RU2349368C1 - Filtering material for air purification and method for its production - Google Patents

Filtering material for air purification and method for its production Download PDF

Info

Publication number
RU2349368C1
RU2349368C1 RU2007133261/15A RU2007133261A RU2349368C1 RU 2349368 C1 RU2349368 C1 RU 2349368C1 RU 2007133261/15 A RU2007133261/15 A RU 2007133261/15A RU 2007133261 A RU2007133261 A RU 2007133261A RU 2349368 C1 RU2349368 C1 RU 2349368C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
base
aluminum
fibers
oxide hydrate
Prior art date
Application number
RU2007133261/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марат Израильевич Лернер (RU)
Марат Израильевич Лернер
Наталь Валентиновна Сваровска (RU)
Наталья Валентиновна Сваровская
Сергей Григорьевич Псахье (RU)
Сергей Григорьевич Псахье
Геннадий Евгеньевич Руденский (RU)
Геннадий Евгеньевич Руденский
Елена Алексеевна Глазкова (RU)
Елена Алексеевна Глазкова
Original Assignee
Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Общество с ограниченной ответственностью "Передовые порошковые технологии" (ООО "Передовые порошковые технологии")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН), Общество с ограниченной ответственностью "Передовые порошковые технологии" (ООО "Передовые порошковые технологии") filed Critical Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority to RU2007133261/15A priority Critical patent/RU2349368C1/en
Priority to PCT/RU2008/000581 priority patent/WO2009031944A2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349368C1 publication Critical patent/RU2349368C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • B01J20/3236—Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/104—Alumina
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/90—Odorous compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/91—Bacteria; Microorganisms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: group of inventions is related to production of sorbtion-filtering materials for purification of gases from organic and inorganic chemical substances. Filtering material contains at least two layers of base from nonwoven polymer fibrous material and particles of aluminium oxide hydrate fixed on fibres on one side of every layer surface, at that surfaces with fixed particles of aluminium oxide hydrate of two layers are folded towards each other, thus layer of aluminium oxide hydrate particles is created between mentioned layers of base, which has sorbtion properties. Material is produced by application of aluminium-based material particles on one side of nonwoven polymer fibrous material, subsequent folding of two such treated material cloths with treated surfaces towards each other and performance of hydrolysis with creation of layer of aluminium oxide hydrate particles between two cloths.
EFFECT: suggested filtering material has high sorbtion properties, high efficiency of air purification from contaminants of organic and inorganic origin and low aerodynamic resistance.
14 cl, 2 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области очистки газов от органических и неорганических химических веществ, в частности к получению сорбционно-фильтрующих материалов, и может быть использовано для очистки воздушной среды.The invention relates to the field of gas purification from organic and inorganic chemicals, in particular to the production of sorption-filtering materials, and can be used to clean the air.

Известно использование нановолокон, распределенных на волокнах микростекловолокна для фильтрации воды [US 6838005 В1, 2005], фильтрующую среду получают смешиванием несферических частиц оксида алюминия либо источника алюминия, который затем реагирует с водным раствором с образованием несферических частиц оксида алюминия со вторым твердым компонентом - частицами волокнистого материала. Из полученной смеси по «бумажной» технологии формируется фильтровальный материал. Такой материал представляет собой волокнистую матрицу, связанную с нановолокнами оксидно-гидроксидных фаз алюминия, которые обладают высокой удельной поверхностью и создают в водной среде электроположительный заряд.It is known to use nanofibers distributed on microfiber fibers for filtering water [US 6838005 B1, 2005], the filter medium is obtained by mixing nonspherical alumina particles or an aluminum source, which then reacts with an aqueous solution to form nonspherical alumina particles with a second solid component - fibrous particles material. From the mixture obtained by "paper" technology, filter material is formed. Such a material is a fibrous matrix bonded to nanofibers of the oxide-hydroxide phases of aluminum, which have a high specific surface and create an electropositive charge in an aqueous medium.

К недостаткам можно отнести то, что фильтрующий материал за счет метода его изготовления - «бумажной» технологии - имеет высокую плотность. Пропускная способность такого фильтрующего материала для фильтрации будет очень низкой.The disadvantages include the fact that the filter material due to the method of its manufacture - "paper" technology - has a high density. The filtering capacity of such filter media will be very low.

Известен электростатический воздушный фильтр [WO 2007033173, 2007], разработанный авторами вышеприведенного аналога, в котором, для того чтобы использовать его для очистки воздушной среды, ставится задача снижения «перепада давления» (pressure drop) за счет формирования асимметричных пор, размер которых пригоден для пропускания тонких частиц воздуха.An electrostatic air filter is known [WO 2007033173, 2007], developed by the authors of the above analogue, in which, in order to use it for air purification, the task is to reduce the "pressure drop" due to the formation of asymmetric pores, the size of which is suitable for transmitting fine particles of air.

