СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ОКСИДОВ АЗОТА Российский патент 2005 года по МПК B01D53/56 B01D53/94 B01J20/26 

Изобретение относится к области создания способов очистки отходящих газов химических производств, а также способов и средств индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания от примесей окислов азота в воздухе, появляющихся в результате аварийных выбросов или преднамеренного химического заражения, террористических актов и т.п., и может найти применение при разработке противогазов, защитных патронов, фильтрующих установок коллективного пользования и др.

Одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками таких средств защиты, является увеличение степени очистки воздуха от вредных примесей. В настоящее время существует множество способов очистки, с помощью которых можно добиться более или менее приемлемых результатов.

Распространенным методом очистки от окислов азота является каталитический метод, заключающийся в проведении гетерогенной реакции восстановления двуокиси азота (NO₂) до менее токсичной окиси азота (NO) и далее до азота. Степень очистки с помощью таких методов невысока, как правило, не превышает 90%.

Например, в патенте (RU 2147461, кл. В 01 J 37/04, 2000) описывается катализатор для очистки воздуха от оксидов азота, который получен путем смешения диоксида марганца со связующим - бентонитовой глиной, формования гранул, сушки, дробления и термообработки. При этом в суспензию, содержащую диоксид марганца, вводят гидроксид бария, приготовляемый одновременно при щелочной обработке смеси диоксида марганца с водорастворимой солью бария.

Недостатки способа очистки воздуха с использованием данного катализатора связаны с быстрым отравлением катализатора в результате воздействия влаги воздуха и, как следствие, с его нестабильностью.

Известен также способ для очистки газов от оксидов азота с использованием катализатора, получаемого добавлением к измельченному порошку активной окиси алюминия раствора нитрата меди и небольшого количества воды для придания массе пластичности с последующим формованием и термообработкой гранул при 280-300°C и пропиткой их раствором нитрата марганца и повторной термообработкой (Авт. свид. СССР №986482 от 31.03.80, кл. В 01 J 23/84; В 01 D 53/86).

Недостатки способа очистки с помощью данного катализатора связаны с неравномерностью смешивания его ингредиентов в сухом виде из-за сильного отличия в плотности каждого из компонентов, что приводит к нестабильности защитных свойств и недостаточно высокой каталитической активности полученного катализатора.

Известен способ очистки воздуха с применением анионитных волокнистых материалов (Л.Л.Кукушкина, З.З.Абдулхакова, С.В.Захаров, М.П.Зверев. «Улавливание оксидов азота волокнистым хемосорбентом». Экология и промышленность России, 2001, №4). Для усиления основности анионита авторы обрабатывали волокно ВИОН АН-1 3% раствором гидроксида натрия.

Недостатком данного и подобных методов, в которых используются только анионитные поглотители двуокиси азота, является принципиальная невозможность добиться снижения концентрации оксидов азота в воздушном потоке более чем в три раза, поскольку при хемосорбции двуокиси азота из трех молекул NO₂ образуется одна молекула NO (см. ниже). Теоретически двуокись азота хемосорбируется на 100%, однако образующийся в этом процессе моноксид (NO) быстро окисляется до NO₂ в результате воздействия ультрафиолетового излучения, взаимодействия с озоном или в силу ряда других причин.

Другим недостатком вышеупомянутых способов является потеря защитных свойств при увлажнении сорбента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки воздуха от оксидов азота (RU 2171140, кл. B 01 J 20/20, 2001), заключающийся в пропускании очищаемого воздуха через химический поглотитель оксидов азота, представляющий собой механическую смесь двух сыпучих компонентов: углеродного сорбента с нанесенным на него карбонатом калия, поглощающим двуокись азота, и активного оксида алюминия с нанесенным на него перманганатом калия - окислителем NO до NO₂.

Недостаток этого известного способа (прототипа) связан с тем, что на модифицированном карбонатом калия углеродном сорбенте наряду с реакцией химического связывания NO₂ протекает реакция частичного восстановления NO₂ до NO, поскольку, как уже упоминалось, при хемосорбции двуокиси азота основанием из трех молекул NO₂ образуется одна молекула NO (А.И.Родионов, В.Н.Клушин, Н.Ф.Торочешников. Техника защиты окружающей среды, М., Химия, 1989, стр.136). В. результате фактически возникает необходимость окисления NO, не только поступающего в фильтрующий элемент извне, но и перманентно образующегося в фильтрующем слое. Очевидно, что с этой точки зрения использование смесевых композиций, в которых во всех точках фильтрующего слоя одновременно присутствуют компоненты как окисляющие NO, так и восстанавливающие NO₂, является нерациональным, так как при этом протекают две конкурирующие реакции взаимно противоположной направленности на протяжении всей длины фильтрующего элемента от начала и вплоть до слоев на выходе из него, что приводит к снижению эффективности фильтра.

