RU2531829C1 - Filtration material, method of its production and application - Google Patents

Filtration material, method of its production and application Download PDF

Info

Publication number
RU2531829C1
RU2531829C1 RU2013114497/05A RU2013114497A RU2531829C1 RU 2531829 C1 RU2531829 C1 RU 2531829C1 RU 2013114497/05 A RU2013114497/05 A RU 2013114497/05A RU 2013114497 A RU2013114497 A RU 2013114497A RU 2531829 C1 RU2531829 C1 RU 2531829C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
exchange
modifier
viruses
water
Prior art date
Application number
RU2013114497/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013114497A (en
Inventor
Александр Михайлович Фридкин
Николай Романович Гребенщиков
Валерий Мансурович Сафин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Акватория"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Акватория" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Акватория"
Priority to RU2013114497/05A priority Critical patent/RU2531829C1/en
Publication of RU2013114497A publication Critical patent/RU2013114497A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2531829C1 publication Critical patent/RU2531829C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: set of inventions relates to production of filter material with high adsorption properties, particularly, to fibrous filter medium and to methods of its production and application, and can be used for deactivation of viruses at water filtration via bed or beds of this material. Fibrous ion-exchange filter material is produced by alkaline hydrolysis by polyacryl nitrile in the presence of amine-bearing compounds and has isoelectric surface point outside the range pH 6-9 and full exchange capacity of at least 4 mmol/g. Proposed method comprises production of material by modification of polyacryl nitrile or its copolymers in alkaline medium in the presence of modifier containing aliphatic hydrocarbon fragments in their molecular structure and at least two amino groups as well as modifier in reaction mix with respect to initial material in amount of at least 100 mol/kg.
EFFECT: efficient deactivation of viruses at filtration of aqueous media, ion-exchange material with isoelectric surface point outside pH range of 6-9.
11 cl, 4 dwg, 3 tbl, 8 ex

Description

Область техникиTechnical field

Группа изобретений относится к производству фильтрующего материала с высокими адсорбирующими свойствами, а именно волокнистому фильтрующему материалу и способам его получения и применения, и может быть использовано для дезактивации вирусов при фильтрации воды через слой или слои этого материала.The group of inventions relates to the production of filtering material with high adsorbing properties, namely, fibrous filtering material and methods for its preparation and use, and can be used to deactivate viruses by filtering water through a layer or layers of this material.

Несмотря на современные средства очищения воды от вредных примесей и патогенных микроорганизмов, вирусы передаются через системы водоснабжения и подвергают риску широкие слои населения. В быту наибольшей популярностью пользуются фильтры, содержащие фильтрующие материалы. Уровень техники предлагает различные фильтрующие материалы, обладающие способностью к адсорбции из воды различных частиц, включая вирусы.Despite modern means of purifying water from harmful impurities and pathogenic microorganisms, viruses are transmitted through water supply systems and jeopardize the general population. In everyday life, filters containing filtering materials are most popular. The prior art offers a variety of filter materials with the ability to adsorb various particles, including viruses, from water.

Уровень техникиState of the art

В настоящем изобретении термин вирус (лат. virus - яд) означает субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма. По природе вирусы являются автономными генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вирусы представляют собой микроскопические частицы, состоящие из молекул нуклеиновых кислот - ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку. Вирусы способны инфицировать живые организмы и являются облигатными паразитами, так как не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя как частицы органических полимеров.In the present invention, the term virus (lat. Virus - poison) means a subcellular infectious agent that can only be reproduced inside living cells of the body. By nature, viruses are autonomous genetic elements that have an extracellular stage in the development cycle. Viruses are microscopic particles consisting of nucleic acid molecules - DNA or RNA, enclosed in a protein coat. Viruses are able to infect living organisms and are obligate parasites, as they are not able to multiply outside the cell. Outside the cell, viral particles do not show signs of life and behave like particles of organic polymers.

Многие вирусы, способные вызывать серьезные заболевания, могут попадать в организм человека с питьевой водой. В области технологий очистки воды удалению или дезактивации вирусов уделяется особое внимание, связанное как с важностью решения этой проблемы, так и с технической сложностью этого решения.Many viruses that can cause serious diseases can enter the human body with drinking water. In the field of water purification technologies, the removal or decontamination of viruses is given special attention related to both the importance of solving this problem and the technical complexity of this solution.

Наиболее часто для удаления вирусов из воды применяют адсорбционные методы, которые предполагают использование мелкодисперсных материалов с высоким зарядом поверхности и развитой площадью контакта с водой. Фиксация вируса происходит преимущественно за счет электростатических взаимодействий. Помимо вирусов в воде содержится значительное количество веществ органического происхождения с тем же поверхностным зарядом: природные полимеры (гуминовые кислоты), техногенные вещества (ПАВ), микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.Most often, adsorption methods are used to remove viruses from water, which involve the use of finely dispersed materials with a high surface charge and a developed contact area with water. Fixation of the virus occurs mainly due to electrostatic interactions. In addition to viruses, water contains a significant amount of substances of organic origin with the same surface charge: natural polymers (humic acids), technogenic substances (surfactants), microorganisms and their metabolic products.

Поэтому фиксация вирусов протекает в форме конкурентной адсорбции с веществами сходной природы, массовое содержание которых значительно больше, чем вирусов.Therefore, the fixation of viruses proceeds in the form of competitive adsorption with substances of a similar nature, the mass content of which is much greater than viruses.

Известен фильтрующий материал, обладающий способностью к адсорбции из воды различных частиц, включая вирусы [WO 2007018454, RU 2005125140, 2007]. Согласно изобретению на поверхность полимерных волокон механически наносят субмикронные частицы гидрата окиси алюминия, которые в контакте с водой приобретают положительный заряд, благодаря которому фильтрующий материал приобретает указанную способность. Недостатком известного материала является отсутствие химической связи активных частиц с полимерными волокнами. Вследствие этого возможен вынос частиц из фильтрующего слоя. Кроме того, частицы гидратированной окиси алюминия способны к растворению при pH воды выше 8, что в условиях реальной эксплуатации приведет к быстрой потере активности материала.Known filter material with the ability to adsorb from water various particles, including viruses [WO 2007018454, RU 2005125140, 2007]. According to the invention, submicron particles of alumina hydrate are mechanically applied to the surface of the polymer fibers, which in contact with water acquire a positive charge, due to which the filter material acquires the indicated ability. A disadvantage of the known material is the lack of chemical bonding of the active particles with polymer fibers. As a result of this, particles can be removed from the filter layer. In addition, particles of hydrated alumina are capable of dissolving at a pH of water above 8, which in real-life conditions will lead to a rapid loss of activity of the material.

Известно устройство для фильтрации, способное при пропускании через него воды к подавлению бактерий и вирусов содержащее, по крайней мере, одну волокнистую структуру, представляющую собой смесь нановолокон гидроокиси алюминия и других волокон, помещенная в матрицу для создания асимметричных пор для фильтрации частиц от маленького до наноразмера [патент US 7390343, 2008]. В известном решении для достижения требуемого результата, активный компонент, инактивирующий вирусы, должен наноситься на инертный носитель. Однако в силу физических свойств инертного носителя невозможно нанести активный компонент в количестве, требуемом для удаления вирусов в больших количествах.A device for filtering is known, which, when passing water through it to inhibit bacteria and viruses, contains at least one fibrous structure, which is a mixture of nanofibers of aluminum hydroxide and other fibers, placed in a matrix to create asymmetric pores for filtering particles from small to nanoscale [patent US 7390343, 2008]. In a known solution to achieve the desired result, the active component, inactivating viruses, must be applied to an inert carrier. However, due to the physical properties of the inert carrier, it is not possible to apply the active component in the amount required to remove viruses in large quantities.

Известен фильтрующий материал, в состав которого входят частицы активированного угля, покрытого катионным полимером [RU 2372983, 2009; WO 2006110632; US 7922008]. В результате поверхность материала приобретает способность к адсорбции различных частиц, в том числе вирусов. Недостатком материала является возможность частичного смывания водорастворимого полимера в воду в процессе фильтрации.Known filter material, which includes particles of activated carbon coated with a cationic polymer [RU 2372983, 2009; WO 2006110632; US 7922008]. As a result, the surface of the material acquires the ability to adsorb various particles, including viruses. The disadvantage of this material is the ability to partially wash off the water-soluble polymer into water during the filtration process.

