CZ34619U1 - Filtr k separaci arsenu z vody - Google Patents
Filtr k separaci arsenu z vody Download PDFInfo
- Publication number
- CZ34619U1 CZ34619U1 CZ2020-38077U CZ202038077U CZ34619U1 CZ 34619 U1 CZ34619 U1 CZ 34619U1 CZ 202038077 U CZ202038077 U CZ 202038077U CZ 34619 U1 CZ34619 U1 CZ 34619U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- arsenic
- layer
- fabric
- filter
- nanofibrous
- Prior art date
Links
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 title claims description 60
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 60
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 28
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 47
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 22
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 14
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 11
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 claims description 9
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 9
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 8
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 8
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 7
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 claims description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 18
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 17
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 11
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 8
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 3
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 3
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPPQSCRMBWNHMW-UHFFFAOYSA-N Meprobamate Chemical compound NC(=O)OCC(C)(CCC)COC(N)=O NPPQSCRMBWNHMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N [Fe].OOO Chemical compound [Fe].OOO CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 231100000739 chronic poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000013305 flexible fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 231100000003 human carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- IGHXQFUXKMLEAW-UHFFFAOYSA-N iron(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Fe+2].[Fe+2].[O-2] IGHXQFUXKMLEAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N oxobarium;oxo(oxoferriooxy)iron Chemical compound [Ba]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 229920006344 thermoplastic copolyester Polymers 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
- B01J20/264—Synthetic macromolecular compounds derived from different types of monomers, e.g. linear or branched copolymers, block copolymers, graft copolymers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28023—Fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/103—Arsenic compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Description
Filtr k separaci arsenu z vody
Oblast techniky
Technické řešení se týká filtru k separaci arsenu z vody použitelného při čištění odpadních vod, minerálních vod nebo i pitné vody. Využívá kombinace tkanin a/nebo netkaných spun bond (SB) a/nebo melt blown (MB) textilií a elektrospinningem (ES) připravených netkaných textilií (NT) s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu. Takové materiály je možno použít pro výrobu filtračních membrán pro mikrofiltraci kapalin, které dokáží účinně zachytit částice anorganických sorbentů. Anorganický adsorpční materiál je kontinuálně nanesen a fixován na povrch mikrofiltrační membrány.
Dosavadní stav techniky
Arsen (As) je polokovový prvek, který je ve velmi malých koncentracích běžnou součástí povrchových i podzemních vod. Obvyklé koncentrace v podzemních a povrchových vodách se pohybují v jednotkách až desítkách mikrogramů na litr. U podzemních vod se považuje za přirozenou hodnotu koncentrace arsenu kolem 5 pg/l. Do vod se arsen dostává zvětráváním a vymýváním hornin, které jej obsahují, ale i z antropogenních zdrojů (odpadní, zejména průmyslové, vody),
Arsen je prokázaný humánní karcinogen. Dlouhodobé používání vody s relativně nízkou koncentrací As vyvolá chronickou otravu, která se projeví po 5 ažlO letech. Podle doporučení Světové zdravotnické organizace WHO je nejvyšší povolená koncentrace arsenu v pitné vodě 10 pg/l. Pro kojeneckou vodu je pak přípustná koncentrace arsenu stanovena na 5 pg/l.
Postupy eliminace As z vod jsou popsány v řadě prací a jsou rovněž rozsáhle využívány v praxi. V posledních zhruba 30 letech byla navržena a optimalizována celá řada metod sloužících k odstranění arsenu z vody. Nejpoužívanějšími technikami jsou oxidace, koagulace aflokulace, adsorpce, membránová filtrace s iontovou výměnou a v poslední době také adsorpční filtrace.
Oblast separace arsenu z vody je rovněž předmětem řady patentů, přičemž patentová ochrana se vztahuje jak na materiály, prostředky a zařízení použité k separaci arsenu, tak také na principy jejich fimgování. Ačkoliv jev současné době používána řada zařízení pro odstraňování arsenu z vody, žádné z nich nevyužívá kombinovaných filtrů na bázi selektivních adsorbentů a nanovláknitých mikrofiltračních polymemích struktur, jako pomocného prostředku pro záchyt arsenu.