Снижение перепада давления в заявленном фильтре достигается за счет увеличения размера пор фильтра в результате использования помимо нановолокон оксида алюминия других, более крупных, волокон. Размер последних и определяет размер пор фильтра. Нановолокна оксида алюминия придают фильтру электростатический заряд и обеспечивают стабильную работу фильтра в условиях повышенной влажности и попадания на фильтр микрокапель жидкости, например воды. Вторые волокна повышают устойчивость фильтра к складыванию, что важно при изготовлении гофрированных фильтровальных сред. Предлагается добавлять в фильтровальный материал частицы тонкоизмельченных сорбентов, например активированного угля, аэросила, для улавливания органических веществ из воздуха, запахов и пр. Недостатком указанного способа является получение фильтровального материала из смеси нановолокон и других (армирующих) волокон. При этом нановолокна оксида алюминия, а при добавлении частиц тонкоизмельченного сорбента и частицы сорбента, механически удерживаются в порах, созданных армирующими волокнами. Армирующие волокна обладают определенной гибкостью и под действием внешнего воздействия, например давления воздушного потока, могут изменять свои размеры и, соответственно, размер пор фильтровального материала. При этом возможна миграция нановолокон в слое фильтра и скапливание в его наиболее мелких порах с образованием каналов большого диаметра с низким аэродинамическим сопротивлением, вероятность проскока загрязняющих частиц через которые повышается.The reduction in pressure drop in the claimed filter is achieved by increasing the pore size of the filter as a result of the use of other, larger, fibers in addition to the alumina nanofibres. The size of the latter determines the pore size of the filter. Alumina nanofibres give the filter an electrostatic charge and ensure stable operation of the filter in conditions of high humidity and liquid droplets, such as water, entering the filter. The second fibers increase the filter's resistance to folding, which is important in the manufacture of pleated filter media. It is proposed to add particles of finely divided sorbents, for example, activated carbon, aerosil, to the filter material to trap organic substances from air, odors, etc. The disadvantage of this method is to obtain filter material from a mixture of nanofibers and other (reinforcing) fibers. In this case, alumina nanofibers, and when particles of finely divided sorbent and particles of sorbent are added, are mechanically retained in the pores created by the reinforcing fibers. Reinforcing fibers have a certain flexibility and under the influence of external influences, such as air pressure, can change their size and, accordingly, the pore size of the filter material. In this case, migration of nanofibers in the filter layer and accumulation in its smallest pores with the formation of large diameter channels with low aerodynamic drag are possible, the probability of breakthrough of polluting particles through which increases.

Известны нетканые материалы из тонких полимерных волокон, полученные методом электроформования, так называемые ткани (фильтры) Петрянова, назначение которых - фильтрование газов, жидкостей, бактериальная очистка газов [Высокоэффективная очистка газов от аэрозолей фильтрами Петрянова. / П.И.Басманов, В.И.Кириченко, Ю.Н.Филатов, Ю.Л.Юров; отв. ред. В.И.Кириченко. - М.: Наука, 2003. - 271 с].Known non-woven materials from thin polymer fibers obtained by electrospinning, the so-called fabrics (filters) Petryanov, the purpose of which is the filtering of gases, liquids, bacterial gas cleaning [Highly effective gas cleaning from aerosols by Petryanov filters. / P.I. Basmanov, V.I. Kirichenko, Yu.N. Filatov, Yu.L. Yurov; open ed. V.I. Kirichenko. - M .: Nauka, 2003. - 271 s].

Фильтры эффективны при очистке воздуха от аэрозольных частиц размером до 0,3 мкм, поэтому широко применяются для очистки воздуха от техногенных загрязнений и в ряде случаев - для бактериальной очистки газов. Однако они недостаточно эффективны при очистке от вирусов, и их эффективность значительно снижается при повышенной влажности воздуха. Кроме того, фильтры Петрянова не защищают от запахов, летучих органических соединений, газообразных химических соединений, отравляющих газов.Filters are effective in air purification from aerosol particles up to 0.3 microns in size, therefore they are widely used for air purification from industrial pollution and, in some cases, for bacterial gas purification. However, they are not effective enough when cleaning from viruses, and their effectiveness is significantly reduced with high humidity. In addition, Petryanov’s filters do not protect against odors, volatile organic compounds, gaseous chemical compounds, and poisonous gases.

Известен способ получения сорбционно-фильтрующего материала [RU 2114681 С1, 1998] посредством продувания воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом через волокнистый материал; угольный сорбент с размером частиц меньше 40 мкм напыляют на волокнистый материал ФПП-70 (фильтр Петрянова).A known method of producing a sorption-filtering material [RU 2114681 C1, 1998] by blowing air with a finely divided sorbent sprayed therein through a fibrous material; a carbon sorbent with a particle size of less than 40 microns is sprayed onto the fibrous material FPP-70 (Petryanov filter).

