RU2627415C1

RU2627415C1 - Granulated sorbent for hygiene and ecology place of habitation

Info

Publication number: RU2627415C1
Application number: RU2016128096A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Клёнов; Дмитрий Александрович Попов; Ольга Михайловна Кленова; Петр Александрович Ситников
Original assignee: Михаил Викторович Клёнов
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2017-08-08

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: sorbent is in the form of granules with a humidity of no more than 5%. The pellets are characterized by strength of not less than 15 N, the sorption capacity of at least 25 mg/g, water absorption of not less than 120% of cellulose-containing component and 60-95 wt % And 5-40 wt % of vermiculite. As a cellulose-containing component, the sorbent contains sawmill waste in the form of sawdust, and/or waste from plywood production in the form of polished dust, and/or wood processing waste in the form of hydrolytic lignin and/or pulverized woody coniferous trees.

EFFECT: arsenal expansion of environmentally friendly and safe sorbents.

3 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к абсорбирующей смеси из целлюлозосодержащего компонента и природного компонента вермикулита и может быть использовано в качестве сорбента жидких и газообразных загрязнений в местах обитания человека и в местах содержания домашних животных, в частности, как сорбент для сбора и удаления жидких и газообразных отходов производства (вода, мочевина, бензин, нефть, масла, смазка, растворители, аммиак и другие), в качестве гигиенического сорбента для сбора и утилизации выделений продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных (наполнители туалетов, подстилки для животных, другие).The invention relates to an absorbent mixture of a cellulose-containing component and a natural component of vermiculite and can be used as a sorbent of liquid and gaseous contaminants in human habitats and in places where pets are kept, in particular, as a sorbent for collecting and removing liquid and gaseous production wastes (water , urea, gasoline, oil, oils, grease, solvents, ammonia and others), as a hygienic sorbent for the collection and disposal of waste products of human life and ashnih animals (fillers toilets, animal bedding, etc.).

Известна подстилка для лабораторных животных (патент РФ №1774846), которая включает плоские древесные плоские частицы, каждая из которых уплотнена до плотности 0,6-0,8 г/см³ при 10-12% влажности и имеет размеры по длине и ширине 3-10 мм и толщину 0,2-2 мм. Способ изготовления трудозатратный и требует специального оборудования.Known litter for laboratory animals (RF patent No. 1748846), which includes flat wood flat particles, each of which is compacted to a density of 0.6-0.8 g / cm ³ at 10-12% humidity and has dimensions in length and width 3 -10 mm and a thickness of 0.2-2 mm. The manufacturing method is labor intensive and requires special equipment.

Известен наполнитель туалета для кошек (патент РФ 2128432), содержащий сорбционный компонент в виде сухих древесных опилок с частицами размером 1,8-4,2 мм в количестве 85-95% и инсектицидное средство на основе циперметрина. Известные сорбенты не достаточно хорошо впитывают мочевину, не устраняют запахи, трудно собираются.Known filler of a toilet for cats (RF patent 2128432) containing a sorption component in the form of dry wood chips with particles of 1.8-4.2 mm in the amount of 85-95% and an insecticidal agent based on cypermethrin. Known sorbents do not absorb urea well enough, do not eliminate odors, are difficult to collect.

Известен гигиенический наполнитель на основе природных минеральных сорбентов, обладающий общей пористостью 50-90%, сорбционной емкостью 25,0-250 мг-экв/100 г, водопоглощением 50-200%, типа опок или трепелов, в отдельности или в смеси с другими природными минеральными сорбентами, термически обработанными при температуре 90-1200°С, измельченными до фракции 1-7 мм и герметически упакованными. В качестве природных минеральных сорбентов используют цеолиты, диатомиты, палыгорскиты, бентониты, перлиты, глаукониты, вермикулиты или их смеси. С целью экономии наполнителей и упрощения процесса удаления в них или их смеси вводят 1-2% гипса, что может быть источником пыления в помещении.Known hygienic filler based on natural mineral sorbents, with a total porosity of 50-90%, sorption capacity of 25.0-250 mEq / 100 g, water absorption of 50-200%, such as flasks or tripoli, individually or in a mixture with other natural mineral sorbents, thermally treated at a temperature of 90-1200 ° C, crushed to a fraction of 1-7 mm and hermetically packed. Zeolites, diatomites, palygorskites, bentonites, perlites, glauconites, vermiculites, or mixtures thereof are used as natural mineral sorbents. In order to save fillers and simplify the removal process, 1-2% of gypsum is introduced into them or their mixture, which can be a source of dusting in the room.

