ПОГЛОТИТЕЛЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА Советский патент 2006 года по МПК B01J20/02 

Изобретение относится к составам твердых сорбентов и может быть использовано при разработке регенерируемого поглотителя двуокиси углерода для систем удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра и других обитаемых замкнутых объектов.

Известен состав регенерируемого поглотителя двуокиси углерода на основе окиси серебра (пат. США №3232028, кл. 55-68, приоритет 02.07.62), предназначенного для использования в космическом скафандре. Поглотитель содержит окись серебра и осажденную окись алюминия в пропорции от 80:20 до 20:80 и имеет динамическую активность по CO₂ 10% (по весу). Температура регенерации поглотителя составляет 150-220°С, при этом регенерация при температуре 150°С осуществляется в вакууме.

(Мусакин Г.Н. Отчет ЛТИ им. Ленсовета, г. Ленинград, 1974).

Известен состав регенерируемого поглотителя СО₂ на основе окиси серебра, разработанный фирмой США McDonnell Douglas Astronautic Co. для системы жизнеобеспечения космического корабля (I.V.Colombo. Исследование регенерируемых сорбентов СО₂ для работы в открытом космосе. Отчет фирмы McDonnel Douglas Astronautic Co., NASA, июль 1973, I.V.Colombo. Исследование регенерируемых сорбентов для работы в открытом космосе. AUAA Paper, №73-1339, 1973), который достаточно стабилен в цикловой работе и имеет высокую динамическую активность по СО₂. Этот состав содержит, мас.%:

окись серебра 80,3гидроокись калия 10,4силикат натрия 9,3

Емкость поглотителя до проскока 80% СО₂ составляет 60-80 л/кг и практически не изменяется в течение 28 циклов сорбции-регенерации, Температура регенерации поглотителя составляет 174-250°С.

Этот состав является наиболее близким к предлагаемому и выбран авторами за прототип.

При эксплуатации поглотителя в составе системы жизнеобеспечения скафандра при следующих реальных условиях: концентрация СО₂ - 2%, влажность воздуха - 40%, температура - 30°С, емкость поглотителя составляет 6-7% (30-35 л/кг или 45-52 л/л). В условиях ограниченного объема скафандра для технической оценки поглотителя обычно используют количество поглощенной CO₂ на 1 л поглотителя (л/л).

Таким образом, исходя из емкости поглотителя, объем поглотительного патрона для работы в космосе в течение 6 часов при выделении человеком 40 л СО₂ в час должен составлять 5 литров, что не удовлетворяет основному требованию, предъявляемому к поглотительному патрону ввиду ограниченного объема скафандра.

В то же время при работе человека в космосе выделение СО₂ не является равномерным, а носит прерывистый характер "работа-отдых", при этом наблюдаются колебания по выделению СО₂ от 20 до 80 л/час. Поэтому поглотитель должен иметь достаточную скорость поглощения СО₂, в противном случае необходимо увеличивать объем поглотителя в патроне в 1,5-2 раза. Известный же поглотитель имеет невысокую скорость поглощения по CO₂ - 15 л/л·час.

Целью изобретения является повышение динамической активности поглотителя по CO₂ и увеличение скорости ее поглощения.

Эта цель достигается тем, что поглотитель на основе окиси серебра, содержащий силикат натрия, дополнительно содержит карбонат цезия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

окись серебра 65-82карбонат цезия 10-25силикат натрия 8-10

Такой состав позволяет повысить динамическую активность поглотителя в 1,7-2,0 раза. Это, вероятно, обусловлено тем, что облегчается протекание твердофазной реакции между образующимся при взаимодействии карбоната цезия с CO₂ и H₂O бикарбонатом цезия и окисью серебра.

Авторами не выявлены технические решения по составам и способам получения поглотителя СО₂, содержащие аналогичные признаки.

Состав готовят следующим образом. Получают карбонат серебра осаждением из раствора нитрата серебра карбонатом калия в стехиометрических количествах. Полученный осадок промывают водой до нейтральной реакции на ион NO^- ₃, сушат при температуре 80-100°С. Полученный порошок карбоната серебра прокаливают при температуре 250°С, при этом образуется порошок окиси серебра.

К порошку окиси серебра добавляют требуемое количество карбоната цезия, перемешивают и добавляют расчетное количество раствора силиката натрия. Полученную пасту перемешивают и формуют путем продавливания через фильеру диаметром 3,5 мм. Формованный продукт сушат при температуре 80°С, затем дробят. Регенерацию поглотителя осуществляют при температуре 250°С в течение 2 часов.

