RU2185877C2 - Filtering material and method of its production - Google Patents
Filtering material and method of its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185877C2 RU2185877C2 RU2000114443/12A RU2000114443A RU2185877C2 RU 2185877 C2 RU2185877 C2 RU 2185877C2 RU 2000114443/12 A RU2000114443/12 A RU 2000114443/12A RU 2000114443 A RU2000114443 A RU 2000114443A RU 2185877 C2 RU2185877 C2 RU 2185877C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- finely dispersed
- filtering
- fibrous
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к фильтрующим материалам и может быть использовано для изготовления фильтров очистки воды от растворенных примесей, коллоидных и взвешенных веществ, очистки топлив и масел, очистки газов, в том числе воздуха. The invention relates to filtering materials and can be used for the manufacture of filters for water purification from dissolved impurities, colloidal and suspended solids, purification of fuels and oils, purification of gases, including air.
Наибольшей эффективностью очистки по отношению к выделяемым примесям обладают мелкодисперсные фильтрующие материалы, поскольку в этом случае увеличивается удельная поверхность и уменьшаются размеры пор между частицами фильтрующего материала. Размеры частиц фильтрующего материала особенно важны в процессах так называемого активного фильтрования, в которых главным фактором является не механическое задерживание частиц выделяемых примесей, а их физико-химическое и химическое взаимодействие с поверхностью частиц фильтрующего материала. К таким процессам относится, например, фильтрование при проведении сорбционных процессов (ионный обмен, адсорбция), цементационного выделения ионов металлов на поверхности металлических порошков или стружки и другие. Однако с уменьшением размеров частиц возрастает гидравлическое сопротивление слоя фильтрованию. Для уменьшения этого сопротивления применяют специальные приемы: используют фракции мелкодисперсного материала с частицами определенных размеров, обычно не менее 100 мкм [1], применяют фильтрующие материалы в виде тонких, толщиной несколько миллиметров, слоев [2], намывают мелкодисперсный материал (сорбент) в слой инертной зернистой загрузки-носителя [3] или волокнистого материала. The finest filtering materials have the highest cleaning efficiency with respect to the emitted impurities, since in this case the specific surface increases and the pore sizes between the particles of the filtering material decrease. The particle size of the filter material is especially important in the processes of so-called active filtering, in which the main factor is not the mechanical retention of the particles of the emitted impurities, but their physicochemical and chemical interaction with the surface of the particles of the filter material. Such processes include, for example, filtration during sorption processes (ion exchange, adsorption), cementation of metal ions on the surface of metal powders or chips, and others. However, with decreasing particle size, the hydraulic resistance of the layer to filtering increases. To reduce this resistance, special techniques are used: fractions of finely dispersed material with particles of certain sizes, usually not less than 100 microns, are used [1], filter materials are used in the form of thin layers several millimeters thick [2], finely dispersed material (sorbent) is washed into the layer inert granular loading carrier [3] or fibrous material.
Известен фильтрующий материал, состоящий из мелкодисперсных частиц и сетчатой матрицы, причем мелкодисперсные частицы (сорбент) зафиксированы на поверхности матрицы послойно с помощью термопластичного клеящего материала [4] . Недостатками этого материала являются сложность конструкции - число слоев может достигать пятидесяти, а также относительно большие значения минимальных размеров мелкодисперсного материала (не менее 50 мкм), что ограничивает его удельную поверхность. Кроме того, недостатком этого фильтрующего материала является относительно узкая сфера его практического использования - в воздушных фильтрах. Known filter material consisting of fine particles and a mesh matrix, and fine particles (sorbent) are fixed on the surface of the matrix layer by layer using a thermoplastic adhesive material [4]. The disadvantages of this material are the design complexity - the number of layers can reach fifty, as well as relatively large values of the minimum size of finely dispersed material (at least 50 microns), which limits its specific surface. In addition, the disadvantage of this filter material is the relatively narrow scope of its practical use - in air filters.
Известен способ изготовления фильтрующего материала путем заполнения волокнистого слоя мелкодисперсным зернистым материалом [5]. Недостатком указанного способа изготовления фильтрующего материала является сложность технологии, которая включает операцию термического склеивания. A known method of manufacturing a filter material by filling the fibrous layer with finely divided granular material [5]. The disadvantage of this method of manufacturing a filter material is the complexity of the technology, which includes the operation of thermal bonding.
