close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2406

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2406
(13)
C1
6
(51) B 01D 39/16
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
(72) Авторы: Макаревич А.В., Пинчук Л.С. (BY),
(21) Номер заявки: 960490
Островский В.А., Зубарев В.Ю. (RU), Плевачук
(22) 04.10.1996
В.Г. (BY)
(46) 30.09.1998
механики
ме(71) Заявитель: Институт
механики
металло- (73) Патентообладатель: Институт
таллополимерных систем Академии наук Белаполимерных систем Академии наук Беларуси
руси (BY)
(BY)
(57)
1. Фильтрующий материал, состоящий из полимерной волокнистой матрицы и твердых частиц адсорбента, адгезионно связанных с волокнами матрицы, отличающийся тем, что в качестве адсорбента он содержит
тетразол, выбранный из ряда, включающего 5-фенилтетразол, бис-(β-тетразол-5-илэтил)овый эфир, трис-(βтетразол-5-илэтил)нитрометан.
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что матрица образована волокнами со средним диаметром 1030 мкм и имеет пористость 70-80%, а концентрация частиц тетразола с размером не более 100 мкм составляет 20-40 мас.%.
(56)
1. Патент США 4201827, МПК В 01D 35/06, B 03C 1/00, B 32B 5/16, опубл. 1980.
2. Патент США 4797318, МПК D 04H 1/58, опубл. 1989 (прототип).
Изобретение относится к области волокнистых полимерных материалов, предназначенных для очистки
жидкостей от ионов тяжелых, редких, драгоценных и радиоактивных металлов.
Известен фильтрующий материал для улавливания ионов металлов из водных растворов, который состоит из волокнистой матрицы и закрепленных в ней механически и силами магнитного притяжения частиц
феррита. Последние снабжены покрытиями из вещества, имеющего ионообменную или связывающую способность [1].
Его недостатки - сложность технологии формирования и наличие дорогостоящих компонентов.
Прототипом изобретения является нетканый материал [2], который содержит матрицу из волокон, раздуваемых из расплава смеси полиолефина и клейкого полимера и адгезионно закрепленные на волокнах незаблокированные полимером твердые адсорбционно-активные частицы. Диаметр волокон - от 1 до 25 мкм, степень
наполнения матрицы частицами - до 60 мас.% В качестве адсорбционно-активных частиц используют вещества из ряда: активный уголь, перманганат калия, сода, диатомит, глина и комплексы перманганата калия с активным алюминием. Средний размер твердых частиц - от 50 до 150 мкм.
Недостатки протопита: невысокая адсорбционная емкость по отношению и ионам металлов фильтрующего материала, наполненного активными частицами из предложенного ряда; значительное гидродинамическое сопротивление матрицы, образованной волокнами диаметром менее 10 мкм; малая надежность закрепления твердых частиц
в матрице при степени наполнения более 50%.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создать фильтрующий материал для
тонкой очистки воды и других жидкостей от тяжелых, редких и благородных металлов. Он должен иметь более высокие, чем у прототипа, сорбционную емкость и надежность закрепления в матрице активных частиц,
более низкие гидравлическое сопротивление и технологические затраты при изготовлении.
Для решения поставленной задачи известный материал, состоящий из волокнистой полимерной матрицы
и адгезионно закрепленных на волокнах твердых частиц адсорбционно-активного вещества, содержит новые
BY 2406 C1
компоненты. Вещество твердых частиц выбрано из ряда тетразолов: 5-фенилтетразол, бис-(β-тетразол-5илэтил)овый эфир, трис-(β-тетразол-5-илэтил)нитрометан. Оптимальные эксплуатационные характеристики
такого материала соответствуют диаметру волокон 10-30 мкм при пористости матрицы 70-80 % и максимальному размеру частиц тетразола не более 100 мкм при концентрации частиц в матрице 30-40 мас.%
Сущность изобретения состоит в том, что в качестве адсобционно-активного наполнителя волокнистой
матрицы фильтрующего материала используют вещества из ряда тетразолов - нового перспективного класса
комплексообразователей. Они обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых,
редких, благородных и радиоактивных металлов, противомикробной активностью и хорошей адгезией к полимерам. Структурные параметры фильтрующего материала оптимизирваны с учетом специфической формы кристаллических образований, физико-механических и физико-химических характеристик тетразолов.
