BR112015028150B1

BR112015028150B1 - Produtos em bloco incorporando ligantes termoplásticos de partículas de pequena dimensão e métodos para a produção dos mesmos

Info

Publication number: BR112015028150B1
Application number: BR112015028150-8A
Authority: BR
Inventors: Evan E. Koslow
Original assignee: Arkema Inc
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2022-08-16
Also published as: JP2016520140A; CN105228715B; KR20160006699A; JP6475696B2; WO2014182861A1; EP2994212A1; EP2994212A4; BR112015028150A2; US20160121249A1; CN105228715A

Abstract

PRODUTOS EM BLOCO INCORPORANDO LIGANTES TERMOPLÁSTICOS DE PARTÍCULAS REDUZIDAS E MÉTODOS PARA A PRODUÇÃO DOS MESMOS. A presente invenção se refere a um produto em bloco compreendendo um ligante termoplástico apresentando um tamanho de partícula médio inferior a 20 micrômetros fundido com partículas ativas para formar uma estrutura porosa geralmente coerente. Em alguns casos, o tamanho de partícula médio do ligante é inferior a 12 micrômetros. Em alguns casos, as partículas ativas são partículas de carvão ativado. Em alguns casos, o produto em bloco pode incluir um ou mais ligantes de poli(difluoreto de vinilideno), nylon-11 e nylon-12 ou outras poliamidas de número ímpar apresentando um tamanho de partícula reduzido desta natureza.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] As formas de realização no presente documento se referem em geral a produtos em bloco e, mais particularmente, a produtos em bloco tais como blocos de carvão ativado, que são formados usando ligantes termoplásticos de partículas reduzidas, e a métodos para a produção dos mesmos.

INTRODUÇÃO

[0002] O bloco de carvão é um meio de filtração que pode ter vários usos comerciais, incluindo a produção de filtros de água para consumidores e industriais. Alguns produtos de blocos de carvão são compostos que incluem carvão ativado, pelo menos um ligante e opcionalmente outros aditivos que são comprimidos e fundidos de forma a formar uma estrutura porosa geralmente coerente.

[0003] Em alguns casos, um produto de filtração de bloco de carvão pode ser produzido como um cilindro circular direito com um orifício oco (que pode igualmente ser circular) de forma a formar um tubo. Em algumas aplicações, o fluxo de água ou de outros fluidos pode ser direcionado em uma direção radial através da parede deste tubo (quer para fora, quer para dentro). A passagem do fluido através deste produto de filtração de bloco de carvão, que é poroso, pode resultar em uma redução de um ou de mais contaminantes em partículas e químicos no fluido.

[0004] Os blocos de carvão podem ser produzidos pela mistura de pó de carvão ativado e de pó de ligante plástico de polietileno de forma a formar uma estrutura monolítica porosa sólida por moldagem por compressão e transferência, extrusão ou qualquer outro processo. Nestes casos, a mistura de carvão ativado e de pó de ligante plástico de polietileno é comprimida, aquecida e subsequentemente resfriada de forma que as partículas de polietileno se fundem com a mistura de forma a formar uma estrutura monólita de carvão instaurado. Nestas estruturas insaturadas, o ligante não preenche ou satura totalmente os poros do bloco de carvão, permanecendo poros abertos.

[0005] Estes poros abertos do bloco de carvão facilitam o fluxo de um fluido através do bloco de carvão. Desta forma, o bloco de carvão pode filtrar o fluxo de fluido que passa através deste, interceptando contaminantes em partículas existentes no fluido. Isto pode ocorrer por intercepção direta de contaminantes em partículas pelo bloco de carvão ou por adsorção dos contaminantes em partículas na superfície do bloco de carvão.

[0006] O bloco de carvão pode igualmente interceptar contaminantes químicos, por exemplo participando em reações químicas na superfície do carvão ativado do bloco de carvão, por adsorção hospedando interações de troca iônica com locais carregados ou polares no carvão ativado.