Известен фильтрующий материал, состоящий из смеси волокнистого материала и частиц мелкодисперсного материала-адсорбента [6]. Недостатком этого материала является случайность распределения размеров пор по толщине слоя, поскольку частицы мелкодисперсного материала расположены между волокнами в произвольном порядке. Так как мелкодисперсные материалы обычно содержат частицы разных размеров, то в ближайшем по ходу фильтрования слое фильтрующего материала присутствуют как крупные, так и мелкие частицы, причем мелкие частицы, располагаясь между крупными, перекрывают крупные поры. Вследствие этого при эксплуатации фильтрующего материала твердые и коллоидные (для газовых сред - аэрозольные) частицы отделяемых примесей задерживаются в ближайшем по ходу фильтрования слое. Это приводит к его быстрому забиванию и, как следствие - к снижению пропускной способности и грязеемкости фильтра. Кроме того, данный фильтрующий материал имеет недостаточную прочность сцепления волокнистого и мелкодисперсного материала. При наличии крупных пор в фильтрующем материале не исключается возможность проскока через них наиболее мелких частиц мелкодисперсного материала - адсорбента и удаляемых примесей, в результате чего снижается полнота отсева загрязнений (тонкость фильтрования). Поэтому указанный фильтрующий материал имеет ограниченную область применения - его используют в качестве предфильтра (первой ступени фильтрования), устанавливаемого перед мембранным разделительным элементом. Known filter material consisting of a mixture of fibrous material and particles of finely dispersed adsorbent material [6]. The disadvantage of this material is the random distribution of pore sizes over the thickness of the layer, since the particles of finely dispersed material are arranged between the fibers in an arbitrary order. Since finely dispersed materials usually contain particles of different sizes, both large and small particles are present in the layer of filtering material closest to the filter, and small particles, located between large ones, overlap large pores. As a result, during the operation of the filter material, solid and colloidal (for gaseous media - aerosol) particles of separated impurities are retained in the layer closest to the course of the filtering. This leads to its rapid clogging and, as a result, to a decrease in the filter capacity and dirt capacity. In addition, this filter material has insufficient bonding strength of the fibrous and finely divided material. In the presence of large pores in the filtering material, the possibility of passing through them the smallest particles of finely dispersed material - adsorbent and removed impurities, resulting in a decrease in the completeness of screening of impurities (filtering fineness). Therefore, the specified filter material has a limited scope - it is used as a prefilter (first filtering stage) installed in front of the membrane spacer element.
Известен способ изготовления фильтрующего материала, включающий приготовление суспензии мелкодисперсного материала в смеси с волокнистым материалом и осаждение мелкодисперсного материала на волокнистый материал путем фильтрования [7] . Недостатком этого способа является сложность технологии: осаждение суспензии необходимо производить в три стадии с возрастающей от стадии к стадии скоростью осаждения. Это является необходимым условием создания фильтрующего материала оптимальной структуры (переменной пористости), которое обеспечивает максимальное проникновение самых мелких частиц мелкодисперсного материала в самые дальние по ходу фильтрования слои волокнистого материала и задержание наиболее крупных частиц в первых по ходу фильтрования слоях. Еще одни недостатком способа является то, что к мелкодисперсному материалу предъявляются жесткие требования, поскольку свойства именно этого материала должны обеспечить получение фильтрующего материала с заданным размером пор и с приемлемой прочностью сцепления мелкодисперсного и волокнистого материала. В этой связи в качестве мелкодисперсного материала рекомендуется применять специфические полидисперсные вещества - волокнисто-пленочные полимерные связующие - фибриды или торф. Это ограничивает область применения в основном механическим фильтрованием (задерживанием твердых частиц), поскольку указанные мелкодисперсные материалы, как правило, не обладают активностью (сорбционной способностью) по отношению ко многим растворенным и коллоидным примесям. Еще одним недостатком данного способа получения фильтрующего материала является невысокая полнота отсева загрязняющих примесей при эксплуатации фильтра: проскок частиц взвешенных веществ размером 3 мкм и менее даже в лучших приведенных примерах по фильтрованию бензина достигает 6-65%. A known method of manufacturing a filter material, including the preparation of a suspension of fine material mixed with fibrous material and the deposition of fine material on the fibrous material by filtering [7]. The disadvantage of this method is the complexity of the technology: the deposition of the suspension must be carried out in three stages with increasing deposition rate from stage to stage. This is a prerequisite for creating a filter material with an optimal structure (variable porosity), which ensures the maximum penetration of the smallest particles of finely dispersed material into the layers of fibrous material that are farthest in the course of filtration and the retention of the largest particles in the first layers in the course of filtration. Another disadvantage of the method is that strict requirements are imposed on the finely dispersed material, since the properties of this particular material should provide a filter material with a given pore size and with an acceptable adhesion strength of the finely dispersed and fibrous material. In this regard, it is recommended to use specific polydisperse materials as fiber-dispersed materials - fiber-film polymer binders - fibrids or peat. This limits the scope of application mainly to mechanical filtration (retention of solid particles), since these finely dispersed materials, as a rule, do not have activity (sorption ability) with respect to many dissolved and colloidal impurities. Another disadvantage of this method of obtaining filter material is the low completeness of screening of contaminants during operation of the filter: the breakthrough of particles of suspended substances of 3 microns or less, even in the best examples for filtering gasoline reaches 6-65%.
Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые фильтрующий материал и способ его получения, является увеличение производительности фильтров на основе заявляемого фильтрующего материала (либо уменьшение их габаритных размеров при прежней производительности) и повышение эффективности очистки от удаляемых примесей при упрощении технологии изготовления фильтрующего материала. The main task, which is claimed by the claimed filter material and the method for its preparation, is to increase the performance of filters based on the inventive filter material (or to reduce their overall dimensions at the previous performance) and to increase the efficiency of cleaning from removed impurities while simplifying the manufacturing technology of the filter material.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является получение фильтрующего материала с оптимальной структурой распределения мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала, заключающейся в уменьшении размеров частиц мелкодисперсного материала по толщине слоя. При этом обеспечивается прочная и равномерная фиксация частиц мелкодисперсного материала по всему объему волокнистого материала. Это позволяет увеличить задерживающую способность по отношению к примесям, удаляемым из любых сред (воды, органических жидкостей, воздуха) при сохранении высокой пропускной способности фильтров. A single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is to obtain a filter material with an optimal distribution structure of finely dispersed material in the pores of the fibrous material, which consists in reducing the particle size of the finely dispersed material over the layer thickness. This ensures a solid and uniform fixation of particles of finely dispersed material throughout the volume of the fibrous material. This allows you to increase the retention capacity in relation to impurities removed from any medium (water, organic liquids, air) while maintaining a high filter capacity.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном фильтрующем материале, состоящем из смеси волокнистого и мелкодисперсного материалов, волокнистый материал выполнен в виде пористой матрицы из волокон, скрепленных между собой в местах пересечения, при этом размеры пор уменьшаются по толщине матрицы. Уменьшение размеров пор по толщине матрицы обеспечивает надежную и равномерную фиксацию частиц мелкодисперсного материала в порах соответствующих размеров и, как следствие, гарантирует, во-первых, отсутствие выноса частиц мелкодисперсного материала в процессе фильтрования, т. е. повышение надежности очистки от взвешенных веществ; во-вторых, увеличение доступной для контакта с очищаемой средой поверхности частиц мелкодисперсного материала, равномерно распределенного между волокнами пористой матрицы, и тем самым обеспечивает повышение емкости по удаляемым примесям; в-третьих, размещение наиболее мелких частиц, входящих в состав мелкодисперсного материала, в порах между волокнами, обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и соответственно пропускной способности фильтра. The specified technical result is achieved by the fact that in the known filtering material, consisting of a mixture of fibrous and finely dispersed materials, the fibrous material is made in the form of a porous matrix of fibers bonded together at the intersection, while the pore sizes are reduced along the thickness of the matrix. The reduction in pore size over the thickness of the matrix ensures reliable and uniform fixation of particles of finely dispersed material in pores of appropriate sizes and, as a result, guarantees, firstly, the absence of removal of particles of finely dispersed material during the filtering process, i.e., increasing the reliability of cleaning from suspended solids; secondly, the increase in the surface of the particles of finely dispersed material accessible for contact with the medium being cleaned, evenly distributed between the fibers of the porous matrix, and thereby increases the capacity of the removed impurities; thirdly, the placement of the smallest particles that make up the finely dispersed material in the pores between the fibers, reduces the hydraulic resistance and, accordingly, the filter throughput.
Выполнение пористой матрицы из волокон, скрепленных между собой в местах пересечения, обеспечивает достаточно жесткую структуру фильтрующего материала; это позволяет сохранять высокую пропускную способность фильтра в тех случаях, когда мелкодисперсный материал представлен сжимаемыми веществами. Как следствие, это позволяет применять фильтрующий материал с использованием широкого ассортимента мелкодисперсных материалов. The implementation of the porous matrix of fibers bonded together at the intersection, provides a fairly rigid structure of the filter material; this allows you to maintain a high filter capacity in those cases when the fine material is represented by compressible substances. As a result, this allows the use of filter media using a wide range of fine materials.
Уменьшение размеров пор по толщине матрицы наиболее эффективно обеспечивается выполнением пористой матрицы из волокон, диаметр которых уменьшается, а плотность упаковки увеличивается по толщине слоя. Это способствует увеличению объема пор матрицы, в которых размещаются частицы мелкодисперсного материала, и, как следствие, увеличению емкости фильтрующего материала по удаляемым примесям. The reduction in pore size over the thickness of the matrix is most effectively ensured by the implementation of the porous matrix of fibers, the diameter of which decreases, and the packing density increases along the thickness of the layer. This helps to increase the pore volume of the matrix in which particles of finely dispersed material are placed, and, as a result, increase the capacity of the filter material for removed impurities.
Волокнистый материал может быть выполнен из фильтропласта. Последний получен известным промышленным способом и представляет собой нетканый материал из микроволокон полипропилена или полиэтилена, расположенных хаотично и сваренных между собой в местах пересечения [8]. За счет плавного уменьшения диаметра волокон и увеличения плотности их упаковки по толщине слоя размер пор фильтропластовой матрицы может изменяться в интервале от 100 до 0,5 мкм (либо от 100 до 1; 5; 10; 20 мкм). Применение волокнистого материала с заданными минимальными размерами пор позволяет использовать мелкодисперсные материалы соответствующего гранулометрического состава при полной гарантии отсутствия выноса мелких фракций в процессе эксплуатации фильтра. The fibrous material may be made of filter plastic. The latter was obtained by a well-known industrial method and is a nonwoven material made from microfibres of polypropylene or polyethylene, randomly arranged and welded together at the intersection [8]. Due to a smooth decrease in the diameter of the fibers and an increase in their packing density along the layer thickness, the pore size of the filter mat can vary in the range from 100 to 0.5 μm (or from 100 to 1; 5; 10; 20 μm). The use of fibrous material with specified minimum pore sizes allows the use of finely dispersed materials of the appropriate particle size distribution with a full guarantee of the absence of removal of fine fractions during operation of the filter.
Мелкодисперсный материал состоит из частиц разных размеров, которые распределены в объеме пор матрицы с уменьшением размеров частиц по толщине матрицы. При отделении диспергированных и коллоидных примесей это обеспечивает их равномерное распределение по всей толщине слоя фильтрующего материала без образования первого по ходу фильтрования наиболее насыщенного указанными примесями слоя с высоким гидравлическим сопротивлением. Как следствие, это обеспечивает повышение пропускной способности фильтрующего материала и его емкости по удаляемым примесям. Finely dispersed material consists of particles of different sizes, which are distributed in the pore volume of the matrix with a decrease in particle size over the thickness of the matrix. When separating dispersed and colloidal impurities, this ensures their uniform distribution over the entire thickness of the layer of filter material without the formation of the first layer along the filter that is most saturated with the indicated impurities with a high hydraulic resistance. As a result, this provides an increase in the throughput of the filter material and its capacity for removed impurities.