Приведем примеры реализации предложенного материала. Его компонентами были следующие вещества.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) по ГОСТ 16337-77, марка 12003-200, с показателем текучести
расплава J = 20 г/10 мин при 190°С и массе груза 2,16 кг.
C6H5 C NH
(5Ф)
5-фенилтетразол
N
N
N
молекулярная масса М=146, температура плавления 213°С, растворяется в этиловом спирте, ацетоне,
плохо растворим в воде.
Бис(β-тетразол-5-илэтил)овый эфир (БТЭ)
CH2
HN
CH2 CH2
CH2
N
N
NH
C
O
C
N,
N
N
N
М=210, температура плавления 200°С.
Трис(β-тетразол-5-илэтил)нитрометан (ТТН)
N
N
NO2
CH2
C
HN
H2C C
N
CH2
CH2
CH2
H2C
C
NH
N
N
C NH
N
N
N
N
М=349, температура плавления 211°С. БТЭ и ТТН плохо растворимы в воде. Они хорошо растворяются в
диметилформамиде и диметилсульфоксиде.
5Ф, БТЭ и ТТН синтезированы в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте.
Это белые кристаллические порошки, частицы которых имеют игольчатую форму длиной 100-150 мкм и 510 мкм в поперечном размере.
Фильтрующие материалы получали с помощью шнекового экструдера, снабженного специальной распылительной головкой. Экструдируемый ПЭВД продавливали через отверстия (d=0,5 мм) фильеры, установленной в головке. Расплав в виде волокон распыливали потоком осушенного сжатого (Р=0,4 ат) воздуха при
температуре 80°С. Порошки тетразолов дозированно подавали в поток с помощью специального приспособления. Поток, изолированный трубчатым кожухом, направляли на бесконечную ленту, где осаждалась волокнистая масса. Последнюю после охлаждения до затвердевания расплава ПЭВД отделяли от ленты.
Температурные режимы экструзии и аэродинамические режимы формирования газо-полимернотетразольной смеси изменяли с целью регулирования диаметра волокон полимерной матрицы и степени ее
наполнения тетразолом. Пористость матрицы регулировали путем прикатки осажденной на подложке волокнистой массы с помощью специального ролика.
Материал-прототип получали аналогичным образом, подавая в поток распыливающего воздуха активный уголь
АГ-5 (ГОСТ 20777-75) с размером частиц порядка 100 мкм (производство АО “Сорбент”, г.Пермь). Образцы материала-прототипа имели оптимальные структурные параметры, рекомендованные в [2].
Диаметр (D) волокон матрицы и максимальный размер (L) частиц наполнителя определяли с помощью
оптического микроскопа. Пористость матрицы П=(1-ρ1/ρ2)⋅100%, где ρ1 и ρ2 - плотности образца и смеси
2
BY 2406 C1
ПЭВД+тетразол. Значения ρ1 получали по результатам обмера и взвешивания образцов. Концентрацию (С)
наполнителя оценивали, путем обработки материалов в растворителях тетразолов и взвешивания.
Концентрационно-технологические варианты материалов приведены в табл.1.
Оценивали следующие параметры образцов.
Статическую сорбционную емкость (СЕ) - по адсорбции ионов Си2+, Аg+ b Co2+ из модельных водных
растворов концентрацией 0,01-0,05 моль/л. Время адсорбции 2 сут при 22±2°С и непрерывном перемешивании, метод анализа - потенциометрический.
Гидравлическое сопротивление материалов - по перепаду давления (∆Р) при прокачивании воды (расход
постоянный) через листовой образец материала толщиной 10±0,5 мм и диаметром 50 мм. Схема установки ГОСТ 14146-88, приложение 8.
Надежность материала при эксплуатации - по потере массы (∆m) вследствие осыпания наполнителя при
испытаниях листовых образцов на многократный изгиб - ГОСТ 8978-75.
Результаты испытаний материалов приведены в табл.2.
Их анализ приводит к следующим заключениям.