Известен материал, представляющий собой фильтрующую среду, которая включает частицы малорастворимого соединения, имеющего изоэлектрическую точку при более высоком значении pH, чем фильтруемая среда, при этом указанные частицы связаны полимерным низкоплавким связующим [US 6989101, 2006].Known material, which is a filter medium, which includes particles of a sparingly soluble compound having an isoelectric point at a higher pH value than the filtered medium, while these particles are bound by a low-melting polymer binder [US 6989101, 2006].

Следует учитывать, что вирус в воде представляет собой частицу с преимущественно белковой поверхностью с невысоким собственным зарядом, зависящим от pH среды. Поэтому сила связывания вируса на поверхности невелика, и вирус не фиксируется необратимо в точке контакта с поверхностью адсорбента, но при постоянном потоке жидкости вдоль поверхности имеет место миграция вируса, а при локальных колебаниях состава воды возможна его десорбция.It should be borne in mind that the virus in water is a particle with a predominantly protein surface with a low intrinsic charge, depending on the pH of the medium. Therefore, the binding force of the virus on the surface is small, and the virus is not fixed irreversibly at the point of contact with the surface of the adsorbent, but with a constant flow of liquid along the surface, the virus migrates, and with local fluctuations in the composition of water, its desorption is possible.

Известен материал, полученный щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии гидразина в качестве сшивающего агента [US 5109028, 1992].Known material obtained by alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile in the presence of hydrazine as a crosslinking agent [US 5109028, 1992].

Наиболее близким аналогом предлагаемого материала по технической сущности, является волокнистый ионообменный фильтрующий материал, полученный щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии аминосодержащих соединений [WO 2009057235 А1].The closest analogue of the proposed material in technical essence is a fibrous ion-exchange filter material obtained by alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile in the presence of amine-containing compounds [WO 2009057235 A1].

Известны методы модификации поликарилонитрильных волокон в щелочной среде в присутствии гидразина, которые позволяют получить материалы с высокой суммарной обменной емкостью. Заряд поверхности этих материалов определяется соотношением кислотных и основных групп в материале и степенью диссоциации этих групп. Известными способами модификации полиакрилонитрила можно получить материалы с недостаточным зарядом поверхности в диапазоне pH 6-9. Часто у этих материалов в указанном диапазоне pH лежит изоэлектрическая точка. Именно по этой причине у указанных материалов ранее не обнаруживались антивирусные свойства.Known methods for the modification of polycarilonitrile fibers in an alkaline medium in the presence of hydrazine, which allow to obtain materials with a high total exchange capacity. The surface charge of these materials is determined by the ratio of acid and basic groups in the material and the degree of dissociation of these groups. Known methods for modifying polyacrylonitrile, it is possible to obtain materials with insufficient surface charge in the pH range of 6-9. Often these materials have an isoelectric point in the indicated pH range. For this reason, the indicated materials did not previously show antiviral properties.

Известен способ получения модифицированных полимеров на основе полиакрилонитрила с применением гидроксиламина и его производных на [RU 94027687 А, 1994]. Как и в случае материалов, полученных с применением гидразина, в процессе синтеза образуются основные группы низкой основности.A known method of producing modified polymers based on polyacrylonitrile using hydroxylamine and its derivatives on [RU 94027687 A, 1994]. As in the case of materials obtained using hydrazine, the main groups of low basicity are formed in the synthesis process.

Известны варианты модификации полиакрилонитрила методом обработки гидразином с одновременным или последующим проведением щелочного гидролиза. Эти способы применяются для получения материалов для поглощения: основных газов [US 5766757, 1998; US 5783304, 1998], влагопоглощающих материалов [US 5853879, 1998], материалов с повышенным сродством к красителям [WO 2009057235, 2009].Modifications of polyacrylonitrile are known by hydrazine treatment with simultaneous or subsequent alkaline hydrolysis. These methods are used to obtain materials for absorption: basic gases [US 5766757, 1998; US 5783304, 1998], moisture-absorbing materials [US 5853879, 1998], materials with increased affinity for dyes [WO 2009057235, 2009].

Известен способ получения материала, согласно которому щелочной гидролиз полиакрилонитрила в присутствии гидразина приводит к увеличению содержания азота в материале и к приобретению им водопоглощающих и антибактериальных свойств [US 5.292.822, 1994].A known method of producing a material according to which alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile in the presence of hydrazine leads to an increase in the nitrogen content in the material and to its acquisition of water-absorbing and antibacterial properties [US 5.292.822, 1994].

Также известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна методом щелочного гидролиза в присутствии гидразина, отличающийся наличием дополнительной стадии удаления следов гидразина [RU 2262557, 2005].Also known is a method of producing ion-exchange polyacrylonitrile fiber by alkaline hydrolysis in the presence of hydrazine, characterized by the presence of an additional step of removing traces of hydrazine [RU 2262557, 2005].

Все материалы, полученные с использованием гидразина в качестве модификатора и сшивающего агента, обладают общим недостатком. Образующиеся при взаимодействии нитрильных групп с гидразином гидразидины, как и продукты их частичного гидролиза - гидразиды, обладают низкой основностью. Поэтому при контакте с водой в диапазоне pH 6-9, характерном для питьевой воды, эти группы не дают заряженных протонированных форм, вследствие чего указанный класс материалов не обладает выраженной антивирусной активностью.All materials obtained using hydrazine as a modifier and a crosslinking agent have a common drawback. Hydrazidines formed during the interaction of nitrile groups with hydrazine, as well as the products of their partial hydrolysis - hydrazides, have a low basicity. Therefore, upon contact with water in the pH range of 6–9, typical for drinking water, these groups do not give charged protonated forms, as a result of which this class of materials does not have a pronounced antiviral activity.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ получения волокнистого материала путем модификации полиакрилонитрила или его сополимеров в щелочной среде в присутствии модификатора, содержащего в своей молекулярной структуре алифатические углеводородные фрагменты и не менее двух аминогрупп [WO 2009057235 A1].The closest analogue of the proposed method is a method for producing a fibrous material by modifying polyacrylonitrile or its copolymers in an alkaline medium in the presence of a modifier containing aliphatic hydrocarbon fragments and at least two amino groups in its molecular structure [WO 2009057235 A1].

Среди известных методов обеззараживания воды по-прежнему наиболее широко используются соединения хлора, после обработки которым вода по индикаторным бактериям является стандартной, но может содержать вирусы.Among the known methods of water disinfection, chlorine compounds are still the most widely used, after the treatment of which water is standard for indicator bacteria, but can contain viruses.

Известен способ обработки воды, обеспечивающий эффективную очистку воды от вирусного загрязнения, с использованием гетерогенного сенсибилизатора [RU 2470051, 2011].A known method of water treatment that provides effective water purification from viral contamination using a heterogeneous sensitizer [RU 2470051, 2011].

Известен способ фильтрования, включающий обеспечение контакта протекающей воды с фильтрующим материалом, в качестве которого используют органическое синтетическое полимерное полотно, на волокнах которого закреплены частицы гидрата окиси алюминия [ЕА 012492, 2008, WO 200701845], принятый в качестве наиболее близкого аналога.A known method of filtering, including ensuring contact of the flowing water with the filter material, which is used as an organic synthetic polymer cloth, on the fibers of which particles of aluminum oxide hydrate are fixed [EA 012492, 2008, WO 200701845], adopted as the closest analogue.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В основу группы изобретений поставлена задача получения материала с высокой степенью заряда поверхности вне диапазона pH 6-9, а также способа получения материала, обеспечивающего высокое содержание в материале заряженных фиксированных групп, и способа фильтрации, обеспечивающего достаточное время контакта фильтруемой жидкости со слоем или слоями этого материала.The basis of the group of inventions is the task of obtaining a material with a high degree of surface charge outside the pH range of 6-9, as well as a method for producing a material that provides a high content of charged fixed groups in the material, and a filtration method that provides sufficient contact time of the filtered fluid with the layer or layers of this material.

Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в способности волокнистого ионообменного фильтрующего материала, имеющего изоэлектрическую точку поверхности вне диапазона pH 6-9, дезактивировать вирусы при фильтрации им водных сред.The technical result achieved using the group of inventions consists in the ability of a fibrous ion-exchange filter material having an isoelectric surface point outside the pH range of 6-9 to deactivate viruses when they filter aqueous media.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложена группа изобретений, объединенных общим изобретательским замыслом.To solve the problem and achieve the technical result, a group of inventions is proposed, united by a common inventive concept.