Nanovláknité struktury obecně využívá pro záchyt některých těžkých kovů, jako je kadmium, rtuť, antimon či bismut, ale i arsen, řešení podle korejského patentu KR 101433332. V patentu je prezentován způsob přípravy filtračního materiálu obsahujícího nanovlákna feritu barya (BaFcnOr;). Vlákna jsou připravena pomocí elektrospiningu ze zvlákňovacího roztoku obsahujícího vedle polymeru a rozpouštědla také prekurzory BaFe^Oig, kterými jsou dusičnan železitý a dusičnan bamatý. Je připraven nanovláknitý kompozit polymer/BaFe^Oig, z nějž je pomocí vysoké teploty odstraněn polymer. Takto připravený filtrační materiál je zmagnetován, aby mohl zachytit nanočástice magnetitu (Fc’Og). na jejichž povrchu jsou adsorbovány těžké kovy z kontaminované vody. Nanočástice magnetitu jsou přidány do vody kontaminované těžkými kovy, vychytaj i j e a následně j sou z vody separovány pomocí filtru na bázi nanovláken feritu barya. Příprava nanovláken s vysokým podílem anorganické složky je však postupem zdravotně a ekologicky nebezpečný. Navíc eliminace arsenu probíhá při řešení podle patentu KR 101433332 v několika krocích a celý proces je tak ekonomicky náročný.
Čínský patent CN 103706335 prezentuje způsob přípravy porézní nanovláknité membrány pro
-1 CZ 34619 UI separaci arsenu z vody. Jde o kompozitní membránu železo/chitosan/polyoxyetylen připravenou elektrospinningem z chitosanového roztoku obsahujícího polyoxyetylen a železité ionty. Nanovláknitá organicko-anorganická membrána je následně podrobena úpravě alkalickým činidlem (amoniak). Po důkladném promytí je membrána vysušena do podoby konečného produktu.
Na využití chitosanu jako nosného polymeru je založeno také řešení podle čínské patentové přihlášky CN 108435145. Prezentuje způsob přípravy chitosanových nanovláken umožňujících výměnu ligandů. V prvním krokuje připraven 3 až 7% roztok chitosanu v ledové kyselině octové s vodou, který je zvlákněn na nanovlákna pomocí elektrospinningu. Připravená nanovlákna jsou následně na 4 až 6 h ponořena do činidla pro výměnu ligandů (vodný roztok dusičnanu lanthanitého). Po následném vysušení jsou získána chitosanová nanovlákna se schopností ligandové výměny, která jsou vysoce účinným a selektivním adsorbentem arsenu.
Další čínská patentová přihláška CN 110592806 prezentuje nanovláknitou filtrační membránu s duálními nanojádry schopnou účinně odstranit arsen z vody. Nanovlákna jsou na bázi polyakrylonitrilu (PAN). Jsou připravena z roztoku polymeru v DMF a toluenu s přídavkem La(NO’,) 2 · 6 H2O. Takto připravená nanovláknitá struktura je ponořena do roztoku hydrochloridu dopaminu a následně promyta roztokem KMnCL. Díky duální povaze navázaných nanojader je membrána schopna účinně odstranit arsen s jakoukoliv valencí.
Společnou nevýhodou všech tří výše uvedených řešení je nutnost dodatečné úpravy membrán. Nanostruktury obsahující chitosan nebo ošetřená polyakrylonitrilová nanovlákna jsou křehká a mají omezenou odolnost při mechanickém namáhání.
Čínský užitný vzor CN 208471593 prezentuje plovoucí zařízení pro odstranění arsenu z vody s porézním nanokeramickým filtrem, jenž je tvořen nanovlákny s průměrem 15 až 50 nm a délkou 1 až 10 pm v kombinaci s nanoporézní mikrovláknovou strukturou. Průchodem filtrem je arsen okamžitě přeměněn z třímocného na pětimocný a vzápětí adsorbován.
Problém řešení ale spočívá v tom, že i když by aplikace samotných nanovláken s malým průměrem mohla vést k materiálům s vysokou adsorpční kapacitou, použití sorpčního materiálu v plovoucím zařízení nemůže vést k adsorpci dosažitelné při průtokovém uspořádání.
Podstata technického řešení
K odstranění nedostatků známých řešení přispívá do značné míry filtr k separaci arsenu z vody podle předloženého technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že je tvořen dvěma vrstvami mikrofiltrační nanovláknité netkané textilie z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu, jako je polyurethan nebo jiný polymer obsahující ve svém řetězci dusík, jako je polyamid nebo polyakrylonitril, kombinovanými s melt blown a/nebo spund bond netkanou podkladovou textilií. Mezi nanovláknitými vrstvami je vrstva anorganického sorbentu arsenu na bázi hydroxyoxidu železa (FeOOH).
Meltblown (MB) a/nebo spun bond (SB) netkaná podkladová textilie je s výhodou vyrobena z vláken na bázi polyurethanu, polypropylénu, polyesteru, viskózy nebo polyamidu s plošnou hmotností 15 až 200 g/m2 a střední velikostí pórů větší než 1200 nm.
Vrstvy nanovláknité netkané textilie mají s výhodou plošnou hmotnost 0,5 až 4 g/m2, distribuci průměrů nanovláken v intervalu 40 až 600 nm a střední velikost pórů 200 až 600 nm.
Vrstva anorganického sorbentu arsenu obsahuje částice hydroxy-oxidu železa s výhodou o velikosti 0,2 až 0,5 mm.
- 2 CZ 34619 UI
Z hlediska uspořádání vrstev může být filtr ve své struktuře tvořen melt blown a/nebo spund bond netkanou podkladovou textilií, na ní nanesenou vrstvou nanovláknité netkané textilie z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu, vrstvou anorganického sorbentu arsenu na bázi hydroxy-oxidu železa (FeOOH) a na ní shora připojenou další vrstvou nanovláknité netkané textilie z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu.
V alternativním uspořádání může být druhá vrstva nanovláknité netkané textilie připojena prostřednictvím laminační mřížky.
Elektrostatickým zvlákňováním připravené nanostruktury - mikrofiltrační membrány s anorganickými aditivy nabízí velký aktivní povrch pro separaci arsenu. Aby nedošlo k neprůchodnosti nebo k významnému omezení průtoku nanostrukturovaného filtru, je nezbytné vrstvy nanovláken kombinovat s tlustšími např. SB nebo MB vlákny, což vede k dosažení požadovaných mechanických pevností filtračních materiálů. Je výhodné takový nanostrukturovaný materiál kombinovat např. s mikrovláknitou PU MB vrstvou, která rovněž může částečně přispět k adsorpci malého množství arsenu z čištěné vody.
Aby byla účinnost adsorpčního filtru maximální, je třeba zajistit kontakt kontaminované vody s aktivními centry adsorbentu. Z hlediska morfologické přístupnosti aktivních center je nejvhodnější, když membrána na bázi nanovláken nanesených na SB a/nebo MB podkladový materiál tvoří dutý válcový filtr. Nanovlákna jsou nanesena na vnitřním povrchu válcového filtru. Na povrchu nanovláknité vrstvy, i mezi nanovlákny, jsou rovnoměrně dispergovány částice anorganického adsorbentu FeOOH. Takto upravená nanostrukturovaná vrstva je překryta další vrstvou nanovláken, která díky své mikrofiltrační povaze zabrání uvolnění částic adsorbentu do filtrovaného média.
Jako ideální se pak jeví konstrukce, kdy je vrstva částic FeOOH, dispergovaných na povrchu a ve struktuře nanovláknité vrstvy filtru, překryta trilaminátovou mřížkou, která po zalaminování do struktury filtru společně s krycí nanovláknitou vrstvou zajistí dokonalou fixaci částic adsorbentu ke struktuře nanovláknité vrstvy.
Membrána na bázi nanovláknité polymemí struktury ze syntetických polymerů s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu v kombinaci s adsorbentem, která je předmětem technického řešení, se vyznačuje vysokou selektivitou pro trojmocný i pětimocný arsen v širokém rozmezí pH. Rychlost odstranění arsenu z pitné vody je velmi vysoká. Nespornou výhodou je také jednoduchost a vysoká reprodukovatelnost výrobního procesu.
Membrána na bázi nanovláknité polymemí struktury ze syntetických polymerů s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu v kombinaci s adsorbentem, která je předmětem ochrany, je připravitelná pomocí elektrostatického zvlákňovacího procesu a nevyžaduje, před nanesením adsorbentu, žádné další úpravy a operace, které by mohly materiál ekologicky, zdravotně, ale i ekonomicky zatížit. Proces přípravy nanovláknité membrány je jednoduchý a vykazuje vysokou reprodukovatelnost. Rovněž manipulovatelnost s materiálem, který je předmětem ochrany, a obecně jeho mechanické vlastnosti jsou lepší, neboť jejím základem jsou polymemí, tj. pružná vlákna, nikoliv křehká vlákna, jako jsou nanovlákna chitosanová nebo nanovlákna s vysokým podílem anorganické složky jak je tomu u doposud známých řešení.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží přiložené výkresy, kde představuje:
obr. 1 - uspořádání vrstev filtru s polymemí nanostrukturou;
obr. 2 - příkladné uspořádání válcového filtru a jeho umístění ve filtrační koloně; a
-3CZ 34619 UI obr. 3 - uspořádání vrstev filtru s polymemí nanostrukturou zpevněnou laminační mřížkou.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Plošný materiál pro válcový filtr k separaci arsenu z vody (viz obr. 1) byl připraven z netkané podkladové textilie 1, konkrétně pokladové polyesterové (PET) SB textilie s plošnou hmotností 60 g/m2, která obsahuje podíly makromolekul s kratšími řetězci s teplotou měknutí již kolem 100 °C a počáteční teplotou tání 130 °C. Na tuto PET textilii byla elektrospinningem nanesena nanovláknitá netkaná textilie 2 na bázi nanovláken z aromatického polyurethanu esterového typu s průměrem vláken kolem 150 nm. Plošná hmotnost této nanovláknité netkané textilie 2 byla 1,26 g/m2. Na povrch nanovláken byla nástřikem aplikována vrstva 3 anorganického sorbentu arsenu v podobě disperze částic FeOOH ve vodě s ethanolem. Velikost částic byla 0,2 až 0,5 mm, plošná hmotnost nánosu částic adsorbentu byla 6 g/m2. Nános adsorbentu byl vysušen a na povrch takto připravené struktury byla nalaminována další vrstva nanovláknité netkané textilie 2 polyurethanových nanovláken s plošnou hmotností 1,26 g/m2. Tento filtrační materiál měl střední velikost pórů kolem 230 nm. Takto připravený plošný materiál byl svinut do tvaru válce (viz obr. 2). Fixace válcového tvaru byla provedena lepeným spojem po délce válce. Vnější plášť filtru tvořila podkladová PET textilie, vnitřní pak, funkční vrstva nanovláken. Filtr byl na výstupní straně zaslepen zaslepovací zátkou 9 a na vstupní straně do něj byla vlepena zátka umožňující vtok filtrované vody. Takto připravený filtr byl vsunut do kolony válcového tvaru (viz obr. 2). Filtrovaná kontaminovaná voda 14 (koncentrace arsenu ve filtrované vodě byla vyšší než 100 pg/l) byla přiváděna vstupem 5 v horní vtokové zátce 6 do vnitřního objemu válcového filtru 8. Po průchodu filtrem 8 byla voda zbavená arsenu odváděna z prostoru 15 mezi stěnou filtrační kolony a filtrem 8 dvojdílnou výtokovou přírubou 10 s plochým silikonovým těsněním 11. spojovacími šrouby 12 a výpustí filtrátu 13. Filtračně-sorpční proces byl realizován při tlaku 75 kPa. Účinnost záchytu As tímto filtrem se pohybovala kolem 75 %. Na základě stanovení koncentrace železa ve filtrátu bylo potvrzeno, že částice adsorbentu se do filtrátu neuvolňují.
Příklad 2
Stejně jako v příkladu 1 byla pro konstrukci filtru použita netkaná podkladová textilie 1 PET SB s nanesenou nanovláknitou netkanou textilií 2 o plošné hmotnosti 1,26 g/m2 z PU nanovláken. Povrch nanovláken byl opět opatřen nánosem vrstvy 3 anorganického sorbentu arsenu, konkrétně částic adsorbentu FeOOH (6 g/m2). Vysušený nános sorbentu byl přikryt laminační mřížkou 4, konkrétně trilaminátovou (polyethylen-polypropylen-polyethylen) mřížkou, která je používána pro spojování vrstev plošných materiálů laminací (viz obr. 3). Mřížka byla následně přikryta krycí vrstvou nanovláknité netkané textilie 2 a celá konstrukce byla slaminována dohromady. Díky konstrukci trilaminátu došlo k zatečení polyethylenu do nanostruktur jen v místě kontaktu vymezeném neroztaveným polypropylenem. Tento materiál vykazoval lepší mechanické vlastnosti (snadnější manipulovatelnost) než materiál z příkladu 1. Tento filtrační materiál měl střední velikost pórů 230 nm. Obdobným způsobem, jako v příkladu 1 byl vytvořen a použit válcový filtr, který vykazoval stejnou schopnost záchytu arsenu (více než 75 %). Únik částic adsorbentu do filtrátu nebyl zaznamenán.
