Группа изобретений относится к пористым фильтрующим элементам, полученным сжатием в условиях нагрева смеси исходных компонентов, например прессованием, литьем под давлением, методом непрерывной экструзии, методом каландрирования. Фильтрующие элементы на основе активированных углеродных материалов могут быть использованы в фильтрах и фильтрационных системах для очистки воды.
В уровне техники широко известно использование смеси активированного угля и полимерного связуюшего для изготовления пористых фильтрующих элементов. Использование такой смеси ограничено низкой прочностью фильтрующих элементов из-за недостаточного скрепления между углеродными частицами и связующим.
Фирмой Cuno, Incorporated для упрочнения фильтрующего элемента был создан пористый элемент из трехкомпонентной смеси: компонента, обеспечивающего очистку воды от загрязнителей, компонента, способствующего укреплению пористого элемента и связующего (патент №5,928,588, США, опубл. 27.07.1999, В 29 С 43/02). В качестве компонента, обеспечивающего очистку воды от загрязнителей, могут быть использованы один или несколько типов частиц или волокон, которые функционируют как пористая матрица. К ним относятся углеродные частицы, перлит, цеолиты, натуральные или искусственные волокна. В качестве углеродных частиц используют порошкообразный уголь размером 10-400 микрон, типичным для пористых карбонблоков. Например, активированный уголь фирмы Calgon, Barnebey (США). Размеры других вышеперечисленных частиц также известны в уровне техники. Точно так же выбраны волокна с длиной и диаметром, известными для изготовления пористых структур. Из натуральных волокон используют целлюлозные, например хлопковые, шерстяные, джут. Из искусственных выбраны полиолефиновые волокна типа полиэтиленовых (например, полиэтилен высокой плотности), полипропиленовые, акриловые, нейлон. Компонент, способствующий укреплению пористого элемента (1-15%), может быть порошкообразным, волокнистым или жидким. Эффективнее использовать тонкие волокна, поэтому преимущественно применяют фибрилированные волокна или микроволокна, например полиэтиленовые, полипропиленовые. Такие волокна могут нести дополнительно функциональное назначение связующего или составлять часть пористой матрицы, в зависимости от их физической и химической природы или состояния. Предпочтительный диаметр этих волокон <100 микрон. В качестве связующего используют полиэтиленовые или полипропиленовые волокна, феноло- или меламино-формальдегидные порошкообразные смолы в пределах 8-20%. Дополнительно к трем перечисленным компонентам пористые структуры могут содержать «необязательный» компонент типа катионообменной смолы, перлита, цеолитов, для обеспечения дополнительных свойств или уменьшения стоимости изделия. Однако введение в смесь прочностного компонента не способствует повышению проницаемости фильтрующего элемента в связи с гидрофобностью поверхности частиц или волокон.