Одним из аспектов изобретения является волокнистый ионообменный фильтрующий материал, полученный щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии аминосодержащих соединений, характеризующийся тем, что имеет изоэлектрическую точку поверхности вне диапазона pH 6-9.One aspect of the invention is a fibrous ion exchange filter material obtained by alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile in the presence of amine-containing compounds, characterized in that it has an isoelectric surface point outside the pH range of 6-9.

В дополнительном аспекте материал характеризуется значением pH изоэлектрической точки менее 6.In an additional aspect, the material is characterized by a pH value of the isoelectric point of less than 6.

В дополнительном аспекте материал характеризуется значением pH изоэлектрической точки более 9.In an additional aspect, the material is characterized by a pH value of the isoelectric point of more than 9.

В дополнительном аспекте материал характеризуется тем, что имеет полную обменную емкость не менее 4 ммоль/г.In an additional aspect, the material is characterized in that it has a total exchange capacity of at least 4 mmol / g.

Другим аспектом изобретения является способ получения волокнистого ионообменного фильтрующего материала, включающий получение материала модификацией полиакрилонитрила или его сополимеров в щелочной среде в присутствии модификатора, содержащего в своей молекулярной структуре алифатические углеводородные фрагменты и не менее двух аминогрупп, характеризующийся тем, что содержит модификатор в реакционной смеси по отношению к исходному материалу в количестве не менее 100 моль/кг.Another aspect of the invention is a method for producing a fibrous ion-exchange filter material, comprising obtaining a material by modifying polyacrylonitrile or its copolymers in an alkaline medium in the presence of a modifier containing aliphatic hydrocarbon fragments and at least two amino groups in its molecular structure, characterized in that it contains a modifier in the reaction mixture according to relative to the starting material in an amount of not less than 100 mol / kg

В дополнительном аспекте способ получения характеризуется тем, что в качестве модификатора используют алифатический диамин.In an additional aspect, the production method is characterized in that an aliphatic diamine is used as a modifier.

В дополнительном аспекте способ получения характеризуется тем, что в качестве модификатора используют этилендиамин.In an additional aspect, the production method is characterized in that ethylene diamine is used as a modifier.

В дополнительном аспекте способ получения характеризуется тем, что в качестве модификатора используют гексаметилендиамин.In an additional aspect, the production method is characterized in that hexamethylenediamine is used as a modifier.

Следующим аспектом изобретения является способ фильтрования, включающий обеспечение контакта протекающей воды с фильтрующим материалом, характеризующийся тем, что используют волокнистый ионообменный фильтрующий материал, полученный согласно изобретению.A further aspect of the invention is a filtering method comprising contacting the flowing water with a filter material, characterized in that a fibrous ion exchange filter material obtained according to the invention is used.

В дополнительном аспекте способ фильтрования характеризуется тем, что фильтрующий слой или слои характеризуются удельной поверхностью контакта волокнистого материала с протекающей водой не менее 300 см2/см3.In an additional aspect, the filtering method is characterized in that the filter layer or layers are characterized by a specific contact surface of the fibrous material with flowing water of at least 300 cm 2 / cm 3 .

В дополнительном аспекте способ фильтрования характеризуется тем, что плотность укладки фильтрующего материала в слой или слои находится в диапазоне от 0,15 до 0,50 г/см3.In an additional aspect, the filtering method is characterized in that the packing density of the filter material in the layer or layers is in the range from 0.15 to 0.50 g / cm 3 .

В дополнительном аспекте способ фильтрования характеризуется тем, что эффективное время контакта протекающей воды с фильтрующим материалом составляет не менее 5 секунд.In an additional aspect, the filtering method is characterized in that the effective contact time of the flowing water with the filter material is at least 5 seconds.

В дополнительном аспекте способ фильтрования характеризуется тем, что фильтрацию осуществляют через несколько слоев фильтрующих материалов, по крайней мере, один из слоев состоит из материала согласно изобретению.In an additional aspect, the filtering method is characterized in that the filtering is carried out through several layers of filtering materials, at least one of the layers consists of a material according to the invention.

В дополнительном аспекте способ фильтрования характеризуется тем, что фильтрацию осуществляют через несколько слоев фильтрующих материалов, по крайней мере, два из которых составлены из материала согласно изобретению.In an additional aspect, the filtering method is characterized in that the filtering is carried out through several layers of filtering materials, at least two of which are composed of material according to the invention.

Материалы, полученные предлагаемым способом, обладают значительным зарядом поверхности, что обнаруживается при измерении дзета-потенциала материала при протекании водных растворов электролитов через уплотненный слой материала. В диапазоне pH 6-9 и ионной силе раствора 10-3 М, характерные значения дзета-потенциала составляют по абсолютному значению более 20 мВ. Изоэлектрические точки материалов, определенные по зависимости дзета потенциала от pH лежат вне диапазона pH для питьевой воды (6-9).The materials obtained by the proposed method have a significant surface charge, which is found when measuring the zeta potential of the material during the flow of aqueous solutions of electrolytes through a compacted layer of material. In the pH range of 6–9 and the ionic strength of the solution 10–3 M, the characteristic values of the zeta potential are more than 20 mV in absolute value. The isoelectric points of the materials, determined by the dependence of the zeta potential on pH, lie outside the pH range for drinking water (6–9).

Согласно изобретению материалы получены щелочным гидролизом полиакрилонитрильных волокон в присутствии двухосновных аминов, преимущественно - этилендиамина. При этом синтез проводят при большом избытке диамина, так что мольное содержание диамина в реакционной ванне по отношению к весу исходного полиакрилонитрила составляет более 100 моль/кг, то есть в пять раз превышает мольное содержание нитрильных групп в исходном полимере, которое составляет для чистого полиакрилонитрила 18,9 моль/кг. Содержание щелочи (NaOH) в реакционной влияет на скорость модификации, но не свойства конечного материала. Поэтому в приведенных ниже примерах она выбрана на уровне известного уровня техники и составляла 0,5-1 моль/л раствора.According to the invention, the materials obtained by alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile fibers in the presence of dibasic amines, mainly ethylenediamine. In this case, the synthesis is carried out with a large excess of diamine, so that the molar content of diamine in the reaction bath relative to the weight of the starting polyacrylonitrile is more than 100 mol / kg, that is, five times the molar content of nitrile groups in the starting polymer, which is 18 for pure polyacrylonitrile 9 mol / kg. The alkali content (NaOH) in the reaction affects the rate of modification, but not the properties of the final material. Therefore, in the examples below, it was selected at the level of the prior art and amounted to 0.5-1 mol / l of solution.

Диамины характеризуются гораздо большей основностью, чем традиционно применяемый для модификации полиакрилонитрила, гидразин. Так первая и вторая константы основности гидразина составляют 1,2×10-6 и 8,9×10-16, этилендиамина - 1,2×10-4 и 9,8×10-8 соответственно. В условия избытка диамина, по крайней мере, часть его молекул взаимодействует с нитрильными группами полимера только одной из аминогрупп. Свободная аминогруппа протонируется при взаимодействии с карбоксильными группами, образующимися в процессе гидролиза нитрильных групп. Таким образом, в материале присутствуют ионизированные кислотные и основные группы, а заряд поверхности волокон определяется соотношением этих групп.Diamines are characterized by much greater basicity than traditionally used for the modification of polyacrylonitrile, hydrazine. So the first and second constants of hydrazine basicity are 1.2 × 10-6 and 8.9 × 10-16, ethylenediamine - 1.2 × 10-4 and 9.8 × 10-8, respectively. Under conditions of excess diamine, at least part of its molecules interact with the nitrile groups of the polymer of only one of the amino groups. The free amino group is protonated by interaction with carboxyl groups formed during the hydrolysis of nitrile groups. Thus, ionized acidic and basic groups are present in the material, and the surface charge of the fibers is determined by the ratio of these groups.

При проведении гидролиза в водной среде в материале имеется избыток карбоксильных групп по отношению к основным группам, поэтому такие материалы характеризуются отрицательными значениями дзета-потенциала в области pH питьевой воды (6-9). Гидролиз в неводном растворителе (этиленгликоль или глицерин) приводит к получению материала с избытком основных групп и, соответственно, к положительным значениям дзета-потенциала в контакте с водой.During hydrolysis in an aqueous medium, the material contains an excess of carboxyl groups with respect to the main groups; therefore, such materials are characterized by negative values of the zeta potential in the pH range of drinking water (6--9). Hydrolysis in a non-aqueous solvent (ethylene glycol or glycerin) leads to the production of a material with an excess of basic groups and, accordingly, to positive values of the zeta potential in contact with water.