[0007] Tradicionalmente, as estruturas de blocos de carvão têm sido produzidas usando ligantes poliméricos poliolefínicos tais como polietileno. Por exemplo, algumas estruturas de bloco de carvão têm sido produzidas usando ligantes de polietileno de ultra alto peso molecular (“PEUAPM”) ou ligantes de polietileno de baixa densidade (“PEBD”). Outras estruturas de bloco de carvão têm sido produzidas usando ligantes de poli(etileno acetato de vinila) (“(p(EVA))”). Contudo, as estruturas de bloco de carvão produzidas usando estes ligantes poliméricos tendem a sofrer de temperaturas operacionais baixas, de resistência química baixa e de resistência reduzida e podem ser relativamente dispendiosos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0008] As figuras incluídas no presente documento ilustram vários exemplos de sistemas, de aparelhos e de métodos da presente divulgação e não pretendem limitar o âmbito do que é divulgado de qualquer forma. Nas figuras:

[0009] Figura 1 apresenta uma vista esquemática de um filtro de bloco de carvão de acordo com uma forma de realização, e;

[0010] Figura 2 apresenta um fluxograma de um método para a produção de um bloco de carvão de acordo com uma forma de realização.

DESCRIÇÃO DE VÁRIAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

[0011] Uma ou mais formas de realização no presente documento podem ser direcionadas a um bloco de carvão que inclui um ligante polimérico que é selecionado para conferir uma ou mais propriedades físicas e químicas melhoradas à estrutura de bloco de carvão. Estas formas de realização podem igualmente permitir o uso do bloco de carvão em aplicações industriais em que podem ser encontrados solventes, temperaturas elevadas e pressões elevadas.

[0012] Algumas formas de realização podem incluir um polímero que pode ser diretamente sintetizado como um pó polimérico sem a necessidade de moagem e desgaste físicos (que podem ser excessivamente dispendiosos). Estes pós poliméricos podem apresentar dimensões muito mais pequenas do que é tipicamente possível por moagem convencional (e até mesmo por moagem criogênica).

[0013] Em algumas formas de realização, o pó polimérico é um termoplástico apresentando pelo menos um índice de fluidez a quente moderado e um tamanho de partícula médio inferior a 20 micrômetros, inferior a 15 micrômetros, inferior a 12 micrômetros, inferior a 10 micrômetros ou até de aproximadamente 5 micrômetros (ou inferior). O tamanho de partícula médio de uma suspensão polimérica é medido usando um analisador do tamanho de partícula a laser Mastersizer® 3000 (da Malvern). Os polímeros termoplásticos preferidos incluem, mas não estão limitados a, ligantes de poli(difluoreto de vinilideno), nylon-11 e nylon-12 ou outras poliamidas de número ímpar de tamanho de partícula de pequena dimensão desta natureza.

[0014] De acordo com algumas formas de realização, um bloco de carvão pode incluir um ligante de poli(difluoreto de vinilideno) (“PVDF”) que suporta uma rede de partículas de carvão ativado, tal como a resina fluoropolimérica Kynar®. Conforme usados no presente documento, os termos ligante de poli(difluoreto de vinilideno) e ligante de PVDF devem ser entendidos como um ligante compreendendo um ou mais de entre poli(difluoreto de vinilideno), polímeros relacionados com poli(difluoreto de vinilideno) e copolímeros contendo pelo menos 70 por cento em peso de unidades de difluoreto de vinilideno.

[0015] Ao contrário dos ligantes baseados em polietileno, geralmente os ligantes de PVDF são resistentes a um vasto espectro de solventes e podem ser seguramente usados a temperaturas superiores a 120 graus centígrados. Além disso, os ligantes de PVDF podem ser obtidos com tamanhos de partícula médios de dimensão muito pequena, incluindo tamanho de partícula inferiores a 20 micrômetros. Em alguns casos, os ligantes de PVDF podem estar disponíveis em tamanhos inferiores a 10 micrômetros e em alguns casos até em tamanhos de aproximadamente 5 micrômetros (ou inferiores).

[0016] Em algumas aplicações (por ex. filtração de alta pressão), um bloco de carvão deve apresentar uma resistência à compressão elevada para resistir às forças geradas durante a filtração.

[0017] Para satisfazer este requisito, os produtos de bloco de carvão tradicionais geralmente incluem uma concentração significativa de ligantes poliméricos. Por exemplo, os blocos de carvão produzidos usando um ligante de PEBD tipicamente incluem mais de 16% de ligante (em peso), enquanto os blocos de carvão produzidos usando ligantes de PEUAPT tipicamente incluem mais de 25% de ligante (em peso).

[0018] Pelo contrário, o inventor inesperadamente descobriu que os blocos de carvão produzidos usando determinados ligantes de PVDF podem apresentar uma resistência à compressão elevada com apenas 3% a 14% de ligante (em peso), preferencialmente 12% ou menos, preferencialmente 10% ou menos, e, preferencialmente 5% a 8%.

[0019] Por conseguinte, pode ser usado significativamente menos ligante de PVDF (em peso) em comparação com as técnicas tradicionais (em alguns casos 2 - 5 vezes menos de ligante). Esta quantidade reduzida de ligante pode suprimir pelo menos alguns dos custos mais elevados geralmente associados aos ligantes de PVDF (por exemplo em comparação com os custos de ligantes de polietileno).

[0020] Além disso, a quantidade volumétrica de ligante de PVDF necessária para produzir um bloco de carvão de resistência à compressão elevada pode ser ainda mais reduzida (em comparação com o volume necessário de ligante de polietileno), desde que a densidade absoluta de PVDF (aproximadamente 1,78 gramas por centímetro cúbico) seja aproximadamente o dobro daquela do PEBD (aproximadamente 0,91 a 0,94 gramas por centímetro cúbico) e do PEUAPT (0,93 a 0,97 gramas por centímetro cúbico). Por conseguinte, um bloco de carvão de resistência à compressão elevada pode necessitar de 4 a 10 vezes menos (em volume) de ligante de PVDF em comparação com um ligante de polietileno.

[0021] O volume relativo de ligante em um bloco de carvão contribui para um número de características de desempenho, incluindo a porosidade, a permeabilidade, a incrustação da superfície de carvão e a quantidade de carvão ativado no bloco de carvão. Cada uma destas características geralmente melhora com a redução no volume relativo de ligante. Correspondentemente, os blocos de carvão produzidos usando o volume reduzido necessário de ligante de PVDF podem apresentar pelo menos um de entre: (i) poros que são essencialmente abertos e livres de ligante resultando em uma porosidade e permeabilidade superiores; (ii) incrustação reduzida da superfície de carvão por polímero fundido durante o processamento, e; (iii) deslocamento reduzido de carvão ativado pelo ligante, resultando em uma quantidade aumentada de carvão no bloco de carvão.

[0022] Correspondentemente, os blocos de carvão produzidos usando ligante de PVDF podem apresentar um desempenho de filtração superior em comparação com blocos produzidos usando ligantes convencionais (por ex. de polietileno). A porosidade e a permeabilidade melhoradas podem providenciar mais passagens para o fluido passar através do bloco de carvão. Mais passagens, combinadas com a incrustação reduzida nas superfícies de carvão e uma quantidade aumentada de carvão ativado, podem resultar em um aumento dos locais de intercepção, de adsorção e de reação química com contaminantes no fluido que passa através do bloco de carvão.

