СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПАРОВ ВОДЫ, КИСЛЫХ ГАЗОВ И МИКРООРГАНИЗМОВ В САЛОНАХ (КАБИНАХ) ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И В ПОМЕЩЕНИЯХ Российский патент 2013 года по МПК B01J20/16 B01J20/04 B01J20/30 B01D53/02 

Изобретение относится к сорбентам для очистки воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств, а также в жилых помещениях от кислых газов, паров воды и микроорганизмов.

Известны способ и устройство для очистки воздуха в обитаемых отсеках транспортных средств. Устройство для очистки воздуха состоит из входного и выходного патрубков, между которыми последовательно расположены нагреватель воздуха и последовательно соединенные секции с кассетами, заполненными хемосорбентами и катализатором для очистки приточного воздуха от органических, азот- и серосодержащих соединений, а также оксида углерода [RU 94017415 А, В60Н 3/06,1996].

Основными недостатками данного изобретения являются: в обитаемый отсек подается и очищается только приточный воздух; устройство имеет очень большие габариты и массу; для очистки воздуха расходуется большое количество электроэнергии; для устройства характерна недостаточная эффективность очистки воздуха; не очищается в режиме рециркуляции. При включении систем вентиляции, обогрева, кондиционирования с большой производительностью по приточному воздуха применение устройства теряет смысл.

Известны способ и устройство для очистки воздуха, в которых очистка воздуха в помещениях и салонах производится в режиме рециркуляции с помощью хемосорбентов, низкотемпературного каталитического и адсорбционных фильтров [RU 2161567 C1, B60H 3/06, 2001]. Основными недостатками устройства являются: неэффективность применения при работе систем вентиляции, обогрева и кондиционирования из-за многократной разницы по расходу воздуха, который у системы очистки намного меньше; то же при открытом положении дверей, окон и т.п.; то же при большой негерметичности помещения, салона. Другими недостатками этого устройства являются: отсутствие очистки от пыли, озона, оксида азота, и т.д., отсутствие технического решения по подаче очищенного воздуха в зону дыхания пассажира, водителя, т.к. без этого требуется значительное время на очистку воздуха во всем объеме помещения, после которого будут достигнуты необходимые условия для нахождения людей в помещении в благоприятных условиях.

Известна система очистки воздуха от вредных веществ, работающая в режиме рециркуляции, преимущественно в салонах, кабинах транспортных средств, помещениях, обитаемых отсеках, состоящая из корпуса с входными и выходными окнами, электродвигателя, вентилятора, сблокированного с приводом, средства очистки воздуха, включающего, по меньшей мере, один блок очистки воздуха, с одним фильтрующе-очищающем слоем [RU 2173639 С1, 2001]. Недостатками устройства является отсутствие очистки воздуха от пыли, оксидов азота, озона, отсутствует тщательная и оптимальная проработка подбора фильтрующих материалов, сорбентов, катализаторов, других узлов, обеспечивающих более эффективную очистку воздуха с учетом очень большого разнообразия конструктивного исполнения, например, автомобилей, их систем, исполнения салонов и кабин, степени их негерметичности, разнообразия загрязнителей наружного воздуха, как по концентрации, так и по составу вредных веществ.

Известно устройство очистки воздуха от вредных веществ в режиме рециркуляции, преимущественно в обитаемых отсеках, например, в салонах и кабинах транспортных средств, бытовых и производственных помещений, включающий забор воздуха из помещениях, прокачку воздуха с помощью нагнетателя через систему очистки с блоками очистки воздуха от вредных веществ и, наконец, подачу очищенного воздуха обратно в салон, причем наряду с очисткой воздуха в салоне в режиме рециркуляции дополнительно забирают часть приточного воздуха и прокачивают через его через систему очистки воздуха из салона, и подают очищенный воздух в салон, а долю воздуха из салона, пропорциональную количеству поданного в салон приточного очищенного воздуха, выбрасывают за пределы салона, причем подачу и очистку приточного воздуха производят в зависимости от загрязненности воздуха. Перед очисткой от наиболее вредных веществ для снижения содержания в воздухе диоксида углерода и восстановления из них кислорода воздух прокачивают через дополнительный окислительный фильтроэлемент, состоящий из перекисных соединений щелочных металлов, а для удаления дополнительной влаги - из хлористого кальция и/или силикагеля. Для очистки от воздуха от оксидов азота оксид азота сначала окисляют с помощью перманганата калия (или кальция, или бария, или магния). Очистку от оксидов углерода осуществляют низкотемпературным катализатором с использованием металлов платиновой группы, например, палладия или его оксидов, или гопкалита, или цеолитов, или фотокатализатора, или угля, импрегнированного гидрофильными солями хлоридов кальция, или лития, или бромида лития, или путем производства и подачи в поток воздуха озона. Очистку воздуха от соединений углерода, всех групп углеводородов, включая канцерогены, проводят на гранулах угля, или угля, модифицированного щелочными металлами, или оксидом меди, или солями меди, хрома, серебра, которые закрепляют на поверхности активного угля путем пропитки с последующей термообработкой при температуре 110-150°С, причем уголь предварительно активируют методом парогазовой активации, например, при температуре 800°С. Очистку воздуха от аммиака, сероводорода и органических примесей производят путем пропускания его через водно-аммиачный раствор, содержащий каталитические добавки, или поглотителями из йодистого калия или натронной извести [RU 2319622 С2, 2006].