1. Оптимальная область диаметров волокон матрицы составляет D=10-30 мкм (примеры 2-4). При
D<10 мкм (1) возрастает перепад давления на фильтроэлементе, увеличивается осыпание частиц, плохо
закрепленных на тонких волокнах, и несколько уменьшается СЕ, по-видимому из-за снижения скорости
массообмена жидкости в матрице. При D=30 мкм (4) площадь поверхности волокон примерно равна площади, занимаемой монослоем частиц адсорбента. С увеличением диаметра D>30 мкм (5) сорбционная емкость снижается и увеличивается осыпание частиц при перегибах образцов.
2. Оптимальная пористость матрицы П=70-80 % (примеры 3,7,8). При П=65 % (6) ∆р и ∆m недопустимо возрастают. При П=85 % (9) СЕ снижается из-за увеличения проходного сечения матрицы.
Таблица 1
№№ образцов
Хар актер истики
м а тр ицы
напо лнителя
D, мкм
П, %
тип
С, %
L, мкм
1
5
2
10
3
20
75
5Ф
30
50
4
30
5
35
6
65
7
20
70
5Ф
30
50
8
80
9
85
10
10
11
20
75
5Ф
20
50
12
40
13
45
14
5
15
10
16
20
75
5Ф
30
60
17
100
18
110
19
БТЭ
20
20
75
ТТН
30
50
21 прототип
20
75
АГ-5
50
100
3
BY 2406 C1
Таблица 2
№№ образцов
2+
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21 прототип
Си
0,8
0,9
1,0
1,0
0,8
0,8
0,9
1,0
0,7
0,3
0,6
1,2
1,3
0,9
1,0
1,0
0,9
0,8
1,8
1,7
0,2
СЕ, ммоль/г, для ионов
Ag+
1,4
1,6
1,8
1,8
1,4
1,4
1,6
1,9
1,2
0,5
1,0
2,2
2,4
1,6
1,8
1,6
1,9
1,4
2,6
2,0
0,1
2+
Co
0,7
0,9
1,0
1,0
0,8
0,8
0,9
1,0
0,6
0,2
0,6
1,1
1,2
0,7
0,9
0,9
0,8
0,6
1,7
1,6
0,2
∆р, кПа
∆m, %
6,5
5,5
5
4,5
4,5
7
5
4,5
4,5
0,3
0,2
0,2
0,2
0,3
0,5
0,3
0,1
0,1
0
0,1
0,5
2,1
0
0,1
0,3
0,5
3,3
0,3
0,2
0,3
4,7±0,5
4,7±0,5
4,7±0,5
5
3. Оптимальная степень наполнения матрицы тетразолами С=20-40 мас. % (примеры 3,11,12). При С=10
% СЕ ниже допустимой из-за недостатка адсорбента (10). При С=45 % (13) заметно увеличивается ∆m.
4. Максимальный размер частиц адсорбента должен быть менее 100 мкм (примеры 14-17). При L=110
мкм (18) значительно возрастает ∆m при перегибах образца. Кроме того, с увеличением размера частиц СЕ
снижается из-за уменьшения площади их поверхности.
5. При оптимальных структутно-концентрационных параметрах сорбционная емкость материалов, содержащихся БТЭ и ТТН (19-20), выше, чем 5Ф. Все предложенные материалы по этому основному эксплуатационному критерию значительно превосходят прототип (21). Остальные характеристики исследованных
материалов примерно одинаковы.
Приведенные примеры свидетельствуют о высокой эффективности предложенного фильтрующего материала, производство которого характеризуется технологической простотой и не требует сложного оборудования. Достоинством материала является малая вероятность обрастания микроорганизмами при
эксплуатации, вследствие бактерицидного действия тетразолов. Регенерация фильтроэлементов достаточно
проста и производится путем их обработки в нагретых водных растворах кислот.
Области применения материала: улавливание ионов металлов в системах очистки производственных
сточных вод и отработанных технологических растворов, сорбционное концентрирование металлов из жидких сред в аналитической практике, экологический мониторинг загрязненности природных водоемов.
Cоставитель А.Ф. Фильченкова
Редактор Т.А. Лущаковская
Корректор А.М. Бычко
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
160 Кб
Теги
патент, by2406
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа