СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕРМОСТОЙКОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК B01D39/06 

Изобретение относится к производству термостойких фильтрующих материалов, а более конкретно - высокотермостойких фильтрующих материалов в фактуре бумаги и может быть использовано для тонкой очистки горячих газов от аэрозолей в атомной, химической, радиоэлектронной, медицинской промышленности.

Одной из серьезных проблем в атомной промышленности и энергетике, а также в ряде других отраслей промышленности является очистка от аэрозолей горячих газов. Содержащие радиоактивные и химические вредные вещества, такие газы нуждаются в высокоэффективной очистке, которая основана на применении фильтрующих материалов в фактуре тканей, сеток, матов, пластин, бумаги. Сочетание таких неблагоприятных факторов, как высокая температура и химическая активность аэрозолей предъявляет к этим материалам жесткие требования по термо- и химической стойкости. Задача фильтрации при высоких температурах, как правило, решается за счет пропитки и покрытия разнообразных минеральных фильтрматериалов термостойкими составляющими.

Известен способ получения термостойкого фильтрующего материала на основе стекловолокна, покрываемого оксидами алюминия и/или бора с предварительным выщелачиванием из волокон соединений щелочноземельных металлов (см. заявка N 05 3218361 ФРГ, публ. 17.11.83, N 46). Известен также фильтровальный материал на основе волокон силикатного стекла, покрываемых оксидами Ti, Al, Zr, Cr, Ni, Co химическим путем (см. заявка N 2419750, Франция, публ. 16.11.79, N 46). Известно о применении для этих целей геля кремнезема, коллоидного кремнезема с последующим обжигом. В качестве каркаса используют керамические огнеупорные волокна (см. патент США N 4968467, публ. 06.11.90, т.1120, N 1, НКИ 264-62). Известен способ изготовления огнеупорных фильтрматериалов в виде тканей и сеток, когда тканевую основу из волокон стекла или кремнезема погружают для покрытия в водную дисперсию порошка оксида алюминия и монофосфата алюминия, затем обжигают, при этом на поверхности основы получают покрытие из фосфата алюминия (см. заявка N 2176469, Франция, публ. 12.07.73, N 49). Используемая в этих способах технология экологически вредна и сложна технологически, так как связана с пропиткой фильтрматериала, с химическим операциями, обжигом.

Кроме того, в ряде случаев технология и состав фильтрматериала не обеспечивают малое аэродинамическое сопротивление и эффективность не менее 99,95 по частицам размером 0,3 мкм. Эти требования особенно жестки в вентсистемах при фильтрации радиоактивных аэрозолей.

Фильтры на основе материалов с термостойким покрытием имеют также небольшую производительность, поскольку материал имеет неразвитую поверхность. В практике газоочистки для увеличения фильтрующей поверхности применяется развертывание материала в виде складок или гофр, для чего необходима прочность материала на растяжение и изгиб. Из термостойких материалов этим требованиям отвечает фильтрматериал в фактуре бумаги на основе субмикронного стекловолокна, используемый в фильтрах HEPA и ULPA для тонкой очистки воздуха и состоящий, например, на 93% из стекловолокна и на 7% из связующих и упрочняющих органических волокон (см. Чистые помещения. Под редакцией И.Хаякавы. М., Мир, 1980, с. 456). Фильтры работоспособны в диапазоне до 400^oC и обеспечивают эффективность очистки воздуха 99,99% по частицам 0,5 - 0,3 мкм и менее с невысоким (≤ 20 мм вод.ст. аэродинамическим сопротивлением (см. Flanders, каталог фирмы FLANDERS FILTERS, INC. P.O. BOX 1219, WASHINGTON, NORTH CAROLINA 27889, 1975 г., "Куки тева то рэйто", 1984, N 1, 163 - 172, (ГПНТБ, перевод 85/3056).

Известен способ, по которому для получения фильтрующего материала предусматривается диспергирование субмикронных стеклянных волокон, добавление связующего вещества, формование, обезвоживание и сушка. Причем после обезвоживания и перед сушкой добавляют 0,1 - 30% связующего вещества.

Однако эти фильтрующие материалы не работают с такой же эффективностью в диапазоне температур свыше 400^oC. Поэтому необходимо применять дополнительные технические средства перед фильтрацией, что существенно усложняет процесс очистки.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение термостойкости фильтрующего материала с сохранением его высокой эффективности и невысокого аэродинамического сопротивления при температурах 400 - 700^oC.

