Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды и материал карбонблока, изготовленный этим способом Российский патент 2024 года по МПК B01D39/20 B01J20/20 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к области очистки воды, а именно к материалам, предназначенным для очистки и обеззараживания воды, в частности, питьевой, используемым в картриджах (фильтроэлементах) безнапорных (гравитационных) и напорных (работающих от давления, создаваемого насосом или водопроводной сетью) фильтров.

[03] Уровень техники

[04] В настоящее время прослеживается тенденция к применению в картриджах фильтров для очистки питьевой воды карбонблоков, представляющих собой, как правило, полые цилиндры, материал которых получают горячим прессованием или экструзией смеси мелкодисперсного активированного угля и полимерного связующего. Материал таких карбонблоков по сравнению с гранулированными или волоконными сорбентами, используемыми в картриджах гравитационных и напорных фильтров, обладает рядом функциональных преимуществ, среди которых наиболее существенным является стабильно высокая эффективность очистки воды на протяжении всего ресурса их работы. Однако для материала карбонблоков, содержащего в своем составе активированный уголь, характерно появление в отфильтрованной воде при ее длительном нахождении в фильтре микроорганизмов в количествах, превышающих установленные нормативы в соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.3684-21 "Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий" (далее -СанПиН 2.1.3684-21), что делает такую воду небезопасной для человеческого организма. Особенно рост микроорганизмов в отфильтрованной воде проявляется в период простоя фильтров (в отсутствие протекания через них воды в течение 3-х и более дней) при температуре более 25°С.

[05] Для предотвращения роста микроорганизмов в отфильтрованной воде, то есть для обеспечения ее обеззараживания в форме бактериостатического эффекта, при ее нахождении в фильтре в воду вводят различные бактерицидные соединения, например, четвертичные аммониевые соли, йод и его соединения, серебро и прочие вещества, которые, выделяясь из материалов фильтра при контакте с очищаемой водой, подавляют рост микроорганизмов.

[06] Наибольшее распространение для этих целей получили соединения серебра, обеспечивающие как обеззараживание воды при кратковременном (менее 1 мин) контакте воды с соединениями серебра, так и бактериостатический эффект при длительном (сутки и более) контакте воды с соединениями серебра. Концентрации серебра, обеспечивающие обеззараживание воды и бактериостатический эффект, зависят от содержания микроорганизмов в воде и времени контакта, но для питьевой воды не должны превышать ПДК равной 50 мкг/л (Л.А. Кульский. Серебряная вода, 1988 год). Для воды, прошедшей через фильтры для очистки воды, концентрация микроорганизмов не превышает 1-10 клеток/100 мл. Поэтому обеззараживание такой воды за время контакта около 1 мин обеспечивается концентрациями серебра в воде равной 10-15 мкг/л. Для воды, длительное время находящейся в фильтре, возможен рост микроорганизмов до концентраций 10² - 10⁴ клеток/100 мл. Для подавления роста микроорганизмов в такой воде (обеспечение бактериостатического эффекта) при времени контакта соединений серебра с водой от 10 до 100 часов требуются концентрации серебра в воде более 30-40 мкг/л. («Оценка бактерицидного действия различных препаратов при обеззараживании воды», Изв. вузов, Северо-Кавказский регион, технические науки, №2, 1998 год с. 72-79; «О некоторых особенностях механизма бактерицидного действия тяжелых металлов», Доклады АН ССР, 1992, т. 323, №6, с. 1180-1185; «Антибактериальные свойства и механизм антибактериального действия наночастиц и ионов серебра», Вестник Казанского Технологического университета, 2012, №14, с. 170-172).

[07] На практике для выделения серебра в отфильтрованную воду в гравитационных и напорных фильтрах для очистки и обеззараживания питьевой воды в качестве серебросодержащих материалов используют серебросодержащие активированные угли, которые получают пропиткой углей водорастворимыми соединениями серебра, например, нитратом серебра или аммиачно-нитратным соединением серебра (патенты РФ на изобретение RU 2023662, 30.11.1994; RU 2145259, 10.02.2000), содержание которых в углях после пропитки и последующей сушки составляет от 0,1 до 0,4 масс. %, или водорастворимыми соединениями серебра с последующим химическим или термическим восстановлением серебра до металлического состояния (патенты США US 2847332, 12.08.1958; US 3294572A, 27.12.1966), в результате чего содержание серебра в активированном угле составляет около 1 масс. %.

[08] Серебросодержащие активированные угли, получаемые пропиткой водорастворимыми соединениями серебра, при контакте с водой на разных стадиях ресурса работы фильтра выделяют в нее неравномерное количество серебра: от 100 мкг/л в начале ресурса работы фильтра, что превышает ПДК по содержанию серебра в питьевой воде (50 мкг/л согласно требованиям СанПиН 2.1.3684-21) до 1-2 мкг/л в конце ресурса работы фильтра, что недостаточно для гарантированного обеззараживания отфильтрованной воды.

