СОРБЕНТ С-КП ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2008 года по МПК B01J20/06 B01J20/08 B01J20/10 

Изобретение относится к технологии очистки атмосферного воздуха сорбентом от органических и неорганических промышленных токсикантов, а также уничтожения болезнетворных бактерий и может найти применение в химической, нефтехимической и газовой промышленности, химических и бактериологических лабораториях, больницах, аптеках, магазинах, в том числе и предприятиях специального назначения (службы ПВО, командные пункты, системы управления различными службами).

Известен способ очистки атмосферного воздуха от сероводорода (RU 2254916, 27.06.2005). Изобретение относится к способам приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода и может найти применение при очистке атмосферного воздуха от сероводорода. Это достигается тем, что в способе приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода на основе активного угля предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость. Затем для нанесения промоторов на исходный активный уголь приготавливают пропиточный водный раствор с содержанием 0,5-3,5 мас.% иодида калия от массы исходного активного угля, в который дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля. Количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы активного угля. Сорбент обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха и позволяет избежать частой замены катализатора.

Вместе с тем главным недостатком данного способа является неспособность очищать в комплексе другие кислые газы и пары органических веществ (формальдегид и бутилмеркаптан), а также уничтожать болезнетворные микроорганизмы.

Известен комплексный метод очистки воздуха от пыли и токсичных веществ (RU 2163834, 10.03.2001). Изобретение может быть использовано для мокрой очистки газов путем взаимодействия с противотоком жидкости загрязненного газового потока и эмульгирования. Для этого закрученный тангенциальным входом поток загрязненного газа подают в кольцевую щель, в которой лопаточным завихрителем газ закручивают в противоположную сторону и газожидкостную смесь эмульгируют в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, тарельчатый дозатор жидкости, размещенный в кольцевой щели лопаточный завихритель с противоположной входному патрубку закруткой. Внешние концы выходных кромок завихрителей подняты над внутренними, примыкающими к дозатору жидкости. Входной патрубок газоочистителя снабжен соплами для смыва отложений пыли и системой автоматической периодической подачи смывной воды, срабатывающей за счет разрежения в газоходе и обеспечивающей продувку сопл атмосферным воздухом. Корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы, а дозатор жидкости - многоугольник, подобный основанию призмы.

Предложен способ очистки воздуха от вредных примесей и устройство для его реализации (RU 2161567, 2001.01.10). Изобретение относится к способам очистки и кондиционирования воздуха от примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салонах транспортных средств, однако возможно его использование и в других относительно герметичных помещениях. Способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях заключается в том, что очистка осуществляется попеременно двумя потоками подаваемых вентиляторами из относительно герметичного помещения воздуха от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений и каталитических ядов, посредством низкотемпературного каталитического фильтра. Производят поочередное в одном из потоков регенерирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра, каждый из которых включает двойной слой силикагеля и активированного угля за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, путем нагрева этого адсорбционного фильтра до 160°С. Затем охлаждают его вентилятором, при этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение, и сбрасывание этого воздуха в атмосферу в процессе регенерации.

Известен способ очистки воздуха от токсичных веществ (RU 2202402, 20.04.2003). Способ относится к сорбционно-каталитической очистке воздуха от загрязняющих веществ и может быть использован для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов. Способ очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных и отходящих газов включает пропускание воздушного потока последовательно через механический фильтр для удаления твердых частиц и аэрозолей, устройство нагрева воздуха до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину 5-30°С, слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, слой пористого полимерного сорбента, содержащего в порах простой полиэфир для адсорбции металлов, и слой окислительно-восстановительного катализатора на основе оксидов марганца и меди для очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов. Предложенный способ позволяет достигнуть десятикратного снижения концентрации вредных компонентов выхлопных газов (СО, оксиды азота и др.) и снизить концентрацию тяжелых металлов в вентиляционных производственных выбросах до величин ПДК и ниже.

Данный способ обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов при его высокой эффективности и позволяет избежать частой замены катализатора.

Вместе с тем главным недостатком данного способа, взятого нами в качестве прототипа, является его неспособность очищать воздушные вентиляционные потоки от ряда органических соединений и металлов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание сорбента многоцелевого использования, обладающего универсальностью действия, а также необходимыми сорбционными и технологическими характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что предлагается новый сорбент С-КП, представляющий собой гранулы керамзита, покрытые тонким слоем пиролюзита. Сорбент С-КП предназначен для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.

