temperatur
und erhöhten
Drucks in einem verschlossenen Behälter oder Reaktor (z. B. in
einem Autoklaven) für
eine vorbestimmte zeitliche Imprägnierungsdauer,
wobei in dem Reaktor ein Leerraum vorgesehen wird, so dass der Kontakt
unter einer (im wesentlichen) Iod(-reichen)Atmosphäre stattfindet;
und
- (c) Waschen des erhaltenen Iod-Harz-Produkts (mit einer geeigneten
(d. h. Reinheit) Waschflüssigkeit,
z. B. entionisiertem Wasser, R/O-Wasser (bei 45° C) usw.) unter Entfernen von
mit Wasser eluierbarem Iod wie beispielsweise Kl von der Oberfläche des
Harzes, so dass beim Trocknen keine Iod-(Kl-)Kristalle auf der Oberfläche des
Iod-Harzes gebildet werden; R/O-Wasser
ist Wasser, das erhalten wird unter Anwendung einer doppelten Umkehrosmose;
R/O-Wasser wird nachfolgend definiert.
-
Noch
spezieller kann ein nach Bedarf desinfizierendes Iod-Harz erhalten
werden unter Anwendung der folgenden Folge von Schritten:
-
- 1. Das Harz wird gereinigt durch dreifaches
Durchlaufen lassen von Wasser und wird anschließend in Ethanol in einem Elektro-Schall-Bad
angeordnet und mit Wasser geflutet und durch Abtropfen getrocknet;
- 2. (Im wesentlichen) stöchiometrische
Mengen von I2 und Kaliumiodid werden mit
einer minimalen Menge von Wasser gemischt, die gerade ausreichend
ist, um eine I3 --Aufschlämmung oder
einen entsprechenden Schlamm zu erhalten (unter Erhitzen auf sehr
niedrige Temperatur, sofern dies erwünscht ist);
- 3. das Harz wird mit der wie oben beschrieben hergestellten,
eine minimale Menge Wasser enthaltenden Aufschlämmung in kleinen aliquoten
Mengen gemischt, um so ein vorbestimmtes Gewichtsverhältnis Aufschlämmung zu
Harz zu erhalten (z. B. ein Gewichtsverhältnis 50:50);
- 4. die Harz-Schlamm-Mischung wird dann in ein Schüttelbad
bei Atmosphärendruck
in einen geschlossenen, luftdichten Behälter gegeben (sofern erforderlich,
ist der Behälter
mit einem kleinen Druck-Ablass-Ventil oder einer Öffnung versehen,
deren Zweck nachfolgend erklärt
wird), und zwar für
eine bestimmte Zeitdauer (z. B. für bis zu beispielsweise 16
bis 24 Stunden oder mehr [z. B. eine Woche, sofern erwünscht]), und
zwar unter Bildung einer als Zwischenstufe anzusehenden Harz-Zusammensetzung;
- 5. der Behälter,
der die Reaktionsmischung enthält,
wird dann in einem (Dampf-)Autoklaven angeordnet und auf eine hohe
Temperatur aufgeheizt, z. B. 120° C,
um darin einen über
dem Atmosphärendruck
liegenden Druck zu schaffen, wobei das kleine Ventil offen ist,
wenn die Behälter-Wandungen nicht in
der Lage sind, dem Druck zu widerstehen, der innerhalb des Autoklaven
ausgeübt
wird), und zwar für
eine vorbestimmte Verweilzeit (z. B. eine Verweilzeit von etwa 15
Minuten), gerechnet von dem Zeitpunkt an, an dem die Reaktionsmischung
die vorbestimmte hohe Temperatur erreicht (z. B. 120° C);
- 6. der Autoklav wird von der Wärmequelle entfernt, und sobald
sich der Druck an Atmosphärendruck
angeglichen hat, wird der Innenbehälter entfernt, und das Harzprodukt
wird gewaschen (z. B. sechs Mal), und zwar mit R/O- Wasser, bis das Waschwasser
mit einem Gesamt-Iod-Gehalt von weniger als 0,1 ppm (parts per million)
herauskommt.
-
Ein
kleines Loch ist erforderlich, wenn ein Behälter wie beispielsweise ein
Glaskolben verwendet wird, um zu verhindern, dass sich eine zu große Druck-Differenz
zwischen dem Innern des Kolbens und dem Innern des Autoklaven aufbaut,
was dazu führen
könnte,
dass der Kolben platzt. Das Loch ist in jedem Fall gerade groß genug,
um mehr oder weniger den Ausgleich von Druck zu erlauben und einen
positiven Druck in dem Kolben aufrechtzuerhalten, relativ bezogen
auf das Innere des Autoklaven, so dass jedes Fremdmaterial wie beispielsweise
Wasserdampf gehindert wird, in den Kolben hineinzuströmen. Es
könnte
natürlich
ein stabilerer, druckbeständiger
Behälter
in der Weise verwendet werden, dass – in Abhängigkeit vom Aufbau des Behälters und
den im Autoklaven herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen – das Loch
vermieden werden kann. Alternativ kann anstelle der Verwendung eines
getrennten Behälters
zum Beinhalten der Reaktionsmischung und Anordnen der Reaktionsmischung
in einem getrennten Autoklaven ein einzelner Autoklav-Behälter verwendet
werden, der dazu dient, die Reaktionsmischung unter Druck zu halten
und zu erhitzen. Ein derartiger Behälter muss natürlich so
aufgebaut sein, dass er in der Lage ist, den vorbestimmten Reaktionsbedingungen
standzuhalten.
-
Wie
oben erwähnt,
stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Desinfizieren
von Luft bereit, die in der Luft schwebende Mikroorganismen enthält. Das
Verfahren umfasst das Leiten von Luft über ein nach Bedarf desinfizierendes,
iodiertes Harz, so dass in der Luft transportierte Mikroorganismen
das Harz kontaktieren und dadurch devitalisiert werden. Das nach
Bedarf desinfizierende Harz kann ein iodiertes, stark basisches
Anion-Austauschharz umfassen. Das Verfahren kann beispielsweise
einschließen
das Durchleiten der Luft durch ein Bett aus Granulat-Kugeln von
iodiertem Harz, so dass die Luft über die Granulatkugeln (in
Serpentinenartiger Weise) streicht, wenn die Luft ihren Weg durch
das Bett nimmt. Die maximal erlaubbaren Strömungsraten für eine Gesamt-Bakterien-Sterilisation
können
mit der Konzentration der Polyiodid-Gruppen in dem Harz, der Tiefe
des Betts, der Bakterienzahl usw. schwanken. Das iodierte, stark
basische Anion-Austauschharz
kann eine stark basische Anion-Austausch-Harz-Komponente umfassen,
die 25 bis 90 Gew.-% (vorzugsweise 45 bis 65 Gew.-%) des Gesamtgewichts
des iodierten Harzes ausmacht.