Для удаления вирусов из водных сред производится их фильтрация через слой или слои материала согласно изобретению. Будучи волокнистым материалом, химически модифицированный полиакрилонитрил образует упругие фильтрующие слои. В зависимости от усилия сжатия слоя могут быть получены фильтрующие слои с плотностью укладки материала от 0,15 до 0,50 г/см3. Меньшая плотность фильтрационного материала приводит к неэффективной фильтрации - из-за канальных эффектов в слое материала, большая плотность - к малой проницаемости фильтрующего слоя.To remove viruses from aqueous media, they are filtered through a layer or layers of material according to the invention. Being a fibrous material, chemically modified polyacrylonitrile forms elastic filter layers. Depending on the compression force of the layer, filter layers with a packing density of 0.15 to 0.50 g / cm 3 can be obtained. A lower density of the filtration material leads to inefficient filtration - due to channel effects in the material layer, a higher density - to a low permeability of the filter layer.

Поскольку связывание вирусных частиц происходит на поверхности волокон, важной характеристикой фильтрующего слоя является удельная поверхность контакта материала с водой, отнесенная к единице объема фильтрующего слоя. Удельная поверхность волокон модифицированного полиакрилонитрила толщиной 20 мкм и собственной плотностью 1,15 составляет 0,17 м2/г. Тогда приведенный выше диапазон плотностей укладки фильтрующего слоя соответствует диапазону удельных поверхностей материала в фильтрующем слое 255-850 см2/см3.Since the binding of viral particles occurs on the surface of the fibers, an important characteristic of the filter layer is the specific contact surface of the material with water, referred to as the unit volume of the filter layer. The specific surface area of the modified polyacrylonitrile fibers with a thickness of 20 μm and an intrinsic density of 1.15 is 0.17 m 2 / g. Then the above range of densities of laying the filter layer corresponds to the range of specific surfaces of the material in the filter layer 255-850 cm 2 / cm 3 .

Вторым важным параметром работы фильтрующего слоя является время контакта жидкости с фильтрующим слоем, определяемое как отношение объема фильтрующего слоя к объемной скорости фильтрации жидкости. При этом следует принимать во внимание, что слои с различным уплотнением материала имеют различную долю свободного объема, заполненного водой. Поэтому корректной характеристикой процесса фильтрации является эффективное время контакта, рассчитываемое по формуле:The second important parameter of the filter layer is the contact time of the liquid with the filter layer, defined as the ratio of the volume of the filter layer to the volumetric rate of liquid filtration. It should be borne in mind that layers with different compaction of the material have a different fraction of the free volume filled with water. Therefore, the correct characteristic of the filtration process is the effective contact time, calculated by the formula:

t э ф = = V ( 1 ρ ' ρ ) q

Figure 00000001
t uh f = = V ( one - ρ '' ρ ) q
Figure 00000001

где V - объем фильтрующего слоя, р - собственная плотность фильтрующего материала, р' - плотность укладки материала в фильтрующем слое, q - объемная скорость потока жидкости. Экспериментально было установлено, что необходимое для удаления вирусов эффективное время контакта должно составлять не менее 5 секунд.where V is the volume of the filter layer, p is the intrinsic density of the filter material, p 'is the packing density of the material in the filter layer, q is the volumetric flow rate of the liquid. It was experimentally established that the effective contact time necessary to remove viruses should be at least 5 seconds.

Краткое описание графических материаловA brief description of the graphic materials

Изобретение иллюстрируется примерами: способов получения примеры волокнистого ионообменного фильтрующего материала (примеры 1-7); тестирования материала (пример 8) и способов дезактивации вирусов в водных средах (пример 9 и 10).The invention is illustrated by examples: methods for producing examples of fibrous ion-exchange filter material (examples 1-7); material testing (example 8) and methods for deactivating viruses in aqueous media (examples 9 and 10).

Сущность группы изобретений поясняется графическими материалами.The essence of the group of inventions is illustrated by graphic materials.

На Фиг.1 изображена стеклянная проточная колонка для измерения потенциала протекания воды через фильтрующий слой.Figure 1 shows a glass flow column for measuring the potential for the flow of water through the filter layer.

На Фиг.2 представлен график зависимости дзета-потенциала материала, полученного согласно примерам (1-3) от значений pH, при использовании в качестве электролита 10-3 М смешанные буферные растворы ацетата натрия с уксусной кислотой с различными значениями pH.Figure 2 presents a graph of the dependence of the zeta potential of the material obtained according to examples (1-3) on pH values, when using as an electrolyte 10 -3 M mixed buffer solutions of sodium acetate with acetic acid with different pH values.

На Фиг.3 представлен график зависимости дзета-потенциала материала, полученного согласно примерам (4-6) от значений pH, при использовании в качестве раствора электролита использовали 10-3 М смешанные буферные растворы карбоната и бикарбоната натрия с различными значениями pH.Figure 3 presents a graph of the dependence of the zeta potential of the material obtained according to examples (4-6) on pH values; when used as an electrolyte solution, 10 -3 M mixed buffer solutions of sodium carbonate and sodium bicarbonate with different pH values were used.

На Фиг.4 представлен график зависимости дзета-потенциала материала, полученного согласно примерам 7 от значений pH, при использовании в качестве раствора электролита использовали 10-3 М смешанные буферные растворы карбоната и бикарбоната натрия с различными значениями pHFigure 4 presents a graph of the dependence of the zeta potential of the material obtained according to examples 7 on pH values; when used as an electrolyte solution, 10 -3 M mixed buffer solutions of sodium carbonate and sodium bicarbonate with different pH values were used

В Таблице 1 представлены результаты тестов на наличие или отсутствие активных вирусных частиц в воде, отфильтрованной материалом, полученным согласно примерам (1-7). В качестве вирусной культуры использовали ротавирус человека HRV/SPb/884/10/05.Table 1 presents the test results for the presence or absence of active viral particles in water, filtered material obtained according to examples (1-7). The human rotavirus HRV / SPb / 884/10/05 was used as the viral culture.

В Таблице 2 представлены результаты тестов на наличие или отсутствие активных вирусных частиц в воде, отфильтрованной через два фильтрующих слоя, один из которых является материалом по изобретению. При этом в качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005).Table 2 presents the test results for the presence or absence of active viral particles in water filtered through two filter layers, one of which is a material according to the invention. In this case, norovirus was used as a viral culture (noro-Spb / 2005).

В Таблице 3 представлены результаты тестов на наличие или отсутствие активных вирусных частиц в воде, отфильтрованной через три фильтрующих слоя, два из которых являются материалом по изобретению. При этом в качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005).Table 3 presents the test results for the presence or absence of active viral particles in water filtered through three filter layers, two of which are material according to the invention. In this case, norovirus was used as a viral culture (noro-Spb / 2005).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Пример 1. Способ получения волокнистого ионообменного фильтрующего материала в водной средеExample 1. A method of obtaining a fibrous ion-exchange filter material in an aqueous medium

Получают волокнистый ионообменного фильтрующий материал по следующей методике: 4 г полиакрилонитрильного волокна (производство Tai'an Tongban Fiber Co., Ltd, КНР) помещают в 250 мл коническую колбу, куда добавляют 200 мл модифицирующего раствора. Раствор приготавливают на водной основе, концентрация этилендиамина составляет 2,5 моль/л (150 г/л), концентрация щелочи - гидроксида натрия составляет 1 моль/л (40 г/л).A fibrous ion-exchange filter material was prepared according to the following procedure: 4 g of polyacrylonitrile fiber (manufactured by Tai'an Tongban Fiber Co., Ltd, China) was placed in a 250 ml conical flask, to which 200 ml of a modifying solution was added. The solution is prepared on a water basis, the concentration of ethylene diamine is 2.5 mol / l (150 g / l), the concentration of alkali - sodium hydroxide is 1 mol / l (40 g / l).