Пример 1. 20 г окиси серебра смешивают с 2,57 г карбоната цезия и добавляют 5,5 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 80,3карбонат цезия 10,3силикат натрия 9,4

Пример 2. 20 г окиси серебра смешивают с 3,7 г карбоната цезия и добавляют 6 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 76,3карбонат цезия 14,1силикат натрия 9,5

Пример 3. 20 г окиси серебра смешивают с 6,04 г карбоната цезия и добавляют 6,9 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 69,1карбонат цезия 20,9силикат натрия 10,0

Пример 4. 20 г окиси серебра смешивают с 6,37 г карбоната цезия и добавляют 5,15 г 56,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 68,3карбонат цезия 21,7силикат натрия 10,0

Пример 5. 20 г окиси серебра смешивают с 7,56 г карбоната цезия и добавляют 7,24 г 42,2%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 65,3карбонат цезия 24,7силикат натрия 10,0

Пример 6. 12,8 г окиси серебра смешивают с 0,83 г карбоната цезия и добавляют 3,62 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 84,5карбонат цезия 5,5силикат натрия 10,0

Пример 7. 20 г окиси серебра смешивают с 15,38 г карбоната цезия и добавляют 7,34 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 52,0карбонат цезия 40,0силикат натрия 8,0

Пример 8. 16 г окиси серебра смешивают с 16 г карбоната цезия и добавляют 8,2 г 43,2%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 45,0карбонат цезия 45,0силикат натрия 10,0

Пример 9. 20 г окиси серебра смешивают с 22,73 г карбоната цезия и добавляют 10,95 г 43,2%-ного раствора силиката натрия.

Состав содержит, мас.%:

окись серебра 42,1карбонат цезия 47,9силикат натрия 10,0

Динамические испытания образцов поглотителя в динамической трубке проводились при следующих условиях:

объем сорбента 15-20 см³температура газовоздушной смеси 29,5±1°Срасход газовоздушной смеси 1,0±0,1 л/минвлажность газовоздушной смеси 43-95%концентрация двуокиси углерода на входе 1,80-2,0%

Сорбцию заканчивали при достижении концентрации двуокиси углерода за слоем сорбента 80% от входной концентрации. Регенерацию сорбента осуществляли при температуре 250°С.

Результаты испытаний поглотителя представлены в таблице.

ТаблицаСостав поглотителяСодержание карбоната цезия, %Динамическая активность, л/лСкорость поглощения двуокиси углерода, л/л·часПрочность гранул, кг/гранула12345По примеру 110,490,0736,01,86По примеру 214,388,8029,11,46По примеру 320,970,1424,71,80По примеру 421,778,4033,62,40По примеру 524,785,0024,93,16По примеру 66,011,1219,102,60По примеру 740,088,7019,201,02По примеру 845,076,1016,911,03По примеру 917,088,4020,101,08Известный 50-5520,51,8

На графике представлена зависимость концентрации двуокиси углерода за слоем сорбента от времени работы.

Как видно из представленных данных, предлагаемый состав в условиях реальной эксплуатации в СЖО скафандра имеет более высокую динамическую активность на единицу объема и более высокое значение скорости поглощения. При этом концентрация СО₂ за слоем сорбента сохраняется на нулевом уровне большее время, чем у образца прототипа, что свидетельствует о более высокой скорости поглощения поглотителем предлагаемого состава. Высокая скорость поглощения СО₂ поглотителем позволяет снизить проскоковые концентрации за слоем в процессе работы даже при интенсивной работе космонавта, когда имеет место высокая скорость выделения СО₂. В результате обеспечивается эффективное удаление CO₂ из выдыхаемого воздуха при возрастании нагрузок, тем самым увеличивается время защитного действия поглотительного патрона и улучшается комфортность дыхания.

В условиях работы скафандра важным является обеспечение работоспособности поглотителя при пониженной влажности воздуха. Для поглотителя предлагаемой рецептуры наблюдается меньшая зависимость динамической активности и скорости поглощения CO₂ от влажности очищаемого воздуха, т.е. снижение влажности не приводит к ухудшению процесса поглощения СО₂, как это имеет место для поглотителя фирмы McDonnell Douglas Astronautic Co.

Изобретение относится к составам твердых сорбентов и может быть использовано при разработке регенерируемого поглотителя двуокиси углерода для систем удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра и других обитаемых замкнутых объектов. Предложенный поглотитель включает окись серебра, карбонат цезия и силикат натрия при соотношении компонентов: 65,3-80,3, 10,4-24,7 и 9,4-10,0 соответственно. Изобретение обеспечивает повышение динамической активности сорбента по СО₂ на единицу объема увеличения скорости поглощения. Кроме того, наблюдается меньшая зависимость динамической активности и скорости поглощения двуокиси углерода от влажности очищаемого воздуха. 1 табл., 1 ил.

Поглотитель двуокиси углерода для удаления ее из объема космического скафандра, включающий окись серебра и силикат натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической активности и скорости поглощения, поглотитель дополнительно содержит карбонат цезия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись серебра 65,3-80,3Карбонат цезия 10,4-24,7Силикат натрия 9,4-10