Добавление в фильтрующий материал известного сорбента - активированного угля, придает фильтрующему материалу способность к поглощению летучих органических соединений, запахов, однако не решает проблемы удаления сверхмалых частиц - вирусов и некоторых бактерий, и устойчивой работы фильтрующего материала во влажной среде.The addition of a well-known sorbent, activated carbon, to the filter material gives the filter material the ability to absorb volatile organic compounds, odors, but it does not solve the problem of removing ultra-small particles - viruses and some bacteria, and the stable operation of the filter material in a humid environment.

Известен фильтрующий материал [RU 2005125140 А, 2006], содержащий в качестве основы нетканый полимерный волокнистый материал, полученный методом электроформования, при этом на волокнах основы как на поверхности, так и в объеме закреплены частицы гидрата окиси алюминия.Known filter material [RU 2005125140 A, 2006], containing as a base a non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning, while particles of alumina hydrate are fixed to the base fibers both on the surface and in the bulk.

Указанный материал не пригоден для фильтрования воздуха, так как обладает высоким аэродинамическим сопротивлением. Кроме того, сцепление частиц гидрата окиси алюминия с поверхностью полимерных микроволокон в воздушно-сухом материале недостаточно прочное для того, чтобы предотвратить отрыв частиц гидрата окиси алюминия от поверхности микроволокна под действием сильного воздушного потока.The specified material is not suitable for filtering air, as it has a high aerodynamic drag. In addition, the adhesion of alumina hydrate particles to the surface of the polymer microfibers in the air-dry material is not strong enough to prevent tearing of the alumina hydrate particles from the surface of the microfiber under the influence of a strong air flow.

В основу изобретения поставлена задача создания нового фильтрующего материала, обладающего высокими сорбционными свойствами, высокой эффективностью очистки воздуха от загрязнений органического и неорганического происхождения и в то же время имеющего низкое аэродинамическое сопротивление.The basis of the invention is the task of creating a new filter material with high sorption properties, high efficiency of air purification from pollution of organic and inorganic origin and at the same time having low aerodynamic drag.

Поставленная задача достигается тем, что, как и известный, предлагаемый фильтрующий материал для очистки воздуха содержит в качестве основы нетканый полимерный волокнистый материал и закрепленные на волокнах основы частицы гидрата окиси алюминия.The problem is achieved in that, as well as the known, the proposed filter material for air purification contains as a basis non-woven polymer fibrous material and particles of aluminum oxide hydrate fixed to the fibers of the base.

Новым является то, что он содержит, по крайней мере, два слоя основы, на которых частицы гидрата окиси закреплены только на одной стороне поверхности каждого слоя основы, при этом поверхности с закрепленными частицами гидрата окиси алюминия упомянутых двух слоев сложены навстречу друг другу и скреплены друг с другом, образуя слой частиц гидрата окиси алюминия между упомянутыми слоями основы, обладающий сорбционными свойствами.What is new is that it contains at least two base layers on which oxide hydrate particles are fixed only on one side of the surface of each base layer, while surfaces with fixed aluminum oxide hydrate particles of the two layers are folded towards each other and bonded to each other on the other hand, forming a layer of alumina hydrate particles between said base layers having sorption properties.

Целесообразно, чтобы в качестве нетканого полимерного волокнистого материала был выбран материал, полученный методом электроформования, например, из ацетата целлюлозы или полисульфона с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм.It is advisable that as a non-woven polymeric fibrous material was selected a material obtained by electrospinning, for example, from cellulose acetate or polysulfone with a fiber diameter of 1.0-3.0 μm.

Целесообразно, чтобы частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на поверхности волокон нетканого полимерного волокнистого материала, имели форму волокон.It is advisable that the particles of alumina hydrate, mounted on the surface of the fibers of the non-woven polymeric fibrous material, have the form of fibers.

Целесообразно, чтобы частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на поверхности основы, имели размер 0,2-5,0 мкм, удельную поверхность 100-250 м2/г и пористость 50-95%.It is advisable that the particles of aluminum oxide hydrate, mounted on the surface of the base, had a size of 0.2-5.0 μm, a specific surface of 100-250 m 2 / g and a porosity of 50-95%.

Предпочтительно, чтобы количество частиц гидрата окиси алюминия, закрепленных на волокнах ацетата целлюлозы или полисульфона, составляло 15-45 мас.%.Preferably, the amount of alumina hydrate particles attached to the cellulose acetate or polysulfone acetate fibers is 15-45 wt.%.