Известно, что использование активированного угля с большим размером частиц (20×50 mesh) и увеличение размера частиц связующего в фильтрующем элементе приводит к увеличению величины пор между частицами угля. Соседние поры между гранулами угля соединяются в извилистые каналы, характеризующиеся большим эффективным диаметром. Фильтруемая среда, например вода, двигаясь в каналах увеличенного поперечного сечения, испытывает меньшее сопротивление. В этом случае можно получить существенно больший ресурс при том же перепаде давления, т.е. увеличить проницаемость. С другой стороны, увеличение сечения пор между гранулами активированного угля естественно приводит к снижению степени очистки воды от механических частиц и взвесей, размеры которых меньше, чем сечение пор. Кроме этого, из-за увеличения скорости течения воды сквозь пористую стенку фильтрующего элемента уменьшается время пребывания элементарного объема воды в каналах. Сорбция активированным углем и другими сорбентами различных загрязнений из потока воды осуществляется в тонном пристенном слое каналов. Снижение концентрации загрязнений в пристенном слое приводит к возникновению процесса поперечной диффузии загрязнений из ядра потока в сторону стенок. Однако если время пребывания воды в каналах недостаточно, то заметная доля вредных веществ не успевает переместиться из центральной части потока к поверхности частиц сорбентов и просто выносится из фильтра с водой. Таким образом снижается и степень очистки от растворенных в воде вредных примесей. Общее снижение эффективности очистки воды приводит к снижению скорости накопления вредных веществ и загрязнений, извлеченных из воды, внутри пор фильтрующего элемента. По мере эксплуатации такого водоочистителя его гидравлическое сопротивление нарастает медленно и через него можно профильтровать существенно большее количество воды, с учетом заметного снижения качества очистки, до того момента, пока сопротивление не станет недопустимо большим, а расход воды наоборот очень маленьким, что означает - водоочиститель выработал свой ресурс. Примером этому служит фильтрующий элемент (карбон блок), выполненный из смеси активированного угля (20×50 mesh и 80×325 mesh (Calgon Corp.) и 8-20% связующего, например полиэтилена или сополимера этилена и винилапетата. При использовании активированного угля с размером частиц 80×325 mesh формируется более плотная структура фильтрующего элемента - улучшается процесс фильтрации: степень очистки повышается, но одновременно уменьшается ресурс (патент США №5,019,311, опубл. 28.05.1991, B 01 D 27/04).
Фильтрующий элемент, сформированный из смеси порошкового связующего, например полиэтилена и гранулированного или порошкового активированного угля, получают способом непрерывной экструзии, описанным в патенте США №5,976,432, опубл. 02.11.1999, В 29 С 47/38. Существенным недостатком фильтрующих элементов, в соответствии с описанным способом в патенте №5,976,432, является высокое гидравлическое сопротивление. Объясняется это тем, что даже при очистке воды с низким содержанием взвесей и примесей (так как они задерживаются на входе в фильтрующие каналы, заполненные порошкообразным активированным углем) задерживаемые фильтрующим элементом частицы загрязнений, имеющие размеры больше, чем эквивалентный диаметр пор, останавливаются на входе на наружной поверхности фильтрующего элемента, образуя плохо проницаемый слой частиц различного размера.
Фильтрующие элементы - карбон блоки, полученные методом экструзии по патенту США №5,331,037, состоят из порошкового или гранулированного активированного угля, например 12×40 mesh, 50×200 mesh, 80×325 mesh, и связующего или смеси порошкового и гранулированного активированного угля и связующего, например 65% 20×50 mesh и 20% 80×325 mesh активированных углеродных частиц и 15% полиэтилена. Традиционное использование в описанном карбон блоке активированных углеродных частиц без достаточного количества порошковых (-325 mesh) приводит к снижению степени очистки воды от вредных примесей.
Фирмой Alticor Inc. (патент США №6,368,504, опубл. 9.04.2002, B 01 D 39/16) разработан карбон блок, изготовленный из смеси активированных углеродных частиц диаметром 60-80 микрон и связующего. В смеси должно быть не более 10% частиц размером больше 140 mesh и не более 10% частиц размером меньше 500 mesh. Предпочтительно смесь должна содержать активированные углеродные частицы диаметром 65-75 микрон и не более 7% частиц размером больше 140 mesh и не более 7,5% частиц размером меньше 500 mesh. В качестве связующего применяют полиэтилен высокой плотности в количестве 17-25% (Hostalen GUR-212). Полученный карбон блок обеспечивает улучшение процесса фильтрации. Степень очистки по хлороформу достигает более 95%. Ресурс составляет ˜ 8000 литров. При этом повышается плотность карбон блока. При всех указанных достоинствах карбон блока, разработанного фирмой Alticor Inc., он имеет существенный недостаток. В ходе изготовления карбон блока частицы полимерной связки расплавляются и прилипают к поверхности гранулированных частиц активированного угля в местах плотного контакта, скрепляя их друг с другом. Использование большого количества порошкообразного активированного угля приводит к тому, что эти мелкие частицы опудривают в несколько слоев поверхность частиц полимерной связки и гранулированного угля. При формировании пористой структуры мелкие частицы оказываются или залиты целиком полимерной связкой в местах контакта частиц гранулированного угля и в последствии не участвуют в процессе сорбции, или остаются на поверхности частиц связки и угля и при этом слабо связаны с поверхностью гранулированного угля. При протекании воды через такую пористую среду часть слабо зафиксированных порошкообразных угольных частиц может перемещаться потоком воды до тех пор, пока они не застрянут в узких местах извилистых каналов. В этом случае могут формироваться участки каналов с очень большим гидравлическим сопротивлением. Таким образом часть каналов пористого фильтрующего элемента оказывается заблокированной и практически этот объем фильтрующего элемента не используется при эксплуатации. При использовании карбон блока для очистки воды, содержащей большое количество загрязнений, в том числе тяжелые металлы, он быстро выходит из строя, не вырабатывая заявленного ресурса. При фильтрации воды большинство частиц загрязнений задерживаются на внешнем слое, практически не проникая внутрь ее, и образуют слой с очень высоким гидравлическим сопротивлением. В то время как внутренние слои карбон блока сохраняют свою способность к очистке.
