DE3123872C2

DE3123872C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Abgasen durch Kontaktieren mit einem erhitzten Oxidationskatalysator

Info

Publication number: DE3123872C2
Application number: DE3123872A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Tokio/Tokyo Kurotori; Manabu Yokohama Kanagawa Mochizuki; Susumu Tokio/Tokyo Tatsumi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1986-03-27
Also published as: JPS578557A; US4415533A; JPS6357093B2; DE3123872A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln von Abgasen aus elektrophotographischen Kopiermaschinen, bei denen man die beim Entwickeln eines Elements mit einem Entwickler, beim Übertragen des entwickelten Bildes auf ein Bildempfangsblatt und/oder beim Erhitzen eines Kopiermaterials, das aus dem entwickelten Element oder dem Bildempfangsblatt besteht, erzeugten Abgase mit einem erhitzten Oxidationskatalysator in Kontakt bringt und durch Oxidation geruchsfrei macht.

Description

In der Elektrophotographie unterscheidet man im allgemeinen zwischen dem Naßverfahren und dem Trokkenverfahren. Im erstgenannten Verfahren wird ein permanentes Bild dadurch erhalten, daß nan auf einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial, z. B. einem Selen- oder Zinkoxidmaterial, ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt, das erhaltene Bild mit einem Suspensionsentwickler entwickelt, das- entwickelte Bild gegebenenfalls auf ein Bildempfangsblatt überträgt und hierauf gegebenenfalls das entwickelte oder übertragene Bild mit einer Heizeinrichtung, z. B. einer Heizwalze, erhitzt und trocknet. Im letztgenannten Verfahren wird andererseits ein permanentes Bild dadurch erhalten, daß man ein auf die beschriebene Weise erzeugtes latentes elektrostatisches Bild mit einem Pulverentwickler (Toner) entwickelt, das Bild gegebenenfalls auf ein Bildempfangsblatt überträgt und hierauf mit einer Heizeinrichtung, z. B. einer Heizwalze, thermisch fixiert. Daneben ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem ein latentes, elektrostatisches Bild auf einem elektrostatischen Aufzeichnungsmaterial (dielektrisches Material) anstelle eines elektrophotographischen Materials erzeugt wird. Im folgenden werden sowohl elektrophotographische als auch elektrostatische Aufzeichnungsimaterialien als »zu entwickelnde Materialien oder Elemente« bezeichnet

Beim Naßverfahren tritt ein stark riechende Lösungsmitteldämpfe enthaltendes Abgas aus dem Naßkopierer aus, da der zum Entwickeln verwendete Suspensionsentwickler große Lösungsmittelmengen enthält, die im wesentlichen aus paraffinischen oder isoparaffinischen Kohlenwasserstoffen bestehen. Diese Lösungsmitteldämpfe entstehen hauptsächlich beim Verdampfen des Lösungsmittels, das an dem zu entwickelnden Material haftet, in der Entwicklungsstufe oder des Lösungsmittels, das an dem Bildempfangsblatt haftet, in der Obertragungsstufe. Zusätzlich verdampft aber auch das Lösungsmittel, das an der Entwicklungseinheit oder dergleichen haftet. Diese Verdampfung nimmt noch zu, wenn das zu entwickelnde Material oder das Bildempfangsblatt in der Trocknungsstufe mit einer Heizeinrichtung erhitzt und getrocknet werden.

Gewöhnlich treten die Lösungsmitteldämpfe enthaltenden Abgase ohne besondere Behandlung aus der Kopiermaschine aus. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Arbeitsplatzbelastung ist e:s daher problematisch, wenn kleine Räume beim Betrieb einer Kopiermaschine mit hoher Geschwindigkeit selbst bei Belüftung des Raumes in kurzer Zeit mit hochkonzentrierten Lösungsmittelgasen gefüllt werden, oder wenn die Maschine ohne Belüftung des Raumes betrieben wird. Zur Lösung dieses Problems sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, z. B. (1) die Verwendung einer Umkehr-Quetschwalze zur Verringerung der Lösungsrrittelmenge, die an dem*zu entwickelnden Material haftet, wodurch die Menge der in dem Abgas enthaltenen Lösungsmitteldämpfe verringert wird (siehe z. B. US-PS 39 07 423 und DE-PS 23 61 833), (2!) das Einleiten der Abgase, die in einer Luftleitung gesammelt worden sind, in eine Adsorbensschicht, um die Lösungsmitteldämpfe zu adsorbieren, (3) das Einleiten der Abgase in ein hochsiedendes Lösungsmittel, um ebenfalls die Lösungsmitteldämpfe zu adsorbieren, (4) das Durchleiten der Abgase durch einen Kondensator, um verflüssigte Lösungsmit-