Указанный выше технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления фильтрующего материала, включающем приготовление суспензии мелкодисперсного материала и ее осаждение на волокнистый материал путем фильтрования, суспензию мелкодисперсного материала готовят с концентрацией от 0,1 до 2 мас.% и фильтрование суспензии через волокнистый материал проводят в одну стадию со скоростью не менее 1 мм/с. Для максимально глубокого проникновения наиболее мелких частиц мелкодисперсного материала вглубь пористой матрицы мелкодисперсный материал готовят и фильтруют в виде разбавленной суспензии с концентрацией твердой фазы от 0,1 до 2 мас.%. При концентрации твердой фазы в фильтруемой суспензии более 2 мас.% в первых по ходу фильтрования слоях наряду с крупными задерживаются и мелкие частицы, что приводит к неравномерному распределению мелкодисперсного материала по толщине волокнистого материала. Преимущественное концентрирование мелкодисперсного материала в первых по ходу фильтрования слоях волокнистого материала приводит к ухудшению фильтрационных свойств материала, т.е. его фильтрующей способности. Кроме того, последующие слои волокнистого материала остаются незаполненными мелкодисперсным материалом; это приводит к уменьшению количества мелкодисперсного материала, выполняющего роль активной загрузки, в фильтрующем материале и соответствующему уменьшению его емкости по удаляемым примесям. При концентрации твердой фазы в суспензии мелкодисперсного материала менее 0,1 мас.% требуется фильтровать через волокнистый материал значительный объем суспензии, что усложняет технологию изготовления фильтрующего материала. The above technical result is achieved by the fact that in the known method of manufacturing a filter material, which includes preparing a suspension of fine material and its deposition on the fibrous material by filtration, a suspension of fine material is prepared with a concentration of from 0.1 to 2 wt.% And filtering the suspension through the fibrous material carried out in one stage with a speed of not less than 1 mm / s For the deepest penetration of the smallest particles of finely dispersed material deep into the porous matrix, finely dispersed material is prepared and filtered in the form of a diluted suspension with a solid phase concentration of from 0.1 to 2 wt.%. When the concentration of the solid phase in the filtered suspension is more than 2 wt.% In the first layers along with the filtration, fine particles are retained along with the coarse ones, which leads to an uneven distribution of the finely dispersed material over the thickness of the fibrous material. The predominant concentration of finely dispersed material in the first layers of fibrous material along the course of the filtration leads to a deterioration in the filtration properties of the material, i.e. its filtering ability. In addition, subsequent layers of fibrous material remain unfilled with finely divided material; this leads to a decrease in the amount of finely dispersed material acting as an active feed in the filter material and a corresponding decrease in its capacity for removed impurities. When the concentration of the solid phase in the suspension of finely dispersed material is less than 0.1 wt.%, A significant amount of the suspension must be filtered through the fibrous material, which complicates the manufacturing technology of the filter material.
Фильтрование суспензии мелкодисперсного материала через волокнистый материал проводят со скоростью не менее 1 мм/с. Это обеспечивает проникновение наиболее мелких частиц в глубину объема волокнистого материала и получение фильтрующего материала с оптимальным распределением мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала. Верхний предел скорости фильтрования ограничивается механической прочностью пористой матрицы и может иметь разное численное значение для волокнистых материалов различной природы и пористости. Filtering a suspension of finely divided material through the fibrous material is carried out at a speed of at least 1 mm / s. This ensures that the smallest particles penetrate into the depth of the volume of the fibrous material and obtain a filter material with an optimal distribution of fine material in the pores of the fibrous material. The upper limit of the filtration rate is limited by the mechanical strength of the porous matrix and may have different numerical values for fibrous materials of different nature and porosity.
По окончании фильтрования в случае необходимости из фильтрующего материала удаляют остатки дисперсионной среды (воды), например, путем сушки. At the end of the filtration, if necessary, the residual dispersion medium (water) is removed from the filter material, for example, by drying.
Таким образом, в заявляемом изобретении наряду с целым рядом преимуществ фильтрующего материала одновременно достигается и упрощение технологии его изготовления: последняя сводится к одностадийному фильтрованию суспензии мелкодисперсного материала через пористую матрицу в пределах заявляемых параметров. Thus, in the claimed invention, along with a number of advantages of the filtering material, a simplification of the technology of its manufacture is simultaneously achieved: the latter boils down to a single-stage filtration of a suspension of finely dispersed material through a porous matrix within the claimed parameters.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволяет установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными по всем признакам заявляемого фильтрующего материала и способа его изготовления, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant allows us to establish that there are no analogues that are characterized by sets of features that are identical in all respects to the inventive filter material and its production method. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "novelty."
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". The search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototypes of each claimed invention have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of each of the claimed inventions on the achievement of the indicated technical result has not been revealed. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "inventive step".
В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ предназначен для изготовления заявляемого фильтрующего материала. Заявленные изобретения решают одну и ту же задачу - увеличение производительности фильтров на основе заявляемого фильтрующего материала и повышение эффективности очистки от удаляемых примесей при упрощении технологии изготовления фильтрующего материала. Эта задача решается за счет достижения одного и того же технического результата при осуществлении изобретений - получение фильтрующего материала с оптимальной структурой распределения мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала, заключающейся в уменьшении размеров частиц мелкодисперсного материала по толщине слоя. Это позволяет использовать широкий ассортимент мелкодисперсных материалов, обеспечивающих эффективное удаление примесей при очистке самых разных сред - воды, масел, топлива, газов. In this patent application, the requirement of unity of invention is met, since the method is intended for the manufacture of the inventive filter material. The claimed inventions solve the same problem - increasing the performance of filters based on the inventive filter material and increasing the efficiency of cleaning from removed impurities while simplifying the manufacturing technology of the filter material. This problem is solved by achieving the same technical result in the implementation of the invention is to obtain a filter material with an optimal distribution structure of fine material in the pores of the fibrous material, which consists in reducing the particle size of the fine material over the thickness of the layer. This allows you to use a wide range of finely dispersed materials that provide effective removal of impurities during the cleaning of a variety of media - water, oils, fuels, gases.
