ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫЙ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2008 года по МПК C02F1/28 C02F1/68 C02F103/00 

Изобретение относится к высоконаполненным серебросодержащим гранулированным материалам, используемым в безнапорных и напорных фильтрах в водоочистных устройствах для обеззараживания ионами серебра воды, очищаемой сорбционными, мембранными, дистилляционными и др. методами, либо для обеспечения бактериостатического эффекта сорбционной загрузки.

Известны нейтральные носители, модифицированные серебром:

- угли (заявка Японии 08192153, C02F 1/42, опубл. 30.06.1996; патент России 2077493, C02F 1/28, опубл. 20.04.1997; патент России 215032, B01J 20/20, опубл. 10.06.2000; патент России 2145259, B01J 20/20, опубл. 10.02.2000);

- цеолиты (патент России 2049053, С01В 31/08, опубл. 27.11.1995).

Недостатком материалов такого типа является слабовыраженный бактериостатический эффект, что существенно сокращает временной ресурс применения систем очистки.

Известны серебросодержащие ионообменные материалы:

Международная заявка WO 56454, B01J 39/04, опубл. 28.09.2000; заявка Японии 1268611, A01N 61/00, опубл. 18.04.1988; патент России 2048855, В01D 24/08, опубл. 27.11.1995. Использование материалов такого типа в минерализованных водах затруднено из-за неравномерного и высокого выделения серебра, обусловленного протеканием ионного обмена.

Известны высоконаполненные пластиковые грануляты для кондиционирования воды ионами серебра, кальция, магния, калия, натрия и т.д., наиболее близкие по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому материалу, перерабатываемые экструзией при температуре на 30-60°С выше температуры плавления термопласта, полученные при соотношении компонентов в смеси, мас.%: термопласт - 26-70, минеральные и/или органические добавки - 30-74 (патент РФ №2096341, МКИ С02F 1/68, опубл. 20.11.1997 - прототип).

В качестве термопласта по прототипу, в частности, могут быть использованы полиолефины (полиэтилен высокого и низкого давления, полипропилен), а в качестве минеральных добавок окислы металлов (в частности, CaO, MgO), соли (в частности, сульфаты, карбонаты, галогениды кальция, магния, натрия, калия и серебра), сорбенты (в частности, активированные угли) или смеси указанных компонентов (колонка 5, абзацы 4 и 6).

Ближе всего по составу к предлагаемому высоконаполненному серебросодержащему гранулированному материалу гранулят следующего состава, мас.%:

- термопласт (полиэтилен низкого давления) - 26;

- минеральная добавка (активированный уголь, Ag₂SO₄, CaSO₄, MgCO₃, MgO, NaCl, KCl) - 74 (колонка 7, пример 1).

Основным недостатком прототипа является неравномерность и очень высокий уровень (существенно превышающий значение ПДК) выделения ионов серебра в воду, особенно после перерывов в работе материала.

Технической задачей изобретения является создание высоконаполненного серебросодержащего гранулированного материала, позволяющего получить технический результат, проявляющийся в равномерности и стабильности выделения ионов серебра в обрабатываемую воду при обеспечении высокого ресурса работы материала.

Указанный технический результат достигается тем, что высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал для обеззараживания питьевой воды ионным серебром, включающий полиэтилен и неорганические вещества в виде солей неорганических кислот, дополнительно содержит шунгит, полиэтиленовый воск и стеарат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэтилен35-45полиэтиленовый воск1-6шунгит38-55сульфат серебра0,5-6хлорид натрия1-5стеарат кальция0,5-2

Принципиальным отличием предлагаемого материала от прототипа является введение в состав композиции шунгита в сочетании с полиэтиленовым воском. Шунгит - природный материал, обладающий сорбционными, каталитическими и бактерицидными свойствами (III Международная научно-практическая конференция «Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использованиям Сборник материалов. Пенза, 7-8 июня 2001. С.39-41; патент РФ 2074120, МКИ С02F 1/28, опубл. 21.05.1997).

Высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал для обеззараживания питьевой воды ионным серебром изготавливают следующим методом: предварительно высушенные и измельченные компоненты, взятые в определенном соотношении, смешивают, полученную смесь экструдируют при температуре (165±15)°С через фильеру диаметром 2 мм, стренги режут на гранулы длиной 2-8 мм.

Работоспособность полученного высоконаполненного серебросодержащего гранулированного материала для обеззараживания питьевой воды ионным серебром характеризуют по выделению ионов серебра в обрабатываемую воду. Для этого гранулят, взятый в количестве 10 см³, помещают в колонку с внутренним диаметром 12 мм и пропускают дистиллированную воду со скоростью 30 см³/мин при комнатной температуре.

Массовую концентрацию ионного серебра в фильтрате определяют фотоколориметрическим методом с помощью п-диметиламино-бензилиденроданина (Руководство по химическому и технологическому анализу воды // М.: Стройиздат - 1973. - 272 с.).

Ресурс работы материала характеризуют отношением общего объема полученной воды, содержащей ионное серебро, на один объем загруженного материала (об./об.).

Для доказательства возможности применимости высоконаполненного серебросодержащего гранулированного материала для кондиционирования воды ионами серебра приведены примеры их реализации (см. таблицу).

Пример 1.

Шунгит марки ШН5 с массовой долей углерода 25-40% (ТУ 2169-002-56840806-2003 Наполнитель шунгитовый) сушат при температуре (105±2)°С в течение (3,5±0,5) часов;

Сульфат серебра, хлорид натрия, порошкообразный полиэтилен высокого (ГОСТ 16337-77) или низкого (ГОСТ 16338-85) давления; полиэтиленовый воск; стеарат кальция (ТУ 6-09-4233-76) каждый в отдельности измельчают до достижения размеров частиц не более 0,25 мм.