Задачей изобретения является создание простого и дешевого способа очистки воздуха от окислов азота, который позволит существенно повысить эффективность процесса и обеспечит практически любую высокую степень очистки воздуха, содержащего большие концентрации окислов азота, а также позволит увеличить ресурс работы сорбента, уменьшить его количество при неизменной эффективности и обеспечит возможность его регенерации.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом очистки воздуха от оксидов азота, заключающимся в его пропускании через химический поглотитель оксидов азота, включающий два компонента: хемосорбент-основание, поглощающий диоксид азота, и сорбент-окислитель, окисляющий монооксид азота до диоксида, в котором, согласно изобретению очищаемый воздух пропускают через химический поглотитель оксидов азота, изготовленный в виде последовательности n пар слоев хемосорбента-основания и сорбента-окислителя, при этом исходная концентрация диоксида азота после прохождении всей последовательности n пар слоев падает в 3ⁿ раз, где n - общее число пар слоев: хемосорбент-основание+сорбент-окислитель и n>1.

В качестве хемосорбента-основания можно использовать волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме ОН^- или зернистый анионит АВ-17 в форме ОН^-.

В качестве сорбента-окислителя можно использовать волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме MnO₄ ^- или зернистый анионит АВ-17 в форме MnO₄ ^-.

Для регенерации хемосорбент анионит можно обрабатывать 2% вес. раствором NaOH в воде.

Главным отличием предлагаемого способа от известного (прототипа) является формирование фильтрующего слоя химического поглотителя оксидов азота в виде последовательности пар слоев хемосорбента анионита в ОН^--форме и окислителя.

В общих чертах процесс, протекающий в первом слое пары - в анионите, можно представить в виде:

3NO₂+2RCOON⁺...OH^-→2RCOON⁺...NO₃ ^-+NO+H₂O

Как видно из этого уравнения, из трех молекул двуокиси азота в ходе хемосорбции образуется одна молекула NO.

В ходе последующей реакции окисления из одной молекулы NO образуется одна молекула NO₂. Таким образом, после прохождения одной пары слоев анионит+окислитель концентрация NO₂ падает в три раза. Очевидно, что после прохождения n последовательно расположенных пар таких слоев концентрация NO₂ упадет в 3ⁿ раз. Например, при прохождении 4-х пар слоев степень очистки воздушного потока от NO₂ составит 99%.

Правильность такого рассмотрения подтверждается результатами испытаний по очистке воздушного потока от окислов азота. В качестве примера в таблице приведена измеренная зависимость от скорости воздушного потока эффективности его очистки от двуокиси азота при прохождении одной пары слоев анионита ВИОН АН-1 в форме ОН^- и окислителя. Испытания проводились при следующих условиях: масса фильтрующего материала 17 г, начальная концентрация диоксида азота 100 мг/м³, относительная влажность газо-воздушной смеси 60%.

Таблица
Зависимость эффективности очистки от скорости фильтрацииСкорость фильтрации см/сек15101520Эффективность очистки (%)7068655950

Как видно из таблицы, эффективность фильтрации при скоростях до 10 см/сек соответствует теоретически определенной - 2/3. При больших скоростях эффективность, как и следовало ожидать, снижается. При повторном пропускании через фильтр концентрация окислов азота вновь уменьшается в три раза. Таким образом, помещая в фильтрующий элемент достаточное количество пар хемосорбент-окислитель можно добиться любой достаточно высокой степени очистки.

Изобретение относится к способам очистки воздуха от примесей окислов азота в воздухе и может найти применение при разработке противогазов, защитных патронов, фильтрующих установок коллективного и индивидуального пользования и др. Предложен способ очистки воздуха от оксидов азота, заключающийся в его пропускании через химический поглотитель оксидов азота, включающий два компонента: хемосорбент-основание, поглощающий диоксид азота, и сорбент-окислитель, окисляющий монооксид азота до диоксида. Химический поглотитель представляет собой последовательность из n пар слоев хемосорбента-основания и сорбента-окислителя. Исходная концентрация диоксида азота после прохождении всей последовательности n пар слоев падает в 3ⁿ раз, где n - общее число пар слоев хемосорбент-основание + сорбент-окислитель и n>1. В качестве хемосорбента-основания используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме ОН^- или зернистый анионит АВ-17 в форме ОН^-. В качестве сорбента-окислителя используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме MnO₄ ^- или зернистый анионит АВ-17 в форме MnO₄ ^-. Изобретение позволяет создать простой и дешевый способ очистки воздуха от окислов азота, повысить эффективность очистки, обеспечить практически любую высокую степень очистки воздуха, содержащего большие концентрации окислов азота, увеличить ресурс работы сорбента, уменьшить его количество при неизменной эффективности и обеспечить возможность его регенерации. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки воздуха от оксидов азота, заключающийся в его пропускании через химический поглотитель оксидов азота, включающий два компонента: хемосорбент-основание, поглощающий диоксид азота, и сорбент-окислитель, окисляющий монооксид азота до диоксида, отличающийся тем, что очищаемый воздух пропускают через химический поглотитель оксидов азота, изготовленный в виде последовательности из n пар слоев хемосорбента-основания и сорбента-окислителя, при этом исходная концентрация диоксида азота после прохождении всей последовательности n пар слоев падает в 3ⁿ раз, где n - общее число пар слоев: хемосорбент-основание + сорбент-окислитель и n>1.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хемосорбента-основания используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме ОН^- или зернистый анионит АВ-17 в форме ОН^-.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве сорбента-окислителя используют волокнистый материал ВИОН АН-1 в форме MnO₄ ^- или зернистый анионит АВ-17 в форме MnO₄ ^-.