На чертеже схематично изображено поперечное сечение фрагмента фильтрующего материала. Фильтрующий материал содержит волокнистый материал 1 и мелкодисперсный материал 2. Волокнистый материал 1 выполнен в виде пористой матрицы из волокон, скрепленных между собой в местах пересечения 3, при этом размеры пор 4 уменьшаются по толщине матрицы. Мелкодисперсный материал 2 состоит из частиц разных размеров, причем частицы мелкодисперсного материала 2 распределены в объеме пор матрицы 1 с уменьшением размеров частиц по толщине матрицы. The drawing schematically shows a cross section of a fragment of a filter material. The filter material contains
Примеры фильтрующего материала. Волокнистый материал 1 выполнен из волокон фильтропласта. Диаметр волокон уменьшается, а плотность их упаковки увеличивается по толщине слоя, что обеспечивает постепенное уменьшение размеров пор 4 по толщине слоя. Фильтрующий материал выполнен в виде патрона в форме полого цилиндра. Длина цилиндра 30 мм, внешний диаметр 65 мм, внутренний диаметр 25 мм; соответственно площадь фильтрующей поверхности 4•10-3 м2, толщина фильтрующего слоя 20 мм. Размеры пор уменьшаются по толщине слоя от 100 мкм на внешней поверхности цилиндрического патрона до 5 мкм на внутренней поверхности. Мелкодисперсный материал 2 выполнен в примере 1 из порошкообразного активированного угля марки БАУ фракции 5-100 мкм; в примере 2 - из порошкообразного карбоната кальция (мела) фракции 5-100 мкм. Частицы мелкодисперсного материала размещены в порах волокнистой матрицы с уменьшением размеров частиц по толщине слоя. Количество мелкодисперсного материала в расчете на сухую массу равно М (г).Examples of filter media. The
Оценку фильтрующей способности фильтрационного материала производили по двум показателям: скорости фильтрования и емкости мелкодисперсного материала по удаляемым примесям. При этом использовали следующую методику. Фильтрующий материал в виде вышеописанного патронного фильтр-элемента помещали в лабораторный патронный фильтр, соединенный с вакуумным насосом. В качестве фильтруемой системы готовили водные растворы метиленового голубого (пример 1) и сульфата никеля (пример 2) с концентрациями метиленового голубого и ионов никеля Ni2+, равными С0 Р. В каждый раствор, кроме того, вводили взвешенные вещества в виде мелкодисперсного порошка глины с размерами частиц менее 1 мкм до концентрации С0 В. Очищаемый раствор пропускали под разрежением 50 кПа через соответствующий фильтрующий материал. Для момента начала фильтрования определяли линейную скорость фильтрования (νO,, мм/с) как отношение расхода фильтруемого раствора (л/с) к площади фильтрующей поверхности (4•10-3 м2). От фильтрата периодически отбирали пробы для определения концентраций соответствующих загрязняющих веществ. Момент проскока растворенного загрязняющего вещества определяли по его появлению в фильтрате в концентрации, соответствующей проскоковому уровню, равному СK Р (мг/л). В ходе фильтрования фиксировали значения объема профильтрованного до проскока раствора VК (л), рассчитывали скорость фильтрования в этот момент νK (мм/с) и емкость до проскока по загрязняющему веществу D (отношение массы задержанного растворенного загрязняющего вещества к единице сухой массы М мелкодисперсного материала), мг/г. В момент проскока определяли также концентрацию взвешенных веществ в фильтрате (СK В, мг/г). Характеристики фильтрующего материала представлены в таблице 1.Evaluation of the filtering ability of the filtration material was carried out according to two indicators: the filtration rate and the capacity of the finely dispersed material according to the removed impurities. The following procedure was used. The filter material in the form of the above cartridge filter element was placed in a laboratory cartridge filter connected to a vacuum pump. As a filtered system, aqueous solutions of methylene blue (example 1) and nickel sulfate (example 2) were prepared with concentrations of methylene blue and nickel ions Ni 2+ equal to C 0 P. In addition, suspended solids were introduced into each solution in the form of a fine clay powder with particle sizes less than 1 μm to a concentration of 0 V. The solution to be purified was passed under a vacuum of 50 kPa through an appropriate filter material. For the moment of the start of filtration, the linear filtration rate (ν O ,, mm / s) was determined as the ratio of the flow rate of the filtered solution (l / s) to the filtering surface area (4 • 10 -3 m 2 ). Samples were periodically taken from the filtrate to determine the concentrations of the respective pollutants. The breakthrough time of the dissolved pollutant was determined by its appearance in the filtrate in a concentration corresponding to the breakdown level equal to C K P (mg / l). During the filtration, the values of the volume of the solution filtered up to the breakthrough of V K (l) were recorded, the filtration rate at this moment ν K (mm / s) and the capacity before the breakthrough of the pollutant D (the ratio of the mass of the detained dissolved pollutant to the unit of dry mass M fine material), mg / g. At the time of the breakthrough, the concentration of suspended solids in the filtrate was also determined (C K B , mg / g). The characteristics of the filter material are presented in table 1.