-
In Übereinstimmung
mit einem zusätzlichen
Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Desinfizieren
von Luft bereit, die mit der Luft transportierte Mikroorganismen
enthält,
wobei das System beispielsweise umfasst
- – Mittel
zum Bereitstellen eines Luftweges für die Bewegung von Luft durch
dieses hindurch; und
- – ein
auf Bedarf desinfizierendes, iodiertes Harz, das in dem Luftweg
angeordnet ist, so dass es möglich ist,
dass mit der Luft transportierte Mikroorganismen in der Luft durch
den Luftweg hindurchtreten und in Kontakt mit dem Harz gebracht
und dadurch devitalisiert werden.
-
Das
auf Bedarf desinfizierende Mittel kann ein iodiertes, stark basisches
Anion-Austauschharz
umfassen.
-
Eine
Luftweg-Einrichtung kann einen Lufteinlass und einen Luftauslass
definieren. Das Harz kann zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet
werden oder kann an dem Einlass oder Auslass angeordnet werden.
Die Luftweg-Einrichtung kann jede beliebige Form annehmen. Sie kann
die Form eines Rohr-Netzwerks in einem Umlauf-Ventilationssystem
annehmen, wobei das auf Bedarf desinfizierende Mittel ein Bett aus Harzkügelchen
umfasst, durch das hindurchzutreten die Luft veranlasst wird, wobei
das Bett ansonsten den Luftweg blockiert. Alternativ dazu kann die
Luftweg-Einrichtung definiert werden durch eine Patrone, wie sie für eine Gasmaske
verwendet wird, wobei die Patrone einen Einlass und einen Auslass
für Luft
aufweist; das iodierte Harz für
die Patrone kann – sofern
erwünscht – zugegen
sein als Bett von Granulatkügelchen,
in einen (fluiden) porösen
Träger
(wie beispielsweise ein Gewebe, einen Polyurethanschaum usw.) eingebettete
Kügelchen,
oder kann alternativ eine massivere Form wie beispielsweise diejenige
einer oder mehrerer Platte(n), Röhre(n),
Block/Blöcke
usw. annehmen. Gasmasken des eine Patrone umfassenden Typs sind
bekannt; solche Gasmasken können
beispielsweise erhalten werden von der Firma Eastern Safety Equipment
Co., Mosport, New York, USA.
-
Die
C-50-Patrone einer Gasmaske (von der Firma Glendale Protecting Technologies
Inc. Woodbury, New York, USA) kann beispielsweise dafür angepasst
werden, ein Bett aus Harz aus Kügelchen
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu beinhalten.
-
In
den Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung betreffen, ist
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer Patrone, die verwendet werden kann,
um ein iodiertes Harz unterzubringen, wie es in der vorliegenden
Beschreibung beschrieben ist, beispielsweise zur Verwendung in einer
Gasmaske;
-
2 eine
Querschnittsansicht 4-4 der Patrone von 1;
-
3 eine
schematische Veranschaulichung eines Systems zum Testen einer Patrone,
die ein iodiertes Harz enthält;
und
-
4 eine
schematische Veranschaulichung eines anderen Typs eines Systems
zum Testen einer Kartusche, die ein iodiertes Harz enthält.
-
Es
wird nun auf 1 Bezug genommen. Die Patrone 1 umfasst
einen hohlen, an den Enden offenen dünnwandigen, rohrförmigen Körper mit
kreisförmigem
Querschnitt. Die Wandung 2 kann beispielsweise aus Nylon
bestehen. Die offenen Enden der Patrone sind jeweils blockiert mit
einer Art eines geeigneten, maschenähnlichen Trägermaterials 3 (z.
B. mit einem 10 Mikron-Polypropylen-Maschengitter), das in irgendeiner
geeigneten bekannten Art und Weise an Ort und Stelle gehalten wird,
beispielsweise mittels Klebern, einer Federklemme usw..
-
Es
wird nun auf 2 Bezug genommen. Das Bett 4 aus
dem iodierten, granulatförmigen
Harz nimmt den gesamten Raum zwischen den Maschenträgern 3 und 3' ein. Obwohl
das granulatförmige
Harz mehr oder weniger dicht zwischen den Maschenträgern 3 und 3' gepackt ist,
gibt es immer noch Luft-Zwischenräume zwischen den Granulatkörnern zum
Durchtreten von Luft durch das Granulatbett. Die Maschenträger haben
jeweils Öffnungen,
die klein genug sind, um das iodierte Harz an Ort und Stelle zu
halten, während
sie erlauben, dass Luft durch sie in das und durch das von den Trägern gehaltene
Harz-Bett 4 hindurchtritt. Die Patrone wie sie in 2 gezeigt
ist, kann ein in Strömungsrichtung
stromabwärts
gelegenes Bett 5 aus Granulatkörnern von Aktivkohle, einem
Katalysator oder Iod absorbierenden Harzen einschließen, um
irgendwelches Iod abzufangen, das aus dem iodierten Harz 4 freigesetzt
wird. Das Bett 5 aus Aktivkohle wird durch einen Maschengitter-Träger 3' und ein zusätzliches
Maschengitter 6 an Ort und Stelle gehalten. Die Bett-Tiefe
des Harzes und der Aktivkohle ist mit etwa 2,5 cm gezeigt, während der
Bett-Durchmesser etwa 8 cm ist. Wenn das iodierte Harz, das in Übereinstimmung
mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,
verwendet wird, kann das Aktivkohle-Bett weggelassen werden, d.
h. nur das Bett aus iodiertem Harz 4 kann in der Patrone
als aktive Komponente zugegen sein (in den nachfolgenden Beispielen,
so lange nicht das Gegenteil angegeben ist, schließen die
Patronen nicht irgendein Kohlenstoff-Bett bzw. Bett aus Aktivkohle
ein). In diesem Fall kann die Bett-Tiefe beispielsweise weniger
als 2,5 cm sein, z. B. 0,1 cm, 0,25 cm, 0,5 cm, 0,85 cm, 1,15 cm
usw.. Eine derartige Patrone kann in einem Luftweg angeordnet sein,
wie dies beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt
ist, die weiter unten diskutiert werden.