Полученный сорбент отвечает следующему химическому составу (мас.%):

оксид алюминия66,8-69,6диоксид кремния27,0-28,05оксид железа1,4-1,6хлорид натрия0,3-0,5карбонат кальция0,7-0,77пиролюзит0,83-1,0

Были поставлены опыты по очистке атмосферного воздуха от различных токсикантов на сорбенте С-КП.

С целью изучения очистки воздуха в бутылях емкостью 5 дм³ создавали с помощью вакуумного насоса небольшое разрежение (остаточное давление ˜0,6-10⁵ н/м²) и через специальный патрубок пропускали газы или пары исследуемого вещества. Пары генерировали, нагревая в пробирке с газоотводной трубкой навеску вещества (ацетон, формальдегид и др.) или в результате проведения химической реакции меди с серной или азотной кислотами (получали соответственно газы SO₂ или NO₂). Далее в бутыль пропускали воздух до доведения общего давления до 1,02-10⁵ н/м² и пропускали смесь воздуха и исследуемого газа из бутыли через гранулы сорбента с диаметром 20 мм, создавая разрежение на выходе из этой трубки.

В таблице 1 приведены результаты опытов по очистке атмосферного воздуха, в который вносились определенные токсиканты. Степень очистки S рассчитывали по формуле где m_исх - содержание сорбата в воздухе до очистки, мг/м³, m_кон - содержание сорбата в воздухе после очистки, мг/м³.

Таблица 1Результаты очистки воздуха от различных токсикантов.
Оксид азота (NO). ПДК_C.C. - 0,06 мг/м³, ПДК_м.р. - 0,4 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_конS, %05,05,0±0,50,01,05,04,00±0,0520,02,05,02,0±0,0560,05,05,01,5±0,0570,0010,010,0±0,100,01,010,05,0±0,550,02,010,04,0±0,460,55,010,03,0±0,2570,0050,050±5,00,01,050,020,0±2,0602,050,015,0±0,10705,050,05,0±0,5900100,0100,0±2,5-1,0100,020±2,075,02,0100,020,0±2,080,05,0100,05,0±0,595,0Диоксид серы (SO₂). ПДК_м.р. - 0,1 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³05,05,0±0,5S, %1,05,00,005±0,00199,902,05,00,005±0,00199,905,05,00,005±0,00199,90050,050,0±0,50-1,050,00,01±0,00299,982,050,00,01±0,00299,985,050,00,01±0,00299,980200,0200±10,099,51,0200,01,0±0,2599,52,0200,01,0±0,0599,55,0200,01,0±0,05-010001000±5099,501,010004,0±0,5099,602,010001,0±0,1599,9105,010001,0±0,1599,90Сероводород (H₂S). ПДК_м.р. - 0,008 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³S, %00,050,05-1,00,050,00198,02,00,050,000599,05,00,050,000399,400,50,00199,801,00,50,00199,802,00,50,000599,805,00,50,000399,9401,000,00199,901,01,000,00199,902,01,000,000599,955,01,000,000399,97010,00,00299,981,010,00,00299,982,010,00,00199,995,010,00,00199,99Диоксид азота (NO₂). ПДК_С.С. - 0,04 мг/м³, ПДК_м.р. - 0,08 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³S, %0200,0200±10,001,0200,020,0±1,590,02,0200,010,0±1,095,05,0200,00,50±0,597,5050,050,0±2,5-1,050,05,0±0,30902,050,03,0±0,30945,050,01,0±0,1098,0010,010,0±1,0-1,010,01,0±0,0590,02,010,00,50±0,1095,05,010,00,03±0,00598,005,05,0±0,25-1,05,01,0±0,1580,02,05,00,5±0,0390,05,05,00,2±0,00596,0Оксид углерода (СО). ПДК_С.С. - 3,0 мг/м³, ПДК_м.р. - 5,0 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³S, %01,001,0±0,08-1,01,000,40±0,0399,902,01,000,01±0,0199,905,01,000,05±0,000599,90010,010,0±1,0-1,010,05,8±0,3542,02,010,01,60±0,1084,05,010,00,05±0,0595,00100,0100,0±2,5-1,0100,020±2,075,02,0100,020,0±2,080,05,0100,05,0±0,595,00500,0500±20,0-1,0500,0100,0±5,080,02,0500,050,0±3,590,05,0500,010±1,098,0БутилмеркаптанВремя контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³S, %00,050,05±0,005-1,00,050,02±0,003602,00,050,01±0,002805,00,050,01±0,0028001,001,0±0,08-1,01,000,10±0,003902,01,000,05±0,006955,01,000,02±0,00598,0010,010,0±0,95-1,010,01,0±0,0990,02,010,00,50±0,0395,05,010,00,10±0,00299,0050,050,0±3,5-1,050,025,0±1,5502,050,010,0±0,95805,050,05,0±0,390,0Формальдегид. ПДК_С.С. - 0,003 мг/м³, ПДК_м.р. - 0,035 мг/м³Время контакта, сИсходная концентрация m_исх, мг/м³Результаты очисткиНайдено, m_кон мг/м³S, %00,0010,001±0,0001-1,00,0010,0005502,00,0010,0005505,00,0010,00055000,100,10±0,01-1,00,100,05±0,005502,00,100,05±0,005505,00,100,02±0,0055001,001,0±0,05-1,01,000,10±0,01902,01,000,05±0,005955,01,000,01±0,00199,0010,010,0±0,50-1,010,00,10±0,0199,02,010,00,05±0,005399,505,010,00,01±0,000399,90