[0023] O desempenho dos blocos de carvão produzidos usando ligante de PVDF podem igualmente permitir que um bloco de carvão de menor dimensão (por ex. mais fino) apresente o mesmo desempenho em comparação com um bloco de carvão convencional de maior dimensão produzido usando um ligante convencional. Este bloco de carvão de menor dimensão pode providenciar uma redução de custos adicional, considerando que necessita de menos carvão ativado para ser produzido. Um bloco de carvão de menor dimensão pode igualmente ser mais desejado porque pesa menos e ocupa menos espaço quando instalado.

[0024] Em algumas formas de realização, com uma quantidade adequada de ligante de PVDF, pode ser produzido um produto de bloco de carvão usando máquinas de extrusão de alta velocidade ou usando técnica de moldagem por compressão. A produção de um bloco de carvão geralmente implica a mistura de um ligante (em forma pulverosa) com pó de carvão ativado. Geralmente os dois pós são totalmente misturados para produzir uma mistura essencialmente homogênea. Subsequentemente os pós misturados são fundidos, por exemplo usando a moldagem por compressão e transferência ou a extrusão.

[0025] Geralmente, as misturas de pós com tamanhos de partícula médios de menor dimensão podem produzir misturas que são mais homogêneas em comparação com misturas com tamanhos de partícula médios de maior dimensão. Por exemplo, uma mistura totalmente misturada de partículas de grande dimensão geralmente é menos homogênea do que uma mistura misturada de forma similar de pós finos. Quer dizer, uma amostra de pequena dimensão de uma mistura de partículas de grande dimensão é mais propensa a conter uma composição que difere significativamente da composição da mistura enquanto um todo.

[0026] Além disso, considerando que o volume relativo de um pó numa mistura totalmente misturada diminui, a homogeneidade dessa mistura pode igualmente diminuir, a menos que seja reduzido o tamanho de partícula médio desse pó. Para ilustrar este ponto, considere-se a homogeneidade de três misturas exemplificativas designadas por A, B e C:

Tabela 1: Homogeneidade de misturas exemplificativas

[0027] Em cada uma das misturas A, B e C, o volume, o tamanho de partícula médio e a quantidade de partículas de pó 2 permanecem constantes. Em comparação com a mistura A, a mistura B contém 500 vezes menos volume de partículas de pó 1 (considerando que existem apenas duas partículas em vez de 1000). Consequentemente, a homogeneidade de uma mistura B totalmente misturada é inferior àquela de uma mistura A totalmente misturada. Quer dizer, uma amostra de pequena dimensão da mistura B é mais propensa a conter uma composição que difere significativamente da composição da mistura enquanto um todo, em comparação com a mistura A.

[0028] Pelo contrário, a mistura C contém o mesmo volume de pó 1 que a mistura B, mas as partículas são 1000 vezes menores e, por conseguinte, 1000 vezes maiores em número. Consequentemente, a homogeneidade de uma mistura C totalmente misturada é muito superior àquela de uma mistura B totalmente misturada. Quer dizer, uma amostra de pequena dimensão da mistura B é mais propensa a conter uma composição que difere significativamente da composição da mistura enquanto um todo, em comparação com a mistura C.

[0029] Este exemplo ilustra que a perda de homogeneidade que resulta da diminuição do volume médio de um pó na mistura pode ser compensada pela diminuição do tamanho de partícula médio desse pó.

[0030] Conforme acima discutido, um bloco de carvão contendo um ligante de PVDF pode compreender de 4 a 10 vezes menos ligante em volume em comparação com um ligante convencional (por ex. ligante de PEUAPT ou de PEBD). Por conseguinte, para promover uma mistura homogênea, o ligante de PVDF em pó pode ser providenciado com um tamanho de partícula médio de menor dimensão (por ex. um tamanho de 4 a 10 vezes menor) em comparação com o tamanho de partícula de um ligante convencional.

[0031] Os ligantes convencionais (por ex. ligantes de PEUAPT ou de PEBD) frequentemente são reduzidos a pó por moagem ou por desgaste, resultando em pós relativamente grossos. Pelo contrário, o diâmetro de partícula médio de ligantes de PVDF em pó pode ser inferior a 20 micrômetros, inferior a 10 micrômetros ou até de aproximadamente 5 micrômetros (ou inferior).