В уровне техники известен пористый фильтрующий элемент, выполненный из трехкомпонентной смеси: компонента, обеспечивающего очистку воды от загрязнителей, компонента, способствующего укреплению пористого элемента и связующего (патент №5,882,517, США, опубл. 16.03.1999, B 01 D 39/00). В качестве компонента, обеспечивающего очистку воды от загрязнителей, могут быть использованы один или несколько типов частиц или волокон, которые функционируют как пористая матрица. К ним относится порошкообразный активированный уголь размером 10-400 микрон, типичным для пористых карбон блоков. Например, активированный уголь фирмы Calgon, Barnebey (США). Компонент, способствующий укреплению пористого элемента (1-15%), может быть порошкообразным, волокнистым или жидким. Преимущественно применяют полиэтиленовые или полипропиленовые волокна. В качестве связующего используют полиэтиленовые или полипропиленовые волокна, феноло- или меламино-формальдегидные порошкообразные смолы в пределах 8-20%. Дополнительно к трем перечисленным компонентам пористые структуры могут содержать «необязательный» компонент типа катионообменной смолы для обеспечения дополнительных свойств. Ранее было отмечено, что введение в смесь прочностного компонента не способствует повышению проницаемости фильтрующего элемента в связи с гидрофобностью поверхности частиц или волокон (прототип).
Заявляемая группа изобретений позволяет избежать указанных недостатков.
Основной задачей является создание нового пористого фильтрующего элемента.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой группы изобретений, является повышение ресурса работы и одновременное достижение высокой степени очистки от тяжелых металлов.
Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что по первому варианту пористый фильтрующий элемент, полученный сжатием в условиях нагрева смеси исходных компонентов, содержащих активированные углеродные частицы, ионообменный материал и полимерное связующее, согласно изобретению содержит, вес.%: активированные углеродные частицы 50-95%, ионообменные полиакрилонитрильные волокна 3-30%, полимерное связующее 10-15%, при этом не более 90% активированных углеродных частиц составляют гранулированные частицы, остальные углеродные частицы порошкообразные, а средняя длина ионообменных полиакрилонитрильных волокон больше среднего диаметра гранулированных активированных углеродных частиц.
В качестве ионообменных полиакрилонитрильных волокон используют волокна, содержащие не менее 10% ионообменных групп на внешней поверхности, или/и ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро. Ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро, имеют не менее 10% ионообменных групп на внешней поверхности и от 0,3% до 10% серебра от веса волокон и не менее 50% серебра в виде осажденных на них кристаллов. Кристаллы серебра имеют диаметр от 0,1 до 2 микрон.
Пористый фильтрующий элемент может дополнительно содержать порошкообразную или гранулированную ионообменную смолу.