Как следует из данных таблицы 1, фильтрующий материал, во-первых, имеет высокую скорость фильтрования, т.е. пропускную способность; опыты, проведенные для сравнения с фильтрованием через плотные слои этих же мелкодисперсных материалов в аналогичных условиях, показали существенно меньшие значения скоростей фильтрования: 0,3 мм/с для активированного угля и 0,15 мм/с для карбоната кальция. Скорость фильтрования через заявляемый фильтрующий материал в течение фильтрования уменьшается от νO до νK незначительно (от 5 до 7%), поскольку присутствующие в фильтруемом растворе взвешенные вещества распределяются по всей толщине слоя фильтрующего материала без образования первого по ходу фильтрования слоя с
высоким гидравлическим сопротивлением. Во-вторых, фильтрующий материал обеспечивает эффективную сорбционную очистку от растворенных загрязняющих веществ, концентрации которых снижаются от 2 до 0,1 мг/л, т.е. в 50 раз. Кроме того, фильтрующий материал является эффективным вспомогательным фильтрующим веществом, поскольку обеспечивает 100%-ную очистку от мелкодисперсных взвешенных веществ, размеры частиц которых (менее 1 мкм) заведомо меньше минимальных размеров пор волокнистой загрузки (5 мкм).As follows from the data of table 1, the filter material, firstly, has a high filtration rate, i.e. bandwidth experiments performed for comparison with filtering through dense layers of the same finely dispersed materials under similar conditions showed significantly lower filtration rates: 0.3 mm / s for activated carbon and 0.15 mm / s for calcium carbonate. The filtration rate through the inventive filter material during filtering decreases slightly from ν O to ν K slightly (from 5 to 7%), since the suspended solids present in the filtered solution are distributed over the entire thickness of the filter material without forming the first layer along the filter
high hydraulic resistance. Secondly, the filter material provides effective sorption purification from dissolved pollutants, the concentrations of which decrease from 2 to 0.1 mg / l, i.e. 50 times. In addition, the filter material is an effective filter aid, since it provides 100% purification from fine suspended solids whose particle sizes (less than 1 μm) are known to be smaller than the minimum pore sizes of the fibrous load (5 μm).
Способ изготовления фильтрующего материала осуществляют по следующей технологии. Волокнистый материал в виде цилиндрического патрона из фильтропласта с площадью фильтрующей поверхности 4•10-3 м2, толщиной фильтрующего слоя 20 мм и размерами пор, уменьшающимися по толщине фильтрующего слоя от 100 до 5 мкм, помещают в лабораторный патронный фильтр. Мелкодисперсный материал, например активированный уголь или мел, получают измельчением соответствующего материала в ступке и отделением требуемой фракции (размер частиц менее 100 мкм) на сите.A method of manufacturing a filter material is carried out according to the following technology. The fibrous material in the form of a cylindrical filter cartridge with a filter surface area of 4 • 10 -3 m 2 , a filter layer thickness of 20 mm and pore sizes decreasing from 100 to 5 μm in thickness of the filter layer is placed in a laboratory cartridge filter. Fine material, for example, activated carbon or chalk, is obtained by grinding the corresponding material in a mortar and separating the desired fraction (particle size less than 100 microns) on a sieve.
Мелкодисперсный материал суспендируют в воде при перемешивании пропеллерной мешалкой с получением суспензии, имеющей концентрацию твердой фазы Ств в заданных пределах. Полученную суспензию мелкодисперсного материала фильтруют под разрежением через патрон из фильтропласта, помещенный в лабораторный патронный фильтр, с помощью вакуумного насоса. Скорость фильтрования суспензии νC регулируют с помощью изменения разности давления на фильтре. Окончание процесса фильтрования определяют визуально по появлению слоя мелкодисперсного материала на внешней поверхности материала (ориентируясь на результаты пробных опытов, в которых производят разборку патронного фильтра и осмотр фильтрующего материала). Качество изготовления фильтрующего материала оценивают по его пропускной способности, т.е. по значению скорости фильтрования воды ν (мм/с). Последнюю определяют при двух значениях разности давлений ΔР на фильтре: 50 кПа (фильтрование воды проводят под разрежением) и 500 кПа (производят подачу на фильтр водопроводной воды с использованием давления в сети). Приемлемые значения скорости фильтрования νK принимаются равными 1 и 3 мм/с для разности давлений на фильтре 50 и 500 кПа соответственно. Примеры, иллюстрирующие способ изготовления фильтрующего материала, сведены в таблицу 2.The finely dispersed material is suspended in water with stirring by a propeller stirrer to obtain a suspension having a concentration of solid phase C tv within specified limits. The resulting suspension of fine material is filtered under vacuum through a filter cartridge, placed in a laboratory cartridge filter, using a vacuum pump. The suspension filtration rate ν C is controlled by changing the pressure difference across the filter. The end of the filtering process is determined visually by the appearance of a layer of finely dispersed material on the outer surface of the material (focusing on the results of trial experiments in which the cartridge filter is disassembled and the filter material is inspected). The manufacturing quality of the filter material is evaluated by its throughput, i.e. by the value of the water filtration rate ν (mm / s). The latter is determined at two values of the pressure difference ΔP on the filter: 50 kPa (water is filtered under vacuum) and 500 kPa (tap water is supplied to the filter using network pressure). Acceptable values of the filtering rate ν K are taken equal to 1 and 3 mm / s for the pressure difference across the filter of 50 and 500 kPa, respectively. Examples illustrating the method of manufacturing the filter material are summarized in table 2.