-
Das
in dem Luftweg angeordnete Harz könnte natürlich jede beliebige, von Granulatkörnchen verschiedene
Form annehmen, wie beispielsweise Blöcke, Platten, Röhren usw..
-
Das
auf Bedarf desinfizierende, iodierte Harz zur Luftbehandlung kann
jedes beliebige (bekannte) iodierte Harz sein, so lange das iodierte
Harz in der Lage ist, mit der Luft transportierte Mikroorganismen
zu devitalisieren (d. h. durch die Luft trans portierte Mikroorganismen),
die in Kontakt damit kommen. Es kann beispielsweise ein Harz sein,
wie es in den US-Patenten Nrn. 3,923,665 und 4,238,477 vorgeschlagen
wurde. In diesem Fall kann es jedoch nötig sein, das Harz in Verbindung
mit einem Iod abfangenden Material zu verwenden, wenn das Harz zu
viel Iod in die Luft abgibt. Das Iod abfangende Material kann ein
Aktivkohle-Material oder ein nicht-iodiertes, stark basisches Anion-Austauschharz
sein, wie es in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wird.
-
Alternativ
dazu kann – wie
oben erwähnt – ein iodiertes
Harz vorteilhafterweise ein Harz sein, das mittels eines der Verfahren
hergestellt wurde, die oben im einzelnen beschrieben wurden. In
diesem Fall braucht das Harz nicht in Verbindung mit einem Iod abfangenden
Material verwendet zu werden, wie beispielsweise eines (bekannten)
Austauschharzes, einer Aktivkohle, eines Katalysators usw., da ein
iodiertes Harz, das in Übereinstimmung
mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,
Iod in die Luft in einer Menge abgeben kann, die unterhalb akzeptabler
Schwellenwerte zum Atmen für
menschliche Lebewesen liegt.
-
Sofern
erwünscht,
kann das iodierte Harz für
die Behandlung von Luft eine Art von Mischung von iodierten Harzen
sein, z. B. eine Mischung eines bekannten iodierten Harzes und eines
iodierten Harzes, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
-
Es
wird nun zurückgekommen
auf das Verfahren zur Herstellung des auf Bedarf desinfizierenden
iodierten Harzes. Wenn im Handel erhältliche Materialien zur Herstellung
des Iod-Harzes verwendet werden sollen, dann können – in Abhängigkeit von deren Reinheit – die Ausgangsmaterialien
in der Weise zu behandeln sein, dass man Komponenten entfernt, die
die Absorption des Halogenids in das Harz stören. Wasser, sofern dieses
in der anfänglichen
Reaktionsmischung zugegen ist, sollte frei von störenden Elementen
wie beispielsweise störenden
Ionen sein. Destilliertes oder von Ionen freies Wasser wird vorzugsweise
zum Waschen verwendet.
-
Die
folgenden Materialien können
zur Herstellung eines geeigneten Triiodid-Harzes zur Verwendung im
Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden:
- (a) Amberlite 401-S (von der Firma Rohm & Hass), ein stark basisches Anion-Austauschharz in
Granulat-Form mit folgenden charakteristischen Eigenschaften:
Träger-Matrix:
Styrol-Divinylbenzol-Polymer;
Anion: Chlor;
Dichte: 1,06;
effektive
Größe (Durchmesser):
0,52 mm;
Gesamt-Austausch-Kapazität: 0,8 meq/ml;
Arbeits-pH-Wert-Bereich:
0 bis 11;
Feuchtigkeitsgehalt: 62 %;
Arbeitstemperatur:
170° F oder
weniger
- (b) I2 (fest): Reinheitsgrad USP (von
der Firma Fisher Scientific)
- (c) Kaliumiodid (Kl): Reinheitsgrad USP (von der Firma Fisher
Scientific)
- (d) Wasser: ultrarein: erhalten unter Anwendung einer Doppel-Umkehr-Osmose
(d. h. das Wasser wird in der Beschreibung mitunter einfach als „R/O-Wasser" bezeichnet).
- (e) Ethanol: Reinheitsgrad USP (von der Firma Fisher Scientific).
-
Unter
Verwendung der obigen Substanzen kann ein mit Triiodid bepacktes
(d. h. ein mit Triiodid vollständig
befülltes)
Harz erhalten werden, wie in den folgenden Beispielen angegeben
wird.
-
Für die folgenden
Beispiele wurde die folgende Verfahrensweise für die Bewertung der Menge an
Iod (I2) und Iodid (I-)
durchgeführt
nach den „Standardverfahren
für die
Prüfung
von Wasser und Abwasser, 17. Ausgabe":
Iod-Verfahren: Quecksilber (II)
Chlorid, wenn es zu wässrigen
Lösungen
von elementarem Iod zugesetzt wird, verursacht eine komplette Hydrolyse
von Iod und führt
zu einer stöchiometrischen
Produktion von hypoiodiger Säure.
Die Verbindung 4,4',4''-Methylidentris-(Leuko-Kristallviolett)
reagiert mit der hypiodigen Säure
unter Bildung eines Kristallviolett-Farbstoffs. Die maximale Absorption
der Lösung
des Kristallviolett-Farbstoffs wird erzeugt im pH-Wert-Bereich von
3,5 bis 4,0 und wird gemessen bei einer Wellenlänge von 592 nm. Die Absorption
folgt dem Beer'schen
Gesetz über
einen weiten Bereich der Iod-Konzentration. Iod kann in Gegenwart
von maximal 50 ppm Iodid-Ionen ohne Störung gemessen werden.
Iodid-Verfahren:
Iodid wird selektiv zu Iod durch Zusatz von Kaliumperoxymonosulfat
oxidiert. Das hergestellte Iod reagiert unverzüglich mit dem Indikator-Reagenz
Leuko-Kristallviolett unter denselben Bedingungen, wie sie vorstehend
für das
Iod-Verfahren beschrieben
wurden. Die Gesamtmenge (Iod + Iodid) resultiert aus dieser Verfahrensweise,
und die Menge an Iodid wird berechnet durch Subtraktion der Iod-Konzentration.
-
Die
Ablesungen erfolgten auf einem Ikb-Spektrophotometer bei einem Lichtweg
von 1 cm und wurden gewählt
bei 592 nm.