Колбу с реакционной смесью нагревают на водяной бане при непрерывном перемешивании, процесс модификации проводят до приобретения волокнами темно-красного цвета. После этого волокна материала отделяют от раствора, промывают большим количеством воды. Затем материал попеременно обрабатывают 0,1 М растворами гидроксида натрия и соляной кислоты для удаления остаточных количеств реагентов.The flask with the reaction mixture is heated in a water bath with continuous stirring, the modification process is carried out until the fibers are dark red. After this, the fibers of the material are separated from the solution, washed with plenty of water. Then the material is alternately treated with 0.1 M solutions of sodium hydroxide and hydrochloric acid to remove residual amounts of reagents.

После окончательной промывки и сушки материал приобретает желто-коричневый цвет. Полученный материал содержит функциональные группы основного и кислотного характера. Обменные емкости для каждого вида групп определяют в соответствии с ГОСТ 20255.1-89 «Иониты. Метод определения статистической обменной емкости» или ASTMD 2187-94 (1998) «Standard Test Methods for PHysical and Chemical Properties of Particulate Ion-Exchange Resins».After final washing and drying, the material acquires a tan color. The resulting material contains functional groups of the main and acidic nature. Exchange capacity for each type of group is determined in accordance with GOST 20255.1-89 “Ionites. Method for the determination of statistical exchange capacity "or ASTMD 2187-94 (1998)" Standard Test Methods for PHysical and Chemical Properties of Particulate Ion-Exchange Resins ".

Обменная емкость по анионообменным группам - 1,2 ммоль/г, по катионообменным группам - 3,3 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 4,5 ммоль/г.The exchange capacity for anion-exchange groups is 1.2 mmol / g, for cation-exchange groups is 3.3 mmol / g, the total exchange capacity is 4.5 mmol / g.

Для определения изоэлектрической точки пробы материала помещают в стеклянную проточную колонку (см. Фиг.1), снабженную на входе и выходе хлорсеребряными электродами (1), в колонке на перфорированной перегородке (2) располагается слой волокнистого материала (3). Для измерения электропроводности раствора и фильтрующего слоя имеются соответственно две пары платиновых электродов (4). В процессе протекания воды через колонку измеряют потенциал протекания раствора электролита.To determine the isoelectric point of the sample, the material is placed in a glass flow column (see Figure 1), equipped with silver chloride electrodes at the inlet and outlet (1), a layer of fibrous material (3) is located in the column on the perforated partition (2). To measure the electrical conductivity of the solution and the filter layer, there are, respectively, two pairs of platinum electrodes (4). During the flow of water through the column, the potential of the flow of the electrolyte solution is measured.

По результатам измерений потенциала протекания и перепада давления жидкости рассчитывают дзета-потенциал материала по уравнению:According to the measurement results of the flow rate and pressure drop of the liquid, the zeta potential of the material is calculated by the equation:

ζ = η λ s ε ε 0 Δ ϕ Δ Ρ

Figure 00000002
ζ = η λ s ε ε 0 Δ ϕ Δ Ρ
Figure 00000002

где Δφ - измеренное значение потенциала течения; ΔP - потеря давления при протекании жидкости через пористый материал; η - динамическая вязкость жидкости; λs - собственная удельная электропроводность пористой среды; ε и ε0 - диэлектрическая проницаемость среды и вакуума.where Δφ is the measured value of the flow potential; ΔP - pressure loss during fluid flow through a porous material; η is the dynamic viscosity of the liquid; λ s - intrinsic electrical conductivity of the porous medium; ε and ε 0 - dielectric constant of the medium and vacuum.

В качестве электролита были использованы 10-3 М смешанные буферные растворы ацетата натрия с уксусной кислотой с различными значениями pH. Раствор пропускали через колонку до установления стабильного значения pH на выходе из колонки.As an electrolyte, 10 -3 M mixed buffer solutions of sodium acetate with acetic acid with different pH values were used. The solution was passed through the column until a stable pH was established at the outlet of the column.

По результатам серии измерений была получена зависимость дзета-потенциала материала от pH, представленная на Фиг.2. Как видно из графика (см. Фиг.2), значение pH для изоэлектрической точки составило 4,2.According to the results of a series of measurements, the dependence of the zeta potential of the material on pH was obtained, which is presented in Figure 2. As can be seen from the graph (see Figure 2), the pH value for the isoelectric point was 4.2.

Пример 2.Example 2

Получение материала осуществляют по методике, аналогичной примеру 1, и с тем же составом модифицирующего раствора, но с отличием от примера 1 по продолжительности времени обработки. Процесс модификации проводят до приобретения волокнами ярко-оранжевого цвета. Процесс отмывки выполняют по примеру 1. После окончательной промывки и сушки материал приобретает желтый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам - 1,0 ммоль/г, по катионообменным группам - 2,5 ммоль/г, суммарная обменная емкость составила 3,5 ммоль/г. Как видно из графика, представленного на Фиг.2, значение pH изоэлектрической точки, определенное аналогично примеру 1, составило 4,9.The preparation of the material is carried out according to a procedure analogous to example 1, and with the same composition of the modifying solution, but with a difference from example 1 in terms of the length of the processing time. The modification process is carried out before the acquisition of bright orange fibers. The washing process is carried out as in example 1. After the final washing and drying, the material acquires a yellow color. The exchange capacity for anion-exchange groups was 1.0 mmol / g, for cation-exchange groups - 2.5 mmol / g, the total exchange capacity was 3.5 mmol / g. As can be seen from the graph presented in Figure 2, the pH value of the isoelectric point, determined analogously to example 1, was 4.9.

Пример 3.Example 3

Получение материала осуществляют по методике, аналогичной примеру 1. В отличие от Примера 1 концентрация модифицирующего раствора составляла 1,5 моль/л по этилендиамину и 1 моль/л по гидроксиду натрия. Процесс модификации проводят до приобретения волокнами темно-красного цвета. Процесс отмывки выполняют по примеру 1. После окончательной промывки и сушки материал приобрел коричнево-желтый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам составила 0,9 ммоль/г, по катионообменным группам - 3,3 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 4,2 ммоль/г. Как видно из графика, представленного на Фиг.2, значение pH изоэлектрической точки, определенное аналогично примеру 1, составило 6,4.The preparation of the material is carried out according to a method similar to Example 1. In contrast to Example 1, the concentration of the modifying solution was 1.5 mol / L for ethylene diamine and 1 mol / L for sodium hydroxide. The modification process is carried out before the acquisition of fibers of dark red color. The washing process is carried out as in example 1. After the final washing and drying, the material acquired a brownish-yellow color. The exchange capacity for anion-exchange groups was 0.9 mmol / g, for cation-exchange groups was 3.3 mmol / g, and the total exchange capacity was 4.2 mmol / g. As can be seen from the graph presented in Figure 2, the pH value of the isoelectric point, determined analogously to example 1, was 6.4.

Пример 4. Способ получения волокнистого ионообменного фильтрующего материала в неводной средеExample 4. A method of obtaining a fibrous ion-exchange filter material in a non-aqueous medium

Получают волокнистый ионообменный фильтрующий материал по следующей методике: 4 г полиакрилонитрильного волокна (производство Tai'an Tongban Fiber Co., Ltd, КНР) помещают в 250 мл коническую колбу, куда добавляют 200 мл модифицирующего раствора. Раствор готовят на основе этиленгликоля, содержащего 5% воды. Концентрация этилендиамина составляла 2,5 моль/л (150 г/л), концентрация щелочи - гидроксида натрия составляла 0,5 моль/л (8 г/л). Процесс модификации проводят до приобретения волокнами темно-красного цвета. Процесс отмывки выполняют по примеру 1. После окончательной промывки и сушки материал приобретают коричневый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам составила 2,9 ммоль/г, по катионообменным группам - 1,3 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 4,2 ммоль/г.A fibrous ion-exchange filter material was prepared according to the following procedure: 4 g of polyacrylonitrile fiber (manufactured by Tai'an Tongban Fiber Co., Ltd, China) was placed in a 250 ml conical flask, to which 200 ml of a modifying solution was added. The solution is prepared on the basis of ethylene glycol containing 5% water. The concentration of ethylenediamine was 2.5 mol / l (150 g / l), the concentration of alkali - sodium hydroxide was 0.5 mol / l (8 g / l). The modification process is carried out before the acquisition of fibers of dark red color. The washing process is carried out as in example 1. After the final washing and drying, the material becomes brown. The exchange capacity for anion-exchange groups was 2.9 mmol / g, for cation-exchange groups - 1.3 mmol / g, and the total exchange capacity was 4.2 mmol / g.

