Фильтрующий материал Советский патент 1975 года по МПК B01D39/16 B01D53/02 

Изобретение относится к области очистки газов, в частности к фильтрованию агрессивных и твердых иримесей, и может найти применение для бытовых нужд, например в кухонных дымоходах, для устранения запаха в холодильниках и квартирах, в установках для кондиционирования воздуха и т. п.

Известен фильтрующий материал для очистки газов от твердых и агрессивных примесей, состоящий из гидрофильного пенистого материала с открытыми ячейками, например пенопласта из полиуретана, с введенными в него каталитическими веществами окислительно-восстановительной системы, например окисями многовалентных металлов.

Иедостатком известного материала является низкая поглотительная способность фильтра.

Предлагаемый фильтрующий материал отличается от известного тем, что пенистый материал в виде хлопьев или гранулятов, главным образом, с размером частиц 1-10 мм, преимущественно 3-5 мм, смещай с адсорбирующим веществом, например активным углем, количество которого составляет 10- 40 об. %, предпочтительно 15-25 об. %, в пересчете на объем пенопласта.

Описываемый фильтрующий материал содержит сорбционные вещества в виде активного угля и каталитически действующие вещества окислительно-восстановительной системы, тонко распределенные в насыпаемой массе. Эти вещества добавляют к реакционной смеси пенопласта при изготовлении так,

что они вспениваются или «вступают в структуру пенопласта. К каталитически действующим веществам окислительно-восстановительной системы относятся гидраты или окиси .металлов, например окиси железа, марганца, кобальта, никеля, меди, серебра и т. д.

Для каталитического действия при низких температурах очень важно, чтобы фильтр во время пользования имел определенную мини.мальную влажность. Достаточным является мономолекулярный водяной слой, который обеспечивает оптимальное действие фильтра. Кроме того, каталитическая реакция зависит от значения рН фильтра. Так, например, состоящая из окисей железа, марганца и меди окислительно-восстановительная система с одновременным присутствием ионов калия обладает наибольщей активностью при значениях рН от 8 до 8,5, а состоящая из окисей