По второму варианту пористый фильтрующий элемент может состоять не менее чем из двух слоев, по меньшей мере один из которых получен сжатием в условиях нагрева смеси исходных компонентов, охарактеризованной как в первом варианте: активированные углеродные частицы 50-95%, ионообменные полиакрилонитрильные волокна 3-30%, полимерное связующее 10-15%, при этом не более 90% активированных углеродных частиц составляют гранулированные частицы, остальные углеродные частицы порошкообразные, а средняя длина ионообменных полиакрилонитрильных волокон больше среднего диаметра гранулированных активированных углеродных частиц.
Один из слоев может быть выполнен в виде мембраны.
По меньшей мере в одном слое пористый фильтрующий элемент дополнительно содержит порошкообразную или гранулированную ионообменную смолу, в качестве ионообменных полиакрилонитрильных волокон используют волокна, содержащие не менее 10% ионообменных групп на внешней поверхности, или/и ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро. Ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро, имеют не менее 10% ионообменных групп на внешней поверхности и от 0,3% до 10% серебра от веса волокон и не менее 50% серебра в виде осажденных на них кристаллов. Кристаллы серебра имеют диаметр от 0,1 до 2 микрон. При этом по первому и второму вариантам пористый фильтрующий элемент имеет удельную электропроводность при контакте с дистиллированной водой не менее 10-4 Ом-1·м-1. Длина ионообменных полиакрилонитрильных волокон не превышает 3 мм и предпочтительно меньше 1 мм. Диаметр моноволокна ионообменных полиакрилонитрильных волокон не превышает минимального диаметра гранулированных частиц. Более конкретно, диаметр моноволокна ионообменных полиакрилонитрильных волокон от 2 до 100 раз меньше среднего диаметра гранулированных частиц.
Средний диаметр моноволокна ионообменных полиакрилонитрильных волокон равен 0,2-30 микрон и предпочтительно равен 0,5-20 микрон.
Пористый фильтрующий элемент содержит порошкообразные частицы размером 0,5-20 микрон, предпочтительно 1-10 микрон, и гранулированные частицы размером 30-500 микрон, предпочтительно 40-400 микрон (20-50 mesh или 50-200 mesh или 80-325 mesh).
Пористый фильтрующий элемент по всем вариантам может быть выполнен в виде цилиндрического элемента или в виде листового материала.
Фильтрующий элемент, выполненный сжатием в условиях нагрева смеси активированных углеродных частиц и полимерного связующего, представляет собой гидрофобную сетку, в которую встраиваются ионообменные полиакрилонитрильные волокна. При определенной доле ионообменных волокон образуется пространственная непрерывная сетка. Причем эта пространственная гидрофильная сетка пронизывает большую часть пор между частицами компонентов смеси. Частицы порошкообразной полимерной связки скрепляют все неплавкие частицы исходных компонентов друг с другом, распределяясь в зазорах между ними по всему объему. При этом практически все частицы полимерной связки контактируют с ионообменными полиакрилонитрильными волокнами и во время сжатия смеси в условиях нагрева соединяют волокна друг с другом и с частицами других компонентов смеси. Образовавшаяся гидрофильная пространственная прочная сетка удерживает вместе частицы всех компонентов смеси. Таким образом может быть уменьшено общее количество полимерной связки, что приведет к улучшению проницаемости фильтрующего элемента и снижению гидравлического сопротивления при одновременном повышении ресурса. Кроме этого, сами угольные частицы контактируют друг с другом. При этом снижается суммарное переходное электрическое сопротивление в местах контакта частиц компонентов смеси, обладающих электропроводностью в условиях контакта с дистиллированной водой. Этим обеспечивается необходимый уровень электропроводности готового изделия.
В пористом фильтрующем элементе используют связующее в порошкообразной или волокнистой форме. Использование волокнистой полимерной связки имеет преимущество перед порошкообразной связкой. Порошкообразные частицы связки скрепляют соседние частицы сорбентов, а волокнистые частицы связки могут соединять цепочку соседних частиц сорбентов. При этом общее количество полимерной связки может быть уменьшено.