Как следует из данных таблицы 2, изготовление фильтрующего материала с заданными эксплуатационными свойствами возможно только в пределах заявляемых параметров. При увеличении концентрации твердой фазы в фильтруемой через волокнистый материал суспензии мелкодисперсного материала до значений Ств более 2% (примеры 5, 10) или при фильтровании суспензии мелкодисперсного материала через волокнистый материал со скоростью νC менее 1 мм/с (примеры 4, 9) получаемый фильтрующий материал не обеспечивает высоких значений скорости фильтрования, т. е. имеет низкую пропускную способность. Причиной этого является неравномерное
распределение мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала, когда наиболее мелкодисперсные фракции не проходят в глубину волокнистой загрузки, а концентрируются в первых по ходу фильтрования слоях вместе с более крупными частицами мелкодисперсного материала. Это подтверждают как данные визуального осмотра фильтрующего материала, так и результаты взвешивания: за пределами оптимальных параметров уменьшается значение М, поскольку осаждение мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала происходит не по всей толщине слоя, а лишь в первых по ходу фильтрования слоях.As follows from the data of table 2, the manufacture of filter material with specified operational properties is possible only within the claimed parameters. When increasing the concentration of the solid phase in the suspension of finely dispersed material filtered through the fibrous material to values of C tv more than 2% (examples 5, 10) or when filtering the suspension of finely dispersed material through the fibrous material with a speed of ν C less than 1 mm / s (examples 4, 9) the resulting filter material does not provide high filtration rates, i.e., has a low throughput. The reason for this is uneven
the distribution of finely dispersed material in the pores of the fibrous material, when the finest dispersed fractions do not pass into the depth of the fibrous loading, but are concentrated in the first layers along the filtration along with larger particles of finely dispersed material. This is confirmed by both visual inspection of the filter material and weighing results: outside the optimal parameters, the M value decreases, since the deposition of finely dispersed material in the pores of the fibrous material does not occur over the entire thickness of the layer, but only in the layers that are first in the course of filtering.
Как следует из вышеуказанного, достижение технического результата - получение фильтрующего материала с оптимальной структурой распределения мелкодисперсного материала в порах волокнистого материала, т.е. с уменьшением размеров частиц по толщине слоя - обеспечивается только при строгом неразрывном и взаимосвязанном выполнении всех существенных признаков заявленных фильтрующего материала и способа его изготовления. As follows from the above, the achievement of the technical result is to obtain a filter material with an optimal distribution structure of finely dispersed material in the pores of the fibrous material, i.e. with a decrease in particle size over the thickness of the layer - is provided only with strict inextricable and interconnected implementation of all the essential features of the claimed filter material and the method of its manufacture.
Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленных объектов следует отметить также дополнительные их достоинства, реализуемые как на этапе изготовления фильтрующего элемента, так и при его эксплуатации: упрощение технологии изготовления за счет исключения операций смешивания (суспендирования) волокнистого и мелкодисперсного материалов, за счет проведения операции осаждения путем фильтрования в одну стадию, за счет ликвидации операции уплотнения фильтрующего материала; возможность использования недорогих волокнистых матриц (патронов) из фильтропласта в сочетании с даровыми или очень дешевыми мелкодисперсными материалами (отходами в виде пыли, шлака, шлама, золы, осадков и т.п.), что делает экономически целесообразным применение заявляемого фильтрующего материала в качестве одноразовой сорбционной загрузки, например, для очистки радиоактивных сточных вод; автоматическое удаление супермелкодисперсных фракций, входящих в состав мелкодисперсного материала (например, частиц размером менее 5 мкм из пылевых отходов) в процессе фильтрования суспензий при изготовлении фильтрующего материала; возможность использования заявляемого фильтрующего материала на основе волокнистой матрицы из фильтропласта в серийных фильтрах - патронных, барабанных, фильтр-прессах и других. In addition to the indicated technical result achieved and the advantages of the claimed objects, their additional advantages should be noted, realized both at the stage of manufacturing the filter element and during its operation: simplification of manufacturing technology by eliminating the mixing (suspension) of fibrous and fine materials due to the operation deposition by filtration in one stage, due to the elimination of the operation of compaction of the filter material; the possibility of using inexpensive fibrous matrices (cartridges) made of filter plastic in combination with free or very cheap finely dispersed materials (waste in the form of dust, slag, sludge, ash, sediment, etc.), which makes it economically feasible to use the inventive filter material as a disposable sorption charge, for example, for the treatment of radioactive wastewater; automatic removal of the finely dispersed fractions that make up the finely dispersed material (for example, particles less than 5 microns in size from dust waste) in the process of filtering suspensions in the manufacture of filter material; the possibility of using the inventive filter material based on a fibrous matrix of a filter plastic in serial filters - cartridge, drum, filter presses and others.
Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия:
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в производстве фильтров промышленного и бытового назначения;
- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств и методов;
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.Thus, the above information shows that when implementing the claimed group of inventions, the following conditions are met:
- means embodying the invention in their implementation, are intended for use in industry, namely in the manufacture of filters for industrial and domestic purposes;
- for the claimed inventions in the form as described in the independent claims, the possibility of their implementation using the described or other means and methods known prior to the filing date of the application is confirmed;
- means embodying the invention in their implementation, are able to provide the specified technical result.
Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability".
