RU2132729C1

RU2132729C1 - Method of cleaning water and composite adsorption material

Info

Publication number: RU2132729C1
Application number: RU97113957A
Authority: RU
Inventors: Джозеф Львович Шмидт; А.В. Пименов; А.И. Либерман
Original assignee: Закрытое акционерное общество "АКВАФОР"
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-07-10

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: material, containing packed mixture of granules and fibers, preferably granulated activated carbon and activated carbon fibers, is used as tap water cleaning filter. Activated carbon fibers fill space between activated carbon granules. Sizes and relative amounts of granules and fibers are chosen to accelerate water cleaning as compared to cleaning of water with conventional filters. In cases of considerable idle periods, packed mixture of granules and fibers exhibits improved capability of restoring adsorption properties. EFFECT: enhanced water treatment efficiency. 17 cl, 4 tbl

Description

Область техники. The field of technology.

Данное изобретение относится к очистке воды, более конкретно к способам очистки с использованием композиционного активированного углеродного материала, который оказывает уменьшенное сопротивление потоку, улучшенные адсорбционные свойства и улучшенные качества питьевой воды. This invention relates to water purification, and more particularly to methods of purification using a composite activated carbon material that exhibits reduced flow resistance, improved adsorption properties, and improved quality of drinking water.

Уровень техники. The prior art.

Необходимость очистки воды, например в бытовых условиях (в частности в конечных водоочистных системах) все возрастает из-за увеличивающихся выбросов произведенных людьми загрязнений, роста населения во всем мире и увеличивающейся нагрузки на водные ресурсы. С увеличением количества медицинской и экологической информации о том, что загрязнение воды вызывают заболевания, необходимость использования очищенной воды становится очевидной. The need for water purification, for example in domestic conditions (in particular in the final water treatment systems) is growing due to increasing emissions of pollutants produced by people, population growth around the world and increasing pressure on water resources. With the increasing amount of medical and environmental information that water pollution causes diseases, the need to use purified water becomes apparent.

Типичная конечная водоочистная система представляет собой колонку из активированного угля, используемого для очистки от хлора, органики и других загрязнений. В большинстве случаев, используют активированный уголь в форме гранул. Преимущества использования адсорбционных колонок из гранулированного активированного угля (именуемого в дальнейшем "ГАУ") состоит в том, что ГАУ недорог, не уплотняется, когда течет вода через колонку, имеет относительно малое сопротивление к течению воды через колонку. Недостатком использования колонок с ГАУ является малая скорость сорбции. Вследствие этого при промышленном использовании ГАУ рекомендуется иметь время контакта между жидкостью и ГАУ в колонке не менее 15 минут, что неприемлемо для бытовых условий. A typical final water treatment system is an activated carbon column used to clean chlorine, organics and other contaminants. In most cases, activated carbon in the form of granules is used. The advantage of using adsorption columns of granular activated carbon (hereinafter referred to as “GAU”) is that GAU is inexpensive, does not compact when water flows through the column, and has relatively little resistance to the flow of water through the column. The disadvantage of using columns with GAU is the low rate of sorption. As a result, in the industrial use of GAU, it is recommended to have a contact time between the liquid and GAU in the column of at least 15 minutes, which is unacceptable for living conditions.

Другим техническим недостатком колонок с ГАУ является относительно большой размер гранул и пустот между ними, вследствие чего не удаляются частички загрязнений малого размера. Another technical disadvantage of GAU columns is the relatively large size of the granules and voids between them, as a result of which small particles of contaminants are not removed.

Порошкообразный активированный уголь адсорбирует загрязнения быстрее, чем ГАУ, но мелкие углеродные частицы приводят к высокому сопротивлению и к нежелательному уплотнению угля при фильтрации. Попытки избежать уплотнения обычно представляют собой введение связывающего вещества. Фильтрационные элементы, содержащие активированные углеродные частицы, связанные в жесткую структуру, использующую полимерный термопластик, не уплотняются течением, но недостаток этих так называемых "блок- углеродных" структур в том, что часть адсорбционной емкости активированного углерода теряется из-за контакта с иммобилизирующим связывающим материалом. Другой недостаток состоит в том, что в таких фильтрах активированный углерод занимает только часть объема адсорбционной колонки. Остальная часть объема адсорбционной колонки занята иммобилизирующим полимерным связывающим материалом. Связывающий материал не активен в адсорбции загрязнений, и его введение ведет к увеличению размера колонки, по сравнению с адсорбционной колонкой, которая содержит только активированный уголь. Еще один недостаток блок-углеродного материала - то, что его возможности к регенерации или стерилизации паром ограничены присутствием термопластичного связывающего материала. Кроме этого, изготовление блок-углеродных материалов дорого, требует точного выдерживания температуры и других прецизионно контролируемых условий процесса. Powdered activated carbon adsorbs contaminants faster than GAU, but small carbon particles lead to high resistance and undesirable coal compaction during filtration. Attempts to avoid compaction usually involve the administration of a binder. Filtration elements containing activated carbon particles bound into a rigid structure using polymer thermoplastics are not densified by the flow, but the disadvantage of these so-called “block-carbon” structures is that part of the adsorption capacity of activated carbon is lost due to contact with immobilizing binding material . Another disadvantage is that in such filters, activated carbon occupies only part of the volume of the adsorption column. The rest of the volume of the adsorption column is occupied by immobilizing polymer binder material. The binder material is not active in the adsorption of contaminants, and its introduction leads to an increase in the size of the column, compared with the adsorption column, which contains only activated carbon. Another drawback of block carbon material is that its ability to regenerate or steam sterilize is limited by the presence of thermoplastic bonding material. In addition, the manufacture of block carbon materials is expensive, requiring precise temperature control and other precisely controlled process conditions.

Известно использование в колонках активированных углеродных волокон (в дальнейшем именуемых "АУВ"), но они относительно дороги и уплотняются при течении, ведя к умеренному сопротивлению течения, хотя уплотнение АУВ значительно меньше, чем при использовании порошкообразных активированных углей. It is known to use activated carbon fibers in columns (hereinafter referred to as "ACF"), but they are relatively expensive and condense during flow, leading to moderate flow resistance, although ACF compaction is much less than when using powdered activated carbons.

Таким образом, существует неразрешенная до настоящего времени изобретательская проблема (техническое противоречие), заключающаяся в том, что известные в отдельности ГАУ и АУВ обладают определенной совокупностью индивидуальных достоинств и недостатков, но в то же время до настоящего времени не было известно о новых материалах, позволяющих при сохранении совокупных достоинств и преимуществ обеспечить практическое устранение технических недостатков, присущих ГАУ и АУВ при их раздельном использовании. Thus, there is still an unresolved inventive problem (technical contradiction), namely, that separately known GAU and AUV have a certain combination of individual advantages and disadvantages, but at the same time, until now, no new materials have been known that allow while maintaining the combined advantages and advantages, to ensure the practical elimination of technical disadvantages inherent in GAU and AUV when they are used separately.

Задачи изобретения. Objectives of the invention.

Задачей данного изобретения (требуемым техническим результатом) является создание нового композиционного материала, фильтрующие свойства которого обеспечивают уменьшенное сопротивление течению и улучшенные адсорбционные свойства, включая высокую адсорбционную активность, высокую адсорбционную емкость и уменьшенный перепад давления, по сравнению с соответствующими обычными фильтрами, а также новый композиционный материал по изобретению, который можно легко изготовить. The objective of this invention (the required technical result) is the creation of a new composite material, the filtering properties of which provide reduced resistance to flow and improved adsorption properties, including high adsorption activity, high adsorption capacity and reduced pressure drop, compared with the corresponding conventional filters, as well as a new composite material according to the invention, which can be easily manufactured.

Дополнительной задачей изобретения является разработка способа очистки воды с использованием композиционного активированного углеродного фильтровального материала, сформированного из смеси ГАУ и АУВ, в котором АУВ расположены между гранулами активированного угля таким образом, чтобы не было больших пустот между ними. An additional object of the invention is to develop a method for water purification using a composite activated carbon filter material formed from a mixture of GAU and ACU, in which ACV is located between the granules of activated carbon so that there are no large voids between them.

Еще одна задача - создание процесса изготовления описанного адсорбционного материала перемешиванием нарезанного АУВ и ГАУ в воде и удалением излишней воды из смеси. Another task is to create a manufacturing process for the described adsorption material by mixing the chopped ACL and GAU in water and removing excess water from the mixture.

Вышеописанные и дополнительные объекты и новые свойства изобретения проявятся более полно из последующего детального описания изобретения. The above and additional objects and new features of the invention will appear more fully from the following detailed description of the invention.

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Адсорбционный материал по данному изобретению представляет собой смесь гранул и волокон, более детально - смесь ГАУ и АУВ. В альтернативном случае, можно использовать смесь ионообменных гранул, перемешанных с ионообменными волокнами. The adsorption material according to this invention is a mixture of granules and fibers, in more detail a mixture of GAU and AUV. Alternatively, a mixture of ion exchange granules mixed with ion exchange fibers can be used.

Термин "ГРАНУЛИРОВАННЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ" ("ГАУ") используется в общепринятом значении, то есть в смысле пористых углеродных частиц размером от 50 до 3000 микрон. Предпочтительно, гранулы по изобретению имеют диаметр от 100 до 2000 микрон, и, наиболее предпочтительно, от 200 до 1000 микрон. Гранулы, используемые по изобретению, имеют также специфическую площадь поверхности не менее 300 м²/г, и, более предпочтительно, 500 м²/г. Адсорбционная емкость у них будет по метиленовому голубому не менее 50 мг/г, а более предпочтительно, не менее 100 мг/г.The term "GRANULATED ACTIVATED COAL"("GAU") is used in the conventional sense, that is, in the sense of porous carbon particles ranging in size from 50 to 3000 microns. Preferably, the granules of the invention have a diameter of from 100 to 2000 microns, and most preferably from 200 to 1000 microns. The granules used according to the invention also have a specific surface area of at least 300 m ² / g, and more preferably 500 m ² / g. Their adsorption capacity will be at least 50 mg / g in methylene blue, and more preferably at least 100 mg / g.

Термин "АКТИВИРОВАННОЕ УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО" ("АУВ") означает активированные углеродные волокна, то есть пористые углеродные волокна, получаемые из органических волокон путем карбонизации и активации. АУВ классифицируется по начальному материалу, из которого его делают. Обычно начальные материалы включают вискозу, полиакрилонитрил, пэк т.д. Любые из этих типов активированных углеродных волокон подходят для использования по данному изобретению. Из различных коммерчески доступных материалов вид вискозного активированного углеродного волокна особенно предпочтителен из-за его высокой сорбционной емкости и его способности быстро сорбировать загрязнения. Вискозные АУВ могут быть изготовлены, например, по процессу, описанному в патенте США N 5521008. The term “ACTIVATED CARBON FIBER” (“AHC”) means activated carbon fibers, that is, porous carbon fibers obtained from organic fibers by carbonization and activation. AHC is classified by the initial material from which it is made. Typically, starting materials include rayon, polyacrylonitrile, pitch etc. Any of these types of activated carbon fibers are suitable for use in this invention. Of the various commercially available materials, the appearance of viscose activated carbon fiber is particularly preferred because of its high sorption capacity and its ability to rapidly absorb contaminants. Viscose AUV can be made, for example, by the process described in US patent N 5521008.

АУВ имеет способность адсорбировать загрязнения быстрее, чем порошкообразный активированный уголь. Кроме этого, хотя они и уплотняются под течением, ведя к умеренному сопротивлению течению, уплотнение активированных углеродных волокон значительно меньше, чем уплотнение и сопротивление, испытываемое при использовании порошкообразного активированного углерода. Одно из преимуществ АУВ состоит в том, что у него меньше количество угольной пыли, чем в порошкообразных материалах. В дополнение к этому, углеродная пыль, генерируемая при использовании АУВ, не затрудняет течение так сильно, как углеродная пыль, генерируемая порошкообразным активированным углеродом. Еще одно преимущество использования АУВ то, что из-за малого диаметра и близости волокон друг к другу, взвеси и частички могут быть полностью удалены из поступающего водного потока. Работая как глубинный фильтр, они также удаляют бактерии из воды. ACB has the ability to adsorb contaminants faster than powdered activated carbon. In addition, although they condense under the flow, leading to moderate flow resistance, the compaction of activated carbon fibers is significantly less than the compaction and resistance experienced when using powdered activated carbon. One of the advantages of AHC is that it has less coal dust than in powdered materials. In addition to this, the carbon dust generated by using the ACL does not impede flow as much as the carbon dust generated by powdered activated carbon. Another advantage of using AHC is that, due to the small diameter and proximity of the fibers to each other, suspensions and particles can be completely removed from the incoming water stream. Acting as a depth filter, they also remove bacteria from the water.

АУВ, используемое по данному изобретению, имеет специфическую площадь поверхности не менее 400 м²/г, предпочтительно, 750 м²/г.The ACL used according to this invention has a specific surface area of at least 400 m ² / g, preferably 750 m ² / g.

Индивидуальные волокна также будут иметь средний диаметр, который значительно меньше, чем средний диаметр гранул ГАУ. Желательно, чтобы средний диаметр ГАУ был на порядок больше, чем средний диаметр АУВ, и максимальный диаметр АУВ был значительно меньше, чем половина наименьшего диаметра гранул. То есть диаметр АУВ будет порядка от 1 до 30 микрон и, предпочтительно, от 4 до 20 микрон. Они также должны иметь адсорбционную емкость не меньше, чем примерно 200 мг/г метилена голубого, предпочтительно, не менее 350 мг/г. Individual fibers will also have an average diameter that is significantly smaller than the average diameter of the granules GAU. It is desirable that the average diameter of the GAU was an order of magnitude larger than the average diameter of the AUV, and the maximum diameter of the AUV was significantly less than half the smallest diameter of the granules. That is, the diameter of the ACL will be on the order of 1 to 30 microns, and preferably 4 to 20 microns. They should also have an adsorption capacity of not less than about 200 mg / g methylene blue, preferably not less than 350 mg / g.

Если средний диаметр волокон становится меньше 4 микрон, АУВ имеют тенденцию создавать излишние количества углеродной пыли и упаковочная плотность становится излишне большой. При среднем диаметре меньше 1 микрона упаковочная плотность становится такой большой, что эффективная фильтрация становится малопрактичной. Распределение по длине АУВ, используемых для изготовления композиционных адсорбционных материалов, предпочтительно примерно от 0,2 мм до 20 мм, а наиболее предпочтительно, от примерно 1 до 10 мм. If the average fiber diameter becomes less than 4 microns, AHC tend to create excessive amounts of carbon dust and packing density becomes unnecessarily large. With an average diameter of less than 1 micron, the packing density becomes so large that effective filtration becomes impractical. The length distribution of the ACL used for the manufacture of composite adsorption materials is preferably from about 0.2 mm to 20 mm, and most preferably from about 1 to 10 mm.

Упаковочная плотность промышленного типа ГАУ обычно от примерно 0.4 г/см³ до 0,6 г/см³ Упаковочная плотность АУВ обычно примерно от 0,04 г/см³ до 0,3 г/см³, а более предпочтительно, примерно 0,1 г/см³.The packing density of an industrial type GAU is usually from about 0.4 g / cm ³ to 0.6 g / cm ^{3 The} packing density of an ACV is usually from about 0.04 g / cm ³ to 0.3 g / cm ³ , and more preferably about 0, 1 g / cm ³ .

Термин "перемешанный" используется в отношении активированных углеродных волокон и гранулированного активированного угля в композиционной адсорбционной колонке в том смысле, что АУВ "перепутаны" вместе и размещены вокруг частичек ГАУ так, что АУВ практически заполняют зазоры между гранулами ГАУ, которые упакованы вместе, соприкасаясь друг с другом. The term “blended” is used to refer to activated carbon fibers and granular activated carbon in a composite adsorption column in the sense that the ACBs are “entangled” together and placed around the GAU particles so that the ACB practically fill the gaps between the GAU granules that are packed together in contact with each other with friend.

Содержание АУВ в композиционном адсорбционном материале предпочтительно примерно от 25 объемных % (об.%) до 60 об.%, наиболее предпочтительно от 35 об. % до 55 об.%, а в весовом отношении содержание АУВ предпочтительно примерно от 5 весовых % (вес.%) до 30 вес.%. The content of ACL in the composite adsorption material is preferably from about 25 volume% (vol.%) To 60 vol.%, Most preferably from 35 vol. % up to 55% vol., and in the weight ratio, the content of AUV is preferably from about 5% by weight (weight%) to 30% by weight.

Если АУВ занимает меньше, чем примерно 25% от объема композиционного материала, то зазоры между углеродными гранулами недостаточно полно заполнены АУВ. If the ACL occupies less than about 25% of the volume of the composite material, then the gaps between the carbon granules are not completely filled with ACL.

Если АУВ занимает больше, чем примерно 60% сорбционного объема колонки, какая-то часть АУВ может быть нежелательно спрессована при обычных условиях течения воды, таким образом нежелательно влияя на упаковочную плотность и обратное давление, характерные для фильтра. При этом стоимость композиционной адсорбционной колонки значительно увеличивается, что не полностью обоснованно из-за высокой стоимости волокна по сравнению с гранулами. If the ACF occupies more than approximately 60% of the sorption volume of the column, some of the ACF may be undesirably compressed under normal conditions of water flow, thereby undesirably affecting the packing density and back pressure characteristic of the filter. At the same time, the cost of the composite adsorption column increases significantly, which is not entirely justified due to the high cost of fiber compared to granules.

Композиционный адсорбционный материал по изобретению пористый, и при использовании как адсорбент производит относительно меньший перепад давления. The composite adsorption material of the invention is porous, and when used as an adsorbent, produces a relatively lower pressure drop.

Композиционный адсорбционный материал данного изобретения может быть изготовлен следующим методом. The composite adsorption material of the present invention can be manufactured by the following method.

Предпочтительно АУВ и ГАУ перемешивают в воде. Мокрое смешение осуществляют добавлением предписанного количества АУВ и ГАУ в воду и перемешиванием до тех пор пока смесь не станет равномерной. Возможно, хотя и не предпочтительно, использовать другие дисперсионные жидкости, чем вода. Могут быть использованы водный раствор органического растворителя, например этилового спирта, или раствор неорганической соли. Вода, используемая для перемешивания, обычно составляет от 300 до 3000 вес.% от веса ГАУ. Перемешанную смесь обезвоживают, смеси дают возможность отстояться и образующуюся смесь центрифугируют для удаления излишней воды. Остающаяся вода в композиционной смеси обычно варьируется от 5 до 50 вес.% от общего веса смеси. Перемешивание занимает от 1 до 15 минут, центрифугирование продолжают от 1 до 10 минут. Preferably AUV and GAU are mixed in water. Wet mixing is carried out by adding the prescribed amount of AUV and GAU to the water and mixing until the mixture becomes uniform. It is possible, although not preferable, to use other dispersion liquids than water. An aqueous solution of an organic solvent, for example ethyl alcohol, or a solution of an inorganic salt may be used. The water used for mixing, usually ranges from 300 to 3000 wt.% By weight GAU. The mixed mixture is dehydrated, the mixture is allowed to settle and the resulting mixture is centrifuged to remove excess water. The remaining water in the composite mixture usually varies from 5 to 50 wt.% Of the total weight of the mixture. Mixing takes from 1 to 15 minutes, centrifugation continues from 1 to 10 minutes.

Полученный таким процессом композиционный адсорбционный материал может быть упакован в подходящую адсорбционную колонку. Когда адсорбционная колонка используется для ее предпочтительной функции - фильтрации воды, необходимо избегать условия, когда смесь в фильтрационной колонке переходит во взвешенное состояние, чтобы более легкие частички АУВ не разделялись от ГАУ. Для того чтобы избежать флюидизации сорбента в колонке, композиционный адсорбционный материал предпочтительно должен быть "спрессован" в колонке. В одной из конструкций адсорбционный композиционный материал в цилиндрической колонке может быть упакован между двумя пористыми пластиковыми дисками, например такими, как производятся фирмой ПОРЕКС (США). Вода может протекать практически сверху вниз через композиционный адсорбционный материал. The composite adsorption material obtained by this process can be packaged in a suitable adsorption column. When an adsorption column is used for its preferred function - water filtration, it is necessary to avoid the condition when the mixture in the filtration column goes into suspension so that the lighter particles of ACL are not separated from the GAU. In order to avoid fluidization of the sorbent in the column, the composite adsorption material should preferably be “compressed” in the column. In one design, the adsorption composite material in a cylindrical column can be packed between two porous plastic disks, for example, such as those manufactured by POREX (USA). Water can flow almost from top to bottom through the composite adsorption material.

Адсорбционный материал по данному изобретению имеет хорошую проницаемость к жидкостям и к газу и высокую адсорбтивность внутри малого объема. Загрязнения, которые могут быть удалены адсорбционным материалом по данному изобретению, в основном включают хлор, вредные органические примеси, как фенол, тяжелые металлы, бактерии и взвешенные частицы. Порядок изготовления композиционных фильтров по изобретению и их преимущества дополнительно иллюстрированы в следующих примерах. Все количества, показанные в примерах, тексте и формуле изобретения даны по весу, за исключением, когда специально указано иное. The adsorption material of the present invention has good permeability to liquids and gas and high adsorption within a small volume. Contaminants that can be removed by the adsorption material of this invention mainly include chlorine, harmful organic impurities like phenol, heavy metals, bacteria and suspended particles. The manufacturing process of the composite filters of the invention and their advantages are further illustrated in the following examples. All amounts shown in the examples, text and claims are given by weight, unless otherwise specifically indicated.

Пример 1. Аквален У (АУВ вискозного типа, произведенное АО АКВАФОР, Санкт-Петербург, Россия) со средним диаметром волокон 6 микрон и сорбционной емкостью по метиленовому голубому 450 мг/г нарезают по средней длине 1 см. Одну часть по весу нарезанного волокна кладут в контейнер и добавляют 100 частей по весу воды, делая взвесь. Семь частей гранулированного угля F200, производимого корпорацией КАЛГОН, США, со средним размером частиц 1 мм добавляют во взвесь, и хорошо перемешивают при комнатной температуре. Образованную смесь центрифугируют для уменьшения содержания воды менее 40 вес. %. Обезвоженную смесь адсорбентов затем плотно упаковывают в цилиндрическую фильтрационную камеру диаметром 4.5 см и высотой 5.7 см. Весь доступный объем фильтрационной камеры заполняют адсорбционной смесью. Изготовленная адсорбционная колонка содержит 6 грамм АУВ и 43 грамма ГАУ. Таким образом изготавливают шесть идентичных колонок (Колонка A). Во время фильтрации Колонки А устанавливают вертикально и прокачивают жидкость через Колонки А снизу вверх. Example 1. Aqualen U (viscose type AUV manufactured by AKVAFOR JSC, St. Petersburg, Russia) with an average fiber diameter of 6 microns and a sorption capacity of 450 mg / g methylene blue is cut along an average length of 1 cm. One part by weight of the cut fiber is laid 100 parts by weight of water are added to the container, making a suspension. Seven parts of granulated coal F200, manufactured by CALGON Corporation, USA, with an average particle size of 1 mm, is added to the suspension, and mixed well at room temperature. The resulting mixture is centrifuged to reduce the water content of less than 40 weight. % The dehydrated adsorbent mixture is then tightly packed in a cylindrical filter chamber with a diameter of 4.5 cm and a height of 5.7 cm. The entire available volume of the filter chamber is filled with the adsorption mixture. The manufactured adsorption column contains 6 grams of AUV and 43 grams of GAU. Thus, six identical columns are made (Column A). During filtration, Columns A are mounted vertically and liquid is pumped through Columns A from bottom to top.

Сравнительный пример А. 25 граммов ГАУ F200 упаковывают в цилиндрическую фильтрационную камеру диаметром 4.5 см и высотой 5.7 см. Аквален У (АУВ вискозного типа, произведенный АО АКВАФОР, Санкт-Петербург, Россия) со средним диаметром волокон 6 микрон и емкостью по метиленовому голубому 450 мг/г, нарезают длиной в среднем 1 см. 6 граммов АУВ плотно упаковывают в цилиндрическую фильтрационную камеру поверх ГАУ. Весь доступный объем фильтрационной камеры заполняют таким образом двумя раздельными слоями ГАУ и АУВ. Так изготавливают 6 идентичных фильтрационных колонок (Колонка B). Во время фильтрации Колонки B устанавливают вертикально и прокачивают жидкость через колонку снизу вверх. Comparative Example A. 25 grams of GAU F200 are packaged in a cylindrical filtration chamber with a diameter of 4.5 cm and a height of 5.7 cm. Aqualen U (viscose type AUV manufactured by AKVAFOR, St. Petersburg, Russia) with an average fiber diameter of 6 microns and a methylene blue capacity of 450 mg / g, an average length of 1 cm is cut. 6 grams of AUV are tightly packed in a cylindrical filter chamber over the GAU. The entire available volume of the filter chamber is thus filled with two separate layers of GAU and AUV. This is how 6 identical filtration columns are made (Column B). During filtration, Columns B are mounted vertically and liquid is pumped through the column from bottom to top.

Пример 2. Водопроводную воду прокачивают через колонку А со скоростью 400 мл/мин перисталическим насосом (модель 0759 КОУЛ-ПАЛМЕР Ко, США). Перепад давления на входе и выходе из фильтра колонки измеряют манометром. Тысяча литров воды была прокачана через колонку непрерывно. Эксперимент был повторен с Колонкой В. Результаты показаны в табл. 1 (см. в конце описания). Example 2. Tap water is pumped through column A at a rate of 400 ml / min by a peristaltic pump (model 0759 COUL-PALMER Co., USA). The pressure drop at the inlet and outlet of the column filter is measured by a manometer. A thousand liters of water was pumped through the column continuously. The experiment was repeated with Column B. The results are shown in table. 1 (see the end of the description).

Сопоставительный анализ результатов эксперимента по примерам 1, 2 показывает, что Колонка А с композиционной смесью АУВ и ГАУ, приготовленной в соответствии с изобретением, показывает значительно более низкое сопротивление по давлению, чем Колонка В, содержащая слой ГАУ и слой АУВ. A comparative analysis of the results of the experiment in examples 1, 2 shows that Column A with a composite mixture of ACB and GAU prepared in accordance with the invention shows a significantly lower pressure resistance than Column B containing a GAU layer and an ACB layer.

Пример 3. Один литр раствора фенола в воде с концентрацией 100 мг/л прокачивают через новый фильтр с Колонкой А со скоростью 150 мл/мин. Концентрация фильтрата измеряется спектрофотометром (модель ЛОМО ОПТИКА Ко, С-Пб, Россия) при 622 нанометров. Эксперимент повторяют с новой Колонкой В и с Колонками А и В, через которые пропускают по 1000 литров водопроводной воды (пример 2). Эксперимент повторяют с раствором меди в воде с концентрацией 100 мг/л. Концентрация меди в фильтрате измерялась иономером. Результаты представлены в табл. 2 (см. в конце описания). Example 3. One liter of a solution of phenol in water with a concentration of 100 mg / l is pumped through a new filter with Column A at a speed of 150 ml / min. The filtrate concentration is measured by a spectrophotometer (model LOMO OPTICS Co., St. Petersburg, Russia) at 622 nanometers. The experiment is repeated with a new Column B and with Columns A and B, through which 1000 liters of tap water are passed (Example 2). The experiment is repeated with a solution of copper in water with a concentration of 100 mg / L. The concentration of copper in the filtrate was measured by an ionomer. The results are presented in table. 2 (see the end of the description).

Сопоставительный анализ результатов эксперимента по примеру 3 показывает, что Колонка А характеризуется несколько лучшим % удаления по фенолу, чем Колонка В, и что новая Колонка В показывает несколько лучшее удаление меди, чем новая Колонка А, но Колонка А продолжает удалять более чем 90 % меди после пропускания 1000 литров воды, тогда как Колонка В после эквивалентного использования не удаляет почти в два раза больше меди. A comparative analysis of the experimental results of Example 3 shows that Column A has a slightly better% phenol removal than Column B, and that the new Column B shows slightly better copper removal than the new Column A, but Column A continues to remove more than 90% copper after passing 1000 liters of water, while Column B after equivalent use does not remove almost twice as much copper.

Пример 4. Один литр воды, содержащий 500 и/л кишечной палочки, прокачивают через новую Колонку А перисталическим насосом со скоростью 150 мл/мин. Фильтрат собирают и измеряют концентрацию кишечной палочки - она меньше, чем 10 и/л. Концентрация кишечной палочки в воде уменьшена на 98%. Example 4. One liter of water containing 500 and / l E. coli is pumped through a new Column A with a peristaltic pump at a rate of 150 ml / min. The filtrate is collected and the concentration of E. coli is measured - it is less than 10 and / l. The concentration of E. coli in water is reduced by 98%.

Пример 5. Аквален У (АУВ вискозного типа, выпускаемого АО АКВАФОР, Санкт-Петербург, Россия, средний размер волокон 6 микрон, адсорбционная емкость по метилену голубому 400 мг/л) нарезают со средней длиной 1 см. Четыре образца, каждый содержащий 0,5 грамма АУВ, замачивают в течение часа в стакане, содержащем 100 мл 2000 мг/л раствора метиленового голубого (МВ-1, Сигма Химическая Ко, США). Весь метиленовый голубой поглощается АУВ. Эксперимент повторяют дважды с раствором метиленового голубого 1500 мг/л и 750 мг/л. После адсорбции метиленового голубого, образцы АУВ содержат, соответственно, 400 мг, 300 мг, 150 мг метилена голубого на грамм АУВ (четыре набора по 3 образца в каждом). Затем образцы АУВ извлекают из стаканов. Example 5. Aqualen U (viscose type AUV manufactured by AKVAFOR, St. Petersburg, Russia, average fiber size 6 microns, adsorption capacity for methylene blue 400 mg / l) is cut with an average length of 1 cm. Four samples, each containing 0, 5 grams of AUV are soaked for one hour in a glass containing 100 ml of 2000 mg / l methylene blue solution (MV-1, Sigma Chemical Co., USA). All methylene blue is absorbed by AUV. The experiment is repeated twice with a solution of methylene blue 1500 mg / l and 750 mg / l. After adsorption of methylene blue, AUV samples contain, respectively, 400 mg, 300 mg, 150 mg of methylene blue per gram of AUV (four sets of 3 samples each). Then the AUV samples are removed from the glasses.