С одной стороны, ионообменные волокна должны быть полярными, чтобы облегчить протекание воды, с другой стороны, должны образовывать сетчатую структуру - не слипаться, не агломерироваться, т.е. иметь определенные размеры. При использовании плавких волокон пористый фильтрующий элемент включал бы два связующих, что привело к возможному снижению проницаемости элемента за счет увеличения общего количества связующего. При таком составе заметная часть пор может быть целиком заполнена связкой.
Ввиду того, что выбранные ионообменные полиакрилонитрильные волокна не меняются в поперечном сечении и не плавятся, они образуют каналы. Причем протяженные каналы, так как средняя длина этих волокон больше среднего диаметра гранулированных частиц. Таким образом меняется механизм протекания воды через пористый фильтрующий элемент. За счет использования ионообменных полиакрилонитрильных неплавких волокон происходит формирование участков в толщине стенок фильтрующего элемента, легко проницаемых для воды. При этом обеспечивается пониженное сопротивление течению очищаемой воды через фильтрующий элемент несмотря на большое количество накопленных в фильтрующем элементе, извлеченных из воды загрязнений. Вода легко проходит на большую глубину пористого фильтрующего элемента через поры с небольшим эффективным диаметром по всему объему сорбционного элемента. Частицы загрязнений, содержащиеся в воде, в том числе в виде коллоидов, при этом эффективно задерживаются на развитой поверхности извилистых пор.
В уровне техники известно использование порошкообразного активированного угля (пылевидной фракции - 325 mesh). При перемешивании порошкообразные частицы легко сцепляются друг с другом и легко забивают промежутки, в том числе при использовании гранулированного угля между его частицами. Ионообменные полиакрилонитрильные неплавкие волокна препятствуют созданию больших агломератов, фиксируют их расположение между частицами угля. Все это позволяет улучшить протекание воды через пористый фильтрующий элемент, т.е. приводит к увеличению проницаемости элемента. Гранулированный активированный уголь препятствует уплотнению мелких частиц порошкообразного угля и тем самым еще больше снижает гидравлическое сопротивление.
Так как в пористом фильтрующем элементе ионообменные полиакрилонитрильные волокна на внешней поверхности содержат серебро, то оно непосредственно контактирует с водой и, соответственно, с содержащимися в ней микроорганизмами. В силу заявленных размеров частицы серебра имеют большую поверхность контакта. Размер микрокристаллов серебра близок к размеру микроорганизмов, что позволяет достичь высокой эффективности обеззараживания воды и достаточной экономии серебра. Кроме того, в питьевой воде не происходит накопления больших концентраций серебра ввиду того, что составляющие карбон блока, прежде всего волокнистые, проявляют высокое сродство к ионам серебра.
В случае содержания в очищаемой воде окислов двухвалентного железа этот вид загрязнений задерживается в порах карбон блока. Впоследствии двухвалентное железо доокисляется кислородом до оксида трехвалентного железа в то время, когда фильтр выключен. При этом формируются агломераты коллоидных частиц. В момент последующего включения фильтра происходит выброс ржавчины. Если в смесь, состоящую из активированных углеродных частиц, ионообменных полиакрилонитрильных волокон и полимерного связующего, дополнительно ввести ионообменную смолу, то при фильтрации воды через пористый фильтрующий элемент, изготовленный из этой смеси двухвалентное железо не будет окисляться до трехвалентного. Поэтому в первых порциях фильтруемой воды не будет происходить выброс ржавчины.
Использование ионообменных полиакрилонитрильных волокон с длиной более 3 мм приведет к агломерированию волокнистых частиц, образованию комков и как следствие этого к неравномерному распределению волокон в композиции. Необходимо соблюдать условие: диаметр моноволокна ионообменных неплавких волокон не должен превышать минимального диаметра гранулированных частиц. При соблюдении такого условия волокна будут свободно проходить в зазорах между частицами, образуя пространственную сетку.
Далее на примерах конкретной реализации будет показано, что пористые фильтрующие элементы, полученные сжатием в условиях нагрева смеси исходных компонентов, обладают улучшенными эксплуатационными свойствами.
Для получения пористого фильтрующего элемента могут быть использованы следующие материалы:
активированный уголь фирмы Davao Chemical, Филиппины; либо фирмы Bieco-link carbons (РТЕ) LTD, Шри-Ланка;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - ионообменные полиакрилонитрильные волокна Копан, Научно-производственная фирма «ТЭС», Россия;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро, получают методом обработки ионообменных полиакрилонитрильных волокон раствором нитрата серебра с последующей отмывкой (на фиг.2 приведена электронная микрофотография, полученная с оптического микроскопа, подтверждающая наличие серебра на внешней поверхности волокон в сравнении с электронной микрофотографией ионообменных полиакрилонитрильных волокон, отраженной на фиг.1);
полимерное связующее - сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) в первичной форме Сэвилен, OOO «Сэвилен» Казанский нефтехимический комбинат, Россия; либо сополимер этилена и винилацетата, фирмы Exxon Mobil, Франция; либо полиэтилен фирмы Hochst Celanese Hostalen GUR212;
ионообменная порошкообразная смола С107E фирмы Purolite International Ltd., Великобритания;
ионообменная гранулированная смола С243 фирмы Sybron Chemicals Inc., США.
Пористый фильтрующий элемент может быть изготовлен следующим методом: активированный уголь, ионообменные полиакрилонитрильные волокна и полимерное связующее, взятые в предписанном количестве загружают в смеситель и подвергают сжатию в формующих органах перерабатывающих машин с последовательным нагреванием до температур от 100°С до 180°С. При этом формируется пористый элемент, структура которого фиксируется при охлаждении.
Для доказательства возможности промышленной применимости группы изобретений приведены примеры их реализации.
Модельные растворы приготавливали на основе водопроводной воды г.Санкт-Петербурга.
Исходные концентрации:
органических примесей (хлороформа) - 0,36 мг/л;
меди - 3,0 мг/л;
железа - 0,8 мг/л.
Пример 1.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь-68%, размер частиц 300-400 микрон, 20-50 mesh;
порошкообразный активированный уголь-5%, размер частиц 1-10 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 12000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,0%.
Степень очистки по меди - 99,2%.
Степень очистки по железу - 90,1%.
Пример 2.
Эксперимент проводили по примеру 1, при этом через пористый фильтрующий элемент пропускали дистиллированную воду с производительностью 2,5 л/мин в течение 10 мин.
Уд. электропроводность фильтрующего элемента 10-3 Ом-1·м-1.
Пример 3.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 100-150 микрон, 50-200 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц -100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 12000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,3%.
Степень очистки по меди - 99,1%.
Степень очистки по железу - 90,0%.
Пример 4.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 70%, размер частиц 100-150 микрон, 50-200 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
волокнистое связующее - 10% (диаметр моноволокна - 20 микрон, длина не более 1 мм).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 12000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,5%.
Степень очистки по меди - 99,3%.
Степень очистки по железу - 90,6%.
Пример 5.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 74%, размер частиц 80-100 микрон, 80-325 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 9% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее -12% (средний размер частиц -100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 9000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,5%.
Степень очистки по меди - 99,0%.
Степень очистки по железу 95,0%.
Пример 6.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 100-150 микрон, 50-200 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 5% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 00-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
ионообменная порошкообразная смола - 10%.
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 10000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,0%.
Степень очистки по меди - 98,5%.
Степень очистки по железу 87,0%.
Отсутствие выбросов железа в первых порциях отфильтрованной воды.
Пример 7.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 100-150 микрон, 50-200 mesh;
порошкообразный активированный уголь- 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 5% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
ионообменная гранулированная смола - 10%.
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 10000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,0%.
Степень очистки по меди - 99,5%.