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1306912. МКИ C 02 F 1/52, B 01 D 37/02. Способ осветления малоконцентрированной суспензии.Sources of information
1. USSR copyright certificate 1306912. MKI C 02
2. Авторское свидетельство СССР 1242476. МКИ C 02 F 1/62. Способ очистки кислых железосодержащих сточных вод. 2. USSR copyright certificate 1242476. MKI C 02
3. Авторское свидетельство СССР 1544476. МКИ B 01 J 20/28, B 01 D 39/02. Фильтрующий слой. 3. USSR author's certificate 1544476. MKI B 01 J 20/28, B 01 D 39/02. Filter layer.
4. Патент Германии 19647236. МПК6 B 01 J 20/28. Слоевой газофильтрующий материал. Заявлен 15.11.96, опубликован 28.05.98. РЖ "Химия" - 00.04 - 19И62П.4. German patent 19647236. IPC 6 B 01 J 20/28. Layer gas filtering material. Announced on 11/15/96, published on 05/28/98. РЖ "Chemistry" - 00.04 - 19I62P.
5. Патент Германии 19708693. МПК6 В 01 D 39/16. Фильтрующий материал и его изготовление. Заявлен 04.03.97, опубликован 10.09,98. РЖ "Химия" - 00.04 - 19И71П.5. German patent 19708693. IPC 6 01 D 39/16. Filter material and its manufacture. Announced on 03/04/97, published on 09/10/98. РЖ "Chemistry" - 00.04 - 19I71P.
6. Патент США 5611929. МПК6 В 01 D 15/00. Поглощающий фильтр с гибкой и жесткой загрузкой для удаления загрязнений из жидкостей. Заявлен 22.08.96, опубликован 19.03.97. РЖ "Химия" - 1999 - 19И382П, - прототип.6. US patent 5611929. IPC 6 01 D 15/00. Flexible and rigid loading absorber filter to remove contaminants from liquids. Announced on 08/22/96, published on 03/19/97. РЖ "Chemistry" - 1999 - 19I382P, - prototype.
7. Патент России 2043137. МПК6 B 01 D 39/00. Способ изготовления фильтровального элемента, - прототип.7. Patent of Russia 2043137. IPC 6 B 01 D 39/00. A method of manufacturing a filter element is a prototype.
8. Статья "Новый материал "фильтропласт". - "Изобретатель и рационализатор" - 1998, 11, с. 21. 8. Article “New material“ filter plastic. ”-“ Inventor and rationalizer ”- 1998, 11, p. 21.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114443/12A RU2185877C2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Filtering material and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114443/12A RU2185877C2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Filtering material and method of its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000114443A RU2000114443A (en) | 2002-05-27 |
| RU2185877C2 true RU2185877C2 (en) | 2002-07-27 |
Family
ID=20235826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114443/12A RU2185877C2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Filtering material and method of its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2185877C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011078745A1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Composite material |
| WO2011115525A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | ПИЛКИН, Виталий Евгеньевич | Filter |
| WO2011119071A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | ПИЛКИН, Виталий Евгеньевич | Catalytic filter |
| WO2014014789A1 (en) * | 2012-07-14 | 2014-01-23 | George Page | Gravity multi-layer absorption filtration apparatuses, systems, & methods |
| WO2021206586A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Filter material and personal protective means based thereon |
| RU2782467C2 (en) * | 2020-04-06 | 2022-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Filter material and personal protective equipment based on it |
-
2000
- 2000-06-06 RU RU2000114443/12A patent/RU2185877C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011078745A1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Composite material |
| WO2011115525A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | ПИЛКИН, Виталий Евгеньевич | Filter |
| WO2011119071A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | ПИЛКИН, Виталий Евгеньевич | Catalytic filter |
| WO2014014789A1 (en) * | 2012-07-14 | 2014-01-23 | George Page | Gravity multi-layer absorption filtration apparatuses, systems, & methods |
| WO2021206586A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Filter material and personal protective means based thereon |
| RU2782467C2 (en) * | 2020-04-06 | 2022-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") | Filter material and personal protective equipment based on it |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5904854A (en) | Method for purifying water | |
| US7429326B2 (en) | Water purification apparatus and system | |
| CA2302701C (en) | Composite filter medium and fluid filters containing same | |
| KR101770549B1 (en) | Molded activated charcoal and water purifier involving same | |
| CA1165698A (en) | Method of removing fine suspended solids from effluent stream | |
| US20130032529A1 (en) | Rare earth-containing filter block and method for making and using the same | |
| WO2000035559A2 (en) | Integrated filter | |
| AU2008283876A1 (en) | Liquid filtration systems | |
| CA2113607C (en) | Filter comprising glass microbeads | |
| US20040180190A1 (en) | Composite particulate article and method for preparation thereof | |
| RU2185877C2 (en) | Filtering material and method of its production | |
| RU2429067C1 (en) | Composite material | |
| WO1989000977A1 (en) | Cartridge type filter for liquid purification | |
| JP3360857B2 (en) | Filtration device | |
| JP2019018154A (en) | Filter body for water purification and water purifier | |
| EP1948346B8 (en) | Filter cartridge for water purification | |
| JPH03196891A (en) | Water purifier | |
| WO2002076572A1 (en) | Apparatus for filtering suspended solid in water | |
| JPH05161811A (en) | Filter device | |
| US11008229B1 (en) | Filter element, method of producing a filter element, filtration device and liquid treatment system | |
| JP2002263637A (en) | Water purifying unit | |
| RU174088U1 (en) | Filter element for drinking water purification | |
| KR20060082915A (en) | Well water complex filter has absorption function and a particle exclusion function that the same manufacturing method | |
| RU100428U1 (en) | WATER FILTER CARTRIDGE FOR WATER | |
| JPH03109903A (en) | Filter body for treating oil-containing water with sintered body of sinterable inorganic filler-paper |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030607 |