[0032] Estes tamanhos de partícula de pequena dimensão podem não ser alcançáveis por meio das técnicas convencionais, tais como a moagem ou o desgaste ou até a moagem criogênica. Por isso, em alguns casos, o ligante de PVDF em pó pode ser diretamente sintetizado sem a necessidade de moagem ou de desgaste físicos.

[0033] Por meio da síntese direta, o ligante de PVDF em pó está diariamente disponível em forma de pós finos e ultrafinos. O ligante de PVDF em pó diretamente sintetizado está igualmente disponível como pó ultrapuro, geralmente essencialmente livre de contaminantes extratíveis arbitrariamente.

[0034] A síntese direta pode ser dispendiosa e pode contribuir para o custo elevado de ligantes de PVDF em pó de pequena dimensão. Felizmente, considerando que de acordo com os ensinamentos no presente documento os blocos de carvão podem ser produzidos com muito pouco ligante de PVDF, este custo elevado pode não ser demasiado problemático.

[0035] Em relação à Figura 1, esta ilustra uma vista esquemática de um filtro de bloco de carvão 10 de acordo com uma forma de realização. Nesta forma de realização, o filtro de bloco de carvão 10 apresenta uma forma de cilindro circular direito 12 com um orifício oco 14 que o atravessa. Nesta forma de realização, o orifício oco 14 é circular de forma que o cilindro forma um tubo. É evidente em algumas formas de realização que o filtro de bloco de carvão 12 pode apresentar outras formas adequadas.

[0036] Em algumas aplicações (por exemplo em aplicações de filtração), a água ou os outros fluidos podem ser direcionados em uma direção radial através das paredes 16 do cilindro 12 (quer para fora, quer para dentro). Por exemplo, em algumas formas de realização um líquido pode ser direcionado desde o orifício 14 e através das paredes 16. A passagem do fluido através das paredes 16 do filtro de bloco de carvão 10 tende a resultar em uma redução de um ou de mais contaminantes em partículas e/ou químicos no fluido.

[0037] Em relação à Figura 2, esta ilustra um fluxograma de um método 100 para a produção de um bloco de carvão de acordo com uma forma de realização.

[0038] No passo 102, o pó de ligante de poli(difluoreto de vinilideno) é misturado com um pó de carvão ativado. Em alguns casos, o pó de ligante de poli(difluoreto de vinilideno) pode apresentar um tamanho de partícula médio inferior a 20 micrômetros, inferior a 12 micrômetros ou até de aproximadamente 5 micrômetros.

[0039] No passo 104 a mistura de pé de ligante e de pó de carvão ativado é aquecida. Por exemplo, a mistura pode ser aquecida em um forno a aproximadamente 425 graus F.

[0040] No passo 106, a mistura de pó de ligante e de pó de carvão ativado é comprimida. Em algumas formas de realização, a compressão pode ser realizada depois da mistura ter sido pelo menos parcialmente ou até totalmente aquecida. Em algumas formas de realização, a compressão pode ser realizada pelo menos parcialmente concorrencialmente com o aquecimento.

[0041] Em algumas formas de realização, a compressão pode ser realizada por moldagem por compressão e transferência da mistura. Em algumas formas de realização, a compressão da mistura pode ser realizada por extrusão da mistura.

Exemplos

[0042] Os seguintes exemplos demonstram métodos para a produção de um bloco de carvão usando um ligante de PVDF. Os exemplos ilustram igualmente que os blocos de carvão contendo quantidades muito reduzidas de ligante de PVDF (em peso) podem alcançar os requisitos quanto à resistência à compressão para as aplicações de alta pressão. Podem igualmente estar presentes outros aspectos e vantagens.