Для определения изоэлектрической точки используют методику, описанную в примере 1, но в качестве раствора электролита использовали 10-3 М смешанные буферные растворы карбоната и бикарбоната натрия с различными значениями рН. Полученная зависимость дзета-потенциала материала представлена на Фиг.3.To determine the isoelectric point, the procedure described in Example 1 is used, but 10 -3 M mixed buffer solutions of sodium carbonate and sodium bicarbonate with different pH values were used as the electrolyte solution. The obtained dependence of the zeta potential of the material is presented in figure 3.

Как видно из графика (см. Фиг.3), значение рН изоэлектрической точки составило 9,8.As can be seen from the graph (see Figure 3), the pH value of the isoelectric point was 9.8.

Пример 5.Example 5

Получение материала осуществляют по методике, аналогичной примеру 4 и с тем же составом модифицирующего раствора, но с отличием от примера 4 по продолжительности времени обработки. Процесс модификации проводили до приобретения волокнами оранжевого цвета. Процесс отмывки выполняли по примеру 1. После окончательной промывки и сушки материал приобретает желто-оранжевый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам составила 1,5 ммоль/г, по катионообменным группам - 0,9 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 2,4 ммоль/г.The preparation of the material is carried out according to a procedure analogous to example 4 and with the same composition of the modifying solution, but with a difference from example 4 in terms of the length of the processing time. The modification process was carried out before the acquisition of orange fibers. The washing process was performed according to example 1. After the final washing and drying, the material becomes yellow-orange. The exchange capacity for anion-exchange groups was 1.5 mmol / g, for cation-exchange groups - 0.9 mmol / g, and the total exchange capacity was 2.4 mmol / g.

Как видно из графика, представленного на Фиг.3, значение pH изоэлектрической точки, определенное аналогично примеру 4, составило 9,2.As can be seen from the graph presented in Figure 3, the pH value of the isoelectric point, determined analogously to example 4, was 9.2.

Пример 6.Example 6

Получение материала осуществлялось по методике, аналогичной примеру 4. В отличие от Примера 4, концентрация модифицирующего раствора составляла 1,5 моль/л по этилендиамину и 0,5 моль/л по гидроксиду натрия. Процесс модификации проводили до приобретения волокнами темно-красного цвета. Процесс отмывки выполняли по примеру 1. После окончательной промывки и сушки материал приобрел коричнево-желтый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам составила 2,2 ммоль/г, по катионообменным группам - 2,5 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 4,5 ммоль/г.The preparation of the material was carried out according to a method similar to Example 4. In contrast to Example 4, the concentration of the modifying solution was 1.5 mol / L for ethylenediamine and 0.5 mol / L for sodium hydroxide. The modification process was carried out before the acquisition of dark red fibers. The washing process was carried out as in example 1. After the final washing and drying, the material acquired a brownish-yellow color. The exchange capacity for anion-exchange groups was 2.2 mmol / g, for cation-exchange groups — 2.5 mmol / g, and the total exchange capacity was 4.5 mmol / g.

Как видно из графика, представленного на Фиг.3, значение pH изоэлектрической точки, определенное аналогично примеру 1, составило 7,8.As can be seen from the graph presented in Figure 3, the pH value of the isoelectric point, determined analogously to example 1, was 7.8.

Пример 7.Example 7

Получение материала осуществлялось по методике, аналогичной примеру 4, но с использованием гексаметилендиамина вместо этилендиамина. Концентрация гексаметилендиамина в модифицирующем растворе составляла 2,5 моль/л. Процесс модификации проводили до приобретения волокнами красно-коричневого цвета. Процесс отмывки выполняли по примеру 1.The preparation of the material was carried out by a method analogous to example 4, but using hexamethylenediamine instead of ethylene diamine. The concentration of hexamethylene diamine in the modifying solution was 2.5 mol / L. The modification process was carried out before the acquisition of red-brown fibers. The washing process was performed according to example 1.

После окончательной промывки и сушки материал приобрел красно-коричневый цвет. Обменная емкость по анионообменным группам составила 3,5 ммоль/г, по катионообменным группам - 1,2 ммоль/г, суммарная обменная емкость - 4,7 ммоль/г.After the final washing and drying, the material acquired a red-brown color. The exchange capacity for anion-exchange groups was 3.5 mmol / g, for cation-exchange groups - 1.2 mmol / g, and the total exchange capacity was 4.7 mmol / g.

Как видно из графика, представленного на Фиг.4, значение pH изоэлектрической точки, определенное аналогично примеру 4, составило 9,5.As can be seen from the graph presented in Figure 4, the pH value of the isoelectric point, determined analogously to example 4, was 9.5.

Пример 8. Тестирование материалов на способность к дезактивации вирусов при фильтрации водыExample 8. Testing of materials for the ability to deactivate viruses during water filtration

Тестирование материалов, полученных способом, описанным в примерах 1-7, производят следующим образом. Образы фильтрующих материалов весом 5 г помещают в фильтрующие колонки и уплотняют до плотности 0,25 г/см3 фильтрующего слоя. Через подготовленные колонки пропускают воду с внесенной вирусной культурой.Testing of materials obtained by the method described in examples 1-7, is as follows. Images of filter materials weighing 5 g are placed in filter columns and compacted to a density of 0.25 g / cm 3 of the filter layer. Through the prepared columns, water with viral culture introduced is passed.

Скорость фильтрации составляла во всех случаях 50 мл/мин, таким образом, эффективное время контакта жидкости с фильтрующим слоем, рассчитанным по формуле, составляло 18,5 секунд. Объем отфильтрованной воды оставлял в каждом случае 1 литр. Фильтрат анализировали на наличие активных вирусных частиц.The filtration rate was in all cases 50 ml / min, so the effective contact time of the liquid with the filter layer calculated by the formula was 18.5 seconds. The volume of filtered water left in each case 1 liter. The filtrate was analyzed for the presence of active viral particles.

В качестве вирусной культуры использовали ротавирус человека HRV/SPb/884/10/05. Вирусные частицы этого типа имеют размер около 70 нм. Использовали суспензии вирусной культуры концентрацией 106 частиц в мл.The human rotavirus HRV / SPb / 884/10/05 was used as the viral culture. Viral particles of this type have a size of about 70 nm. Viral culture suspensions of 10 6 particles per ml were used.

Концентрацию вирусов определяли методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с применением реактивов «АмплиСенс Рота-вирусы группы А» (пр-во ИнтерЛабСервис), предел обнаружения вирусов этим методом составляет 102 ТЦД/мл (ТЦД - тканевые цитопатические дозы).Virus concentration was determined by PCR (polymerase chain reaction) using AmpliSens Rota-Group A virus reagents (manufactured by InterLabService), the detection limit of viruses by this method is 10 2 TCD / ml (TCD - tissue cytopathic doses).

Результаты тестов представлены в Таблице 1, где знаки (+) и (-) соответственно означают наличие или отсутствие активных вирусных частиц в отфильтрованной воде.The test results are presented in Table 1, where the signs (+) and (-), respectively, indicate the presence or absence of active viral particles in the filtered water.

Таблица 1Table 1 №№ примеров, иллюстрирующих получение материаловNo. of examples illustrating the receipt of materials Значение pH изоэлектрической точкиPH value of the isoelectric point Значение полной обменной емкости, ммоль/гThe value of the total exchange capacity, mmol / g Наличие или отсутствие вирусов в фильтратеThe presence or absence of viruses in the filtrate 1one 4,24.2 4,54,5 -- 22 4,94.9 3,53,5 ++ 33 6,46.4 4,24.2 ++ 4four 9,89.8 4,24.2 -- 55 9,29.2 2,42,4 ++ 66 7,87.8 4,54,5 ++ 77 9,59.5 4,74.7 --

Пример 9. Тестирование материалов на способность к дезактивации вирусов при различных режимах фильтрации водыExample 9. Testing of materials for the ability to deactivate viruses in various modes of water filtration

Исследовали фильтрацию водной среды, содержащей вирусы, через фильтрующие колонки диаметром 1 см2. Каждая колонка содержала два слоя фильтрующих материалов.Investigated the filtration of an aqueous medium containing viruses through filter columns with a diameter of 1 cm 2 . Each column contained two layers of filter media.

