Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterelement zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere aus Luft und/oder Wasser, mit einem Filtermedium, welche an ihrer Filtermediumoberfläche ein Adsorptionsmittel, insbesondere Chemisorptionsmittel aufweist, und eine Filteranlage zur Filterung von Luft und/oder Wasser. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, sowie die Verwendung einer Materialzusammensetzung zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid.

Stand der Technik

Viele Filterhersteller setzen klassische Entkeimungsverfahren, wie zum Beispiel UV-Licht oder Erhitzung ein, um Viruspartikel auf den Faseroberflächen zu inaktivieren. Es ist jedoch faktisch so, dass Viruspartikel hierbei nicht zu 100% auf der Faseroberfläche erfasst werden können. Die eingesetzten Filtertextilen mit ihrer komplexen drei-dimensionalen Faserstruktur müssen längere Zeit komplett UV-B bestrahlt bzw. durcherhitzt werden um sicherzustellen, dass alle Viruspartikel die sich in den Faserporen befinden denaturiert sind. Dies kann in der Praxis kaum gewährleistet werden. Hierbei kommt es zu Abschattungseffekten und das UV-B Licht wird von den Faserpolymeren selbst absorbiert.

Viruspartikel sind in Bezug auf Ihre Größe von 80-300 nm in Relation zu Fasern im 1000-5000 nm Bereich besonders schwer abzuscheiden. In der Filtrationstechnik erfolgt die Abscheidung eines Partikels hauptsächlich durch die Barriere-Wirkung von Textilfasern. Aufgrund dieser reinen Physisorption können Partikel zum Beispiel Viren wieder zurück in den Luftstrom gelangen. Filtergewebe für die Filtration von Viren adsorbieren die Viruspartikel nur physikalisch auf den Faseroberflächen. Da zumeist inerte Faserwerkstoffe wie Cellulose-Fasern oder synthetische Fasern auf Basis von Polyester oder Polyolefinen Verwendung finden, bleiben die Viren bzw. Viren-Aerosole sowie Bakterien auf der Faseroberflächen infektiös.

Dies führt zum einen dazu, dass es beim Wechsel der Filtermatten zu Kontaminationen bzw. Infektionen kommen kann. Besonders im Hinblick darauf, dass die Viren auf den Faseroberflächen angereichert wurden, können durch die erhöhte Viruslast Infektionen mit stärkerem Krankheitsverlauf ausgelöst werden. Zum anderen kann sich ein Biofilm bilden, wodurch es zu einem Durchbruch von Mikroorganismen in die filtrierte Luft kommen kann.

Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass Viren besonders an Aluminiumhydroxiden adsorbieren. So wird Aluminiumhydroxid auch als sog. Adjuvans für Impfstoffe (Vakzine) eingesetzt. Die Verwendung von Aluminiumhydroxid als Adjuvans in Produkten zur spezifischen Immuntherapie (SIT) ist seit vielen Jahrzehnten etabliert. Die Allergene (Antigene) sind dabei an schwerlösliches Aluminiumhydroxid adsorbiert. Dabei verstärken die Adjuvanzien die immunologische Wirkung dieser Allergene und wirken als Depot. Somit trägt der Einsatz von Adjuvanzien zum therapeutischen Erfolg und der Verträglichkeit dieser Arzneimittel wesentlich bei. In der EP 0 679 405 Al wird ein Verfahren zur Abtrennung von Viren aus Proteinlösungen offenbart, bei dem Aluminiumhydroxid als Absorbanz für Viren verwendet wird. Das Aluminiumhydroxid wird hierbei zur vollständigen Abtrennung von Viren aus Proteinlösungen beschrieben.

Neben Aluminiumhydroxide als Adsorbens für Viren wird auch dem Chitosan als Biopolymer eine Virusadsorbierende und antivirale Wirkung zugeschrieben.

Hierzu beschreibt die EP 2 849 763 Bl die Verwendung von Chitopolymeren, insbesondere Chitosan bei der Behandlung und Vorbeugung von Corona-Virus-Erkrankungen.

Des Weiteren offenbart die DE 3620168 Al einen Chemisorptionsfilter zur Behandlung von Atemluft für allergieerkrankte Menschen

Beschreibung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Filterelement zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere aus Luft und/oder Wasser, mit einem Filtermedium, welches an seiner Filtermediumoberfläche ein Adsorptionsmittel, insbesondere Chemisorptionsmittel aufweist, vorgestellt, wobei das Adsorptionsmittel zur viruziden und/oder bakteriziden Wirkung

- Aluminiumhydroxid, insbesondere Aluminiumtrihydrat, und/oder Chitosan; und

- zumindest ein Tensid aufweist.

Ferner wird eine Filteranlage zur Filterung von Luft und/oder Wasser mit einem zuvor beschriebenen Filterelement vorgestellt.