Введены следующие сокращения:

Полиэтилен высокого давления - ПЭВД; полиэтилен низкого давления - ПЭНД; шунгит - Ш; полиэтиленовый воск - ПВ; активированный уголь - АУ.

Подготовленные соли, полиэтилен, шунгит, полиэтиленовый воск и стеарат кальция берут в соотношении, мас.%:

ПЭВД - 40; ПВ - 5; Ш - 48; сульфат серебра - 5; хлорид натрия -1,5; стеарат кальция - 0,5.

Загружают в шаровую мельницу и перемешивают в течение 2-х часов. Полученную смесь экструдируют при температуре (165±15)°С через фильеру диаметром 2 мм. Стренги режут на гранулы длиной 2-8 мм.

Характеристика эксплуатационных свойств материалов по всем примерам приведена в таблице.

Примеры 2-4. Высоконаполненные серебросодержащие гранулированные материалы получают по описанной выше методике, но с использованием иных качественных и количественных составов из числа заявленных, пример 5 - по прототипу.

Пример 2

Состав композиции, мас.%:

ПЭВД - 35; Ш - 55; ПВ - 6;сульфат серебра - 0,5; хлорид натрия - 1,5; стеарат кальция - 2,0.

Пример 3

Состав композиции, мас.%:

ПЭНД - 45; Ш - 38; ПВ - 5; сульфат серебра - 6; хлорид натрия - 5; стеарат кальция - 1,0.

Пример 4

Состав композиции, мас.%:

ПЭВД - 45; Ш - 44; ПВ - 1; сульфат серебра - 6; хлорид натрия - 3,0; стеарат кальция - 1,0.

Пример 5. По прототипу

Состав композиции, мас.%:

Термопласт (ПЭНД) - 26; минеральная добавка (АУ-8, Ag₂SO₄ - 3, смесь CaSO₄, MgCO₃, MgO, NaCl, KCl-63) - 74.

Представленные примеры подтверждают, что введение в состав перерабатываемой композиции шунгита и полиэтиленового воска в предлагаемых соотношениях обеспечивает достижение следующего технического результата:

- равномерности выделения серебра: концентрация серебра при пропускании 0,05 л воды и 1,0 л составляет 1,0 мг/л (по прототипу 36 и 1,0 соответственно),

- стабильности выделения серебра: концентрация серебра при пропускании воды от 0,05 л до 10 л снизилась с 1,0 мг/л до 0,18 мг/л (по прототипу - с 36 мг/л до 0,20 мг/л).

Таблица.Характеристика эксплуатационных свойств высоконаполненных серебросодержащих гранулированных материалов, полученных в соответствии с изобретением в сравнении с прототипом.Пример №№Состав композиции, мас.%Насыпная масса, г/см³Концентрация серебра в дистиллированной воде, мг/л0,05 литра1-й литр10-й литр Ресурс 1000 об./об.30-й литр Ресурс 3000 об./об.50-й литр Ресурс 5000 об./об.100-й литр Ресурс 10000 об/обПерерыв 0.5 суток*123456789101ПЭВД - 40
ПВ - 5
Ш - 48
Ag₂SO₄ - 5
NaCI - 1,5
Стеарат Са - 0,50.561.01.00.180.160.080.050.42ПЭВД - 35
ПВ - 6
Ш - 55
Ag₂SO₄ - 0.5
NaCl - 1.5
Стеарат Са - 2,00.57Отс.Отс.следы   следы3ПЭНД - 45
ПВ - 5
Ш - 38
Ag₂SO₄ - 6
NaCl - 5
Стеарат Са - 1,00.562.51.00.300.15Не определяли 0.64ПЭВД - 45
ПВ - 1
Ш - 44
Ag₂SO₄ - 6
NaCl - 3.0
Стеарат Са - 1,00.553.01.00.400.25Не определяли 1.05 по прототипуТермопласт (ПЭНД) - 26
Минеральная добавка (АУ-8, Ag₂SO₄ - 3, смесь CaSO₄, MgCO₃, MgO, NaCI, KCI - 63) - 740.84361.00.20Не определяли  >>50*После пропускания 3-х литров перерыв на 0,5 суток
Объем пробы 0,05 литра

При этом обеспечивается высокий ресурс работы материала: до 10000 об./об.

Кроме того, введение в состав перерабатываемой композиции шунгита и полиэтиленового воска приводит к существенному снижению концентрации серебра при перерывах в работе (по сравнению с прототипом).

При этом полученный технический результат не является очевидным. Сведения о введении шунгита в состав композиционных материалов для обеспечения равномерности и стабильности выделения ионов серебра в воду нами не обнаружены.

Изобретение относится к высоконаполненным серебросодержащим гранулированным материалам, используемым в безнапорных и напорных фильтрах в водоочистных устройствах для обеззараживания ионами серебра воды, очищаемой сорбционными, мембранными, дистилляционными и др. методами, либо для обеспечения бактериостатического эффекта сорбционной загрузки. Высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал содержит, мас.%: полиэтилен - 35-45, полиэтиленовый воск - 1-6, шунгит - 38-55, сульфат серебра - 0,5-6, хлорид натрия - 1-5, стеарат кальция - 0,5-2. Технический результат состоит в создании материала, характеризующегося равномерным и стабильным выделением ионов серебра в обрабатываемую воду при обеспечении высокого ресурса работы материала. 1 табл.

Высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал для обеззараживания питьевой воды ионным серебром, включающий полиэтилен, неорганические вещества в виде солей неорганических кислот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит шунгит, полиэтиленовый воск и стеарат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэтилен35-45полиэтиленовый воск1-6шунгит38-55сульфат серебра0,5-6хлорид натрия1-5стеарат кальция0,5-2