Степень очистки по железу - 85,0%.
Отсутствие выбросов железа в первых порциях отфильтрованной воды.
Пример 8.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 100-150 микрон, 50-200 mesh;
порошкообразный активированный уголь- 5%, размер частиц - 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна, содержащие серебро - 5% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон, 1,1% серебра от веса волокон, диаметр кристаллов серебра 0,6-1,5 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента -10000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,5%.
Степень очистки по меди - 99,0%.
Степень очистки по железу - 95,0%.
Пример 9.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси по примеру 1.
Через фильтрующий модуль пропускали суспензию Escherihia Coli концентрацией 105 КОЕ/мл. Общий объем пропущенной суспензии - 3 литра, скорость фильтрации - 1,5 л/мин.
Концентрация бактерий на выходе составила 104 кл/мл.
Пример 10.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси по примеру 5.
Через фильтрующий модуль пропускали суспензию Escherihia Coli концентрацией 105 КОЕ/мл. Общий объем пропущенной суспензии -3 литра, скорость фильтрации - 1,5 л/мин.
Концентрация бактерий на выходе составила 2·104 кл/мл.
Пример 11.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному выше методу из смеси по примеру 8.
Через фильтрующий модуль пропускали суспензию Escherihia Coli концентрацией 105 КОЕ/мл. Общий объем пропущенной суспензии - 3 литра, скорость фильтрации - 1,5 л/мин.
Концентрация бактерий на выходе составила 200 кл/мл.
Пример 12.
Эксперимент проводили по примеру 8, при этом дополнительно через пористый фильтрующий элемент пропускали электрический ток, используя фильтрующий элемент как сорбпионно-активный электрод (катод). Общий ток в момент прохождения импульса составлял 0,25А, падение напряжения на элементе - 125В.
Концентрация бактерий на выходе составила 10 кл/мл.
Пример 13.
Пористый фильтрующий элемент состоит из двух слоев - внутреннего и наружного разного диаметра, каждый из которых получен вышеописанным способом из активированных углеродных частиц, ионообменных полиакрилонитрильных волокон и полимерного связующего. Затем внутренний слой должен быть вставлен в наружный.
Наружный слой пористого фильтрующего элемента выполнен из смеси:
гранулированный активированный уголь-68%, размер частиц 300-400 микрон, 20-50 mesh;
порошкообразный активированный уголь-5%, размер частиц 1-10 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц -100 микрон). Внутренний слой пористого фильтрующего элемента состоит из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 80-100 микрон, 80-325 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна -15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 15000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,0%.
Степень очистки по меди - 99,9%.
Степень очистки по железу - 89,0%.
Пример 14.
Пористый фильтрующий элемент состоит из двух слоев, один из которых получен сжатием исходных компонентов с последовательным нагреванием до температур от 100°С до 180°С и дальнейшим формированием элемента, структура которого фиксируется при охлаждении (например, методом экструзии из активированных углеродных частиц, ионообменных полиакрилонитрильных волокон и полимерного связующего), другой выполнен в виде мембраны.
Первый слой пористого фильтрующего элемента выполнен из смеси:
гранулированный активированный уголь - 68%, размер частиц 80-100 микрон, 80-325 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 15% (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Мембрана выполнена из ионообменных полиакрилонитрильных волокон (диаметр моноволокна 10-20 микрон, длина - 500-700 микрон).
Испытания фильтрующих элементов проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 15000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 99,1%.
Степень очистки по меди - 99,7%.
Степень очистки по железу - 93,0%.
Испытания фильтрующих элементов, в состав которых входят активированные углеродные частицы, ионообменные полиакрилонитрильные волокна и полимерное связующее, взятые в предписанном количестве и с теми же характеристиками этих компонентов, не отраженные в описании, дают идентичные вышеприведенным примерам результаты.
Пример 15.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 83%, размер частиц 300-400 микрон, 20-50 mesh;
порошкообразный активированный уголь - 5%, размер частиц 20-40 микрон, - 325 mesh;
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента -12000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 65,0%.