Außerdem wird eine Atemschutzmaske bzw. Mundschutzmaske, mit einem zuvor beschriebenen Filterelement vorgestellt.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere Luft und/oder Wasser, insbesondere eines zuvor beschriebenen Filterelements, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen einer Adsorptionsmittelsuspension, insbesondere Chemisorptionsmittelsuspension, aufweisend o Aluminiumhydroxid, insbesondere Aluminiumtrihydrat, und/oder Chitosan; und o zumindest ein Tensid; und

- Aufbringen der Adsorptionsmittelsuspension auf ein Filtermedium, um das Filterelement zu erhalten.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Materialzusammensetzung aufweisend - Aluminiumhydroxid, insbesondere Aluminiumtrihydrat, und/oder Chitosan; und

- zumindest ein Tensid, insbesondere in einer Beschichtung und/oder Imprägnierung eines Filtermediums, zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere aus Luft und/oder Wasser.

Bei dem Fluid handelt es sich bevorzugt um Luft und/oder Wasser. Demnach ist das Filterelement bevorzugt als Luftfilter und/oder Wasserfilter ausgebildet. Hierbei ist das Filterelement bevorzugt für den Einsatz bzw. Einbau in Luftreinigungsanlagen bzw. Luftfilteranlagen und/oder Wasserfilteranlagen ausgebildet bzw. eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich kann das Filterelement als Atemfilter ausgebildet sein. Hierbei kann das Filterelement bevorzugt für den Einsatz in Atemschutzmasken bzw. Mundschutzmasken ausgebildet bzw. eingerichtet sein.

Das Filtermedium ist fest bzw. als Feststoff ausgebildet. Das Filtermedium weist bevorzugt ein Filtergewebe und/oder ein Filtervlies und/oder eine Filtermatte auf oder besteht aus einem Filtergewebe und/oder einem Filtervlies und/oder einer Filtermatte. Hierbei kann das Filtermedium bspw. Cellulose aufweisen oder daraus bestehen. Das Filtermedium kann als Filterschicht, bspw. als Filtergewebeschicht und/oder Filtervliesschicht und/oder Filtermatte ausgebildetsein.

Das Filtermedium ist verständlicherweise physikalisch und/oder chemisch verbindbar mit dem Absorptionsmittel ausgebildet. D.h., mit anderen Worten, dass das Filtermedium ausgebildet ist, eine physikalische und/oder chemische Verbindung mit dem Adsorptionsmittel auszubilden bzw. einzugehen. Demnach kann das Filtermedium bspw. lackierbar und/oder mit einem Bindemittel verbindbar ausgebildet sein. Hierfür kann das Filtermedium auch entsprechend vorbehandelt werden, bspw. durch eine Behandlung mittels Ozon, Plasma usw. Das Filtermedium ist bevorzugt mit dem Adsorptionsmittel beschichtet und/oder imprägniert. D.h., mit anderen Worten, dass das Filterelement bevorzugt eine Adsorptionsschicht bzw. einen Adsorptionsfilm mit dem Adsorptionsmittel aufweist, welche(r) an/auf der Filtermediumoberfläche des Filtermediums angeordnet ist.

Das Adsorptionsmittel ist viruzid und/oder bakterizid ausgebildet bzw. weist eine viruzide und/oder bakterizide Wirkung auf. D.h., mit anderen Worten, dass das Adsorptionsmittel bevorzugt ausgebildet ist, Viren und/oder Bakterien durch Chemisorption zu binden und zu inaktivieren bzw. „abzutöten". Das Adsorptionsmittel ist bevorzugt ein Chemisorptionsmittel und analog ist die Adsorptionsmittelsuspension bevorzugt eine Chemisorptionsmittelsuspension.

Das Adsorptionsmittel weist Aluminiumhydroxid und/oder Chitosan auf. Das Aluminiumhydroxid ist bevorzugt Aluminiumtrihydrat. Die Partikelgröße des Aluminiumtrihydrats liegt bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 5 pm bis kleiner oder gleich 35 pm, bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 5 pm bis kleiner oder gleich 15 pm. Der Anteil des Aluminiumhydroxids in dem Adsorptionsmittel liegt bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 39,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 59,5 Gew.-%. Der Anteil des Chitosans in dem Adsorptionsmittel liegt bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 10 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%.

Das Adsorptionsmittel weist ferner zumindest ein Tensid auf. Das Tensid ist hierbei bevorzugt ein stark fettlösendes Tensid. Der Anteil des zumindest einen Tensids in dem Adsorptionsmittel liegt bevorzugt in einem Bereich von im Wesentlichen größer oder gleich 0,01 Vol.-% bis kleiner oder gleich 0,5 Vol.-%. Das zumindest eine Tensid kann zumindest ein nichtionisches Tensid, insbesondere ein Fettsäure-Ethoxylat aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Tensid zumindest ein ionisches Tensid, insbesondere auf Basis von Alkansulfonaten aufweisen oder daraus bestehen. Somit kann das Tensid auch Mischungen aus Tensiden aufweisen oder daraus bestehen.

