Пористый фильтрующий элемент и способ его изготовления Российский патент 2021 года по МПК B01D39/00 B22F3/16 C02F1/28 

Изобретение относится к пористым материалам на основе титана, применяемых для изготовления фильтров для воды.

Известен способ изготовления пенокерамического фильтра из карбида титана, для изготовления которого готовят суспензию из порошка титана и сажи в органическом связующем. Суспензию смешивают с порообразователем - вспененным полистиролом - в объемном соотношении 1:2. Из полученной массы пуансоном формуют заготовку с образованием прямолинейных сквозных каналов. Заготовку сушат, после чего осуществляют продувку аргоном. Затем инициируют реакцию СВС. В процессе СВС и последующего охлаждения на поверхности фильтра формируют слой двуокиси титана (RU 2280536, МПК B22F 3/23; C04B 38/00; B01D 39/20, опубл. 27.06.2006 г.)

Недостатком подобного фильтра является сложность и дороговизна способа его изготовления.

Известен фильтрующий материал, содержащий по меньшей мере один пористый слой компонента на основе титана и по меньшей мере один слой компонента на основе меди, имеющего по сравнению с титаном больший нормальный электродный потенциал, все компоненты которого обладают электронной проводимостью, а их слои пространственно обособлены и лишь частью поверхности введены в гальванический контакт, при этом слой компонента на основе меди также выполнен пористым и имеет средний размер пор и общую пористость больше среднего размера пор и общей пористости в слое компонента на основе титана (RU 2195992, МПК B01D 39/10; B01D 39/20; опубл. 10.01.2003 г.)

Недостатком патента является то, что использование данного материала в качестве фильтра для питьевой воды, характеризуется неприятным вяжущим привкусом, т.к. материал содержит пористый слой на основе меди, кроме того медь пагубно влияет на состояние человеческого организма в целом. Когда концентрация меди достигает 1,0 мг/л в обязательном порядке требуется проводить очистку питьевой воды с использованием дополнительных специальных систем водоочистки и водоподготовки.

Ближайшим аналогом является пористый металлический фильтр и способ его изготовления методом изостатического прессования, осуществляемого в несколько этапов; стадия изготовления суспензии с желаемыми пузырьками путем смешивания 50-100 весовых частей металлического порошка, порошка смешанного металла или сплава, 20-50 весовых частей дистиллированной воды, 0,1-10 весовых частиц диспергирующего агента или модификатора вязкости, 1 - 15 мас.ч. поверхностно-активного вещества пенообразователя, 1-30 мас.ч. порообразующего агента, 0,5-10 мас.ч. гелеобразующего агента и 0,5-10 мас.ч. отвердителя (KR20130072570 (A) Ї 2013-07-02).

Недостатком ближайшего аналога, является способ изготовления методом изостатического прессования, который значительно дороже и сложнее, предложенного заявителем.

Задача стоящая перед автором состоит в создании простого способа изготовления восстанавливаемых, антибактериальных эффективных фильтрующих элементов, применяемых для очистки и обеззараживания воды.

Сущность изобретения состоит в создании фильтрующего элемента на основе гидрида титана с добавлением углерода от 0,1 до 2% и серебра от 0,1 до 10% мольных долей, изготовленного способом спекания в вакуумной печи.

Гидрид титана (TiH2) получают в результате взаимодействия титановой губки или электролитического титанового порошка с водородом. Гидрид электролитического титана – порошок серого цвета с массовой долей хлора, азота и железа не более 0,06 % каждого. Гидрид титана используется как источник чистого водорода для восстановления оксидов или при восстановительном отжиге. При его нагревании выделяется водород спектральной степени чистоты. В химической промышленности гидрид титана используется как катализатор в металлоорганическом синтезе, в металлургии – как вспениватель при производстве пенометаллов.

Серебро в ионном виде обладает бактерицидным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции. Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра поглощаются клеточной оболочкой микроба, в результате чего его клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции

На фиг. показан пример готового варианта пористого фильтрующего элемента с резьбой, для водопроводной трубы.

Фильтрующий элемент состоит из гидрида титана с добавлением углерода от 0,1 до 2% и серебра от 0,1 до 10 % мольных долей.

Способ изготовления фильтрующего элемента

Фильтрующий элемент изготавливается следующим образом, порошок гидрида титана смешивается с модификатором вязкости, пенообразователем, порообразующим веществом, гелеобразным веществом, и с порошком углерода и серебром. Далее, методом прессования, полученной смеси придается предварительная прочность и форма будущего фильтрующего элемента. В последующем, полученная заготовка спекается в вакуумной печи при температуре 1300-1400 °С.

Полученный фильтрующий элемент, в зависимости от назначения и видов использования, может иметь структуру пор с размером от 0,1 мкм до 10 мкм и пористость - 70-98%, это позволяет задерживать частицы удаляемых из воды веществ за счет механического торможения и тем самым влиять на скорость и качество очистки воды для различных условий его применения. Описанный способ изготовления позволяет делать фильтрующие элементы любой формы, тем самым дает возможность его применения как самостоятельного фильтра, так и элемента устанавливаемого в корпус фильтра, таким образом, чтобы поток жидкости проходил непосредственно через стенки фильтрующего элемента.

Из воды, проходящей через фильтрующий элемент, удаляются вещества и бактерии задерживающиеся на стенках фильтрующего элемента, непосредственно за счет адсорбции в порах титана, по средствам механического торможения. Примеси тяжелых металлов и бак загрязнений задерживаются в фильтрующем элементе, так как происходит каталитическое окисление ионов железа на поверхности пористого титана в направлении потока воды. Состав и различные формы фильтрующего элемента позволяют достичь высоких показателей очистки воды, так как гидрид титана обладает каталитическими свойствами окисления металлов и бактерицидными свойствами.

Далее, через определенное время, которое регламентируется в соответствии с временем и условиям использованием фильтрующего элемента, его можно очистить в кислотной среде обратным потоком для удаления оксидов тяжелых металлов и бак загрязнений и продолжить использование по назначению.

Фильтрующий элемент на основе гидрида титана изготовленный способом спекания в вакуумной печи, позволяет говорить о низкой стоимости как исходного сырья, так и конечного изделия, его высокой эффективности по очистке воды (таблица 1 и 2) от бактерий и мельчайших загрязнений при фильтрации, что может найти применение на крупных бытовых предприятиях, в медицинских учреждениях, также для домашних и бытовых нужд.

Таким образом, поставленная перед автором задача, выполнена.

Изобретение относится к пористому фильтрующему элементу, состоящему из порошка гидрида титана с добавлением порошка углерода от 0,1 до 2% и порошка серебра от 0,1 до 10% мольных долей, а также к способу его получения, согласно которому фильтрующий элемент изготавливается следующим образом: порошок гидрида титана смешивается с модификатором вязкости, порообразующим веществом, с порошком углерода и серебром, далее, методом прессования, полученной смеси придается предварительная прочность и форма, затем полученная заготовка спекается в вакуумной печи при температуре 1300-1400 °С. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Пористый фильтрующий элемент, состоящий из порошка гидрида титана с добавлением порошка углерода от 0,1 до 2% и порошка серебра от 0,1 до 10% мольных долей.

2. Способ изготовления пористого фильтрующего элемента по п.1, осуществляющийся следующим образом: порошок гидрида титана смешивается с модификатором вязкости, порообразующим веществом, с порошком углерода и серебром, далее, методом прессования, полученной смеси придается предварительная прочность и форма, полученная заготовка спекается в вакуумной печи при температуре 1300-1400 °С.