Используют по два образца АУВ, содержащих 400 мг, 300 мг, 150 мг метиленового голубого на грамм АУВ, чтобы сделать смеси по 0.5 г АУВ с 3.3 г ГАУ ТОГ 20 х 50, средний размер частиц 0.5 мм, адсорбционная емкость по метиленовому голубому 120 мг/г (Калгон Карбон Ко, США). Адсорбционные колонки с смесью, с тремя разными концентрациями метиленового голубого изготавливают в соответствии с изобретением. Смесь, в каждом случае, плотно упаковывают в цилиндрическую колонку диаметром 15 мм. Каждая смесь АУВ-ГАУ имеет в колонке объем 7 см³.Two samples of ACF are used, containing 400 mg, 300 mg, 150 mg of methylene blue per gram of ACF to make a mixture of 0.5 g ACF with 3.3 g GAU TOG 20 x 50, average particle size 0.5 mm, adsorption capacity for methylene blue 120 mg / g (Calgon Carbon Co., United States). Adsorption columns with a mixture with three different concentrations of methylene blue are made in accordance with the invention. The mixture, in each case, is tightly packed in a cylindrical column with a diameter of 15 mm. Each AUV-GAU mixture has a volume of 7 cm ³ in the column.

Второй набор, содержащий по 2 образца с АУВ, содержащим 400 мг, 300 мг и 150 мг метиленового голубого на грамм АУВ, помещают в колонки диаметром 15 мм идентично тому, как это описано выше. Каждый образец из этого набора содержит 0.5 г АУВ, упакованного слоем поверх из 3.3 г ГАУ ТОГ 20х50, который был упакован в каждую из этих колонок вначале. Объединенный объем каждой из этих двухслойных колонок равен 10 см³.The second set, containing 2 samples each with AUV containing 400 mg, 300 mg and 150 mg methylene blue per gram of AUV, is placed in columns with a diameter of 15 mm identical to that described above. Each sample from this kit contains 0.5 g of ACL, packed in a layer on top of 3.3 g of GAU TOG 20x50, which was first packed in each of these columns. The combined volume of each of these bilayer columns is 10 cm ³ .

Одну половину колонок выдерживают при комнатной температуре 24 часа и другую половину выдерживают при комнатной температуре 12 часов. Затем 100 мл раствора, содержащего 200 мг/л метиленового голубого, прокачивают перистальтическим насосом со скоростью 20 мл/мин через каждую из колонок. One half of the columns was kept at room temperature for 24 hours and the other half was kept at room temperature for 12 hours. Then 100 ml of a solution containing 200 mg / l of methylene blue is pumped by a peristaltic pump at a rate of 20 ml / min through each of the columns.

Концентрация метиленового голубого в фильтрате измерена спектрофотометром. Результаты экспериментов представлены в табл. 3 (см. в конце описания). The concentration of methylene blue in the filtrate was measured by a spectrophotometer. The experimental results are presented in table. 3 (see the end of the description).

Сопоставительный анализ данных табл. 3 показывает, что смесь АУВ- ГАУ, сделанная в соответствии с изобретением, может улучшать свои адсорбционные свойства тогда, когда она не используется 1 и 3 дня, а также то, что смесь ГАУ и АУВ работает лучше, нежели два таких же адсорбента, но помещенных в два слоя один на другой. Таким образом, экспериментально доказаны новые неочевидные свойства материала по изобретению. Comparative analysis of the data table. 3 shows that the AUV-GAU mixture made in accordance with the invention can improve its adsorption properties when it is not used for 1 and 3 days, and also that the mixture of GAU and AUV works better than two of the same adsorbents, but placed in two layers one on top of the other. Thus, experimentally proved new non-obvious properties of the material according to the invention.

Специалист может определить, если потребуется, разные варианты, как другие волокна и гранулы могут быть добавлены к вышеописанной композиционной смеси. Например, могут быть использованы ионообменные смолы в виде волокна и/или гранул. One of skill in the art can determine, if required, different options, as other fibers and granules can be added to the above composite mixture. For example, ion exchange resins in the form of fibers and / or granules can be used.

Данное изобретение предполагает также использование смеси волокон и гранул, в которой волокна и гранулы сами ионообменные смолы, как показано следующим примером 6. The invention also contemplates the use of a mixture of fibers and granules, in which the fibers and granules themselves are ion-exchange resins, as shown in the following Example 6.

Пример 6. SR-10 катионообменная смола (Сиброн, Кемикал, США) со средним размером частиц 0.5 мм, Na⁺-форма, плотно упакован в цилиндрическую колонку X, диаметром 15 мм, образуя ионообменную колонку 10 см³.Example 6. SR-10 cation exchange resin (Sibron, Chemical, USA) with an average particle size of 0.5 mm, Na ⁺ form, is tightly packed in a cylindrical column X, with a diameter of 15 mm, forming an ion exchange column of 10 cm ³ .