Предпочтительно, чтобы толщина слоя частиц гидрата окиси алюминия, закрепленного на волокнах основы, составляла 60-80% от толщины основы.Preferably, the particle thickness of the alumina hydrate particles attached to the warp fibers is 60-80% of the warp thickness.

Поставленная задача достигается также тем, что, как и в известном, в предлагаемом способе получения фильтрующего материала, включающем нанесение на основу из нетканого полимерного волокнистого материала, полученного методом электроформования, частиц материала на основе алюминия, осуществляют гидролиз частиц материала на основе алюминия с образованием на волокнах основы частиц гидрата окиси алюминия.The task is also achieved by the fact that, as in the known, in the proposed method for producing filter material, including applying to the base of a non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning, particles of an aluminum-based material, hydrolysis of the particles of an aluminum-based material with the formation of fiber base particles of alumina hydrate.

Новым является то, что сначала осуществляют нанесение частиц материала на основе алюминия путем распыления его водной или водно-спиртовой суспензии на одну из сторон поверхности нетканого полимерного волокнистого материала, полученного методом электроформования, затем два обработанных таким образом слоя основы складывают обработанными сторонами навстречу друг другу и осуществляют гидролиз путем нагревания вышеупомянутых обработанных и сложенных двух слоев материала.It is new that, first, particles of an aluminum-based material are applied by spraying its aqueous or aqueous-alcoholic suspension onto one side of the surface of a non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning, then the two layers of the base thus treated are folded with the processed sides facing each other and carry out hydrolysis by heating the aforementioned processed and folded two layers of material.

Целесообразно, что в качестве основы используют нетканый полимерный волокнистый материал с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм, полученный методом электроформования, например, ацетата целлюлозы.It is advisable that a non-woven polymeric fibrous material with a fiber diameter of 1.0-3.0 μm obtained by electrospinning, for example, cellulose acetate, is used as the base.

Целесообразно, что в качестве материала на основе алюминия используют материал с размером частиц менее 1 мкм.It is advisable that as a material based on aluminum use a material with a particle size of less than 1 μm.

Предпочтительно, что в качестве материала на основе алюминия используют порошок, полученный методом электрического взрыва проволоки.It is preferable that the powder obtained by the electric explosion of wire is used as an aluminum-based material.

Предпочтительно, что расход суспензии составляет не менее 600 см3 на 1 м2 полотна.Preferably, the flow rate of the suspension is at least 600 cm 3 per 1 m 2 of canvas.

Предпочтительно, что гидролиз материала на основе алюминия, нанесенного на волокнистую основу, осуществляют при температуре 10-100°С, предпочтительно 50-70°С, при относительной влажности 100%.Preferably, the hydrolysis of the aluminum-based material deposited on the fiber base is carried out at a temperature of 10-100 ° C, preferably 50-70 ° C, at a relative humidity of 100%.

Кроме того, после завершения гидролиза влажный материал прессуют для упрочнения и дополнительного закрепления частиц оксидно-гидроксидных фаз алюминия.In addition, after completion of the hydrolysis, the wet material is pressed to harden and further fix the particles of aluminum oxide-hydroxide phases.

Кроме того, полученный материал сушат до остаточной влажности 3-5%.In addition, the resulting material is dried to a residual moisture content of 3-5%.

Нетканые полимерные волокнистые материалы, полученные методом электроформования, предназначенные для высокоэффективной очистки газов от аэрозолей, имеют чрезвычайно низкое аэродинамическое сопротивление - 1,5-2,0 мм в.ст. при скорости потока воздуха 1 м/с. Кроме того, эти материалы образованы очень длинными полимерными микроволокнами, что придает им высокую механическую прочность и гибкость. Данные материалы с высокой эффективностью удаляют из воздуха аэрозольные частицы - дым, пыль, некоторые бактерии. Однако они не предназначены для удаления из воздуха запаха, газообразных химических веществ органического и неорганического происхождения, мелких бактерий и вирусов. Для придания им этих свойств и улучшения эффективности очистки влажного воздуха волокна необходимо модифицировать частицами сорбента, поглощающего из воздуха влагу, запахи, органические и неорганические газообразные вещества, частицы тумана, микробиологические загрязнения.Non-woven polymeric fibrous materials obtained by electrospinning, designed for highly efficient gas cleaning from aerosols, have extremely low aerodynamic drag - 1.5-2.0 mm century. at an air flow rate of 1 m / s. In addition, these materials are formed by very long polymer microfibers, which gives them high mechanical strength and flexibility. These materials with high efficiency remove aerosol particles from the air - smoke, dust, some bacteria. However, they are not intended to remove odors, gaseous chemicals of organic and inorganic origin, small bacteria and viruses from the air. To give them these properties and improve the efficiency of cleaning moist air, the fibers must be modified with particles of a sorbent that absorbs moisture, odors, organic and inorganic gaseous substances, fog particles, microbiological contaminants.