EXEMPLO 1. Ensaios de Moldagem por Compressão e Transferência com Ligante de PVDF

[0043] Uma série de misturas de ligante de PVDF (Arkema Incorporated, King of Prussia, Pennsylvania, grade 741 PVDF) e de carvão ativado (carvão ativado baseado em casca de coco de 80 x 325 mesh com uma área de superfície BET de aproximadamente 1200 metros quadrados por grama) foram produzidas por mistura intensiva dos dois pós. As misturas incluíam 8%, 10%, 12% e 14% de ligante de PVDF em peso, respectivamente. Cada mistura foi carregada para dentro de um molde de cobre adequado de 2,54’’ de diâmetro interno e colocada em um forno pré-aquecido a 425 graus Fahrenheit. Decorridos 30 minutos, os moldes foram removidos do forno e imediatamente (enquanto ainda quentes) sujeitos a compressão superior a 100 libras por polegada quadrada de pressão e subsequentemente resfriados. Depois do resfriamento as amostras foram ejetadas do molde.

[0044] Os blocos de carvão produzidos a partir de cada uma das amostras exibiram resistências à compressão acima do requisito para as aplicações de filtração de alta pressão. Isto indica que os blocos de carvão de resistência à compressão elevada podem ser produzidos usando tão pouco quanto 8% de ligante de PVDF em peso.

[0045] Nesta experiência, inesperadamente se descobriu igualmente que os blocos de carvão usando ligante de PVDF essencialmente apresentaram pouca ou nenhuma adesão ou fricção em relação às paredes da matriz de moldagem. Existia uma pressão reduzida criada pelo movimento do pó contra a superfície da matriz de extrusão, sugerindo que a mistura de ligante e de carvão ativado pode ser adequada para aplicações de extrusão, particularmente de alta velocidade.

[0046] Em comparação, os blocos de carvão baseados em polietileno (16% de PEBD em peso, MI = 6, grau de Equistar Microthene 51000) produzidos usando o mesmo procedimento neste exemplo exibiram uma adesão agressiva às paredes do molde suficiente para dificultar bastante a ejecção dos blocos de carvão.

EXEMPLO 2. Ensaios de Moldagem por Compressão e Transferência com Teor de Ligante de PVDF Muito Baixo

[0047] Uma série de misturas de ligante de PVDF (Arkema Incorporated, King of Prussia, Pennsylvania, grade 741 PVDF) e de carvão ativado (carvão ativado baseado em casca de coco de 80 x 325 mesh com uma área de superfície BET de aproximadamente 1200 metros quadrados por grama) foram produzidas por mistura intensiva dos dois pós. As misturas incluíram 8%, 7%, 6% e 5% de ligante de PVDF em peso, respectivamente. Cada mistura foi carregada para dentro de um molde de cobre adequado de 2,54’’ de diâmetro interno e colocada em um forno pré-aquecido a 425 graus Fahrenheit. Decorridos 30 minutos, os moldes foram removidos do forno e imediatamente (enquanto ainda quentes) sujeitos a compressão superior a 100 libras por polegada quadrada de pressão e subsequentemente resfriados. Depois do resfriamento as amostras foram ejetadas do molde. Todas as amostras apresentaram uma integridade estrutural boa mesmo aquelas amostras contendo tão pouco como 5% de ligante de PVDF. Contudo, as amostras contendo quantidades menores de ligante apresentaram superfícies que libertavam partículas quando friccionadas e foram consideradas de qualidade comercial inferior.