Bevorzugt weist das Adsorptionsmittel ferner ein Bindemittel auf, welches insbesondere Polyurethan und/oder eine aminische Komponente aufweist oder daraus besteht.

Die vorliegende Erfindung stellt ein sehr effektives und kostengünstiges Filterelement zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere Luft und/oder Wasser, bereit, wobei die Viren und/oder Bakterien auf einer Filtermediumoberfläche vorteilhafterweise im Moment der Abscheidung (in situ) inaktiviert werden. Dies wird dadurch erzielt, dass das Adsorptionsmittel zur viruziden und/oder bakteriziden Wirkung Aluminiumhydroxid, insbesondere Aluminiumtrihydrat, und/oder Chitosan; und zumindest ein Tensid aufweist. Dieses Adsorptionsmittel ermöglicht eine wirkungsvolle irreversible Chemisorption von Viren und/oder Bakterien auf der Filtermediumoberfläche, wobei nach erfolgter Chemisorption die Membran der Viren und/oder Bakterien zusätzlich mittels des zumindest einen Tensids aufgebrochen bzw. aufgelöst und dadurch die Viren und/oder Bakterien effektiv in situ inaktiviert werden. D.h., mit anderen Worten, dass durch das erfindungsgemäße Filterelement die Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid nicht nur sehr effektiv chemisorbiert, sondern auch nachhaltig „in situ" inaktiviert werden, sodass - im Gegensatz zu nur physisorbierten mikrobiologisch aktiven Partikeln - auch die einleitend beschriebene Gefahr der erhöhten Viruslast gelöst und dadurch ein Schutz vor einer Infektion für Menschen beim Filtertausch bereitgestellt wird. Des Weiteren sind hierfür keine chemisch potenten Desinfektionsmittel auf Chlor- oder Peroxidbasis erforderlich. Aufgrund der für Menschen gesundheitlich unbedenklichen Zusammensetzung, kann das Filterelement vorteilhafterweise auch als Atemfilter, insbesondere in Atemschutzmasken eingesetzt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Filtermediumoberfläche mit dem Adsorptionsmittel und/oder die Adsorptionsschicht bzw. der Adsorptionsfilm hydrophil, insbesondere stark hydrophil ausgebildet ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Filtermediumoberfläche mit dem Adsorptionsmittel und/oder die Adsorptionsschicht bzw. der Adsorptionsfilm derart ausgebildet ist, dass Wasser einen Kontaktwinkel von kleiner oder gleich 25° auf ihr bildet. Hierdurch kann die Interaktion mit einem Virus bzw. einer Virusmembran und/oder einem Bakterium bzw. einer Bakterienmembran und damit die Filterwirksamkeit des Filterelements weiter erhöht werden.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der auf 100 Gew.-% verbleibende Gewichtsanteil des Adsorptionsmittels mit Wasser aufgefüllt ist, insbesondere das Adsorptionsmittel einen Wassergehalt in einem Bereich von größer oder gleich 15 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-% aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Filtermediumoberfläche Wasser, insbesondere einen Feuchtigkeitsgehalt in einem Bereich von größer oder gleich 0,05 g/m ² bis kleiner oder gleich 0,5 g/m ² , aufweisen. Hierdurch kann die Hydrophilie der Filtermediumoberfläche mit dem Adsorptionsmittel und/oder der Adsorptionsschicht bzw. des Adsorptionsfilms bereitgestellt bzw. erhöht werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Adsorptionsmittel als offenporige Adsorptionsschicht und/oder als offenporiger Adsorptionsfilm an der Filtermediumoberfläche ausgebildet ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die offenporige Adsorptionsschicht und/oder der offenporige Adsorptionsfilm eine innere Oberfläche von größer oder gleich 0,6 m ² /g bis kleiner oder gleich 3 m ² /g aufweist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass derart offenporige Adsorptionsschichten bzw. Adsorptionsfilms stark hydrophil sind und eine große reaktive Oberfläche für die Adsorption bzw. Chemisorption bieten sowie einen sehr geringen bzw. minimalen Druckabfall zeigen. Letzteres ist äußerst wichtig für den Einsatz in Filteranlagen bzw. Reinigungsanlagen, da Filtermodifikationen bzw. Filterbeschichtungen, die Funktion des Filters/Filterelements, hauptsächlich in Bezug auf den Druckabfall, nicht wesentlich beeinträchtigen bzw. negative beeinflussen dürfen/sollen.