железа, марганца, кобальта или никеля - наибольщей активностью при значениях рИ приблизительно от 2,4 до 2,6. Указанные системы и значения рИ получают соответствующими добавками при изготовлении пенопласта. Количество вспениваемых в пенопласт каталитически действующих веществ составляет приблизительно 5-18 вес. %, предпочтительно 5-10 вес. %, относительно веса пенопласта. Для хлопьев целесообразно применять 5 мягкий, гидрофильный пенопласт из полиуретана с открытыми ячейками, хотя пригодными являются и другие гидрофильные пенопласты, например пенонласты из поливинилового спирта или фенольной смолы. Можно также добавлять к пенистому материалу вместо активного угля или дополнительно к активному углю другие вешества. например сорбционные вещества, прежде все- 15 го бентонит, предпочтительно в количестве до 10 об. % (относительно объема пенопласта) или иные действующие начала, например каталитически действующие вещества окислительно-восстановительныйсистемы до 20 18 вес. % (относительно веса ненопласта). Фильтрующий материал изготавливают следующим образом. Состоящее, например, из гидрофильного пе- 25 нопласта с открытыми ячейками (пенопласт из полиуретана) с включениями вснениванием каталитически действующих веществ окислительно-восстановительной системы известное фильтрующее средство из пенопласта разры- 30 вают при помощи машины для флокулирования или т. п., а затем полученный флокулированный материал отделяют грохочением на сетке с диаметром отверстий 10 мм. После грохочения получают мягко-эластичный фло- 35 кулированный материал с размером частиц максимум 10 мм, причем значительное количество флокулированного материала имеет размер частиц меньше 10 мм. Смесь хлопьев перемешивают затем при помощи механиче- 40 ской мешалки с измельченным активным углем в объемном отношении от 3:1 до 4:1. Размер зерен активного угля меньше 3 мм, предпочтительно меньше 1 мм и до 2 мм, причем значительное количество активного 45 угля имеет размеры зерен в пределах от 30 до 100 мкм. Предлагаемый фильтр можно применять везде, где до сих пор использовались фильтры 50 из активного угля. Особенно выгодным является применение фильтра для устранения неприятных запахов или других нежелательных или агрессивных газов из воздуха, в основпом для устранения из воздуха запаха, 55 возникающего при приготовлении пищи, табачного дыма, алкогольного запаха и человеческих испарений. Для фильтрования воздуха или других газов используют мягкий флокулированный материал из пенопласта (в част- 60 ности нолиуретана), насыпной вес которого 10-100 г/л, предпочтительно 30-60 г/л. Для устранения продуктов разложения белков особенно рекомендуется добавлять бентониг, вспениваемый в пенопласт.60 10 Пример 1. Для получения каталитически действующего, гидрофильного, мягкого пенопласта с открытыми ячейками нейтрализуют 125 вес. ч. полимерного продукта из этилендиамина с окисью пропилена и окисью этилена и 125 вес. ч. смеси из окиси полипропилена и окиси этилена с 25 вес. ч. 10%-ной серной кислоты, далее добавляют 50 вес. ч. порощка монтмориллонита (бентонит), 15 вес. ч. дегидросиликата алюминия с молекулярно-ситовым действием, 3 вес. ч. воды, 2 вес. ч. диоктоата олова, 9,6 вес. ч. перманганата калия, 6,9 вес. ч. основного карбоната меди, которые затем размешивают до образования равномерной смеси и нагревают до 20°С. К указанной смеси добавляют в интенсивиой мещалке 60 вес. ч. диизоцианата толуилена, размешивают до сливкообразного состояния и выливают в охлаждаемый сосуд, При этом быстро образуется легкая, мягкоэластичная иена, которая может быть отверждена приблизительно при 50°С за 1 ч в сушильном шкафу. Получаемый таким образом пенопласт из полиуретана, содержаш,ий в ячеистой структуре окись марганца и меди, дробят при помощи мащииы для коагулирования и отделяют грохочением на сите с отверстиями 10 мм. После грохочения частицы имеют размер меньше 10 мм, причем больщая часть хлопьев пенопласта имеет размеры в пределах от 2 до 5 мм. Коагулированный материал перемешивают в мешалке с мелко измельченным активным углем, причем количество добавленного активного угля составляет 25 об. % относительно объема пекоагулированного пенопласта. Размер зерен, например, составляет меньше 1 мм, предпочтительно между 50 мкм и 1 мм. Получаемая смесь насыпного материала может быть насыпана в газопроницаемую камеру фильтра, причем высоту насыпаемого материала или толщину фильтруюшего слоя нриспосабливают к цели применения фильтра. Поскольку хлопья пенопласта являются мягко-эластичными, можно более или менее сильно