Из результатов, приведенных в табл.1, видно, что сорбент С-КП может быть использован для очистки воздуха жилых помещений и рабочих зон промышленных предприятий. Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп токсикантов. Для этого использовали одновременное генерирование нескольких токсикантов. Результаты очистки воздуха от смеси различных токсикантов приведены в табл.2.

Таблица 2Результаты сорбционной очистки атмосферного воздуха от ряда токсикантов, присутствующих вместе.Время контакта, сКонцентрация вещества до очистки, мг/м³, воздух содержит смесь веществ, концентрация каждого из которых обозначена цифрамиРезультаты очисткиНайдено, m_кон мг/мS, %5,0SO₂ - 20,02,0±0,1090.NO₂ - 20,02,0±0,1090,0СО - 20,010±0,9550,0H₂S - 10,00,01±0,00199,99NO - 20,00,1±0,00199,5НСОН-20,02,0±0,1090,0Среднее  86,575,0SO₂ - 100,04,0±0,2096,0NO₂ - 100,04,0±0,02096,0CO - 100,025±1,5075,0H₂S - 50,00,5±0,0599,5NO - 100,00,01±0,00199,98 НСОН-100,00,01±0,00199,98Среднее  94,41

Как видно из табл.2, сорбционная очистка атмосферного воздуха с использованием сорбента С-КП обладает высокой эффективностью и может быть рекомендована повсеместно в тех случаях, когда только хемосорбционная очистка обладает заметным эффектом.

Опыты показывают, что дезактивируется не только СО, CO₂, H₂S, NO, NO₂, фенол и формльдегид, но также уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы. В таблице 3 приведены результаты очистки воздуха от микроорганизмов. Воздух в помещениях охлаждался кондиционерами ВК - 2500, но в одном случае воздух очищался сорбентом С-КП, находящемся в пенале и расположенном вдоль потока выходящего воздуха. В каждом из помещений работало по шесть человек (работа каждой смены - 4 часа, режим работы - круглосуточный).

Таблица 3Сравнительные характеристики обсеменности атмосферного воздуха естественной микрофлорой без использования (контроль) и с использованием сорбента С-КП. Число опытов - 6.Объект исследования - воздухТемпература, °СОтносительная влажность, %Число колоний естественной микрофлоры в чашке Петри.Комната 1 (контроль)25±280,0±2,056,0±5,0Комната 2 (с использованием сорбента)25±280,0±2,07,0±1,0

Как видно из табл.3, обсеменность атмосферного воздуха в результате использования сорбента С-КП уменьшилась примерно в восемь раз по сравнению с контролем.

Таким образом, сорбционная очистка атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода и серы, сероводорода, формальдегида и бутилмеркаптана с использованием сорбента С-КП имеет высокую эффективность.

Изобретение относится к сорбентам для очистки атмосферного воздуха. Сорбент получен опушиванием заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием. Сорбент обладает активностью по отношению к оксидам азота, углерода и серы, а также к формальдегиду и бутилмеркаптану. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Сорбент С-КП для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что он отвечает следующему химическому составу, мас.%:

оксид алюминия66,8-69,6диоксид кремния27,0-28,05оксид железа1,4-1,6хлорид натрия0,3-0,5карбонат кальция0,7-0,77пиролюзит0,83-1,0