В качестве такого сорбента предлагается использовать частицы гидрата окиси алюминия, получаемые гидролизом нанопорошка алюминия или алюмонитридной композиции. Данный сорбент имеет развитую поверхность, высокий электроположительный заряд и высокую сорбционную способность по отношению к широкому кругу загрязнителей. Образование частиц гидрата окиси алюминия из нанопорошков алюминия или алюмонитридной композиции происходит в мягких условиях - при температуре 60°С, в водной среде, что позволяет получать их непосредственно на поверхности полимерных микроволокон основы. При этом все полезные свойства основы - высокая механическая прочность, гибкость, высокая пористость, низкое аэродинамическое сопротивление - сохраняются.It is proposed to use aluminum oxide hydrate particles obtained by hydrolysis of aluminum nanopowder or aluminum nitride composition as such an sorbent. This sorbent has a developed surface, a high electropositive charge and a high sorption ability with respect to a wide range of pollutants. The formation of alumina hydrate particles from aluminum nanopowders or an aluminitride composition occurs under mild conditions - at a temperature of 60 ° C, in an aqueous medium, which allows them to be obtained directly on the surface of polymeric microfibres of the base. At the same time, all the useful properties of the base - high mechanical strength, flexibility, high porosity, low aerodynamic drag - are preserved.

В результате такой обработки изначально гладкая поверхность полимерных микроволокон основы покрывается слоем нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия, что придает ей дополнительную пористость и шероховатость. Известно, что шероховатые волокна или частицы значительно более эффективные сорбенты, чем волокна или частицы такого же размера, но с гладкой поверхностью. При этом средний размер пор основы практически не изменяется, так как длина нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия более чем на порядок меньше размера пор основы [Кирш В.А. Фильтры из волокон, покрытых слоем УДМ. Физикохимия ультрадисперсных систем. - М.: Изд-во МИФИ, 1999. - С.217].As a result of this treatment, the initially smooth surface of the polymer microfibers of the base is covered with a layer of nanofibers of oxide-hydroxide phases of aluminum, which gives it additional porosity and roughness. Rough fibers or particles are known to be significantly more effective sorbents than fibers or particles of the same size but with a smooth surface. Moreover, the average pore size of the base practically does not change, since the length of the nanofibers of the oxide-hydroxide phases of aluminum is more than an order of magnitude smaller than the pore size of the base [Kirsh V.A. Filters from fibers coated with a layer of UDM. Physicochemistry of ultrafine systems. - M.: MEPhI Publishing House, 1999. - P.217].

В дальнейшем изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is further illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена структура немодифицированного волокна фильтра Петрянова - гладкие волокна.Figure 1 shows the structure of the unmodified fiber of the Petryanov filter - smooth fibers.

На фиг.2 приведена структура модифицированного волокна фильтра Петрянова - волокна с шероховатой поверхностью.Figure 2 shows the structure of the modified fiber of the Petryanov filter - fiber with a rough surface.

Способ получения материала осуществляется следующим образом.The method of obtaining the material is as follows.

Пример 1Example 1

Готовят суспензию из 200 мл дистиллированной воды и 2 г порошка состава Al/AlN, полученного методом электрического взрыва проволоки, с удельной поверхностью 21 м2/г. Полученную суспензию равномерно наносят на нетканое полотно из ацетата целлюлозы (нетканый полимерный волокнистый материал, полученный методом электроформования) со средним диаметром волокон 1,5 мкм и поверхностной плотностью 30 г/м2. При этом расход суспензии должен составлять 600 см3 на 1 м2 полотна. Два обработанных таким образом полотна (слоя нетканого полимерного волокнистого материала) складывают обработанными сторонами навстречу друг другу. Полученный двухслойный лист нагревают до 70°С в водной среде или на воздухе при относительной влажности 100% для гидролиза нанопорошка алюминия или алюмонитридной композиции в течение 10 мин-48 ч, предпочтительно 30-60 мин. При этом в объеме листа образуются частицы гидрата окиси алюминия. Затем полученный лист сушат до остаточной влажности 3-5% и используют для фильтрования воздуха.A suspension is prepared from 200 ml of distilled water and 2 g of Al / AlN powder obtained by electric explosion of wire with a specific surface of 21 m 2 / g. The resulting suspension is uniformly applied to a nonwoven fabric from cellulose acetate (non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning) with an average fiber diameter of 1.5 μm and a surface density of 30 g / m 2 . The flow rate of the suspension should be 600 cm 3 per 1 m 2 of canvas. The two webs thus treated (layers of non-woven polymeric fibrous material) are folded with the processed sides facing each other. The resulting bilayer sheet is heated to 70 ° C in an aqueous medium or in air at a relative humidity of 100% to hydrolyze the aluminum nanopowder or aluminitride composition for 10 min-48 h, preferably 30-60 min. In this case, alumina hydrate particles are formed in the sheet volume. Then the resulting sheet is dried to a residual moisture content of 3-5% and used to filter air.