[09] Серебросодержащие активированные угли, получаемые пропиткой водорастворимыми соединениями серебра и последующим восстановлением серебра до металлического состояния, способны выделять в контактируемую воду крайне незначительные количества серебра (менее 0,01 мкг/л) даже при значительном содержании серебра в угле (1 масс. %) и времени контакта (более 100 часов), что обусловлено низкой растворимостью серебра в воде (около 0,04 мкг/л), что недостаточно для обеззараживания отфильтрованной воды.

[010] Впервые введение серебра в угольный блок описано в патенте США US 2847332, 12.08.1958. В данном патенте указано, что с целью улучшения электропроводности электрографитных щеток, выполненных в виде угольных блоков, в угольные блоки из прессованной сажи диаметром 1 дюйм и высотой 1,5 дюйма вводят металлическое серебро путем погружения угольных блоков в раствор нитрата серебра, последующего осаждения соединений серебра в угольном блоке парами аммиака до состояния оксида серебра и его восстановления до металлического серебра путем термической обработки. В результате получают угольные блоки с содержанием серебра около 1 масс. %. Такие серебросодержащие угольные блоки предназначены для использования в электротехнике и не могут быть использованы в качестве материала картриджей фильтров для очистки и обеззараживания воды из-за отсутствия у них сорбционных свойств, низких концентраций выделяемого в воду серебра и высокой стоимости, обусловленной значительным количеством находящегося в них серебра.

[011] В патенте РФ на изобретение RU 2703162, 15.10.2019 описан способ получения серебросодержащего материала карбонблока путем смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего при следующем соотношении компонентов, масс. %: обеззараживающее вещество - 0,1-1; активированный уголь - 74-84,9; полимерное связующее 10-25, который в последующем подвергается дроблению до гранулированного состояния. В карбонблоке в качестве обеззараживающего вещества используют порошкообразные малорастворимые соединения серебра или их смеси. Получаемый из карбонблоков гранулированный материал обеспечивает выделение в воду катионов серебра в концентрациях от 2 до 20 мкг/л и может использоваться в картриджах фильтров для очистки и обеззараживания воды засыпного типа, обеспечивая бактериостатическое обеззараживание отфильтрованной воды. Но такой материал малоэффективен при бактериостатическом обеззараживании отфильтрованной воды в период простоя фильтра, поскольку не обеспечивает повышенное (до 30-40 мкг/л) выделение серебра, необходимое для обеззараживания воды в этих условиях, что обусловлено использованием в нем малорастворимых соединений серебра в порошкообразной форме.

[012] Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ изготовления материала карбонблока и материал карбонблока, изготовленный этим способом, описанные в международной заявке WO 2010043472, 22.04.2010. Указанный способ изготовления материала карбонблока включает получение смеси путем смешения частиц активированного угля с водным раствором соли серебра в виде нитрата серебра, цинка или меди в присутствии гидроксида аммония с образованием водной суспензии и смешения указанной водной суспензии с полимерным связующим, изготовление материала карбонблока путем термического сжатия полученной смеси, при этом концентрация нитрата серебра в водном растворе составляет от 0,01 до 10 масс. %. Материал карбонблока, изготовленный данным способом, включает активированный уголь, полимерное связующее и металл, полученный из соли серебра, меди или цинка или их комбинации.

[013] Для материала карбонблока, импрегнированного металлом, полученного согласно способу, описанному в ближайшем аналоге, в результате протекающих химических реакций взаимодействия нитрата серебра с гидроксидом аммония и последующего нагревания при изготовлении материала карбонблока до температур 250-300°С образуется смесь малорастворимых соединений серебра, а именно металлического серебра и оксида серебра (Ag₂O), причем при температурах выше 280°С в смеси в основном присутствует металлическое серебро. При контакте воды с материалом карбонблока при ее фильтровании, с учетом небольшого времени контакта очищаемой воды с соединениями серебра, концентрация серебра в фильтруемой воде составляет менее 10 мкг/л, что достаточно для обеззараживания фильтруемой воды, но недостаточно для обеспечения обеззараживания отфильтрованной воды (бактериостатического эффекта) в период простоя фильтра при температуре более 25°С, когда обеззараживаемые концентрации серебра должны составлять не менее 30-40 мкг/л. Также указанные в данном способе металлы (медь и цинк) уступают по эффективности обеззараживания воды серебру на 1-2 порядка («Оценка бактерицидной активности различных препаратов при обеззараживании воды», Изв. Вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки, №2, с. 73-77, 1998 год), поэтому их применение в материалах карбонблока для картриджей фильтров для очистки и обеззараживания питьевой воды нецелесообразно.