Vorteilhafterweise weist das Adsorptionsmittel bzw. die Adsorptionsschicht/der Adsorptionsfilm folgende Zusammensetzung auf:

- Aluminiumhydroxid in einem Bereich von größer oder gleich 39,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 59,5 Gew.-%;

- Chitosan in einem Bereich von größer oder gleich 10 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%; zumindest ein Tensid in einem Bereich von größer oder gleich 0,01 Vol.-% bis kleiner oder gleich 0,5 Vol.-%;

- Bindemittel, insbesondere Polyurethanbindemittel in einem Bereich von größer oder gleich 10 Gew.-% bis kleiner oder gleich 30 Gew.-%; und

- Wasser aufgefüllt auf 100 Gew.-% des verbleibenden Gewichtsanteils, insbesondere in einem Bereich von größer oder gleich 15 Gew.-% bis kleiner oder gleich 20 Gew.-%.

Eine offenporige Adsorptionsschicht und/oder ein offenporiger Adsorptionsfilm mit dieser Zusammensetzung und insbesondere einer inneren Oberfläche von größer oder gleich 0,6 m ² /g bis kleiner oder gleich 3 m ² /g stellt ein optimales Verhältnis aus Filterwirksamkeit und tolerierbaren Druckabfall dar.

Vorteilhaft ist ferner, wenn die Filteranlage zur Filterung von Luft und/oder Wasser mit einem zuvor beschriebenen Filterelement eine Sprühvorrichtung aufweist, welche ausgebildet ist, das Filterelement und/oder die zu filternde (angesaugte) Luft zu befeuchten. Durch diese Maßnahme kann zum einen die Hydrophilie und damit die Filterwirksamkeit der Filteranlage, insbesondere während des Betriebs angepasst und/oder aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann zum anderen das versprühte Wasser an den Virus parti kein bzw. Bakterienpartikeln in der zu filternden (angesaugten) Luft kondensieren, wodurch die Abscheidung der Viren bzw. Bakterien am Filterelement verbessert und damit Filterwirksamkeit der Filteranlage weiter verbessert wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der Filteranlage eine Sensoreinheit zur Ermittlung der Feuchte an dem Filterelement und/oder in der zu filternden Luft, und einer Steuereinheit oder Regeleinheit, welche ausgebildet ist, die Sprühvorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Feuchte zu steuern oder zu regeln, vorgesehen sind. Hierdurch kann der Befeuchtungsvorgang des Filterelements und/oder der Luft automatisiert und optimiert durchgeführt werden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Filterelements zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, insbesondere eines zuvor beschriebenen Filterelements, ist es vorteilhaft, wenn im Schritt des Aufbringens das Filtermedium mit der Adsorptionsmittelsuspension mittels einer Sprühvorrichtung besprüht wird, insbesondere mit einem Spritzdruck im Bereich von 0,5 bar. Hierbei kann als Sprühvorrichtung bspw. eine HVLP- Spritzpistole (High Volume Low Pressure) verwendet werden. Durch den geringen Spritzdruck ist der Rückpralleffekt auf der Filtermediumoberfläche sehr gering, sodass die Adsorptionsmittelsuspension tief in die dreidimensionale Struktur des Filtermedium bzw. der Filterschicht eindringen kann, ohne zu verkleben. Hierbei ist es hilfreich, wenn auf der der besprühten Filtermediumoberflächenseite gegenüberliegenden Seite derart saugen, dass der Sprühnebel der Adsorptionsmittelsuspension durch die das Filtermedium hindurch gezogen wird.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn ein Schritt des Erwärmens des Filtermediums, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 100°C, mittels einer Heizvorrichtung vor dem Schritt des Aufbringens der Adsorptionsmittelsuspension durchgeführt wird. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass wenn die wässrige Adsorptionsmittelsuspension auf ein zuvor erwärmtes Filtermedium aufgesprüht wird, die Adsorptionsmittelsuspension - aufgrund der Eigenwärme des Filtermediums und der eigenen hohen Verteilung auf dieser - sehr schnell auf der Filtermediumoberfläche trocknet und eine zuvor beschriebene vorteilhafte offenporige Adsorptionsschicht bzw. ein offenporiger Adsorptionsfilm erzeugt wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Schritt des Befeuchtens des Filterelements mittels einer Sprühvorrichtung nach dem Schritt des Aufbringens der Adsorptionsmittelsuspension durchgeführt wird. Hierbei kann als Sprühvorrichtung bspw. eine HVLP-Spritzpistole (High Volume Low Pressure) verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass die nachträgliche Befeuchtung des Filterelements zu einer Alkalität im Bereich des Aluminiumhydroxids bzw. der Aluminiumtrihydratpartikel führt, wodurch die Adsorptionswirkung der Viruspartikel bzw. Bakterienpartikel weiter verbessert wird.