В качестве нижнего слоя использовали слой материала, полученного по Примеру 1, с плотностью укладки от фильтрующего слоя 0,10 до 0,45 г/см3 фильтрующего слоя. Общий объем фильтрующего слоя оставался неизменным и составлял 5 мл.As the lower layer, a layer of the material obtained according to Example 1 was used with a packing density from the filter layer of 0.10 to 0.45 g / cm 3 of the filter layer. The total volume of the filter layer remained unchanged at 5 ml.

Верхний слой колонки был заполнен смесью кокосового активированного угля NWC 18х40 (пр-во Indo German Carbons, Ltd., Индия) и ионообменной смолы D112 (пр-во Bidragon Resins Co., Ltd, КНР). Материалы были взяты в равных объемных долях. Общий объем слоя смешанных гранулированных материалов составлял 5 мл.The top layer of the column was filled with a mixture of coconut activated carbon NWC 18x40 (manufactured by Indo German Carbons, Ltd., India) and ion exchange resin D112 (manufactured by Bidragon Resins Co., Ltd, China). Materials were taken in equal volume fractions. The total volume of the layer of mixed granular materials was 5 ml.

Через подготовленные колонки пропускали воду с внесенной вирусной культурой. Скорость фильтрации в различных экспериментах варьировали от 25 до 75 мл/мин. Объем отфильтрованной воды оставлял в каждом случае 1 литр. Отфильтрованную воду анализировали на наличие активных вирусов.Virus-added water was passed through the prepared columns. The filtration rate in various experiments ranged from 25 to 75 ml / min. The volume of filtered water left in each case 1 liter. Filtered water was analyzed for the presence of active viruses.

В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Вирусные частицы этого типа имеют размер около 30 нм. Использовали суспензии вирусной культуры концентрацией 106 частиц в мл. Концентрацию вирусов определяли методом полимеразной цепной реакции с применением реактивов «АмплиСенс Калицивирусы: Норовирусы» (пр-во ИнтерЛабСервис, Россия).Norovirus was used as the viral culture (noro-Spb / 2005). Viral particles of this type have a size of about 30 nm. Viral culture suspensions of 10 6 particles per ml were used. Virus concentration was determined by polymerase chain reaction using AmpliSens Caliciviruses: Noroviruses reagents (manufactured by InterLabService, Russia).

Результаты тестов представлены в Таблице 2, где знаки (+) и (-) соответственно означают наличие или отсутствие активных вирусов в отфильтрованной воде.The test results are presented in Table 2, where the signs (+) and (-), respectively, indicate the presence or absence of active viruses in the filtered water.

Таблица 2table 2 NN экспериментаNn experiment Вес материала в слое объемом 5 мл,
г
The weight of the material in a layer of 5 ml,
g
Плотность укладки материала в фильтрующем слое, г/см3 The density of the material in the filter layer, g / cm 3 Удельная поверхность материала в фильтрующем слое, см2/см3 The specific surface of the material in the filter layer, cm 2 / cm 3 Скорость фильтрации, мл/минFiltration rate, ml / min Эффективное время контакта воды с материалом, секEffective time of contact of water with material, sec Наличие или отсутствие вирусов в фильтратеThe presence or absence of viruses in the filtrate
1one 0,750.75 0,150.15 255255 2525 10,410,4 ++ 22 0,750.75 0,150.15 255255 50fifty 5,25.2 ++ 33 1,251.25 0,250.25 425425 2525 9,49,4 -- 4four 1,251.25 0,250.25 425425 50fifty 4,74.7 -- 55 1,251.25 0,250.25 425425 7575 3,13,1 ++ 66 1,751.75 0,350.35 595595 25(*)25 (*) 8,48.4 -- 77 2,002.00 0,450.45 680680 10(*)10(*) 18,318.3 -- (*) - при плотной укладке материала скорость фильтрации ограничена рабочим давлением насоса.(*) - with a dense installation of the material, the filtration rate is limited by the working pressure of the pump.

Пример 10. Тестирование материалов на способность к дезактивации вирусов при различных режимах фильтрации водыExample 10. Testing of materials for the ability to deactivate viruses in various modes of water filtration

Исследовали фильтрацию водной среды, содержащей вирусы через фильтрующие колонки диаметром 1 см2. Каждая колонка содержала три слоя фильтрующих материалов.Investigated the filtration of an aqueous medium containing viruses through filter columns with a diameter of 1 cm 2 . Each column contained three layers of filter media.

В качестве нижнего слоя использовали слой материала, полученного по Примеру 1, с плотностью укладки от фильтрующего слоя 0,15 до 0,50 г/см3 фильтрующего слоя. Общий объем фильтрующего слоя оставался неизменным и составлял 2,5 мл.As the lower layer, a layer of the material obtained according to Example 1 was used with a packing density from the filter layer of 0.15 to 0.50 g / cm 3 of the filter layer. The total volume of the filter layer remained unchanged at 2.5 ml.

Средний слой колонки был заполнен смесью кокосового активированного угля NWC 18х40 (пр-во Indo German Carbons, Ltd., Индия) и ионообменной смолы D112 (пр-во Bidragon Resins Co., Ltd, КНР). Материалы были взяты в равных объемных долях. Общий объем слоя смешанных гранулированных материалов составлял 5 мл.The middle layer of the column was filled with a mixture of coconut activated carbon NWC 18x40 (manufactured by Indo German Carbons, Ltd., India) and ion exchange resin D112 (manufactured by Bidragon Resins Co., Ltd, China). Materials were taken in equal volume fractions. The total volume of the layer of mixed granular materials was 5 ml.

В качестве верхнего слоя использовали слой материала, полученного по Примеру 4, с плотностью укладки фильтрующего слоя от 0,15 до 0,50 г/см3. Общий объем фильтрующего слоя оставался неизменным и составлял 2,5 мл.As the upper layer used a layer of material obtained according to Example 4, with a packing density of the filter layer from 0.15 to 0.50 g / cm 3 . The total volume of the filter layer remained unchanged at 2.5 ml.

Через подготовленные колонки пропускали воду с внесенной вирусной культурой аналогично Примеру 9.Through the prepared columns passed water with the introduced viral culture similarly to Example 9.

Результаты тестов представлены в Таблице 3, где знаки (+) и (-) соответственно означают наличие или отсутствие активных вирусных частиц в фильтрате.The test results are presented in Table 3, where the signs (+) and (-) respectively indicate the presence or absence of active viral particles in the filtrate.

Таблица 3Table 3 NN экспериментаNn experiment Вес, материала в слое объемом 2,5 мл,
г
Weight, material in a 2.5 ml layer,
g
Плотность укладки материала в фильтрующих слоях,
г/см3
The density of the material in the filter layers,
g / cm 3
Удельная поверхность материала в фильтрующих слоях, см2/см3 The specific surface of the material in the filter layers, cm 2 / cm 3 Скорость фильтрации, мл/минFiltration rate, ml / min Эффективное время контакта воды с волокнистым материалом, секEffective time of contact of water with fibrous material, sec Наличие или отсутствие вирусов в фильтратеThe presence or absence of viruses in the filtrate
1one 0,3750.375 0,3750.375 0,150.15 255255 2525 10,410,4 -- 22 0,3750.375 0,3750.375 0,150.15 255255 50fifty 5,25.2 ++ 33 0,6250.625 0,6250.625 0,250.25 425425 2525 9,49,4 -- 4four 0,6250.625 0,6250.625 0,250.25 425425 50fifty 4,74.7 -- 55 0,8750.875 0,8750.875 0,350.35 595595 4040 5,15.1 -- 66 1,001.00 1,001.00 0,450.45 680680 2525 7,17.1 -- 77 1,251.25 1,251.25 0,500.50 756756 15(*)fifteen(*) 10,910.9 -- (*) - при плотной укладке материала скорость фильтрации ограничена рабочим давлением насоса.(*) - with a dense installation of the material, the filtration rate is limited by the working pressure of the pump.

Приведенные выше примеры убедительно подтверждают, что полученный материал обладает высокими адсорбирующими и фильтрующими свойствами и способностью дезактивировать вирусы при фильтрации им протекающей воды, что позволяет его использовать для обеззараживания воды путем дезактивации вирусов.The above examples convincingly confirm that the obtained material has high adsorbing and filtering properties and the ability to deactivate viruses when filtering flowing water, which allows it to be used to disinfect water by deactivating viruses.