сжимать смесь насыпного материала в камере фильтра, причем в зависимости от степени сжатия сопротивление фильтра может быть установлено в более широких пределах. Фильтр такого вида хорошо используется для фильтрования газов, в частности воздуха, содержащего газообразные загрязнения, например неприятный запах (в кухне), табачный дым, алкогольный запах, человеческие или животные испарения, сероводород, двуокись серы и другие пахнущие газы и агрессивные вещества. Пример 2. Вместо применяемого в примере 1 пенопласта из полиуретана используют пенопласты следующего состава (в вес. ч.): Полкоксиленпропиленгликоль 10 Продукты конденсации окиси этилена и окиси пропилена с этилендиамином10 Серная кислота0,02 Перекись водорода0,04 Глицерин0,10 Метиленхлорид- 0,60 Бентонит (мелко измельченный ниже 50 мкм, предпочтительно ниже 10 мкм)3,60 Поташ1,20 Молекулярное сито1,20 Каталитические вещества окислительно-восстановительцой системы, в частности гидрат окиси марганца 3,60 Полуокись меди 2,40 Гидрат окиси железа (П1) 0,70 Окись цинка 1,20 34,66 вес. ч. Всего 15,0 Изоцианат толуилена Коагулирование пенопласта из полиуретана и примешивание активного угля к коагулированному материалу описано в примере 1. П р и м е р 3. К сырой смеси пенопласта, применяемого в примере 2, пенопласта из полиуретана добавляют еще 5-20 вес. ч., предпочтительно 8-15 вес. ч., активного угля с раз.мером зерен меньше 3 мм, предпочтительно меньще 1 мм, который при вспенивании вместе с дпугтгми зернистыми добавками укладывается s ячейки пенопласта. Пенопласт затем коагулируют, отделяют грохочением на сите с отверстиями 10 мм и перемешивают с активным углем, как описано в примере 1. Пасынные материалы, состояш;ие из гидрофильных частиц пенопласта с открытыми ячейками, связанных с други.ми добавками, предпочтительно составленнЕ те из смеси хлопьев пенопласта н зернистого активного угля вместе с каталитически действующими веществами, можно укладывать, сшивать между двумя волокнистыми коврами или простегивать с ними для образования однооод Юго фильтра. Опыты показывают, что смешанный с указанными добавками коагулированный материал из пенопласта хорошо сшивать с волокнистыми коврами, причем могут быть применены легкие и тонкие пористые волокнистые ковры с погонным весом от 50 до 200 г/м, предпочтительно от 80 до 120 г/м, без опасности, что находящийся между волокнистыми коврами насыпной материал высыпется из фильтра матерчатого или пластинчатого вида. Сшиванием смеси насыпного материала получают однородный, в зависимости от толщины более или менее гибкий и одновременно высокопористый фильтр, имеющий чрезвычайно больщую действующую фильтрующую поверхность, сопротивление воздуха которого может быть установлено в более щироких пределах по виду н размеру частиц коагулированного материала, а также по плотности и толщине сш 1того слоя хлопьев. Толщина слоя смеси насыпного материала между сшитыми волокнистыми коврами составляет, например, от 5 до 30 мм, предпочтительно от 10 до 20 мм. В качестве таких волокнистых ковров могут быть использованы ковры из естественных или искусственных волокон, в частности из целлюлозных, хлопковых, полиакпиловых. полиам идных или поливгниловых волокон, которые при весе волокон в одну квадратную единицу мятепиала, напримеп. от 50 до 200 г/м имеют диаметр от 0.5 до 3 мм. предпочтительно 1-2 мм: длина волокон завтсит от желаемой толнднны фильтра. В основном длина волокон лежит в пределах от 40 до 130 мм. Число проколов ня квадратный сантиметр приблизительно от 20 до 100, предпочтительно от 40 до 80. ПРИ сшивании на волокнистый ковер, например, целлюлозных волокон весом в ОДНУ квадратную единицу материала, например, от 80 до 120 г/м- и толщипой. нанример. от 1 до 2 мм наносят смесь из хлопьев пенопласта (с включеннел катализаторов) и активного УГЛЯ до высоты насыпного материала от 10 до 50 мм. предпочт 1тедьно 15 до 30 мм, и выравнивают пocpeдcтвo т ракеля пли т. п. После нак- адырання верхнего ковра, размер которого соответствует нижнему волокнистому ковру, целый слоистый корпус сшивают с одной пли с обеих сторон известными устройствами, причем число ПРОКОЛОВ игл на квадратный сантиметр находится между 20 и 100. Можно проводить сцпгвание слоистого корпуса так. что толпдина слоя насыпного материала немного сокрандается под воздействттем более или менее эластичного сжатия хлопьев neHon-iacTa. Таким образом, пористость и воздухопрницаемость сЬпльтра, а также прочность (Ьильтруюптей системы могут быть точпо установлены. Посредством указаппого способа сшивания нолучают фильтр в виде полотна, плиты или непрерывного мотка или т. п., которые затем могут быть р.