Это достигается тем, что в качестве минеральных волокон используют субмикронные кремнеземные волокна, состоящие из ультратонких и микротонких кремнеземных волокон, при этом на стадии диспергирования в пульпу вводят грубодисперсное кремнеземное волокно, т.е. в отличие от прототипа весь фильтматериал состоит только из кремнезема, а задача сохранения высокой эффективности (99,95%) и невысокого (≤ 20 мм вод.ст) аэродинамического сопротивления при температурах 400-700^oC решается за счет формирования субмикронного компонента фильтрматериала с определенным процентным соотношением ультратонких и микронных кремнеземных волокон.

Пример конкретного выполнения.

Для получения высокотермостойкого фильтрующего материала с фактурой бумаги использовались:
УКВ - ультратонкое кремнеземное волокно с диаметром волокон 0,8 мкм
МКВ - микротонкое кремнеземное волокно с диаметром волокон 0,25 мкм
КВ-II - грубодисперсное кремнеземное волокно с диаметром волокон = 5 - 7 мкм и длиной 4-5 мм.

Смесь этих материалов диспергировалась в воде с добавкой азотной кислоты до pH 2 - 3.

Из полученной пульпы формовали образцы бумаги вакуумным обезвоживанием и далее сушкой при T = 100^oC до постоянного веса.

Испытания лабораторных образцов фильтрматериалов включали:
- визуальную оценку образцов на "просвет";
- визуальную оценку образцов после испытаний на изгиб на оправке с радиусом, равным двум толщинам фильтрматериала;
- определение толщины (H, мм) с помощью толщиномера;
- определение аэродинамического сопротивления ΔR/v мм вод.ст;
- определение эффективности образцов на установке стандартного масляного тумана (η%); ;
- прокалку образцов при заданной температуре;
- определение сопротивления (ΔR/v) и эффективности образцов на установке стандартного масляного тумана.

Результаты приведены в таблице 1.

Образцы фильтрматериала, содержащие 45% УКВ, 45% МКВ и 10% КВ-II, показавшие высокую эффективность, требуемое аэродинамическое сопротивление и прочность на изгиб, подвергались испытаниям на термостойкость в стационарном режиме. Для этого образцы выдерживали в течение 10 часов при температурах 600 и 700^oC, затем сравнивали эффективность улавливания стандартного масляного тумана до и после термообработки образцов.

Результаты приведены в таблице 2.

Испытания показали, что при длительной прокалке до 700^oC характеристики фильтрации не изменились, при этом образцы оставались технологическими и выдерживали многократные испытания на изгиб.

Использование предложенного способа получения высокотермостойкого фильтрующего материала в фактуре бумаги позволяет создавать высокоэффективные фильтры с невысоким аэродинамическим сопротивлением для тонкой очистки воздуха в области температур 400 - 700^oC для разных отраслей промышленности.

Изобретение относится к производству термостойких фильтрующих материалов, а именно высокотермостойких фильтрующих материалов в фактуре бумаги, и может быть использовано для тонкой очистки горячих газов от аэрозолей в атомной, химической, радиоэлектронной, медицинской промышленности. Способ осуществляют диспергированием субмикронных минеральных волокон, формованием из пульпы бумаги с обезвоживанием и сушкой. На стадии диспергирования в состав фильтрматериала вводят грубодисперсное кремнеземное волокно. Субмикронные минеральные волокна состоят из ультратонких и микротонких кремнеземных волокон диаметром соответственно 8 и 0,25 мкм. Грубодисперсное кремнеземное волокно берется с диаметром волокон 5-7 мкм и длиной 4-5 мм. Соотношение компонентов в фильтрматериале, мас. %: ультратонкое кремнеземное волокно 35-50; микротонкое кремнеземное волокно 45-60; грубодисперсное кремнеземное волокно 5-10. Способ позволяет создавать высокотермостойкие фильтры с невысоким аэродинамическим сопротивлением для тонкой очистки воздуха в области температур 400-700^oС для разных отраслей промышленности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения высокотермостойкого фильтрующего материала в фактуре бумаги, включающий диспергирование субмикронных минеральных волокон, формование из пульпы бумаги, обезвоживание и сушку, отличающийся тем, что в качестве субмикронных минеральных волокон используют кремнеземные волокна, при этом на стадии диспергирования на пульпу вводят грубодисперсное кремнеземное волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнеземное волокно диаметром 0,8 мкм - 35 - 50
Кремнеземное волокно диаметром 0,25 мкм - 45 - 60
Грубодисперсное кремнеземное волокно диаметром 5 - 7 мкм и длиной 4 - 5 мм - 5 - 10
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пульпу готовят в кислой среде при рН 2 - 3.