[014] Другими недостатками способа получения импрегнированного металлом материала карбонблока в соответствии с ближайшим аналогом являются относительно невысокая эффективность очистки воды от органических загрязнителей, в частности, триазина, не превышающая 86%, что может быть объяснено крупнопористой структурой карбонблока, обусловленной использованием активированного угля с размером частиц от 0,2 до 1,4 мм, и недостаточным для напорных фильтров ресурсом обеззараживания (по серебру), составляющим, согласно данным указанной международной заявки, 1200 литров (требуемый ресурс составляет не менее 4000 литров до замены карбонблока).

[015] Раскрытие изобретения

[016] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является невысокая эффективность очистки воды от органических загрязнителей и недостаточная эффективность обеззараживания отфильтрованной воды в период ее простоя фильтрами для очистки и обеззараживания воды с применением картриджей, содержащих известные из уровня техники материалы карбонблоков.

[017] Технический результат изобретения заключается в обеспечении обеззараживания фильтруемой воды и отфильтрованной воды в период ее простоя за счет достаточного количества выделяемых в воду ионов серебра, повышении эффективности очистки воды, в том числе от органических примесей, до не менее 92% в сочетании с высоким ресурсом очистки и обеззараживания воды, а также упрощении технологии изготовления карбонблоков.

[018] Указанный технический результат достигается за счет того, что способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды включает получение исходной смеси активированного угля и полимерного связующего путем смешения, формование материала карбонблока путем термического сжатия полученной смеси, введение соединения металла в материал карбонблока, при этом используется сухая исходная смесь, содержащая мелкодисперсные частицы размером 0,05-0,2 мм активированного угля с зольностью от 2 до 5% и йодным числом не менее 1000 мг/г и полимерного связующего с индексом текучести расплава от 0,2 до 10 г/10 мин, а введение соединения металла в материал карбонблока осуществляется после изготовления картриджа, содержащего материал карбонблока, путем импрегнирования материала водным раствором по меньшей мере одной соли серебра с последующей промывкой материала карбонблока водой и последующей сушкой.

[019] Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации способа, согласно которым:

[020] - импрегнирование материала карбонблока водным раствором соли серебра проводят путем пропускания водных растворов по меньшей мере одной соли серебра через материал карбонблока или путем пропитки материала карбонблока водным раствором по меньшей мере одной соли серебра,

[021] - в качестве соли серебра для импрегнирования материала карбонблока используют нитрат или сульфат серебра, или их смесь в виде водных растворов с концентрацией 1-100 мг/л,

[022] - промывку материала карбонблока, импрегнированного водным раствором по меньшей мере одной соли серебра, осуществляют водопроводной водой путем ее пропускания через материал карбонблока в количестве, составляющем от 2 до 10 объемов карбонблока, или путем выдерживания материала карбонблока в водопроводной воде в течение 5-30 минут при следующем соотношении: объем материала карбонблока:вода в количестве 1:10, а последующую сушку импрегнированного и промытого материала карбонблока проводят при температуре 20-80°С в течение 30-100 минут,

[023] - формование материала карбонблока проводят путем термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных частиц активированного угля и полимерного связующего экструзией или горячим спеканием при температуре, превышающей температуру размягчения полимерного связующего на 10-40°С и при степени сжатия смеси 12-25% при следующем соотношении компонентов, масс. %: активированный уголь 75,0-90,0, полимерное связующее - 10,0-25,0,

[024] - в качестве полимерного связующего используют полимерный материал, выбранный из следующих классов: полиолефины, и/или полиэфиры, и/или полилактиды.

[025] Технический результат достигается также в составе материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды, изготовленного способом в соответствии с заявленным изобретением, импрегнированного водным раствором по меньшей мере одной соли серебра, который имеет поры размером 2-100 мкм и состоит из следующих компонентов в соотношении, масс. %: активированный уголь - 74,98-89,9, полимерное связующее - 10,0-25,0, соединения металла - 0,02-0,1.

[026] В отличие от ближайшего аналога, в заявленном способе стадию импрегнирования соединением серебра материала карбонблока осуществляют после стадии формования карбонблока, то есть, в его готовом виде, водным раствором соединения серебра, без нагрева, что исключает образование смеси малорастворимых соединений серебра, а именно металлического серебра и оксида серебра. Другим преимуществом предлагаемого способа является изготовление материала карбонблока из сухой смеси мелкодисперсных частиц активированного угля и полимерного связующего, не требующее применения высоких температур и длительного (более 2-х часов) времени нагрева, как в способе, описанном в ближайшем аналоге, что значительно упрощает технологию изготовления материала карбонблоков.