Příklad 3
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 2, ale jako laminační mřížka 4 byla místo trilaminátové mřížky použita termoplastická mřížka z kopolyesteru. Při teplotě laminace odpovídající počáteční teplotě tání použitého termoplastu, došlo k dokonalému spojení nanostruktur, avšak zatečení roztaveného termoplastu do nanostruktur způsobilo zmenšení aktivní plochy pro sorpci arsenu o 15 %.
-4CZ 34619 UI
Příklad 4
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příklady 2 a 3, ale místo laminačních mřížek 4 byla laminace provedena pomocí bodového nanášení termolepidla na bázi kopolyamidu. Roztavení a zatečení termolepidla způsobilo snížení aktivní plochy pro sorpci arsenu o 10 %.
Příklad 5
Příprava plošného materiálu a podmínky filtračně sorpčního procesu byly stejné jako v příkladech 1 až 4, ale plošná hmotnost nánosu adsorbentu byla 14 g/m2. Ve srovnání s příklady 1 a 2 vzrostla účinnost sorpce arsenu na 92 %.
Příklad 6
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 1, jen jako podkladová textilie 1 byl použita polypropylenová SB textilie s plošnou hmotností 50 g/m2. Účinnost sorpce arsenu zůstala zachována (75 %).
Příklad 7
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 1, jen jako podkladová textilie 1 byla použita počesaná polyamidová tkanina s plošnou hmotností 100 g/m2. Účinnost sorpce arsenu byla v rozsahu 75 až 80 %.
Příklad 8
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 1, jen jako podkladová textilie 1 byla použita polypropylenová SB textilie s plošnou hmotností 17 g/m2 opatřená vrstvou polyurethanového MB s plošnou hmotností 50 g/m2. Střední velikost pórů takové podkladové textilie je 1200 nm. Vzhledem k přítomnosti PU NT došlo ke zvýšení sorpce arsenu až k 80 %.
Příklad 9
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 2, jen jako vrstva nanovláknité netkané textilie byla použita polyuretanová nanovláknitá vrstva se střední velikostí pórů 215 nm a plošnou hmotností 3,8 g/m2. Ačkoliv nepatrně pokles průtok filtrem, účinnost sorpce arsenu dosáhla k hodnotě 80 %.
Příklad 10
Příprava plošného materiálu filtru byla shodná s příkladem 2, jen jako vrstva nanovláknité netkané textilie byla použita polyakrylonitrilová nanovláknitá vrstva se střední velikostí pórů 400 nm, plošnou hmotností 2,3 g/m2 a průměrem nanovláken okolo 190 nm. Účinnost sorpce arsenu byla v tomto případě okolo 70 %.
Příklad 11
Stejný filtrační materiál a filtrované medium jako v příkladu 1 byly aplikovány pro cross flow filtraci při průtoku 1 1/min a tlaku 0,2 MPa. Filtračně-sorpční procesy byly relativně pomalé (rychlost filtrace přes plochu 40 cm2 odpovídala 23 ml/min), nicméně obsah arsenu v permeátu byl menší než 1 pg/l.
-5CZ 34619 UI
Příklad 12
Složení filtračního materiálu bylo jako v příkladu 2, ale filtrace byla realizována v tlakovém filtračním zařízení při tlaku 0,1 MPa. Oproti příkladu 2 tak došlo ke ztrojnásobení průtoku, přičemž 5 záchyt As se stále pohyboval nad hodnotou 70 %. Ani v tomto případě nedošlo k úniku částic adsorbentu do filtrátu.
Claims (6)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Filtr k separaci arsenu z vody, vyznačující se tím, že je tvořen dvěma vrstvami mikrofiltraění nanovláknité netkané textilie (2) z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu, jako je polyurethan nebo jiný polymer obsahující ve svém řetězci dusík, jako je polyamid nebo polyakrylonitril, kombinovanými s melt blown a/nebo spund bond netkanou podkladovou textilií (1) a/nebo tkaninou s tím, že mezi nanovláknitými vrstvami je vrstva (3) anorganického sorbentu arsenu na bázi hydroxy-oxidu železa (FeOOH).
- 2. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že meltblown (MB) a/nebo spun bond (SB) netkaná podkladová textilie nebo tkaná podkladová textilie (1) je vyrobena z vláken na bázi polyurethanu, polypropylénu, polyesteru, viskózy nebo polyamidu s plošnou hmotností 15 až 200 g/m2 a střední velikostí pórů větší než 1200 nm.