-
Beispiel 1
-
Vorbehandlung von Ausgangsmaterialien
-
(i) Harz:
-
Das
Harz wird mit Wasser gewaschen, um unerwünschte Elemente wie beispielsweise
Material in Ionen-Form zu entfernen. Dazu wurden 100,00 g Amberlite
401-S und 200 ml R/O-Wasser in einen 1.000 ml fassenden Erlenmyer-Kolben
gegeben. Die Mischung wurde für
die Zeit von etwa 3 min geschüttelt,
und das Wasser wurde dann von dem Harz durch Tropfen-Filtration
unter Verwendung eines Wathman-Filterpapiers
und eines Trichters abgetrennt. Das Harz wurde in der gleichen Weise
zwei weitere Male gewaschen. Nach der letzten Waschung mit Wasser
wurde das Harz durch Abtropfen getrocknet (d. h. bei erneuter Verwendung
eines Wathman-Filterpapiers
und eines Trichters), und zwar für
15 min.
-
Das
so gewonnene, mit Wasser gewaschene Harz wurde einer Waschung mit
Alkohol unterzogen, um unerwünschtes
organisches Material zu lösen,
das an dem Harz haften könnte.
Dafür wurde
das mit Wasser gewaschene Harz in 300,00 ml Ethanol eingetaucht.
Die Harz-Alkohol-Mischung wurde in einem Ultraschall-Bad geschüttelt (Crest
ultrasonic: 1.000 Watt, 20 l Kapazität), und zwar für 5 min.
Das mit Alkohol gewaschene Harz wurde durch Abtropfen getrocknet,
wofür man
erneut ein Wathman-Filterpapier und einen Trichter verwendete.
-
Der „Fisch"-Geruch wurde von
dem mit Alkohol gewaschenen Harz durch eine finale Stufe des Waschens
mit Wasser entfernt, worin das zum Waschen verwendete R/O-Wasser
auf 40° C
vorgeheizt wurde. Das mit Alkohol gewaschene Harz wurde in einen
(1.000 ml fassenden) Erlenmyer-Kolben gegeben, und 250 ml R/O-Wasser
wurden bei 40° C
zugesetzt. Die Wasser-Harz-Mischung wurde in einem Schüttelbad
(Yamata Schüttelbad – 1 Impuls
pro Sekunde/Wasser bei 32° C)
für die
Zeit von 5 min geschüttelt.
Das Wasser wurde dann von dem Harz durch Trocknen durch Abtropfen
entfernt, wie dies oben beschrieben wurde. Der Schritt des Waschens
mit Wasser wurde ein weiteres Mal wiederholt, und das Harz wurde
unter Abtropfen getrocknet (1 h), wie dies oben erwähnt wurde.
Das gewaschene Harz ist nun bereit zur Verwendung im nachfolgenden Beispiel
2.
-
(ii) Wasser enthaltender
Iod-Schlamm:
-
Eine
Mischung aus Iod (I2) und Kaliumiodid (Kl)
wurde hergestellt durch Zusammenmischen von 60,00 g Iod und 40,00
g Kaliumiodid (in beiden Fällen:
auf Basis des Trockengewichts) in einem Erlenmyer-Kolben. Danach
wurde R/O-Wasser langsam Tropfen für Tropfen der Mischung zugemischt,
bis ein metallisch aussehender Schlamm erhalten wurde (z. B. bei
Zugabe von etwa 5,00 g Wasser). Der erhaltene Iod/Kaliumiodid-Schlamm
war dann bereit zur Verwendung im nachfolgenden Beispiel 2.
-
Beispiel 2
-
Vorimprägnierung
von Harz mit Iod bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck
-
Der
wie oben beschrieben erhaltene wässrige
Iod-Schlamm wurde in einen 500,00 ml fassenden Erlenmyer-Kolben
gegeben und wurde langsam auf 40° C
erhitzt und für
ein paar Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Sobald die Temperatur
des Schlamms 40° C
erreichte, wurde das gewaschene Harz, das wie oben beschrieben erhalten
worden war, langsam dem Iod-Schlamm in 10,00 g-Mengen alle 8 min
zugemischt, bis das gesamte gewaschene Harz in dem Erlenmyer-Kolben
war. Der 500 ml fassende Erlenmyer-Kolben, der die erhaltene Ausgangsmischung
enthielt (die die I2/Kl-Mischung und das
gewaschene Harz umfasste, etwa 100 g jedes der Ausgangsmaterialien),
wurde dann mit einem Kork-Stopfen verschlossen und wurde dann in ein
Schüttelwasserbad
gestellt (Yamato BT: –25),
und zwar für
eine Zeit von 16 h. Die Temperatur des Wassers in dem Schüttelbad
wurde bei etwa 20° C
während
dieser Zeitspanne gehalten. Am Ende der Zeitspanne wurde der Erlenmyer-Kolben
aus dem Schüttelbad
herausgenommen; an diesem Punkt enthielt der entfernte Kolben eine
Vor-Imprägnierungsmischung,
die imprägniertes
Harz und zurückgebliebenes
I2/Kl umfasste. Der Erlenmyer-Kolben wurde
größenmäßig so gewählt, dass
am Ende dieses (anfänglichen)
Imprägnierungs-Schrittes
der Kolben nur zu 50 % mit dem Prozess-Harz gefüllt war, d. h. es gab ein Leer-Volumen
oberhalb der Imprägnierungs-Mischung.
-
Anmerkung:
Wenn das Verarbeiten des behandelten Harzes an diesem Punkt gestoppt
wird und das erhaltene Harz in geeigneter Weise gewaschen wird,
wird ein Harz in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik erhalten, d. h. in Übereinstimmung mit dem US-Patent
Nr. 3,923,665.