[027] При использовании заявляемого способа изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды, импрегнированного соединениями серебра, соль серебра при импрегнировании материала карбонблока ее водным раствором, попадая в поры материала карбонблока с размером 1-100 мкм, в которых из-за присутствия щелочных соединений магния и кальция, составляющих основную часть золы активированного угля (при зольности 2-5%) с йодным числом более 1000 мг/г, присутствует щелочная среда (рН более 10), под действием щелочи превращается в гидроокись серебра. При последующей промывке материала карбонблока водопроводной водой, содержащей значительные количества хлоридов (более 100 мг/л), происходит превращение гидроокиси серебра в малорастворимое соединение- хлорид серебра, равновесная растворимость которого в воде составляет 190 мкг/л, что обеспечивает при пропускании воды через фильтр (при малых временах контакта материала карбонблока с водой) выделение серебра в очищаемую воду в концентрациях 10-15 мкг/л, что достаточно для обеспечения обеззараживания фильтруемой воды, а в период простоя фильтра (в условиях длительного контакта воды и материала карбонблоков) - более высокие концентрации выделяемого серебра в очищенную воду (30-40 мкг/л), что препятствует росту микроорганизмов в очищенной воде и на поверхности фильтра.

[028] Повышенная эффективность очистки воды от органических примесей в сочетании с высоким ресурсом очистки и обеззараживания воды при использовании заявляемого способа изготовления материала карбонблоков для очистки и обеззараживания воды, импрегнированных соединениями серебра, обеспечивается совокупностью технологических параметров изготовления материалов карбонблоков и их составов, в частности, формование материала карбонблоков методами экструзии или горячего спекания при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при степени сжатия сухой смеси мелкодисперсных частиц активированного угля и полимерного связующего, составляющем от 12 до 25%, в результате чего получают материал карбонблока с размером пор от 2 до 100 мкм, обеспечивающими большую поверхность контакта материала карбонблока с очищаемой водой, и, как следствие, более высокую, по сравнению с материалом карбонблоков ближайшего аналога, эффективность очистки воды от примесей и высокий ресурс очистки и обеззараживания.

[029] Для обеспечения максимально доступной для очищаемой и обеззараживаемой воды поверхности материала карбонблока процесс его формования проводят при температуре, на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего. При температуре, ниже, чем на 10°С температуры размягчения полимерного связующего, не происходит образование механически прочного материала карбонблока, а при температуре изготовления, выше, чем на 40°С температуры размягчения полимерного связующего, происходит блокирование значительной поверхности материала карбонблока в результате затекания полимерного связующего.

[030] Выбор в качестве водорастворимой соли серебра - нитрата или сульфата серебра или их смеси-обусловлен достаточной для импрегнирования материала карбонблока растворимостью этих соединений серебра в воде (более 2000 и 8 г/л соответственно), а концентрация этих соединений в водных растворах, используемых для импрегнирования материала карбонблоков составляет 1-100 мг/л, поскольку при концентрациях менее 1 мг/л требуется значительный объем импрегнирующего раствора и значительное время импрегнирования, а при концентрациях более 100 мг/л будет происходить неравномерное по объему насыщение материала карбонблока водным раствором серебра.

[031] Для материала карбонблока выбран активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/л и зольностью 2-5%, так как такой уголь за счет высокого содержания микропор обеспечивает эффективную сорбцию и, следовательно, очистку воды на протяжении значительного ресурса от хлора и органических загрязнителей, а при указанной зольности в порах материала карбонблока создается щелочная рН более 10 единиц, что приводит при импрегнировании материала карбонблока к превращению исходных солей серебра в гидрат серебра; при зольности менее 2% рН в порах материала карбонблока будет менее 10, что недостаточно для полного перевода исходных солей серебра в гидрат серебра, а при зольности более 5 отфильтрованная вода будет иметь рН более 9, что делает ее несоответствующей санитарным правилам и нормам для питьевой воды.

[032] В качестве полимерного связующего материала карбонблока выбран мелкодисперсный полимерный материал с индексом расплава 0,2-10 г/10 мин, что обусловлено, с одной стороны, химической инертностью и нерастворимостью в воде, с другой стороны, достаточно низкими температурами размягчения, позволяющими интенсифицировать процесс изготовления пористого блочного материала как карбонблок.

[033] Все используемые компоненты материала карбонблока (активированный уголь и полимерное связующее) используют в порошкообразной форме с размером частиц 0,05-0,2 мм, так как при использовании частиц активированного угля и полимерного связующего с размером менее 0,05 мм получают материал карбонблока с мелкими порами (менее 2 мкм), затрудняющими прохождение через них обрабатываемой воды. При размере частиц активированного угля и полимерного связующего более 0,2 мм снижается эффективность очистки воды за счет уменьшения реальной поверхности фильтрации (сорбции) частиц сорбента.

[034] Выбор диапазона степени сжатия исходной смеси компонентов гранулированного материала от 12 до 25% обусловлен тем, что в этом диапазоне обеспечивается получение механически прочного пористого материала карбонблока. При степени сжатия менее 12% образующийся материал карбонблока не обладает необходимой механической прочностью и крошится в процессе фильтрации. При степени сжатия более 25% образующийся материал карбонблока содержит мелкие поры, что затрудняет прохождение через них воды.