teldämpfe daraus abzutrennen (siehe z. B. US-PS 31 30 079), (5) die Umwandlung der in dem Abgas enthaltenen Lösungsmitteldämpfe in eine andere Substanz durch Umsetzen mit einer reaktiven Verbindung usw. Die Methode (1) hat jedoch noch Probleme hinsichtlich der Bildqualität; d. h. die erhaltene Kopie weist eine schlechte Bilddichte auf und außerdem sind große Bildbereiche ungleichmäßig. Die Methode (2) hat den Nachteil, daß die Adsorptiensleistung gering ist Die Methode (3) hat den Nachteil, daß die Adsorptionsleistung noch schlechter ist als bei der Methode (2). Bei der Methode (4) ist eine komplizierte, großdimensionierte und entsprechend kostspielige Vorrichtung erforderlich. Bei der Methode (5) besteht das Problem, daß andere Übelriechendr Substanzen entstehen können.

Beim Trockenverfahren treten ebenfalls übelriechende Abgase aus der Kopiermaschine aus. Die in dem Abgas enthaltenen geruchsbildenden Substanzen, die bei der thermischen Fixierung des Toners entstehen, haben eine andere Zusammensetzung als die der Abgase aus Naßkopierern. Sie umfassen z. B. jene, die aus den Tonerteilchen und den elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterialien (verschiedene Harze) entstehen, z. B. restliche Lösungsmittel, nicht umgesetzte Monomere und deren Zersetzungsprodukte sowie restliche Lösungsmittel, die in den Aufzeichnungsmaterialharzen enthalten sind. Ferner umfassen sie solche, die aus den Oberflächenmaterialien der Heizwalzen (Siliconharze) entstehen, z. B. restliche Polymerisationskatalysatoren, Siliconöle und dergleichen. In jedem Fall entstehen diese geruchsbildenden Substanzen in großem Ausmaß, wenn Hochgeschwindigkeitskopiermaschinen, insbesondere solche mit BlitzFixierung, angewandt werden. Zur Behandlung dieser Abgase aus Trockenkopierern sind bisher kaum Vorschläge gemacht worden, wie dies im Falle von Naßkopierern der Fall ist Es ist lediglich ein Adsorptionsverfahren ähnlich der Methode (2) vorgeschlagen worden, in dem Aktivkohle aäs Adsorbens verwendet wird. Diese Methode hat jedoch aen Nachteil, daß Aktivkohle eine kurze Gebrauchsdauer hat md früher als üblich ausgetauscht werden muß. Außerdem sind zum Sammeln der Abgase großdimensionierte Luftleitungen erforderlich, so daß die Kopiermaschinen entsprechend groß werden.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Abgasen aus elektrophotographischen Kopiermaschinen bereitzustellen, bei denen in Naßkopierern erzeugte Lösungsmitteldämpfe mit Hilfe eines Katalysators zu geruchlosen Substanzen zersetzt werden, so daß mit hoher Geschwindigkeit ohne Geruchsbelästigung kopiert werden kann; bei denen keine Notwendigkeit besteht, die Menge des an dem zu entwickelnden Material haftenden Entwicklers bei Naßkopierern zu beschränken; bei denen in Naßkopierern erzeugte Lösungsmitteldärnpfe mit Hilfe einfacher und kleiner Vorrichtungen in geruchlose Substanzen überführt werden können; und bei denen in Trockenkopierern erzeugte übelriechende Abgase in kurzer Zeit geruchsfrei gemacht werden können, ohne daß die Maschine größer dimensioniert werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Abgasen durch Kontaktieren mit einem erhitzten Oxidationskatalysator ist dadurch gekennzeichnet, daß man Abgase aus einer elektrophotographischen Kopiermaschine, die beim Entwickeln eines Elementes mit einem Entwickler, beim Übertragen des entwickelten Bildes auf ein Bildempfangsblatt und/oder beim Erhitzen eines Kopiermaterials aus dem entwickelten Element oder dem Bildempfangsblatt entstehen, während des Erhitzern des Kopiermaterials in der Heizstufe mit dem Oxidationskatalysator in Kontakt bringt und geruchsfrei macht