EXEMPLO 3. Desempenho de um Bloco de Carvão de PVDF Extrudido em Comparação com um Bloco de Carvão de PEBD Extrudido

[0048] Uma série de blocos de carvão foram produzidos usando resina KYNAR® (um ligante de PVDF) e comparada a um bloco de carvão comercial estandardizado produzido usando PEBD. Os blocos de carvão foram produzidos incluindo 6%, 8% e 10% de KYNAR (em peso) e comparados com um bloco de carvão incluindo 16% de PEBD (em peso). A extrusão dos blocos de carvão foi realizada com a aplicação de uma pressão suficiente para alcançar um bloco de carvão coeso com um tamanho de poro de débito médio alvo (MFP) de 3 a 4 micrômetros. Os tamanhos de poro de 3 a 4 micrômetros tipicamente estão presentes em produtos de bloco de carvão convencionais com uma classificação em mícrons nominal de 1 a 2 micrômetros. Devido à adesão reduzida de PVDF às superfícies do extrusor em comparação com o PEBD, a mistura baseada em PVDF pode ser extrudida a uma velocidade até quatro vezes superior do que a mistura baseada em PEBD com a mesma geometria de bloco de carvão final. Isto permite uma produtividade significativamente aumentada durante a produção.

[0049] As isotermas de adsorção de nitrogênio multiponto de blocos de carvão contendo 8% de KYNAR, 10% de KYNAR e 16% de PEBD (em peso) foram realizadas para observar o impacto do ligante sobre as superfícies dos macroporos e dos microporos de carvão. As amostras foram sujeitas a alto vácuo a temperaturas moderadas antes da análise da área de superfície. A Tabela 2 abaixo resume os resultados relativos aos dados das isotermas de adsorção de nitrogênio.

Tabela 2: Resultados dos Dados de Adsorção de Nitrogênio

[0050] Os resultados demonstram que em comparação com o bloco de carvão com 16% de PEBD, o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentou, por grama, uma área de superfície de macroporo 47% maior e uma área de superfície de microporo 46% maior representando uma melhoria combinada de 46,7% na área de superfície BET total. Além disso, o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentava um volume de poro por grama 36% maior em comparação com o bloco de carvão com 16% de PEBD, o que é consistente com os resultados relativos à área de superfície. Os resultados para o bloco de carvão com 10% de KYNAR caíram abaixo dos resultados do bloco de carvão com 8% de KYNAR e do bloco de carvão com 16% de PEBD.

[0051] A área de superfície está positivamente correlacionada com a taxa de adsorção e a capacidade. Os resultados demonstram que o bloco de carvão com 8% de KYNAR exibiu as características de desempenho mais elevadas das amostras testadas.

[0052] O teste da porometria de fluxo foi realizado com amostras de bloco de carvão contendo 6% de KYNAR, 8% de KYNAR, 10% de KYNAR e 16% de PEBD (em peso) para identificar o tamanho de poro de débito médio (MFP), o tamanho de poro máximo (ponto de ebulição) e a permeabilidade geral. Em geral, a permeabilidade mede a taxa de fluxo de um fluido através do bloco de carvão, quando o fluido está sujeito a uma pressão predeterminada. Uma permeabilidade mais elevada permite uma taxa de fluxo mais elevada de fluxo através do bloco de carvão com uma quebra de pressão reduzida. O tamanho de poro máximo (ponto de ebulição) medido para o bloco de carvão é um indicativo da uniformidade do bloco de carvão. Um tamanho de poro máximo de maior dimensão indica que existe pelo menos um espaço vazio de maior dimensão no bloco de carvão que pode permitir a penetração de contaminantes em partículas indesejados na estrutura. Os resultados do teste de porometria são resumidos na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3: Teste de Porometria

[0053] Os resultados demonstram que o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentou a maior permeabilidade das amostras testadas e uma permeabilidade 30% superior àquela com 16% de PEBD. Além disso, o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentou o ponto ebulição mais baixo das amostras testadas indicando uma uniformidade estrutural boa. Estes resultados demonstram que o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentou as melhores características de desempenho das amostras testadas.