[035] Выбор при промывке материала карбонблока соотношения объема промываемой водопроводной воды относительно объема материала карбонблока в количестве от 2 до 10 обусловлен тем, что при таком соотношении достигается полное превращение находящегося в порах материала карбонблока гидроксида серебра в хлорид серебра.

[036] Выбор режимов сушки материала карбонблока: температура от 20 до 80°С и время сушки от 30 до 100 мин обеспечивает полное высушивание материала карбонблока от воды, используемой при его импрегнировании, и не допускает термического превращения хлорида серебра, находящегося в порах материала карбонблока, в малорастворимые соединения серебра (оксид серебра и металлическое серебро).

[037] Выбор диапазона пор заявляемого гранулированного материала, составляющий от 2 до 100 мкм, обусловлен возможностью прохождения через эти поры воды (при размере пор менее 2 мкм этот процесс затруднен) и оптимальным временем и поверхностью контакта воды с частицами сорбирующего (активированный уголь) и обеззараживающего (хлорид серебра) веществ, а при размере пор более 100 мкм часть воды будет проходить через материал без контакта с сорбирующими и обеззараживающими частицами.

[038] Краткое описание чертежей

[039] Изобретение поясняется чертежами, где:

[040] - на фигуре 1 показана возможная конфигурация картриджа, включающего полученный заявленным способом материал карбонблока, для гравитационного фильтра кувшинного типа.

[041] - на фигуре 2 показана возможная конфигурация гравитационного фильтра кувшинного типа, включающего картридж с материалом карбонблока в соответствии с заявленным изобретением.

[042] - на фигуре 3 показана возможная конфигурация картриджа напорного фильтра, включающего полученный заявленным способом материал карбонблока.

[043] Элементы обозначены на фигуре следующими позициями:

1 материал карбонблока;

2 - полимерный элемент;

3 воронка гравитационного фильтра кувшинного типа;

4 гравитационный фильтр кувшинного типа;

5 закупоривающий элемент.

[044] Осуществление изобретения

[045] Для изготовления материала карбонблока в соответствии со способом, описанным в заявленном изобретении, может быть использован мелкодисперсный активированный уголь с йодным числом не менее 1000 мг/г с зольностью от 2 до 5%, например, кокосовый активированный уголь. Размеры мелкодисперсных частиц активированного угля должны находится в диапазоне от 0,05 мм до 0,2 мм. В качестве полимерного связующего материала карбонблока может быть использован мелкодисперсный полимерный материал из классов полиолефинов, и/или полиэфиров, и/или полилактидов с индексом текучести расплава (MFR) от 0,2 до 10 г/10 мин, определенной в соответствии с методикой испытаний по международному стандарту ASTM (Американское общество по испытанию материалов) D 1238 при температуре 190°С и нагрузке 25 кг. Размеры мелкодисперсных частиц полимерного связующего должны также находиться в диапазоне от 0,05 мм до 0,2 мм. Примеры подходящих полимерных связующих с вышеперечисленными характеристиками: полиэтилен высокого давления (LDPE), предлагаемый под торговой маркой LUPOLEN производства Basel Polyolefins, и линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) производства Qunos (Австралия), полиэфиры под торговыми марками HOSTALEN производств Tycona GMBH, TexPet ТК Chemical Corp.(Корея), полилактид торговой марки Ingeo Biopolymer 2003D NATURWORKS (США).

[046] Указанные компоненты смешивают в сухом виде, предпочтительно, при следующем соотношении, масс. %: активированный уголь - 75,0-90,0, полимерное связующее 10,0-25,0. Смешивание, как правило, осуществляют в емкостях, которые содержат мешалку с затупленными лопастями крыльчатки или любой другой смеситель с малыми сдвиговыми усилиями, который не изменяет в значительной мере гранулометрический состав. Смешивание выполняют до приготовления однородной смеси частиц перечисленных компонентов. После чего осуществляют формование материала карбонблока путем термического сжатия полученной исходной сухой смеси мелкодисперсного активированного угля и полимерного связующего методами экструзии или горячего спекания при температуре, превышающей температуру размягчения полимерного связующего, предпочтительно, на 10 40°С и при степени сжатия смеси, преимущественно, от 12 до 25%. В варианте использования метода горячего прессования однородную массу помещают в форму заранее подобранного размера и формы и сжимают под давлением не более 20 кгс/см². Давление предпочтительно прикладывают с помощью гидравлического пресса или пневматического пресса, более предпочтительным является гидравлический пресс. Форму выдерживают в нагретом состоянии при необходимой температуре от 30 до 60 мин. Затем форму охлаждают и извлекают из нее материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм.

[047] В варианте использования метода экструзии однородную массу засыпают в приемный бункер экструдера, из которого она подается в рабочий цилиндр экструдера, стенки которого нагреты до температуры 135°С. Экструдер снабжен вращающимся шнеком, обеспечивающем степень сжатия массы до 12%. На выходе из экструдера получают материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм.

[048] Далее из него изготавливают картридж для гравитационного кувшинного фильтра или напорного фильтра известными специалисту способами. К примеру, картридж гравитационного кувшинного фильтра (фиг. 1) может быть изготовлен путем приклеивания к верхней части материала карбонблока (1) полимерного элемента (2), позволяющего герметично подсоединить картридж к воронке (3) кувшинного фильтра (4) (фиг. 2) и герметизации нижнего отверстия материала карбонблока закупоривающим элементом (5). Аналогичным способом изготавливают картридж напорного фильтра (фиг. 3)

[049] Импрегнирование материала карбонблока водным раствором соли серебра проводят после получения готового картриджа путем пропускания водных растворов соли серебра через материал карбонблока или путем пропитки материала карбонблока водным раствором соли серебра. В качестве соединений соли серебра для импрегнирования материала карбонблока используют нитрат или сульфат серебра, или их смесь в виде водных растворов, предпочтительно, с концентрацией от 1 до 100 мг/л. Промывку материала карбонблока, импрегнированного соединениями серебра, осуществляют водопроводной водой путем ее пропускания через материал карбонблока в количестве, составляющем, предпочтительно, от 2 до 10 объемов карбонблока, или путем выдерживания материала карбонблока в водопроводной воде в течение 5-30 минут при следующем предпочтительном соотношении: объем материала карбонблока: вода в количестве 1:10, а последующую сушку импрегнированного и промытого материала карбонблока проводят при температуре 20-80°С в течение 30 100 минут.

[050] Далее приведены конкретные примеры осуществления изобретения. Примеры №1-3 относятся к материалам карбонблоков для картриджей гравитационных фильтров кувшинного типа, пример №4 относится к материалам карбонблоков для картриджей напорных фильтров.

[051] Пример №1. В смесителе путем перемешивания готовят гомогенную смесь активированного кокосового угля с йодным числом 1050 мг/г, размером частиц 0,1 мм, зольностью 3% и полиолефин в виде полиэтилена высокого давления (далее ПЭВД) с размером частиц 0,07 мм и индексом текучести расплава 5 г/10 мин согласно международному стандарту ASTM D 1238 при температуре 190°С и нагрузке 25 кг и температурой размягчения 115°С при следующем соотношении компонентов, масс. %: активированный уголь - 90,0, ПЭВД - 10,0. Полученную сухую смесь экструдируют при температуре 135°С и степени сжатия 12%. В результате получают материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм. Из него изготавливают картридж кувшинного фильтра высотой 80 мм путем приклеивания к верхней части материала карбонблока (1) полимерного элемента (2), позволяющего герметично подсоединить картридж к воронке (3) кувшинного фильтра (4) и герметизации нижнего отверстия материала карбонблока закупоривающим элементом (5). Через картридж с целью импрегнирования материала карбонблока пропускают 5 литров водного раствора нитрата серебра с концентрацией 10 мг/л, промывают 2 литрами водопроводной воды с содержанием 200 мг/л хлоридов и высушивают при температуре 40°С в течение 80 минут. В результате получают материал карбонблока, содержащий 0,05 масс. % хлорида серебра. Размер пор полученного материала карбонблока, определенный методом ртутной порометрии, составляет 2-20 мкм.

[052] Пример 2. В смесителе путем перемешивания готовят гомогенную смесь активированного кокосового угля с йодным числом 1200 мг/г, размером частиц 0,2 мм, зольностью 2% и полиэфир в виде полиэтилентерефталата с размером частиц 0,05 мм и индексом текучести расплава 0,2 г/10 мин согласно международному стандарту ASTM D 1238 при температуре 190°С и нагрузке 25 кг и температурой размягчения 115°С при следующем соотношении компонентов, масс. %: активированный уголь - 75,0, полиэтилентерефталат - 25,0. Полученную сухую смесь экструдируют при температуре 125°С и степени сжатия 25%. В результате получают материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм. Из него изготавливают картридж кувшинного фильтра высотой 80 мм путем приклеивания к верхней части материала карбонблока (1) полимерного элемента (2), позволяющего герметично подсоединить картридж к воронке (3) кувшинного фильтра (4) и герметизации нижнего отверстия материала карбонблока закупоривающим элементом (5). Через картридж с целью импрегнирования материала карбонблока пропускают 1 литр водного раствора нитрата серебра с концентрацией 20 мг/л, промывают 10 литрами водопроводной воды с содержанием 200 мг/л хлоридов и высушивают при температуре 80°С в течение 30 минут. В результате получают материал карбонблока, содержащий 0,02 масс. % хлорида серебра. Размер пор полученного материала карбонблока, определенный методом ртутной порометрии, составляет 2-10 мкм.