Получают материал с толщиной слоя основы 0,28 мм и толщиной слоя частиц гидрата окиси алюминия 0,2 мм, содержащий 27 мас.% гидрата окиси алюминия со средним размером частиц 0,8 мкм, с удельной поверхностью 130 м2/г и пористостью 80%.A material is obtained with a base layer thickness of 0.28 mm and a particle thickness of 0.2 mm alumina hydrate, containing 27 wt.% Alumina hydrate with an average particle size of 0.8 μm, with a specific surface area of 130 m 2 / g and a porosity of 80 %

Полученные фильтры испытывают на эффективность очистки воздуха от микробиологических загрязнений с помощью прибора Кротова. Результаты приведены в таблице 1.The obtained filters are tested for the effectiveness of air purification from microbiological contaminants using the Krotov device. The results are shown in table 1.

Для сравнения в таблице 1 приведены данные, полученные при испытаниях в аналогичных условиях микроволокнистой полимерной основы.For comparison, table 1 shows the data obtained during testing under similar conditions of a microfiber polymer base.

Таблица 1Table 1 ОбразецSample Кол-во микроорганизмов в воздухе, KOE/м3 The number of microorganisms in the air, KOE / m 3 Эффективность очистки, %The cleaning efficiency,% в исходномin the original в отфильтрованном*in filtered * По примеру 1According to example 1 2×104 2 × 10 4 1one 99,999599,9995 По примеру 2According to example 2 2×104 2 × 10 4 00 99,999999,9999 ФПА-15-2,0FPA-15-2.0 2×104 2 × 10 4 18-2018-20 99,999.9

Пример 2Example 2

Готовят суспензию из 200 мл дистиллированной воды и 2 г нанопорошка Al, полученного методом электрического взрыва проволоки, с удельной поверхностью 15 м2/г. Полученную суспензию равномерно наносят на нетканое полотно из ацетата целлюлозы (нетканый полимерный волокнистый материал, полученный методом электроформования) со средним диаметром волокон 1,5 мкм и поверхностной плотностью 30 г/м2. При этом расход суспензии должен составлять 600 см3 на 1 м2 полотна. Два обработанных таким образом полотна (слоя нетканого полимерного волокнистого материала) складывают обработанными сторонами навстречу друг другу. Полученный двухслойный лист нагревают до 70°С в водной среде или на воздухе при относительной влажности 100% для гидролиза нанопорошка алюминия. При этом в объеме листа образуются частицы гидрата окиси алюминия. После завершения гидролиза влажный лист прессуют. Отпрессованный лист сушат до остаточной влажности 3-5%. Полученный фильтровальный материал обладает повышенной механической прочностью при достаточно низком аэродинамическом сопротивлении. Данные сравнительных испытаний приведены в таблице 2.A suspension is prepared from 200 ml of distilled water and 2 g of Al nanopowder obtained by electric explosion of wire with a specific surface area of 15 m 2 / g. The resulting suspension is uniformly applied to a nonwoven fabric from cellulose acetate (non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning) with an average fiber diameter of 1.5 μm and a surface density of 30 g / m 2 . The flow rate of the suspension should be 600 cm 3 per 1 m 2 of canvas. The two webs thus treated (layers of non-woven polymer fibrous material) are folded with the processed sides facing each other. The resulting two-layer sheet is heated to 70 ° C in an aqueous medium or in air at a relative humidity of 100% for hydrolysis of aluminum nanopowder. In this case, alumina hydrate particles are formed in the sheet volume. After hydrolysis is complete, the wet sheet is pressed. The pressed sheet is dried to a residual moisture content of 3-5%. The resulting filter material has increased mechanical strength with a fairly low aerodynamic drag. Comparative test data are shown in table 2.