-
Beispiel 3
-
Behandlung
bei erhöhtem
Druck und erhöhter
Temperatur
-
Der
Korken des Erlenmyer-Kolbens von Beispiel 2, der von dem Schüttelbad
entfernt wurde und die erhaltene Imprägnierungsmischung einschloss,
die das imprägnierte
Harz und zurückbleibendes
I2/Kl enthielt, wurde gegen einen Korken
ausgewechselt, der eine durch diesen hindurch reichende Perforation
mit kleinem Durchmesser hatte (d. h. einem Durchmesser von etwa
3 mm). Mit dem perforierten Korken an Ort und Stelle, wurde der
Erlenmyer-Kolben innerhalb eines (Dampfdruck-)Autoklaven angeordnet,
und zwar zusammen mit einer geeigneten Menge Wasser. Der Autoklav
wurde über
dem Kolben Druck-verschlossen, und der Autoklav wurde erhitzt. Das
Heizen dauerte an, bis eine Innentemperatur von 115° C und ein
Innendruck von 5 psig erreicht waren. Sobald diese Parameter erreicht
waren, wurden sie für
15 min Verfahrenszeit aufrechterhalten. Danach ließ man den
Autoklaven langsam innerhalb einer Zeit von 50 min Abkühlzeit abkühlen (bis
der Innendruck gleich dem Umgebungsdruck war), bevor man den Erlenmyer-Kolben, der ein (Roh-)Produkt
Harz als auf Bedarf desinfizierendes Mittel in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung enthielt, entfernte.
-
Beispiel 4
-
Waschen des
Roh-Produkt Harzes
-
Das
(Roh-)Desinfektionsmittel von Beispiel 3 wurde von dem Autoklaven-Erlenmyer-Kolben
entfernt und in einen anderen, 2.000 ml umfassenden Erlenmyer-Kolben
gegeben. 1.400 ml R/O-Wasser von 20° C wurden mit dem Harz in dem
Kolben gemischt, und die Aufschlämmung
wurde manuell 3 min lang geschüttelt. Das
Wasch-Wasser wurde danach von dem Kolben durch Abdekantieren entfernt.
Dieser Wasch-Schritt wurde sieben weitere Male wiederholt. Der gesamte
Wasch-Zyklus wird
zweimal wiederholt (d. h. acht Waschungen mit Wasser pro Zyklus),
jedoch wurde Wasser einer Temperatur von 45° C für den nächsten Wasch-Zyklus verwendet,
und dann wurde mit Wasser einer Temperatur von 20° C für den letzten
Wasch-Zyklus gewaschen. Das gewaschene Iod-Harz ist dann gebrauchsfertig.
-
Beispiel 5
-
Herstellung von Harz I-A' zur Verwendung im
Rahmen der vorliegenden Erfindung
-
Ein
iodiertes Harz (Harz I-A')
wurde hergestellt, indem man den Verfahrensschritten der Beispiele
1 bis 4 folgte, mit der Ausnahme, dass als Harz Amberlite IR-400
(OH-) verwendet wurde und für den Verfahrensschritt
von Beispiel 3 die Bedingungen des erhöhten Drucks und der erhöhten Temperatur
auf 121° C
bzw. 15 psig festgesetzt wurden. Harz I-A' wurde in den folgenden Beispielen verwendet.
-
Beispiel 6
-
Vergleich
Iod-Gehalt in der Luft
-
Zwei
Patronen, wie sie in den 1 und 2 veranschaulicht
sind, wurden hergestellt. Jede Patrone enthielt 50,0 g trockenes
(kornförmiges)
Harz (d. h. kein Aktivkohle-Bett). Eine Patrone enthielt das Harz
I-A', und die andere
enthielt das Harz I-D.
-
Harz
I-D ist ein iodiertes Harz, das hergestellt wurde durch die Firma
Water Technology Corporation in Minneapolis, und das verkauft wird
unter der Marke Pentapure.
-
Die
Patronen wurden jeweils in einem System angeordnet, wie es in 3 veranschaulicht
ist, das jedoch keinen Atomizer enthielt, wie er allgemein durch
die Bezugsziffer 7 bezeichnet ist. Das System schloss ein
Gehäuse 8 zum
Definieren eines Luftweges ein und hatte einen Luft-Einlass 9.
Die Harz-Patrone wurde am Auslass des Luftweges angeordnet. Die
Luft, die die Patrone 1 verließ wurde durch geeignete Leitungssysteme
in eine Sammelstation 10 gerichtet. Das System schloss
eine Vakuum-Pumpe 11 ein (nicht jedoch das Luft-Sterilisationssystem 12),
um Luft von dem Einlass 9 durch das System zu ziehen.
-
Im
Betrieb war eine Patrone 1 entfernbar in einer Position
angeordnet (z. B. durch einen Snap-Fit-Anschluss usw.), und die
Vakuumpumpe wurde aktiviert, so dass sie Außenluft (bezeichnet mit dem
Pfeil 13) in das Gehäuse 8 zog.
Die Luft strich durch die Patrone 1, wie dies durch die
Pfeile 14 gezeigt ist. Die die Patrone 1 verlassende
Luft wurde dann in die Sammelstation 10 gerichtet. Die
Luft, die in die Sammelstation 10 eintrat, traf auf eine
Iod-Sammel-Lösung 15 (umfassend
Wasser, das einer doppelten Umkehr-Osmose unterzogen worden war,
d. h. R/O-Wasser)
in der Sammelstation 10 auf. Luft, die die Sammelstation 10 verließ, strömte danach
durch die Pumpe 11 und wurde an die Außenluft abgegeben.
-
Unter
Verwendung des oben beschriebenen Systems wurde jede Patrone mit
einer durch sie strömenden
Luft-Geschwindigkeit von 0,7 l pro Minute für eine Zeitdauer von 50 min
beaufschlagt. Die Sammelstation 10 schloss 50 ml gereinigtes
R/O-Wasser ein (das
Wasser wurde dann standardmäßig angewendeten
optischen Färbeverfahren
unterzogen, d. h. der Leuko-Kristallviolett-Iodometrie-Spektrophotometer-Technik,
um den Gesamt-Iod-Gehalt zu bestimmen).
-
Die
Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 6a gezeigt: Tabelle
6a
-
Die
Ergebnisse der Tests, wie sie in Tabelle 6a gezeigt sind, bedeuten,
dass jedes Gramm beider Harz-Typen eine bestimmte Menge an Iod der
Ausstrom-Luft zuführt,
nämlich
wie sie in Tabelle 6b angegeben ist. Tabelle
6b
-
So
würde beispielsweise
dann, wenn eine Gasmasken-Patrone, wie sie oben diskutiert wurde,
50 g iodiertes Harz enthielt, das Harz die Menge an Iod emittieren,
die in der nachfolgenden Tabelle 6c genannt ist. Tabelle
6c
-
Das „Komitee
der amerikanischen Konferenz von durch die Verwaltung bestellten
Industrie-Hygienikern" gibt
den „Schwellengrenzwert" („threshold
limit value" oder
T.L.V.) für übliche Chemikalien
heraus. Der T.L.V. für
Iod beträgt
1,0 mg/m3 für die Luft-Analyse beim menschlichen
Atmen während
einer Zeitdauer von 8 h.