[053] Пример 3. В смесителе путем перемешивания готовят гомогенную смесь активированного кокосового угля с йодным числом 1000 мг/г, размером частиц 0,05 мм, зольностью 5% и полилактид с размером частиц 0,05 мм и индексом текучести расплава 10 г/10 мин согласно международному стандарту ASTM D 1238 при температуре 190°С и нагрузке 25 кг и температурой размягчения 115°С при следующем соотношении компонентов, масс. %: активированный уголь - 80,0, полилактид - 20,0. Полученную сухую смесь экструдируют при температуре 135°С и степени сжатия 18,5%. В результате получают материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм. Из него изготавливают картридж кувшинного фильтра высотой 80 мм путем приклеивания к верхней части материала карбонблока (1) полимерного элемента (2), позволяющего герметично подсоединить картридж к воронке (3) кувшинного фильтра (4) и герметизации нижнего отверстия материала карбонблока закупоривающим элементом (5). Через картридж с целью импрегнирования материала карбонблока пропускают 10 литров водного раствора сульфата серебра с концентрацией 1 мг/л, далее его выдерживают в течение 5-ти минут в водопроводной воде с содержанием 200 мг/л хлоридов и высушивают при температуре 20°С в течение 100 минут. В результате получают материал карбонблока, содержащий 0,05 масс. % хлорида серебра. Размер пор полученного материала карбонблока, определенный методом ртутной порометрии, составляет 5-50 мкм.

[054] Пример 4. В смесителе путем перемешивания готовят гомогенную смесь активированного кокосового угля с йодным числом 1200 мг/г, размером частиц 0,2 мм, зольностью 2% и полиолефин в виде полиэтилена высокого давления (далее ПЭВД) с размером частиц 0,1 мм и индексом текучести расплава 7 г/10 мин согласно международному стандарту ASTM D 1238 при температуре 190°С и нагрузке 25 кг и температурой размягчения 115°С при следующем соотношении компонентов, масс. %: активированный уголь - 85,0, ПЭВД 15,0. Полученную сухую смесь подвергают горячему спеканию при температуре 125°С и степени сжатия 12%. В результате получают материал карбонблока в виде полого цилиндра со следующими размерами: наружный диаметр 48 мм, внутренний диаметр 24 мм. Из него изготавливают картридж напорного фильтра высотой 280 мм путем приклеивания к верхней части материала карбонблока полимерного элемента, позволяющего герметично подсоединить картридж к воронке кувшинного фильтра и герметизации нижнего отверстия материала карбонблока закупоривающим элементом. Через картридж с целью импрегнирования материала карбонблока пропускают 5 литров водного раствора нитрата серебра и сульфата серебра с концентрацией 10 мг/л, промывают 5 литрами водопроводной воды с содержанием 200 мг/л хлоридов и высушивают при температуре 60°С в течение 60 минут. В результате получают материал карбонблока, содержащий 0,05 масс. % хлорида серебра. Размер пор полученного материала карбонблока, определенный методом ртутной порометрии, составляет 10-100 мкм.

[055] Для оценки выделения серебра и эффективности очистки воды изготовленный из материала карбонблока картридж в соответствии с примерами №1-3 устанавливают в гравитационном фильтре кувшинного типа, а в соответствии с примером №4 в напорном фильтре и проливают через указанные фильтры водопроводную воду, дополнительно контаминированную хлором и триазином натрия в концентрациях, равных 2 ПДК этих веществ для питьевой воды. Эффективность очистки воды и выделение катионов серебра проводят в соответствии с ГОСТ 31952-2012 «Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения». В ходе испытаний периодически прекращают пролив воды через фильтр и оставляют фильтр с отфильтрованной водой при температуре 30°С на 5 суток, после чего определяют концентрацию серебра в воде и визуально оценивают наличие или отсутствие «позеленения» стенок фильтра. Отсутствие «позеленения» указывает на отсутствие биообрастания.

[056] Параметры описанных выше примеров частных случаев реализации способа изготовления материала карбонблоков для очистки и обеззараживания питьевой воды и соответствующие им составы материалов карбонблоков приведены в таблицах 1 и 2, а в таблице 3 представлены результаты испытаний эффективности очистки и обеззараживания питьевой воды материалами карбонблоков по примерам №1-4 в соответствии с заявленным изобретением и ближайшего аналога.

[059] Следует отметить, что рассматриваемое изобретение не ограничено вариантами реализации, приведенными в описании. Возможны также другие модификации предлагаемого способа в рамках приведенной совокупности существенных признаков. В частности, возможно получение других характеристик составов материала карбонблоков и режимов их изготовления.