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Oxidationskatalysatorbett zum Oxidieren von Abgaben aus einer Einheit zum Entwickeln eines Elementes mit einem Entwickler, einer Einheit zum Übertragen des entwickelten Bildes auf ein Bildempfangsblatt und/oder einer Heizeinheit für ein Kopiermaterial aus dem entwickelten Element oder dem Bildempfangsblatt und eine Heizeinrichtung für das Oxidationskatalysatorbett

Erfindungsgemäß können übelriechende Gase, z. B. Lösungsmitteldämpfe, die in Naß- oder Trockenkopierern erzeugt werden, zu geruchlosen Substanzen zersetzt werden. Das erfindungsgemäß behandelte Abgas kann daher in den Arbeitsraum oder die Luft abgeleitet werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Ausführungsformen von erfindurgsgemäßen Behandlungsvorrichtungen, die in die Trocknungseinheit eines Naßkopierers eingebaut oder damit kombiniert sind.

Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: Kopiermaterial 1, Führungswalze 2, Heizeinrichtung 3, 3', Katalysatorbett 4,4', Walze 5 zur Verhinderung des Ausströmens von erzeugven Gasen und zum Fördern des Kopiermaterial, Thermistor 6, Saugpumpe 7, Förderband 8, Förderwalze 9, Walze 10 zum thermischen Fixieren und Fördern des Kopiermaterials, Reflektor 11, Blitzlampe 12, Abdeckung 20 bis 29.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart eines erhitzten Katalysators durchgeführt. Vorzugsweise wird der Katalysator auf eine Temperatur von etwa 150 bis 350⁰C erhitzt, d. h. auf eine ähnliche Te:nperatuv, wie das zu entwickelnde Material oder das Bildempfangsmaterial in der Heizstufe, d. h. der Trocknungs- oder Fixierstufe. Der Katalysator muß erhitzt werden, um ihn zu aktivieren. Zum Erhitzen des Katalysators können externe und/oder interne Heizsysteme angewandt werden. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei Kopiermaschinen mit einer Trocknungs- oder Fixiereinheit durchgeführt werden, sondern auch bei Maschinen ohne derartige Einheiten. Führt man jedoch das erfindungsgemäße Verfahren in einer erstgenannten Maschine durch, so wird vorzugsweise zumindest ein Teil der Wärme in der Trocknungs- oder Fixiereinheit zum Erhitzen des Katalysators genutzt. Wenn anstelle des Ausdrucks »zumindest ein 'feil der Wärme« der Ausdruck »die gesamte Wärme« verwendet wird, bedeutet dies, daß ein und dieselbe gemeinsame Wärmequelle für den doppelten Zweck des Trocknens oder Fixierens des Kopiermaterials und das Erhitzen des Katalysators genetzt wird. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren in beigeordneter Weise während der Trocknungs- oder Fixierstufe durchgeführt. Im Falle von Naßkopierern wird vorzugsweise zumindest ein Teil der Wärme, die zum Erhitzen des Katalysators verwendet wird, zum Trocknen des Kopiermaterials eenutzt. das die Maschine verläßt, da dieses KoDiermaterial noch etwas feucht ist.

Erfindungsgemäß verwendbare Oxidationskatalysatoren sind ζ. Β.

Mn₂O₃-Co₁O₄, Mn₂O₃-NiO, Mn₂O₃-Fe₂O₃, Mn₂O₃-CuO,
Mn₂O₃-ZnO, NiO-^-AI₂O₃, NiO-SiO₂, NiO₂-SiO₂,
V₂O₃-AI₂O₃₁Cr₂O₃-Z-AI₂O₃₁Cr₃O₄-Z-AI₂O₃₁Co₃O₄-Z-AI₂O₃,

Mn₂O₃-Z-AI₂O₃, Pt-Z-AI₂O₃, NiO-Cr₂O₃₁ZnO-Cr₂O₃,
CO₃O₄-CuO₁Pd-Z-AI₂O₃₁Cu₂Cr₂Os-Z-AI₂O₃₁NiO-Pd,
Co₃O₄, Mn₂O₃, Cr₂O₃. NiO, Fe₂O₃, TiO₂, MoO₂, PbO und ZnO.