-
So
setzt zwar das Harz I-D 50 % mehr Iod frei als der maximale T.L.V.,
wie er oben angegeben wurde, doch setzt das Harz I-A', ein bevorzugtes
Harz zur Verwendung (im Rahmen der vorliegenden Erfindung) Iod in
einer Konzentration frei, die deutlich unterhalb des T.L.V. liegt.
Das Harz I-A' könnte daher
ohne eine Iod-Abfangeinrichtung
verwendet werden. Dies würde
beispielsweise die Konstruktion einer Gasmasken-Patrone vereinfachen.
Das bekannte Harz I-D könnte
andererseits auch verwendet werden, würde jedoch eine Art von Iod-Abfangeinrichtung
(z. B. Aktivkohle) erfordern, um den notwendigen Iod-T.V.L-Wert
zu erhalten.
-
Beispiel 7
-
Das
Harz I-A' wurde
an verschiedenen Mikroorganismen unter verschiedenen Bedingungen
für die Luft-Sterilisation
getestet.
-
Beispiel 7.1
-
Untersuchung
einer Sterilisation unter direktem Kontakt
-
Harz
I-A' wurde hinsichtlich
seiner Biozid-Kapazität
bei direktem Kontakt mit Klebsiella Terrigena im Verhältnis zu
einer Zeit-Referenz und einer Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts
bewertet, nämlich
Schwankungen des Wassergehalts von 110 %, 50 % und 0 % (relativ
zum Gewicht von trockenem Harz) und Schwankungen der Zeit von 2,
5, 10 und 15 s.
-
Nach
Herstellung der drei Harze mit ihren jeweiligen Werten des Feuchtigkeitsgehalts
wurden 25 Glasstäbe
sterilisiert. Ein Reagenzglas, das 25 ml des Inokkulums enthielt
(Klebsiella Terrigena: 109 × ml) wurde ebenfalls
zubereitet.
-
Das
Testen lief in Bezug auf das trockene Harz wie folgt ab: Ein Glasstab
wurde in das Inokkulum eingetaucht und dann für 2 s in das trockene Harz
eingetaucht. Der Glasstab wurde dann in 100 ml Phosphat-Puffer gewaschen,
um die Mikroorganismen auszuwaschen. Im Anschluss an das Standard-Verfahren
zur Bewertung von Wasser wurde die geworinene Probe dann auf eine
Platte aufgetragen und inkubiert. Diese Verfahrensweise wurde dann
für die
Zeit von 5, 10 und 15 s wiederholt.
-
Die
Verfahrensweise wurde auch für
die beiden anderen Chargen des Harzes I-A' mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt
wiederholt. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 7a gezeigt. Tabelle
7a
-
Wie
aus Tabelle 7a ersichtlich ist, zerstört das Harz I-A' unabhängig davon,
ob es nass, feucht oder trocken ist, große Mengen resistenter Bakterien
bei direktem Kontakt, und diese Zerstörung erfolgt auf der Basis
eines relativ schnellen Zeitablaufs, wie oben demonstriert wurde.
-
Beispiel 7.2
-
Untersuchung
zur Abtötung
von Klebsiella Terrigena: Luftstrom Die Untersuchung wurde durchgeführt zur
Bewertung der bioziden Wirksamkeit von trockenem Harz I-A' gegenüber Klebsiella
Terrigena.
-
Das
verwendete System war das System, das in 3 veranschaulicht
ist. Das System schloss einen Atomizer 7 (bekannter Konstruktion)
ein, der in einem Gehäuse 8 angeordnet
war, das mit einer Luft-Öffnung 9 versehen
war. Das System hatte eine Vakuumpumpe 11 zum Verdrängen von
Luft durch das System. Das System schloss einen Luft-Sterilisator 12 ein,
der ein hohles Gehäuse
mit einer Höhe
von 10 in auf etwa 2,5 in Innendurchmesser umfasste und mit etwa
1,5 kg des Harzes I-A' gefüllt war.
Der Sterilisator hatte einen Lufteinlass und einen Luftauslass.
Der Luftweg durch die Patrone 1 ist bezeichnet mit den
Pfeilen 14. Der Atomizer 7 enthielt ein Inokkulum 16 (Klebsiella
Terrigena: 107 × 100 ml). Für den Test
wurde die Geschwindigkeit des Luftstroms bei Pfeil 13 auf
30 l pro Minute festgesetzt, und der Luft-Zustrom bei Pfeil 17 für den Atomizer
wurde auf 8 l pro Minute festgesetzt. Der Atomizer 7 injizierte
einen Nebel oder ein Spray 18 von Inokkulum in die Luft in
den Luftstrom, und die inokulierte Luft strich dann durch die Patrone 1,
die durch die Pfeile 14 gezeigt ist.
-
Eine
Patrone 1, wie sie in 1 und 2 veranschaulicht
ist, wurde unter Verwendung von trockenem Harz I-A' vorbereitet (65,0
g; dies ergab eine Bett-Tiefe von 1,15 cm). Die Patrone 1 wurde
einem Einspritzen einer Gesamtmenge von 10 ml Inokkulum über eine
Zeitdauer von 15 min unterzogen. Das Abziehen von Proben erfolgte
zum Zeitpunkt 0 min, 7,5 min und 15 min. Die Proben wurden in einer
Standard-Auftreff-Einrichtung (10) gesammelt, wie dies
in 5 gezeigt ist. Nach dem Durchlaufenlassen
von 100 ml Wasser aus der Auftreff-Einrichtung auf ein mikrobiologisches
Papierfilter und Inkubieren zeigten die Ergebnisse eine vollständige Abtötung von
Klebsiella Terrigena.
-
Beispiel 7.3
-
Abtötung von Bacillus Pumilus:
Luft-Kontakt
-
Eine
Untersuchung wurde durchgeführt
unter Verwendung des in 4 gezeigten Systems. In dem Maße, in dem
die Elemente des Systems dieselben sind wie diejenigen, die in dem
in 3 veranschaulichten System verwendet werden, werden
dieselben Bezugszeichen zum Identifizieren derselben Teile verwendet. Der
Hauptunterschied zwischen dem System von 5 und
dem von 4 ist, dass das System von 4 Gebrauch
von einem mikrobiologischen Filterpapier 19 zum Sammeln
der Mikroorganismen macht, die die Patrone 1 verlassen.