[061] Как указано в абзаце [6] настоящего описания количество выделяемых ионов серебра в воду для ее обеззараживания при непрерывном пропускании воды должно быть не менее 10 мкг/л, а при простое фильтра в течение 5-ти суток - не менее 30 мкг/л.

[062] Таким образом, как следует из результатов испытаний, материалы карбонблоков для очистки и обеззараживания воды, изготовленные в соответствии с предложенным способом согласно настоящему изобретению, обеспечивают в картриджах как гравитационных, так и напорных фильтров высокую эффективность очистки воды от хлора и органических соединений (на примере триазина натрия) в количестве не менее 92%, стабильное выделение ионов серебра как в фильтруемую воду в концентрациях, достаточных для ее обеззараживания, так и в повышенных концентрациях в отфильтрованную воду в период длительного простоя фильтра, обеспечивающих отсутствие биобрастания при высоком ресурсе фильтра по очистке и обеззараживанию воды.

Изобретение относится к области очистки воды. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды включает получение исходной смеси активированного угля и полимерного связующего путем смешения. Материал карбонблока формуют путем термического сжатия полученной смеси. Затем вводят соединение металла в материал карбонблока. При этом используется сухая исходная смесь, содержащая частицы размером 0,05-0,2 мм активированного угля с зольностью от 2 до 5% и йодным числом не менее 1000 мг/г и полимерного связующего с индексом текучести расплава от 0,2 до 10 г/10 мин. После изготовления картриджа, содержащего материал карбонблока, его импрегнируют водным раствором соли серебра с последующей промывкой водой и сушкой. Материал карбонблока для очистки и обеззараживания воды имеет поры размером 2-100 мкм и состоит из 74,98-89,9 мас.% активированного угля, 10,0-25,0 мас.% полимерного связующего, 0,02-0,1 мас.% соединения серебра. Обеспечивается обеззараживание фильтруемой воды и отфильтрованной воды в период ее простоя, повышение эффективности очистки воды, в том числе от органических примесей, до не менее 92% в сочетании с высоким ресурсом очистки и обеззараживания воды, а также упрощение технологии изготовления карбонблоков. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 4 пр.

1. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды, включающий

получение исходной смеси активированного угля и полимерного связующего путем смешения,

формование материала карбонблока путем термического сжатия полученной смеси,

введение соединения металла в материал карбонблока, отличающийся тем, что

используется сухая исходная смесь, содержащая мелкодисперсные частицы размером 0,05-0,2 мм активированного угля c зольностью от 2 до 5 % и йодным числом не менее 1000 мг/г и полимерного связующего с индексом текучести расплава от 0,2 до 10 г/10 мин, а введение соединения металла в материал карбонблока осуществляется после изготовления картриджа, содержащего материал карбонблока, путем импрегнирования материала водным раствором по меньшей мере одной соли серебра с последующей промывкой материала карбонблока водой и последующей сушкой.

2. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды по п. 1, отличающийся тем, что импрегнирование материала карбонблока водным раствором соли серебра проводят путем пропускания водных растворов по меньшей мере одной соли серебра через материал карбонблока или путем пропитки материала карбонблока водным раствором по меньшей мере одной соли серебра.

3. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве соли серебра для импрегнирования материала карбонблока используют нитрат или сульфат серебра или их смесь в виде водных растворов с концентрацией 1-100 мг/л.

4. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды по п. 1, отличающийся тем, что промывку материала карбонблока, импрегнированного водным раствором по меньшей мере одной соли серебра, осуществляют водопроводной водой путем ее пропускания через материал карбонблока в количестве, составляющем от 2 до 10 объемов карбонблока, или путем выдерживания материала карбонблока в водопроводной воде в течение 5-30 минут при следующем соотношении: объем материала карбонблока:вода 1:10, а последующую сушку импрегнированного и промытого материала карбонблока проводят при температуре 20-80°С в течение 30-100 минут.

5. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды по п. 1, отличающийся тем, что формование материала карбонблока проводят путем термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных частиц активированного угля и полимерного связующего экструзией или горячим спеканием при температуре, превышающей температуру размягчения полимерного связующего на 10-40°С, и при степени сжатия смеси 12-25 % при следующем соотношении компонентов, мас.%: активированный уголь – 75,0-90,0, полимерное связующее – 10,0-25,0.

6. Способ изготовления материала карбонблока для очистки и обеззараживания воды по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего используют полимерный материал, выбранный из следующих классов: полиолефины, и/или полиэфиры, и/или полилактиды.

7. Материал карбонблока для очистки и обеззараживания воды, изготовленный способом по любому из пп. 1-6, импрегнированный водным раствором по меньшей мере одной соли серебра, имеющий поры размером 2-100 мкм и состоящий из следующих компонентов в соотношении, мас.%:

активированный уголь 74,98-89,9 полимерное связующее 10,0-25,0 соединения серебра 0,02-0,1