- 3. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstvy mikrofiltraění nanovláknité netkané textilie (2) mají plošnou hmotností 0,5 až 4 g/m2, průměry nanovláken v intervalu 40 až 600 nm a střední velikost pórů 200 až 600 nm.
- 4. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva (3) anorganického sorbentu arsenu obsahuje částice hydroxy-oxidu železa o velikosti 0,2 až 0,5 mm a její plošná hmotnost je 5 až18 g/m2.
- 5. Filtr podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že je ve své struktuře tvořen melt blown a/nebo spund bond netkanou podkladovou textilií (1), na ní nanesenou vrstvou nanovláknité netkané textilie (2) z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu, vrstvou (3) anorganického sorbentu arsenu na bázi hydroxy-oxidu železa (FeOOH), a na ní shora připojenou další vrstvou nanovláknité netkané textilie (2) z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu.
- 6. Filtr podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že je ve své struktuře tvořen melt blown a/nebo spund bond netkanou textilií a/nebo tkanou podkladovou textilií (1), na ní nanesenou vrstvou nanovláknité netkané textilie (2) z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu, vrstvou (3) anorganického sorbentu arsenu na bázi hydroxy-oxidu železa (FeOOH), a na ní shora prostřednictvím laminační mřížky (4) připojenou další vrstvou nanovláknité netkané textilie (2) z polymeru s alespoň částečnou schopností záchytu arsenu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38077U CZ34619U1 (cs) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Filtr k separaci arsenu z vody |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38077U CZ34619U1 (cs) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Filtr k separaci arsenu z vody |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ34619U1 true CZ34619U1 (cs) | 2020-11-30 |
Family
ID=73668812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38077U CZ34619U1 (cs) | 2020-10-07 | 2020-10-07 | Filtr k separaci arsenu z vody |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ34619U1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ309376B6 (cs) * | 2021-01-27 | 2022-10-19 | Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně | Nanostrukturovaný filtr pro odstranění arzenu z vod a způsob jeho výroby |
-
2020
- 2020-10-07 CZ CZ2020-38077U patent/CZ34619U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ309376B6 (cs) * | 2021-01-27 | 2022-10-19 | Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně | Nanostrukturovaný filtr pro odstranění arzenu z vod a způsob jeho výroby |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qin et al. | Electrospun nanofibers for filtration applications | |
| KR101855683B1 (ko) | 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 | |
| KR101612403B1 (ko) | 방사성 세슘 흡착용 프러시안 블루 담지 나노섬유 복합체, 이를 이용한 필터 여재 및 방사성 세슘의 제염방법 | |
| US20180133658A1 (en) | Adsorptive membrane | |
| CN107666949B (zh) | 气体过滤器 | |
| Meng et al. | Electrospun nanofibrous composite membranes for separations | |
| JP2001511697A (ja) | 螺旋状に巻いた抽出用カートリッジ | |
| CN105644085A (zh) | 多层复合纳米纤维膜及其应用 | |
| KR101642608B1 (ko) | 바이러스 및 박테리아 필터용 여재 및 이의 제조방법 | |
| WO2015200239A1 (en) | Filter structure with enhanced dirt holding capacity | |
| Tijing et al. | Nanofibers for water and wastewater treatment: recent advances and developments | |
| CN107635637B (zh) | 吸附式液体过滤器 | |
| US20050218068A1 (en) | Filter cartridge | |
| KR20210017508A (ko) | Cmp 슬러리 여과용 필터 및 그 제조방법 | |
| CZ34619U1 (cs) | Filtr k separaci arsenu z vody | |
| KR102211659B1 (ko) | 항바이러스 및 제균이 우수한 필터 카트리지 및 이의 제조방법 | |
| KR20200011179A (ko) | 바이러스 및 박테리아 제거용 일체형 정수필터 | |
| JP2011092801A (ja) | 浄水フィルタ及び該浄水フィルタを備えた浄水器 | |
| WO2017190265A1 (en) | Hybrid water filter | |
| KR20180069351A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| Merati et al. | Electrospun Nanofibers for Water Purification | |
| JP2016059903A (ja) | カートリッジフィルター | |
| CZ202139A3 (cs) | Nanostrukturovaný filtr pro odstranění arzenu z vod a způsob jeho výroby | |
| KR101511232B1 (ko) | 유도물질 내재형 정삼투 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정삼투 장치 | |
| EP3508263B1 (en) | Electrospun high temperature elastomer materials for water filter media and method of maufacturing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20201130 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20240912 |