Diese Katalysatoren werden im Einsatz auf übliche Träger aufgebracht, z. B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Diatomeenerde oder Tone. Die Struktur und Konfiguration der Katalysatoren unterliegt keiner bestimmten Beschränkung, jedoch werden normalerweise Katalysatoren mit Wabenstruktur verwendet.

Im folgenden wird die Abgasbehandlungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Behandeln von Abgasen aus einem Naßkopierer (mit oder ohne Trocknungseinheit) insbesondere Lösungsmitteldämpfen. Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen sind beide in Kombination mit einer Trocknungseinrichtung verwendbar. Im Falle der Vorrichtung von F i g. 1 wird jedoch ein Katalysatorbett 4, das eine poröse Wabenstruktur hat und in dem eine Heizeinrichtung 3 untergebracht ist, als Ersatz für den Tci! angewandt, der normalerweise der Heizplatte in einer Trocknungseinheit entspricht. In F i g. 1 wird ein Kopiermaterial 1 mit einer Führungswalze 2 aus einer (nicht gezeigten) Übertragungs- oder Entwicklungseinheit in die Vorrichtung eingeführt und durch eine Heizeinrichtung 3 sowie ein durch diese Heizeinrichtung 3 erhitztes Katalysatorbett 4 erhitzt und getrocknet. Der zu diesem Zeitpunkt entwickelte Lösungsmitteldampf wird gegebenenfalls zusammen mit dem Lösungsmitteldampf, der aus der Übertragungseinheit und/oder der Entwicklungseinheit stammt, mit einer stromabwärts von dem Katalysatorbett 4 angeordneten Saugpumpe 7 angesaugt und tritt in das Bett 4, so daß es mit dem Katalysator in Berührung kommt. Da der Katalysator dieses Katalysatorbettes vorher erhitzt und aktiviert worden ist, werden die Lösungsmitteldämpfe direkt beim Kontakt mit dem Katalysator zu geruchlosen Substanzen zersetzt. In diesem Zusammenhang bedeutet das Bezugszeiev-ώη 5 eine Walze, die das Ausströmen der entwickelten Gase verhindert und das Kopiermaterial fördert, während 6 einen Thermistor und 20, 21 Abdekkungen bedeuten, die das Ausströmen des Abgases verhindern. Die Vorrichtung von F i g. 1 ist mit einer Saugpumpe für das Abgas ausgerüstet. Demgegenüber weist die Vorrichtung von Fig.2 einen ähnlichen Aufbau wie die Vorrichtung von F i g. 1 auf, da das durch eine externe Heizeinrichtung 3' erhitzte Katalysatorbett 4' als Ersatz für die normalerweise in der Trocknungseinheit verwendete Heizplatte dient, jedoch unterscheidet sie sich von der Vorrichtung von F i g. 1 durch die Abwesenheit einer Saugpumpe. Die Vorrichtung von F i g. 2 ist somit so konstruiert, daß die beim Erhitzen erzeugten Lösungsmitteldämpfe spontan aufgrund ihres eigenen Auftriebs mit dem Katalysator 4' in Berührung kommen, durch diesen hindurchtreten und aus der Maschine ausströmen. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Vorrichtung von F i g. 2, in der der Katalysator durch eine externe Heizeinrichtung erhitzt wird, einen höheren thermischen Wirkungsgrad in dem Katalysatorbett ermöglicht als die Vorrichtung von F i g. 1. Dies hat seinen Grund darin, daß in der erstgenannten Vorrichtung das Katalysatorbett 4' erhitzt werden kann und ferner die aus dem Kopiermaterial entwickelten übelriechenden Gase nochmals durch die Heizeinrichtung 3' erhitzt werden können, bevor sie das Katalysatorbett erreichen und in dieses eintreten. Das Bezugszeichen 8 bedeutet ein Förderband für das Kopiermaterial, 9 ist eine Förderwalze und 22, 23 stellen Abdeckungen dar. Di>_ Vorrichtungen der F i g. 1 und 2 verwenden somit eine gemeinsame Wärmequelle zum Erhitzen des Katalysators und zum Trocknen des Kopiermaterials.