Недостатком существующего устройства является прежде всего сложность используемой композиции очищающих воздух веществ. Между введенными в очиститель компонентами могут протекать химические реакции, в результате чего резко снижается активность поглотителя.

Нами предлагается новый сорбент, полученный смешиванием тонкоизмельченных 25 г портландцемента - 500, 25 г опок Астраханской области с 5 г NaСl и 45 г воды и формированием гранул необходимых размеров (5-7 мм в диаметре). Продукт нагревают при 105°С в течение 6 часов, выдерживают еще трое суток при температуре от 20 до 40°С, после затвердевания вымачивают в водопроводной воде до отрицательной реакции на хлорид - ионы. Высушивают до влажности примерно 2% при 95-100°С. Готовый продукт вымачивают в 10%-ном растворе диэтаноламина (ДЭА), содержащим до 1% хлорид цетилпиридиния (ХЦП), и высушивают до воздушно-сухого состояния (влажность до 8%).

Полученный сорбент содержит, (мас.%): оксид кальция (СaО) - 50,0; диоксид кремния (SiО₂) - 30,0; оксид алюминия (Al₂O₃) - 11,4; диэтаноламин (NH(CH₂)₄OH₂) - 0,5; хлорид цетил пиридиний - 0,01; вода (H₂O) - 8,0; остальное - примеси.

Испытание сорбента

Были поставлены опыты по очистке атмосферного воздуха от кислых газов, паров воды и микроорганизмов на заявленном сорбенте. 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, которые получали по реакции меди с серной кислотой (получали SO₂), по реакции сульфида натрия с серной кислотой (получали H₂S) или по реакции карбоната кальция с соляной кислотой (получали СО₂). 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 2 см, создавая разрежение на выходе из этой трубки.

В табл.1 приведены результаты опытов по очистке атмосферного воздуха, в который вносили определенные токсиканты. Степень очистки S рассчитывали по формуле S, где m_исх - содержание H₂S, или SO₂, или СО₂ в воздухе до очистки, мг/м³, m_кон - содержание H₂S, или SO₂, или СО₂ в воздухе после очистки, мг/м³.

Из результатов, приведенных в табл.1, видно, что заявленный сорбент может быть использован для очистки воздуха воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств, а также в жилых помещениях. Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп токсикантов. Для этого использовали одновременное генерирование нескольких токсикантов. Результаты очистки воздуха от смеси сероводорода, диоксида углерода и серы приведены в табл.2.

Таблица 2 Результаты сорбционной очистки атмосферного воздуха от смеси сероводорода, диоксида углерода и серы Время контакта, с Концентрация вещества до очистки, мг/м³, воздух содержит смесь веществ, концентрация каждого из которых обозначена цифрами Результаты очистки Найдено, m_кон мг/м³ S,% 5,0 SO₂-20,0 0,002±0,0002 99,99 5,0 СO₂-20,0 0,002±0,0002 99,99 5,0 H₂S-10,0 0,001±0,0001 99,99

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

Опыты показывают, что дезактивируется не только SO₂, H₂S, CO₂, но также уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы. В табл.3 приведены результаты очистки воздуха от микроорганизмов. Воздух в боксах охлаждался кондиционерами БК - 2500, но в одном случае воздух очищался заявленном сорбентом, находящемся в пенале и расположенном вдоль потока выходящего воздуха.

Таблица 3 Сравнительные характеристики обсеменности атмосферного воздуха естественной микрофлорой без использования (контроль) и с использованием заявленного сорбента. Число опытов - 6. Объект исследования - воздух Температура, °С Относительная влажность, % Число колоний естественной микрофлоры в чашке Петри до опытов после опытов Бокс 1 (контроль) 25±2 80,0±2,0 80,0±2,0 56,0±5,0 Бокс 2(с использованием сорбента) 25±2 80,0±2,0 40,0±1,5 4,0±1,0

Таким образом, сорбционная очистка атмосферного воздуха от кислых газов, болезнетворных микроорганизмов, с использованием заявленного сорбента имеет высокую эффективность.

Сорбент получают путем смешивания тонкоизмельченного портландцемента - 500, опоки, хлорида натрия и воды. Из смеси формуют гранулы, нагревают их при 105°С в течение 6 часов, и выдерживают в течение трех суток при температуре от 20 до 40°С. Затвердевшие гранулы вымачивают в водопроводной воде до отрицательной реакции на хлорид-ионы, высушивают до влажности 2%, выдерживают в 10%-ном растворе диэтаноламина (ДЭА), содержащем до 1% хлорид цетилпиридиния (ХЦП), и вновь высушивают до влажности 8%. Изобретение позволяет простым способом получить эффективный сорбент. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ получения сорбента для очистки воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств, а также в жилых помещениях от кислых газов, паров воды и микроорганизмов, который получают смешиванием тонкоизмельченных 25 г портландцемента - 500, 25 г опок Астраханской области с 5 г NaCl и 45 г воды, формированием гранул диаметром 5-7 мм, нагреванием гранул при 105°С в течение 6 ч, выдерживанием гранул в течение трех суток при температуре от 20 до 40°С, после затвердевания гранулы вымачивают в водопроводной воде до отрицательной реакции на хлорид-ионы, высушивают до влажности 2% при 95-100°С, выдерживают в 10%-ном растворе диэтаноламина (ДЭА), содержащем до 1% хлорид цетилпиридиния (ХЦП) и высушивают до влажности 8%.

2. Сорбент для очистки воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств, а также в жилых помещениях от кислых газов, паров воды и микроорганизмов, полученный способом, охарактеризованным в п.1.