[0054] Os resultados das isotermas multiponto e do teste de porometria de fluxo demonstraram que o bloco de carvão com 8% de KYNAR exibiu características de desempenho superiores a todas as outras amostras de bloco de carvão testadas, incluindo o bloco de carvão com 16% de PEBD. Em alguns casos, um produto de bloco de carvão com 8% de KYNAR pode ser reduzido em tamanho em 35% a 40% em comparação com um produto de bloco de carvão com 16% de PEBD e exibir características de desempenho correspondentes. Além disso, a diferença na densidade entre KYNAR e PEBD significa que o bloco de carvão com 8% de KYNAR apresentou 72% menos de volume de ligante que o bloco de carvão com 16% de PEBD. Correspondentemente, o uso de 8% de KYNAR em um produto de bloco de carvão pode permitir um produto de menor dimensão, com menos ligante, que providencia um desempenho pelo menos equiparado a um custo potencialmente mais reduzido.

Outros Ligantes Adequados

[0055] Em algumas formas de realização, um ou mais outros ligantes podem ser adequados para produzir produtos em blocos (por ex. blocos de carvão) com partículas ativas (por ex. partículas de carvão ativado ou outras partículas) suportadas pelo ligante em uma estrutura porosa geralmente coerente. Alguns destes ligantes adequados podem incluir pós termoplásticos apresentando um tamanho de partícula médio inferior a 20 micrômetros e, mais particularmente, apresentando um tamanho de partícula médio compreendido entre aproximadamente 12 micrômetros e 1 micrômetro. Os pós poliméricos termoplásticos adequados podem igualmente apresentar um índice de fluidez a quente suficientemente elevado de forma a assegurar que o pó funde e se liga com as partículas para formar a estrutura porosa.

[0056] Em alguns casos, os ligantes adequados podem incluir partículas de poliamida de dimensão reduzida (por ex. partículas de nylon-11 ou de nylon-12) com um tamanho de partícula médio inferior a aproximadamente 12 micrômetros. É evidente que os ligantes de PVDF e de nylon- 11 são particularmente adequados para o uso enquanto ligantes considerando que ambos os polímeros são ferroelétricos e altamente polarizados. Outras poliamidas de número ímpar tais como nylon-7 apresentam propriedades similares. Considerando que estes polímeros raramente são polarizados é possível que apresentem uma tendência reduzida para superfícies de carvão úmidas e causem incrustações nas superfícies do adsorvente.

[0057] Em alguns casos, podem ser usados outros pós poliméricos termoplásticos adequados para formar blocos de carvão ou outros produtos em bloco.

Claims

1. Meio de filtração de produto em bloco caracterizado por compreender um ligante termoplástico, o referido ligante termoplástico compreendendo ligante de poli(difluoreto de vinilideno) apresentando um tamanho de partícula médio inferior a 5 micrômetros, em que o referido ligante é fundido com partículas ativas para formar uma estrutura porosa geralmente coerente e em que o ligante compreende entre 3% a 10% em peso do bloco.

2. Meio de filtração de produto em bloco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas ativas serem partículas de carvão ativado.

3. Meio de filtração de produto em bloco, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o ligante de poli(difluoreto de vinilideno) compreender entre aproximadamente 5% e 8% por cento em peso do bloco.

4. Método para produzir um meio de filtração de bloco de carvão caracterizado por compreender: misturar um pó ligante de poli(difluoreto de vinilideno) tendo um tamanho de partícula médio inferior a 5 micrômetros com um pó de carvão ativado; aquecer a mistura de pó de ligante e de carvão ativado; comprimir a mistura de pó de ligante e de carvão ativado, e em que o ligante de poli(difluoreto de vinilideno) compreende entre 3% e 10% em peso do bloco de carbono.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a compressão da mistura ser realizada por moldagem da mistura por compressão e transferência.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a compressão da mistura ser realizada por extrusão da mistura.

7. Meio de filtração de bloco de carvão caracterizado por ser produzido pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 6.

8. Filtro de fluidos caracterizado por compreender um bloco de carvão produzido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 7.