язрезань на отдельные фпльтрую11и С плиты. Чтобы нредотвратить небольшое крошение пли выкрашивание коагулттрованного и зерннстого материала на месте разреза при поперечной резке матерчатого или пластинчатого фильтра, целесообразно нашивать вдоль кромок фильтра бордюры из мягко-эластичного пенопласта. Можно также последовательно соединять несколько тонких фильтрующих нолотен или фильтрующих плит описываемого вида или накладывать их друг на друга так, что получают многослойный корпус, толщина которого превышает в несколько раз толщину фильтрующего корпуса. Можно получать многослойные фильтры одной операцией посредством промежуточных слоев и накладок из волокнистых ковров или тканей. На фиг. 1 показан фильтр в разрезе; на фиг. 2 - бордюр для закрепления фильтрующего материала. Фильтрующий материал состоит из волокнистых ковров 1 и 2 из естественных или синтетических волокон 3, между которыми находятся флокулированный материал 4 и зернистый фильтрующий материал 5, имеющий вес одной квадратной единицы материала от 80 до 120 г/м2. Размер частиц коагулированного материала меньще приблизительно 10 мм, причем значительное количество их имеет размеры в пределах от I до 5 мм. Коагулированный материал из пенопласта неремещан с мелкозернистым адсорбирующим фильтрующим материалом 5, который находится почти нолностью в открытых порах пенопласта и присоединяется к его расщепленным клеточным стенкам. Сшивание находящегося между волокнистыми коврами 1 и 2 материала производят известными устройствами, причем волокна 3 ковров протягивают чепез коагулированный и зернистый материал. Вследствие того, что волокна обоих ковров связаны хлопьями пенопласта и между собой, получают однородный, но все-таки пористый фильтр, в котором коагулированный и зернистый материал укладывают так, что он не может выкрашиваться из фильтра. Число проколов 6 игл на квадратный сантиметр находится между 20 и 100. Если фильтры разрезают, наппимеп, в прямоугольные плиты или пленки, на обрезных кромках может наблюдаться небольшое крошение сщиваемых мелкозернистых веществ. Чтобы предотвратить такое -крощение, используют бордюр 7. Бордюр состоит из узких реек пенопласта, которые накладывают со стороны кромки на нижний волокнистый ковер 2. Затем пространство между бортовыми рейками наполняют коагулированным и зернистым материалом. Далее верхний волокнистый ковер 1 накладывают на плоскосглаженный насыпной материал и сшивают описываемым методом. При этом одновременно бортовые рейк вшивают между обоими волокнистыми коврами. Чтобы улучшить прочность на растяжение и стабильность формы фильтра фильтрующие корпуса могут быть оснащены укрепляющими прокладками, например дополнительными волокнистыми коврами или пористыми тканями, вщиваемыми в составное тело. Эти прокладки могут быть помещены в слой хлопьев и (или) плоскостно на волокнистые ковры. Таким образом, могут быть получены одной операцией многослойные фильтры при помощи промежуточных слоев и накладок из волокнистых ковров и тканей. Связь волокнистых ковров и слоя хлопьев, а в с,пучае необходимости дополнительных прокладок, обеспечивают известным способом носредством сшивания цепным или стеганным швом. Фильтры с насыпным слоем, указанные в примерах 1-3, могут быть применены при температурах приблизительно до 90°С. Такие фильтры даже при температурах, лежащих в пределах комнатной темнературы или ниже, обладают очень больщой активностью. Предмет изобретения Фильтрующий материал для очистки газов от твердых и агрессивных примесей, состоящий из гидрофильного пенистого материала с открытыми ячейками, например пенопласта полиуретапа, с введенными в него каталитическими веществами окислительно-восстановительной системы, нанример окисями многовалентных металлов, отличающийся тем, что, с целью повышения поглотительной способности фильтра, пенистый материал в виде хлопьев или гранулятов с размером частиц I -10 мм, преимущественно 3-5 мм, смешан с адсорбирующим веществом, нанример активным углем, количество которого составляет 10-40 об. %, предпочтительно 15-25 об. %, в пересчете на объем пенопласта. Приоритет по признакам: 11.05.71 - выполнение пенистого материала в виде хлопьев и гранулятов. 10.07.71 - вынолнение пенистого материала, главным образом, с размером частиц I - 10 мм, преимущественно 3-5 мм, который смещан с адсорбирующим веществом, например активным углем, количество которого составляет 10-40 об. %, предпочтительно 15- 25 об, %, в пересчете на объем ненопласта.

4