Beispiel 1

In einem 25 m³ großen nichtbelüfteten abgeschlossenen Raum, der bei 22°C/65% rF gehalten wird, wird mit einem handelsüblichen Naßkopierer in den die Vorrichtung von F i g. 1 eingebaut ist 20 Minuten kontinuierlich kopiert Die Heizeinrichtung wird auf eine Temperatur von 200±10°C eingestellt und als Katalysator wird Mn₂O₃-ZnO/A;₂O₃ verwendet Die Messung der in den Raum austretenden Lösungsmittelmenge ergibt einen Wert von nur 25 ppm.

Ähnlich gute Ergebnisse werden erzielt wenn man anstelle von Aluminiumoxid Siliciumdioxid, Diatomeenerde bzw. Tonerde als Katalysatorträger verwendet Als Lösungsmittel wird ein isoparaffinischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von 174bis 180⁰C eingesetzt

Kopien man andererseits mit einem herkömmlichen Naßkopierer, der keine Behandlungsvorrichtung aufweist so wird in den Raum eine Lösungsmittelmenge von 200 ppm abgegeben.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung eines Mn₂O₃-Fe₂O₃ZAl₂O₃-KaIaIySaIOrS wiederholt wobei die in den Raum austretende Lösungsmittelmenge nur 10 ppm beträgt Ähnlich gute Ergebnisse werden bei Verwendung von Siliciumdioxid, Diatomeenerde bzw. Tonerde als Katalysatorträger erhalten.

Beispiele 3bis7

Das Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung der in der folgenden Tabelle genannten Katalysatoren wiederholt Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle genannt Zum Vergleich sind auch die mit dem herkömmlichen Verfahren erzielten Ergebnisse angegeben.

Tabelle

Katalysatorzusammensetzung Lösungsmittelmenge ^: ;

(ppm) 'ji

Beispiel 3 NiO-Pd-Aluminiumoxid 25 |

Beispiel 4 Cu₂Cr₂O₅-/-Al₂O₃-Diatomeenerde 15 pj

Beispiel5 Mn₂O₃-CuO-Aluminiurnoxid 30 Vj

Beispiel 6 Pt-/-Al₂O3-Diatomei:nerde 65*) ¹^

Beispiel 7 Co₃O₄-/-Al₂O₃-Dialomeenerde 105*)

bekanntes — 200

Verfahren ''

*) Isoparaffinischcr Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von 161 bis I73°C. -j

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von Abgasen durch Kontaktieren mit'einem erhitzten Oxidationskatalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man Abgase aus einer elektrophotographischen Kopiermaschine,

die beim Entwickeln eines Elementes mit einem Entwickler, beim Obertragen des entwickelten Bildes auf ein Bildempfangsblatt und/oder beim Erhitzen eines Kopiermaterials aus dem entwickelten Element oder dem Bildempfangsblatt entstehen, während des Erhitzens des Kopiermaterials in der Heizstufe mit dent Oxidationskatalysator in Kontakt bringt und geruchsfrei macht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zumindest teilweise durch die ίο Wärmequelle zum Erhitzen des Kopiermaterials in der Heizstufe erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Kopiermaterials mit Hilfe der Wärme aus der Wärmequelle in Kombination mit der Wärme aus dem erhitzten Katalysator erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadun h gekennzeichnet, daß man den Katalysator auf eine Temperatur von 150 bis 350" C erhitzt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geruchsquelle ein Lösungsmittel ist

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine poröse Wabenstruktur hat

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas in den Katalysator hinein und durch ihn hindurch gesaugt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Oxidationskatalysatorbett (4, 4') zum Oxidieren von Abgasen aus einer Einheit zum Entwickeln eines Elementes mit einem Entwickler, einer Einheit zum Obertragen des entwickelten Bildes auf ein Bildempfangsblatt und/oder einer Heizeinheit für ein Kopiermaterial aus dem entwickelten Element oder dem Bildempfangsblatt und eine Heizeinrichtung (3,3') für das Oxidationskatalysatorbett

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (3') außerhalb des Oxidationskatalysatorbetts (4') so angeordnet ist, daß sie gleichzeitig das Kopiermaterial erhitzt

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß sie zusätzlich eine Saugeinrichtung (7) aufweist, die das Abgas in das Katalysatorbett (4,4') hinein und durch es hindurchsaugt

11. Vorrichtung nach eineiri der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett (4, 4') eine poröse Wabenstruktur hat