Das Papierfilter wird auf jede beliebige (bekannte) geeignete Art
und Weise an Ort und Stelle gehalten.
-
Ein
Inokkulum 20 des thermophilen Bakteriums Bacillus Pumilus
wurde hergestellt und in einer Konzentration von 103/l
einströmender
Luft injiziert. Die Patronen-Maske,
die 65,00 g Harz I-A' enthielt,
wurde in derselben Weise wie im vorangehenden Beispiel hergestellt.
Der Test lief für
30 min.
-
Der
gesamte Ausstrom (Geschwindigkeit bei Pfeil 13 ist 30 l
pro Minute) wurde auf dem mikrobiologischen Filterpapier 19 (von
der Firma Millepore) gesammelt, und dieses wurde dann in einen T.S.A.
(Trypticase-Soja-Agar) gelegt und inkubiert. Die Ergebnisse zeigten
die völlige
Abtötung
von Bacillus Pumilus.
-
Beispiel 7.4
-
Sterilisation
gegenüber
Bacillus Subtilis im Luftstrom
-
Dieser
Test wurde durchgeführt
mit Bacillus Subtilis in einer Mischung von 40 % aktiver Bakterien/60 %
Sporen. Das System, das in 4 gezeigt
ist, wurde verwendet, wobei die Patrone 50 g Harz I-A' umfasste (was eine
Bett-Tiefe von 0,85 cm ergab). Die gesteuerte Konzentration von
behandelter Luft betrug 55 bakteriologische Einheiten pro Liter.
Die Luftgeschwindigkeit betrug 23 l pro Minute für die Zeit von 80 min.
-
Sobald
die 80 min abgelaufen waren, wurde das Millipore-Filterpapier aufgenommen,
auf T.S.A. gelegt (nach Neutralisation von potentiell vorhandenem
Iod mit Natriumthiosulfat 5 %) und 48 h bei 37° C inkubiert. Die Ergebnisse
zeigen eine vollständige
Abtötung
der Mikroorganismen.
-
Beispiel 7.5
-
Bacillus Subtilis: Harz
I-A' gegenüber Glaskugeln
im Luftstrom
-
Um
den Retentionsfaktor von Mikroorganismen auf inerten Materialien
zu bewerten, wurde dieser Test durchgeführt. Auch zur Bewertung des
Migrationsfaktors des biologischen Vektors wurde die folgende Inkubation
durchgeführt.
-
Zwei
Gas-Patronen wurden in Übereinstimmung
mit den 1 und 2 gebaut,
nämlich
- a) Patrone mit Harz I-A': stromaufwärts: 10 Mikron Polypropylen-Gitternetz
(Filter);
50,00 g Harz I-A',
was eine Berr-Tiefe von 0,85 cm ergab;
stromabwärts: 10
Mikron Polypropylen-Gitternetz (Filter).
- b) Patrone mit Glaskugeln: stromaufwärts: 10 Mikron Polypropylen-Gitternetz
(Filter);
50,0 g sterile Glaskugeln (von der Firma Fisher Scientific,
mit derselben Größe wie die
Kugeln des Harzes I-A'), was eine Bett-Tiefe
von 0,85 cm ergab; und
stromabwärts: 10 Mikron Polypropylen-Gitternetz
(Filter).
-
Das
System, wie es in 4 gezeigt ist, wurde für die Tests
verwendet.
-
Die
beiden Patronen wurden, nachdem sie erst einmal in ihre jeweilige
Testkammer eingesetzt worden waren, gleichzeitig einem Luftstrom
einer Geschwindigkeit von 23 l pro Minute für 40 min mit einer mikrobiologischen
Belastung von 40 Bakterien pro Liter im einströmenden Luftstrom ausgesetzt.
-
Sobald
die Testdauer beendet war, wurden die beiden Patronen unter sterilen
Bedingungen auseinander geschnitten, und das mikrobiologische Filterpapier
wurde freigelegt. Alle Materialien, aus denen die Masken bestanden,
wurden einzeln – wie
auch die Filterpapiere – in
T.S.A. für
48 h bei 37° C
inkubiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7b gezeigt. Tabelle
7b
- *tnc = zu viele Mikroorganismen, um sie
zählen
zu können.
-
Wie
aus Tabelle 7b ersichtlich ist, tötete das Harz I-A' alle Bakterien ab,
und keine lebenden Mikroorganismen können in dem Harz-Bett leben.
-
Andererseits
haben die Glaskugeln eine mechanische Filterkapazität in Bezug
auf den biologischen Vektor, jedoch erfolgt eine Migration schnell,
so dass „tnc"-Ergebnisse erhalten wurden (zu viele
Mikroorganismen, um sie zählen
zu können),
und zwar auf dem stromaufwärts
angeordneten Gitternetz und auf den Kugeln selbst. Die Migration
verläuft
weiter durch das Filter, bis sie das mikrobiologische Filterpapier
in großer
Zahl erreicht. Auch wird das für
die Glaskugeln vorgesehene Filter stark kontaminiert, was ein Entsorgungsproblem hervorruft.
-
Beispiel 7.6
-
Bacillus Subtilis: Vergleich
der Harz-Bett-Tiefe
-
Dieser
Test wurde durchgeführt,
um die biozide Wirksamkeit des Harzes I-A' in Bezug auf die mikrobiologische Abtötung von
Bacillus Subtilis festzustellen. Das System von 6 wurde
verwendet.
-
Die
Patronen, wie sie in 1 und 2 veranschaulicht
sind und die jeweils 30,00 g (dies ergab eine Bett-Tiefe von 0,5
cm) und 50,00 g (dies ergab eine Bett-Tiefe von 0,85 cm) des Harzes
I-A' enthielten,
wurden einem Luft-Durchpumpen über
60 min bei einer Geschwindigkeit von 27 l pro Minute unterworfen.
Eine Gesamtmenge von 23 ml Inokkulum mit einer Konzentration von
107 pro ml wurde in das System injiziert.
Eine positive Kontrolle ergab eine Konzentration von 275 cfu/l Luft
auf der mikrobiologischen Probezufuhrseite.
-
Die
Ergebnisse zeigen eine vollständige
Abtötung
bei beiden Patronen.