Известно, что на дачных участках в туалетах для присыпки используют опилки, сухую землю или золу. В настоящее время выпускаются промышленностью конструкции биотуалетов (http://aqua-rmnt.com/kanalizaciya/postrojki/biotualet-dlya-dachi-svoimi-rukami.html), которые имеют две объединенные емкости. Одна - накопительная для отходов, другая - для засыпки и хранения наполнителя, при этом в качестве наполнителя используют торф. Известные абсорбенты обладают тем недостатком, что они, как правило, имеют низкую абсорбционную способность и могут абсорбировать жидкость в количестве, равном их собственному весу.It is known that in summer cottages in toilets, sawdust, dry earth or ash are used for dusting. Currently produced by the industry designs of dry closets (http://aqua-rmnt.com/kanalizaciya/postrojki/biotualet-dlya-dachi-svoimi-rukami.html), which have two combined containers. One is accumulative for waste, the other is for filling and storing the filler, while peat is used as the filler. Known absorbents have the disadvantage that they typically have low absorption capacity and can absorb liquid in an amount equal to their own weight.

Наиболее близким аналогом по функциональному назначению является абсорбирующий материал, описанный в патенте РФ №2198729. Известный абсорбирующий материал может быть применен как сорбент для гигиены и экологии, в частности для сбора и утилизации промышленных жидких отходов и/или как подстилка или наполнитель для животных. Адсорбирующий материал содержит целлюлозосодержащий компонент в виде гранул с влажностью 5% и менее, способный абсорбировать жидкость более чем 1:1, при этом абсорбирующий материал имеет объемную плотность менее 0,576 г/куб. см.The closest analogue to the functional purpose is the absorbent material described in the patent of the Russian Federation No. 2198729. Known absorbent material can be used as a sorbent for hygiene and ecology, in particular for the collection and disposal of industrial liquid waste and / or as a litter or filler for animals. The absorbent material contains a cellulose-containing component in the form of granules with a moisture content of 5% or less, capable of absorbing a liquid of more than 1: 1, while the absorbent material has a bulk density of less than 0.576 g / cu. cm.

Недостатком является недостаточно высокая адсорбционная способность.The disadvantage is not a high adsorption capacity.

Задачей настоящего изобретения является получение гранулированного сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью и способностью удерживать запахи.The objective of the present invention is to obtain a granular sorbent having a high sorption capacity and the ability to retain odors.

Технический результат состоит в расширении арсенала экологически чистых и безопасных сорбентов. Заявленная гранулированная смесь может быть реализована в качестве сорбента, применяемого для сбора жидких и газообразных отходов промышленного и сельскохозяйственного производства, в том числе воды, мочевины, бензина, нефти, масла, смазки, растворителей, аммиака и других газообразных соединений. Заявленная гранулированная смесь может быть реализована в качестве гигиенического сорбента для сбора и утилизации выделений продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных, в том числе наполнителей туалетов, подстилки для животных. Изобретение предохраняет окружающую среду от распространения запахов и загрязнений, обеззараживает продукты жизнедеятельности.The technical result consists in expanding the arsenal of environmentally friendly and safe sorbents. The claimed granular mixture can be implemented as a sorbent used to collect liquid and gaseous wastes from industrial and agricultural production, including water, urea, gasoline, oil, oil, grease, solvents, ammonia and other gaseous compounds. The claimed granular mixture can be implemented as a hygienic sorbent for the collection and disposal of waste products of human and domestic animals, including toilets, litter for animals. The invention protects the environment from the spread of odors and pollution, disinfects waste products.