Степень очистки по меди - 15%.
Степень очистки по железу - 58,0%.
Пример 16.
Пористый фильтрующий элемент получали по описанному методу из смеси:
гранулированный активированный уголь - 58%, размер частиц 300-400 микрон, 20-50 mesh;
ионообменные полиакрилонитрильные волокна - 30% (диаметр моноволокна - 10-20 микрон, длина - 600-700 микрон);
порошкообразное связующее - 12% (средний размер частиц - 100 микрон).
Испытания фильтрующих элементов весом 800 грамм и длиной 150 мм проводили на установке для очистки питьевой воды производительностью 2,5 л/мин. Условием завершения ресурсных испытаний является увеличение сопротивления фильтрующего элемента до 2 атм.
Ресурс фильтрующего элемента - 12000 литров.
Степень очистки от органических примесей (от хлороформа) - 92,0%.
Степень очистки по меди - 71,0%.
Степень очистки по железу - 68,0%.
Приведенные в примерах 15 и 16 результаты подтверждают, что пористые фильтрующие элементы, не содержащие в своем составе ионообменные полиакрилонитрильные волокна и порошкообразный активированный уголь, не обладают достаточными эксплуатационными свойствами, необходимыми для очистки от тяжелых металлов.
Заявленные пористые фильтрующие элементы могут быть использованы в фильтрах и фильтрационных системах, предназначенных для очистки жидкостей, в том числе сильнозагрязненной воды от органических примесей, хлора, коллоидных частиц, тяжелых металлов.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 2009 |
|
RU2429067C1 |
| КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 2015 |
|
RU2638210C2 |
| СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАКИПИ И КОМБИНИРОВАННЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ЭТОГО | 2021 |
|
RU2775751C1 |
| СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И КОМПОЗИЦИОННЫЙ АДСОРБЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 1997 |
|
RU2132729C1 |
| СОРБЦИОННО-ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД | 2009 |
|
RU2411059C2 |
| СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ) | 2000 |
|
RU2172720C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА | 2014 |
|
RU2563282C2 |
| ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН | 2008 |
|
RU2383382C2 |
| КОМПОЗИЦИОННЫЙ РЕГЕНЕРИРУЕМЫЙ АДСОРБЦИОННЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО РЕГЕНЕРАЦИИ | 2000 |
|
RU2171139C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ЭКСТРУЗИИ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ | 2000 |
|
RU2171744C1 |
Группа изобретений относится к пористым фильтрующим элементам, полученным сжатием исходных компонентов в условиях нагрева, например прессованием, литьем под давлением, методом непрерывной экструзии, методом каландрирования, которые могут быть использованы в фильтрах для очистки воды. Фильтрующий элемент содержит материал, приготовленный из следующей смеси компонентов (вес.%): активированные углеродные частицы 50-95%, ионообменные полиакрилонитрильные волокна 3-30%, полимерное связующее 10 -15%, при этом не более 90% активированных углеродных частиц составляют гранулированные частицы, остальные углеродные частицы порошкообразные, а средняя длина ионообменных полиакрилонитрильных волокон больше среднего диаметра гранулированных активированных углеродных частиц. Техническим результатом, достигаемым при использовании, является повышение ресурса работы фильтра и одновременное достижение высокой степени очистки от тяжелых металлов. 2 н. и 86 з.п. ф-лы, 2 ил.
| US 5882517 А, 16.03.1999 | |||
| US 5928588 А, 27.07.1999 | |||
| US 6712939 А, 30.03.2004 | |||
| US 6117328 А, 12.09.2000 | |||
| ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО И УСТРОЙСТВА С ЭТИМ ФИЛЬТРУЮЩИМ МАТЕРИАЛОМ | 1995 |
|
RU2112582C1 |
| УСТРОЙСТВО РЕГЕНЕРИРУЕМОЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД | 2000 |
|
RU2182033C2 |