Одна часть ионообменных волокон (Копан, производимый фирмой Химволокно, Санкт-Петербург, Россия), имеющих средний диаметр волокон 20 микрон и длину от 0.5 до 1 мм, перемешивают как описано в примере 1, где восемь частей катионообменной смолы SR-10 (Сиброн Кемикал Инк., США, средний размер частиц 0.5 мм, Na+форма). Смесь плотно упаковывают в цилиндрическую колонку У, 15 мм в диаметре, образуя ионообменную колонку 10 см³. Раствор 4.2 мэкв/л CaCl₂ прокачивают перисталическим насосом со скоростью 10 мл/мин через каждую из колонок X и Y. Каждые 500 мл отфильтрованного раствора собирают и замеряют концентрацию Ca. Результаты представлены в табл. 4 (см. в конце описания).One part of ion-exchange fibers (Copan, manufactured by Khimvolokno, St. Petersburg, Russia), having an average fiber diameter of 20 microns and a length of 0.5 to 1 mm, is mixed as described in Example 1, where eight parts of SR-10 cation exchange resin (Sibron Chemical Inc., USA, average particle size 0.5 mm, Na + form). The mixture is tightly packed in a cylindrical column U, 15 mm in diameter, forming an ion exchange column of 10 cm ³ . A solution of 4.2 meq / L CaCl _{2 is} pumped with a peristaltic pump at a rate of 10 ml / min through each of columns X and Y. Each 500 ml of the filtered solution is collected and the concentration of Ca is measured. The results are presented in table. 4 (see the end of the description).

Хотя это изобретение описано по отношению к конкретным ситуациям и иллюстрировано с помощью специфических примеров, для специалистов ясно, что могут быть сделаны вариации и модификации изобретения, не удаляясь от принципов и нацеленности изобретения как описано в приложенной формуле. Although this invention is described in relation to specific situations and illustrated with specific examples, it is clear to those skilled in the art that variations and modifications of the invention can be made without departing from the principles and focus of the invention as described in the attached claims.

Claims

1. A method of purifying water by filtering a liquid through an adsorbent material based on granular activated carbon, characterized in that the contaminated water is filtered through a material containing a composition of granular activated carbon and activated carbon fibers that densely fill the volume between the granules of activated carbon.

2. The method according to claim 1, characterized in that use activated carbon fibers with a diameter of from 1 to 30 microns and a length of from 0.2 to 20 mm

3. The method according to claim 2, characterized in that use activated carbon fibers with a specific surface area of at least 400 m ² / g and an adsorption capacity for methylene blue of at least 200 mg / g and granular activated carbon with a diameter of from 0.1 to 2 mm with a specific surface area of at least 300 m ² / g and a sorption capacity of methylene blue of at least 50 mg / g.

4. The method according to claim 2, characterized in that use activated carbon fibers with a diameter of from 1 to 30 microns, mainly with a diameter of from 4 to 20 microns.

5. The method according to claim 1, characterized in that the water is filtered through a material containing from 5 to 30 wt.% Activated carbon fibers and from 70 to 95 wt.% Granular activated carbon.

6. The method according to p. 1, characterized in that they purify water containing impurities from the group consisting of organic molecules, chlorine, bad taste, smell, heavy metals, iron, bacteria, cysts, rust and particles.

7. The method according to claim 1, characterized in that the water is filtered through a material in which the average diameter of the granules in which the activated carbon is an order of magnitude greater than the average diameter of the activated carbon fibers.

8. Composite adsorption material for water filtration based on granular activated carbon, characterized in that it additionally contains activated carbon fibers that densely fill the volume between the activated carbon granules, and the average diameter of the activated carbon granules is an order of magnitude larger than the average diameter of activated carbon fibers and the diameter of the smallest granules of activated carbon exceeds the diameter of the largest activated carbon fibers by at least 2 times.

9. The material of claim 8, characterized in that it contains activated carbon granules with an average granule diameter of an order of magnitude larger than the average diameter of activated carbon fibers.

10. The material of claim 8, characterized in that it contains activated carbon fibers with an average diameter of from 1 to 30 microns.

11. The material of claim 10, characterized in that it contains activated carbon fibers with an average diameter of mainly from 4 to 20 microns.

12. The material of claim 8, characterized in that it contains granules of activated carbon with an average diameter of from 0.1 to 2 mm

13. The material of claim 8, characterized in that it contains from 5 to 30 wt.% Activated carbon fibers and from 70 to 95 wt.% Granular activated carbon.

14. The material of claim 8, characterized in that the activated carbon fibers tightly fill the volume between the granules of activated carbon while maintaining the ability to pass liquid.

15. The material of claim 8, characterized in that it contains activated carbon fibers with a length of from 0.2 to 20 mm

16. The material of claim 8, characterized in that it contains activated carbon fibers with a specific surface area of at least 400 m ² / g and an adsorption capacity for methylene blue of at least 200 mg / g.

17. The material of claim 8, characterized in that it contains granules of activated carbon with a diameter of from 0.1 to 2 mm, a specific surface area of at least 300 m ² / g and a sorption capacity for methylene blue of at least 50 mg / g.