-
Beispiel 7.7
-
Bacillus Subtilis: Langlebigkeitsuntersuchung
im Luftstrom
-
Eine
Patrone gemäß 1 und 2,
die 30,00 g (Bett-Tiefe: 0,5 cm) des Harzes I-A' enthielt, wurde einem Luftstrom mit
einer Geschwindigkeit von 25 l/min ausgesetzt, der eine Konzentration
an Bacillus Subtilis von 112 cpu/l enthielt (positive Kontrolle
zur Korrelation), und zwar für
eine Zeitdauer von 3 h.
-
Der
Test wurde durchgeführt
unter Anwendung der Verfahrensweise mit einer Auftreff-Einheit (gemäß 3),
und zwar mit 300 ml sterilen Wassers. Sobald die Zeit von 3 h abgelaufen
war, wurde das Wasser aus der Auftreff Einheit auf einer mikrobiologischen
Membran filtriert, und zwar unter Bezugnahme auf ein Standard-Verfahren zur Analyse
von Wasser und Abwasser, 17. Ausgabe, Seiten 9–97 bis 9–99. Das Wachstums-Medium war
Trypticase-Soja-Agar. Die Ergebnisse nach der Inkubation für die Zeit
von 48 h bei 37,5° C waren
eine totale Abtötung.
-
Beispiel 8
-
Untersuchungen
der Fixierung von Iod bei unterschiedlichen Iod-Konzentrationen
-
Harz
I-A', Harz I-B', Harz I-B'' und Harz I-A'' wurden
wie folgt hergestellt:
Harz I-A' wurde wie in Beispiel 5 beschrieben
hergestellt.
Harz I-B' wurde
hergestellt, indem man den Verfahrensweisen der Beispiele 1 und
2 folgte, mit der Ausnahme, dass als Harz Amberlite IR-400 (OH-) (von der Firma Rohm & Hass) verwendet wurde.
Harz
I-B'' wurde hergestellt,
indem man den Verfahrensweisen der Beispiele 1 und 2 folgte (unter
Verwendung von Amberlite 401-S), mit der Ausnahme, dass die Menge
der I2/Kl-Mischung so eingestellt wurde,
dass ein Harz bereitgestellt wurde, das etwa 30 % Iod am Ende der
Verfahrensweise in Beispiel 2 umfasste. Die Mischung, die am Ende
der Verfahrensweise von Beispiel 2 erhalten wurde, wurde in zwei
gleiche Teile geteilt, und ein Teil wurde einem Schritt des Waschens
unterzogen und so ein iodiertes Harz bereitgestellt, das am Ende
der Verfahrensweise von Beispiel 2 erhalten wurde; und
Harz
I-A'' wurde hergestellt,
indem man die restliche Hälfte
der Zwischenmischung heranzog, die bei der Herstellung des Harzes
I-B'' (wie es oben erwähnt wurde)
erhalten wurde und die Mischung der Verfahrensweise von Beispiel
3 unterzog, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen des erhöhten Drucks
bzw. der erhöhten Temperatur
festgesetzt wurden auf 121° C
bzw. 15 psig.
-
Der
Iod-Gehalt der oben angegebenen iodierten Harze wurde bestimmt in Übereinstimmung
mit der Verfahrensweise, die nachfolgend erläutert ist. Die Harze wurden
auch einem Iod-Auslauf-Test unterzogen, wie dies nachfolgend erläutert ist.
-
Iod-Gehalt:
-
1,0
g jedes der verschiedenen Harze wurde in 20 ml Wasser mit einer
Konzentration von 5 Gew.-% Natriumthiosulfat gekocht. Das Kochen
beim Siedepunkt wurde für
20 min durchgeführt,
wonach die Wasser-Mischung zur Seite gestellt wurde, um sie an der
Luft 12 h lang abkühlen
zu lassen. Das Harz wurde dann gewonnen und mit 50 ml einer siedenden
Wasserlösung
von Natriumthiosulfat gewaschen. Danach wurde das Harz in einem
Ofen 12 h lang bei 105° C
getrocknet. Das von Iod desorbierte Harz wurde in jedem Fall gewogen,
und die Gewichtsdifferenz wurde verwendet, um den Gew.-%-Anteil
des anfänglichen
Harzes zu berechnen, der durch das entfernte aktive Iod wiedergegeben
wird.
-
Iod-Auslauf-Test
-
Der
Test wurde wie folgt durchgeführt:
Eine Druckspritze wurde mit 20 g Harz befüllt (Innenkammer: 3 cm × 13 cm).
Unter Verwendung einer Peristaltik-Pumpe wurden 750 ml/min R/O-Wasser
(sterilisiert) durch die Spritze gepumpt. Das Harz wurde in der
Spritze durch geeignete Gitternetz-Einrichtungen gehalten. Die Gesamtmenge
Wasser, die durch das Harz hindurch geführt wurde, betrug 5 l.
-
Die
Ergebnisse der Tests sind in der in 1 gezeigten
Graphik angegeben, d. h. die in ppm angegebene Iod-Menge im Auslauf
gegen die Gesamt-Volumenmenge Wasser, die durch das Harz geführt worden war.
Die Ergebnisse des Auslauf-Tests,
die in der Graphik gezeigt sind, zeigen die Menge an Iod (I2) und Iodid (I-)
im Auslauf des behandelten Wassers nach Durchlaufen durch jedes
der Harze im Vergleich.
-
Die
Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 8 gezeigt. Tabelle
8
-
Wie
aus Tabelle 8 ersichtlich ist, führt
das Behandeln des Harzes bei hohem Druck und hoher Temperatur dazu,
dass das Iod besser an dem Harz fixiert ist, und zwar bei verschiedenen
Iod-Konzentrationen.
-
Beispiel 9
-
Untersuchung der Luft
mit dem Harz I-B''
-
Man
folgte der Verfahrensweise von Beispiel 7.6 und verwendete 30 g
des Harzes I-B'' und Bacillus Subtilis
bei einer Konzentration von 275.000 cfu pro Kubikmeter. Es wurde
gefunden, dass das Harz I-B'' nur 7 bis 10 % der
Mikroorganismen abtötete.
Die Ergebnisse des Tests zeigen, dass das Harz I-B'' nicht so wirksam beim Abtöten von
Mikroorganismen aus der Luft ist, wie das Harz I-A'. Es wäre nötig, deutlich
mehr Harz I-B'' zu haben, um Luft
vollständig
zu sterilisieren, verglichen mit dem Harz I-A'.