Таблица 2table 2 ОбразецSample Разрывная нагрузка, НBreaking load, N Аэродинамическое сопротивление при скорости воздушного потока 0,1 м/с, ПаAerodynamic resistance at an air flow rate of 0.1 m / s, Pa По примеру 1According to example 1 4,654.65 306306 По примеру 2According to example 2 5,245.24 353353 ФПА-15-2,0FPA-15-2.0 4,194.19 250250

Claims (14)

1. Фильтрующий материал для очистки воздуха, содержащий в качестве основы нетканый полимерный волокнистый материал и закрепленные на волокнах основы частицы гидрата окиси алюминия, отличающийся тем, он содержит, по крайней мере, два слоя основы, на которых частицы гидрата окиси закреплены только на одной стороне поверхности каждого слоя основы, при этом поверхности с закрепленными частицами гидрата окиси алюминия упомянутых двух слоев сложены навстречу друг другу, образуя слой частиц гидрата окиси алюминия между упомянутыми слоями основы, обладающий сорбционными свойствами.1. The filtering material for air purification, containing as a base a non-woven polymer fibrous material and particles of aluminum oxide hydrate fixed to the base fibers, characterized in that it contains at least two layers of the base on which oxide hydrate particles are fixed on only one side the surface of each base layer, while the surfaces with the particles of aluminum oxide hydrate of the two layers attached are folded towards each other, forming a layer of particles of aluminum oxide hydrate between the said layers you with sorption properties. 2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве нетканого полимерного волокнистого материала выбран материал, полученный методом электроформования, например, из ацетата целлюлозы или полисульфона с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм.2. The filtering material according to claim 1, characterized in that the material obtained by the method of electroforming, for example, from cellulose acetate or polysulfone with a fiber diameter of 1.0-3.0 μm, is selected as a non-woven polymer fibrous material. 3. Фильтрующий материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на поверхности волокон нетканого полимерного волокнистого материала, имеют форму волокон.3. The filter material according to claim 1 or 2, characterized in that the particles of aluminum oxide hydrate attached to the surface of the fibers of the non-woven polymeric fibrous material are in the form of fibers. 4. Фильтрующий материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на поверхности волокон нетканого полимерного волокнистого материала, имеют размер 0,2-5,0 мкм, удельную поверхность 100-250 м2/г и пористость 50-95%.4. The filter material according to claim 1 or 2, characterized in that the particles of aluminum oxide hydrate mounted on the surface of the fibers of the non-woven polymeric fibrous material have a size of 0.2-5.0 μm, a specific surface of 100-250 m 2 / g and porosity of 50-95%. 5. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что количество частиц гидрата окиси алюминия, закрепленных на волокнах ацетата целлюлозы или полисульфона, составляет 15-45 мас.%.5. The filter material according to claim 1, characterized in that the number of particles of alumina hydrate attached to the fibers of cellulose acetate or polysulfone is 15-45 wt.%. 6. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя частиц гидрата окиси алюминия, закрепленного на волокнах основы, составляет 60-80% от толщины основы.6. The filter material according to claim 1, characterized in that the thickness of the layer of particles of alumina hydrate mounted on the fibers of the base is 60-80% of the thickness of the base. 7. Способ получения фильтрующего материала, включающий нанесение на основу из нетканого полимерного волокнистого материала, полученного методом электроформования, частиц материала на основе алюминия, осуществление гидролиза частиц материала на основе алюминия с образованием на волокнах основы частиц гидрата окиси алюминия, отличающийся тем, что сначала осуществляют нанесение частиц материала на основе алюминия путем распыления его водной или водно-спиртовой суспензии на одну из сторон поверхности нетканого полимерного волокнистого материала, полученного методом электроформования, затем два обработанных таким образом слоя основы складывают обработанными сторонами навстречу друг другу и осуществляют гидролиз путем нагревания вышеупомянутых обработанных и сложенных двух слоев материала.7. A method of obtaining a filter material, comprising applying to the base of a non-woven polymer fibrous material obtained by electrospinning, particles of an aluminum-based material, hydrolyzing particles of an aluminum-based material with the formation of alumina hydrate particles on the base fibers, characterized in that applying particles of aluminum-based material by spraying its aqueous or aqueous-alcoholic suspension on one side of the surface of a non-woven polymer fibrous the material obtained by the method of electroforming, then two layers of the base so treated in this way are folded with the processed sides facing each other and hydrolysis is carried out by heating the above-mentioned processed and folded two layers of material. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве основы используют нетканый полимерный волокнистый материал с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм, полученный методом электроформования, например, ацетата целлюлозы.8. The method according to claim 7, characterized in that the basis of the use of non-woven polymer fibrous material with a fiber diameter of 1.0-3.0 μm, obtained by electrospinning, for example, cellulose acetate. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что в качестве материала на основе алюминия используют материал с размером частиц менее 1 мкм.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that as a material based on aluminum using a material with a particle size of less than 1 μm. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве материала на основе алюминия используют порошок, полученный методом электрического взрыва проволоки.10. The method according to claim 9, characterized in that as a material based on aluminum using a powder obtained by the method of electric explosion of wire. 11. Способ по п.7, отличающийся тем, что расход суспензии составляет не менее 600 см3 на 1 м2 полотна.11. The method according to claim 7, characterized in that the flow rate of the suspension is at least 600 cm 3 per 1 m 2 of canvas. 12. Способ по п.7, отличающийся тем, что гидролиз материала на основе алюминия, нанесенного на волокнистую основу, осуществляют при температуре 10-100°С, предпочтительно 50-70°С, при относительной влажности 100%.12. The method according to claim 7, characterized in that the hydrolysis of the aluminum-based material deposited on the fibrous base is carried out at a temperature of 10-100 ° C, preferably 50-70 ° C, at a relative humidity of 100%. 13. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно после завершения гидролиза влажный материал прессуют для упрочнения и дополнительного закрепления частиц оксидно-гидроксидных фаз алюминия.13. The method according to claim 7, characterized in that, additionally, after completion of the hydrolysis, the wet material is pressed to harden and further fix the particles of aluminum oxide-hydroxide phases. 14. Способ по п.7 или 13, отличающийся тем, что полученный материал сушат до остаточной влажности 3-5%. 14. The method according to claim 7 or 13, characterized in that the resulting material is dried to a residual moisture content of 3-5%.
RU2007133261/15A 2007-09-04 2007-09-04 Filtering material for air purification and method for its production RU2349368C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007133261/15A RU2349368C1 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Filtering material for air purification and method for its production
PCT/RU2008/000581 WO2009031944A2 (en) 2007-09-04 2008-09-02 Filtering material for gaseous medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007133261/15A RU2349368C1 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Filtering material for air purification and method for its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2349368C1 true RU2349368C1 (en) 2009-03-20