Claims (11)

1. Волокнистый ионообменный фильтрующий материал, полученный щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии аминосодержащих соединений, отличающийся тем, что имеет изоэлектрическую точку поверхности вне диапазона рН 6-9.1. Fibrous ion-exchange filter material obtained by alkaline hydrolysis of polyacrylonitrile in the presence of amine-containing compounds, characterized in that it has an isoelectric surface point outside the pH range of 6-9. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что характеризуется значением рН изоэлектрической точки менее 6.2. The material according to claim 1, characterized in that it is characterized by a pH value of the isoelectric point of less than 6. 3. Материал по п.1, отличающийся тем, что характеризуется значением рН изоэлектрической точки более 9.3. The material according to claim 1, characterized in that it is characterized by a pH value of the isoelectric point of more than 9. 4. Материал по пп.1-3, отличающийся тем, что имеет полную обменную емкость не менее 4 ммоль/г.4. The material according to claims 1-3, characterized in that it has a total exchange capacity of at least 4 mmol / g. 5. Способ получения волокнистого ионообменного фильтрующего материала по пп.1-4, включающий получение материала модификацией полиакрилонитрила или его сополимеров в щелочной среде в присутствии модификатора, содержащего в своей молекулярной структуре алифатические углеводородные фрагменты и не менее двух аминогрупп, отличающийся тем, что содержит модификатор в реакционной смеси по отношению к исходному материалу в количестве не менее 100 моль/кг.5. A method for producing a fibrous ion-exchange filter material according to claims 1 to 4, comprising obtaining a material by modifying polyacrylonitrile or its copolymers in an alkaline medium in the presence of a modifier containing aliphatic hydrocarbon fragments and at least two amino groups in its molecular structure, characterized in that it contains a modifier in the reaction mixture in relation to the starting material in an amount of not less than 100 mol / kg 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют алифатический диамин.6. The method according to claim 5, characterized in that an aliphatic diamine is used as a modifier. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют этилендиамин.7. The method according to claim 6, characterized in that ethylene diamine is used as a modifier. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют гексаметилендиамин.8. The method according to claim 6, characterized in that hexamethylenediamine is used as a modifier. 9. Способ фильтрования, включающий обеспечение контакта протекающей воды с фильтрующим материалом, отличающийся тем, что используют волокнистый ионообменный фильтрующий материал по пп.1-4 и полученный способом по пп.5-8, при этом фильтрующий слой или слои характеризуются удельной поверхностью контакта волокнистого материала с протекающей водой не менее 300 см2/см3, а плотность укладки фильтрующих слоя или слоев материала находится в диапазоне от 0,15 до 0,50 г/см3.9. A filtering method, comprising contacting the flowing water with a filter material, characterized in that the use of a fibrous ion exchange filter material according to claims 1 to 4 and obtained by the method according to claims 5 to 8, wherein the filter layer or layers are characterized by a specific contact surface of the fibrous material with flowing water of at least 300 cm 2 / cm 3 and the packing density of the filter layer or layers of material is in the range from 0.15 to 0.50 g / cm 3 . 10. Способ по п.9, при котором фильтрацию осуществляют через несколько слоев фильтрующих материалов, по крайней мере один из которых составлен материалом по пп.1-4.10. The method according to claim 9, in which the filtration is carried out through several layers of filtering materials, at least one of which is composed of material according to claims 1-4. 11. Способ по п.9, при котором фильтрацию осуществляют через несколько слоев фильтрующих материалов, по крайней мере, два из которых составлены материалом по пп.1-4. 11. The method according to claim 9, in which the filtration is carried out through several layers of filtering materials, at least two of which are composed of material according to claims 1-4.
RU2013114497/05A 2013-03-29 2013-03-29 Filtration material, method of its production and application RU2531829C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114497/05A RU2531829C1 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Filtration material, method of its production and application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114497/05A RU2531829C1 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Filtration material, method of its production and application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013114497A RU2013114497A (en) 2014-10-10
RU2531829C1 true RU2531829C1 (en) 2014-10-27

Family

ID=53379771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013114497/05A RU2531829C1 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Filtration material, method of its production and application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2531829C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019039966A1 (en) 2017-08-23 2019-02-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") Fibrous sorbent
CN112301003A (en) * 2019-07-26 2021-02-02 佛山市安芯纤维科技有限公司 Carboxylic acid type cation exchange fiber and its fabric use in adsorption filtration of influenza virus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105854840B (en) * 2016-04-18 2018-06-22 上海品境节能环保科技有限公司 A kind of bio-trickling filter modification of filtration medium method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2038316C1 (en) * 1991-07-30 1995-06-27 Малое предприятие "Аквапор" Water treating equipment
RU2262557C1 (en) * 2004-04-08 2005-10-20 Общество с ограниченной ответственностью ООО "Аквафор" (ООО "Аквафор") Method of manufacturing ion-exchange polyacrylonitrile fiber (options)
RU2368711C1 (en) * 2008-03-03 2009-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of obtaining anion-exchange fibre material, capable of extracting chromium (vi)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2038316C1 (en) * 1991-07-30 1995-06-27 Малое предприятие "Аквапор" Water treating equipment
RU2262557C1 (en) * 2004-04-08 2005-10-20 Общество с ограниченной ответственностью ООО "Аквафор" (ООО "Аквафор") Method of manufacturing ion-exchange polyacrylonitrile fiber (options)
RU2368711C1 (en) * 2008-03-03 2009-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of obtaining anion-exchange fibre material, capable of extracting chromium (vi)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019039966A1 (en) 2017-08-23 2019-02-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор") Fibrous sorbent
CN112301003A (en) * 2019-07-26 2021-02-02 佛山市安芯纤维科技有限公司 Carboxylic acid type cation exchange fiber and its fabric use in adsorption filtration of influenza virus

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013114497A (en) 2014-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Köse et al. Applications and impact of nanocellulose based adsorbents
Gutierrez et al. Adsorption of rotavirus and bacteriophage MS2 using glass fiber coated with hematite nanoparticles
Crozes et al. Effect of adsorption of organic matter on fouling of ultrafiltration membranes
JP5106686B2 (en) Depth filter layer with inorganic layered double hydroxide
Hajizadeh et al. Evaluation of selective composite cryogel for bromate removal from drinking water
CN105457509A (en) Polyamide reverse osmosis composite membrane having renewable chlorine resistance and preparation method thereof
Fang et al. Regenerable adsorptive membranes prepared by mussel-inspired co-deposition for aqueous dye removal
JP2011514244A (en) Mixed polymer filtration media
El-Safty et al. Mesosponge optical sinks for multifunctional mercury ion assessment and recovery from water sources
Huang et al. Preparation of Laponite hydrogel in different shapes for selective dye adsorption and filtration separation
RU2531829C1 (en) Filtration material, method of its production and application
de Figueiredo Neves et al. New graphene oxide-safranin modified@ polyacrylonitrile membranes for removal of emerging contaminants: The role of chemical and morphological features
Chen et al. Kill two birds with one stone: Selective and fast removal and sensitive determination of oxytetracycline using surface molecularly imprinted polymer based on ionic liquid and ATRP polymerization
Wang et al. Preparation and characterization of the linked lanthanum carboxymethylcellulose microsphere adsorbent for removal of fluoride from aqueous solutions
Ergün et al. Ion imprinted beads embedded cryogels for in vitro removal of iron from β‐thalassemic human plasma
CN103157388A (en) Hydrophilic reverse osmosis composite membrane and preparation method thereof
Bland et al. Electropositive nanodiamond-coated quartz microfiber membranes for virus and dye filtration
CN105622976A (en) Temperature-responsive hygroscopic material and method for producing the same
JP2015203048A (en) polyketone porous membrane
Zhang et al. Confinement effect of ionic liquid: improve of the extraction performance of parent metal organic framework for phthalates
Mandal et al. Comparison of nanodiamond coated quartz filter with commercial electropositive filters: Zeta potential and dye retention study
Yu et al. Synthesis of Ag–SiO2–APTES Nanocomposites by blending poly (Vinylidene Fluoride) Membrane with potential applications on dye wastewater treatment
Liang et al. Removal characteristics of two anionic dyes by a polyethylenimine/poly (N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) gel
Lin et al. A multifunctional polyacrylamide/chitosan hydrogel for dyes adsorption and metal ions detection in water
Zarghami et al. Diffusive transport of Cu (II) ions through thin ion imprinted polymeric membranes