Family

ID=40429581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007133261/15A RU2349368C1 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Filtering material for air purification and method for its production

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2349368C1 (en)
WO (1) WO2009031944A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607585C1 (en) * 2015-11-16 2017-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Multilayer filtering and sorptive nonwoven material
RU201217U1 (en) * 2020-06-25 2020-12-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) Gas filter
RU2789585C1 (en) * 2022-01-14 2023-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Бакор" Method for manufacturing a filter element for purifying hot gas

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426557C1 (en) * 2009-12-07 2011-08-20 Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) Sorption-bactericidal material, method of its obtaining, method of filtering liquid or gaseous media, medical sorbent

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2242276C1 (en) * 2003-11-27 2004-12-20 Лисецкий Владимир Николаевич Sorbent and a method for preparation thereof
RU2317843C2 (en) * 2005-08-08 2008-02-27 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Filtering material, method of its manufacture and method of filtering
RU2297269C1 (en) * 2005-12-15 2007-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Аквазон" Method of production of filtering material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607585C1 (en) * 2015-11-16 2017-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Multilayer filtering and sorptive nonwoven material
RU201217U1 (en) * 2020-06-25 2020-12-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет-МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) Gas filter
RU2789585C1 (en) * 2022-01-14 2023-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Бакор" Method for manufacturing a filter element for purifying hot gas

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009031944A2 (en) 2009-03-12
WO2009031944A3 (en) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5307772B2 (en) Nanofiber filter media
US8523971B2 (en) Multilayer nanofiber filter
EP2259860B1 (en) Air filtration medium with improved dust loading capacity and improved resistance to high humidity environment
EP2477712B1 (en) Air filtration medium with improved dust loading capacity and improved resistance to high humidity environment
CN106237876A (en) A kind of multifunctional composite film material and production technology thereof
US20050235619A1 (en) Filter medium
EP3061513A1 (en) Filter medium
RU2008114377A (en) ELECTROSTATIC AIR FILTER
BRPI0516682B1 (en) filtration media and process for filtering particulate matter
JPWO2002081055A1 (en) Filter element, method of manufacturing the same, and filter using the element
RU2349368C1 (en) Filtering material for air purification and method for its production
JP2002204928A (en) Photocatalyst carrying deodorizing sheet and filter for air cleaning
JPH0474505A (en) Air cleaning filter element
KR20050024298A (en) Filter medium
RU2008141552A (en) FILTER MEDIUM FOR CLEANING LIQUID AND GAS, METHOD FOR ITS PRODUCTION AND METHOD FOR FILTERING
JP3767722B2 (en) Adsorbent sheet and air purification filter
CN1891325A (en) Nanofiber filter media
KR102262258B1 (en) Chemical-chemi adsorption filter for removal of odor and hazardous dust
US20220081490A1 (en) Cellulose-containing filtration materials and methods of making the same
JP2008212828A (en) Functional fiber sheet and its manufacturing method
JP2000167323A (en) Adsorbable sheet and air purifying filter
JP2002017836A (en) Photocatalyst deposited deodorant sheet and air cleaning filter
RU2675924C1 (en) Filtering package, method for producing a membrane for it and method of manufacturing a gas mask particle filter
JP3831281B2 (en) Air filter medium and air filter unit manufacturing method
JP2001137629A (en) Photocatalytic air cleaning filter

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180207

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190905