Технический результат достигается тем, что гранулированный сорбент для гигиены и экологии мест обитания в виде гранул с влажностью не более 5%, содержащий целлюлозосодержащий компонент, способных абсорбировать жидкость более чем 1:1, отличается от аналога тем, что выполнен в виде гранулированной смеси целлюлозосодержащего компонента и вермикулита с размерами частиц не более 2,0 мм при следующем соотношении, масс. %:The technical result is achieved in that the granular sorbent for hygiene and ecology of habitats in the form of granules with a moisture content of not more than 5%, containing a cellulose-containing component capable of absorbing liquid more than 1: 1, differs from the analogue in that it is made in the form of a granular mixture of a cellulose-containing component and vermiculite with a particle size of not more than 2.0 mm in the following ratio, mass. %:

целлюлозосодержащий компонентcellulose component 60-9560-95 вермикулитvermiculite 5-405-40

при этом гранулы характеризуются прочностью не менее 15 Н, адсорбционной емкостью не менее 25 мг/г, влагопоглощением не менее 120%.while the granules are characterized by a strength of at least 15 N, an adsorption capacity of at least 25 mg / g, moisture absorption of at least 120%.

В качестве целлюлозосодержащего компонента используют отходы лесопильного производства в виде опилок, и/или отходы фанерного производства в виде шлиф-пыли, и/или отходы лесоперерабатывающего производства в виде гидролизного лигнина и/или измельченной древесной зелени хвойных пород деревьев.Sawmill waste in the form of sawdust and / or plywood waste in the form of polished dust and / or wood processing waste in the form of hydrolysis lignin and / or shredded coniferous trees are used as a cellulose-containing component.

Гранулы, полученные прессованием или экструзией, имеют овальную или плоскообразную форму.The granules obtained by compression or extrusion have an oval or flat shape.

Вермикулит - это слюда высокой степени гидратированности, которая способна при нагревании к многократному расширению. Это происходит вследствие вскипания физически связанной воды. Образующийся пар расширяет и разделяет слои, в результате чего объем кристалла увеличивается в 20-25 раз. Слабая связь конструкции минерала обеспечивает высокие адсорбционные свойства вермикулита.Vermiculite is a highly hydrated mica that is capable of expanding when heated. This is due to boiling of physically bound water. The resulting vapor expands and separates the layers, as a result of which the crystal volume increases by 20–25 times. The weak connection of the mineral structure provides high adsorption properties of vermiculite.

Из патента РФ №2077841 известно, что «...вспученная гидрослюда представляет собой смесь частиц различного размера, которые варьируются от нескольких мкм до 10 мм. Как показали исследования, существует четкая взаимосвязь между размерами частиц вспученной гидрослюды и сорбционной способностью данного класса частиц. Наибольшая сорбционная емкость 450 мас. для воды и 70 мас. для аммиака наблюдается у частиц наименьшего размера от нескольких мкм до 1 мм. С увеличением размера частиц величина сорбционной емкости снижается».From the patent of the Russian Federation No. 2077841 it is known that "... the expanded hydromica is a mixture of particles of various sizes, which vary from a few microns to 10 mm. As studies have shown, there is a clear relationship between the particle sizes of expanded hydromica and the sorption capacity of this class of particles. The largest sorption capacity of 450 wt. for water and 70 wt. for ammonia is observed in particles of the smallest size from a few microns to 1 mm. With increasing particle size, the sorption capacity decreases. "

Для проведения исследований был применен вспученный неотфракционированный вермикулит с пылевидными, мелкими и средними фракциями вермикулита - размеры частиц 0,01-4,00 мм. Пылевидные и мелкие частицы вермикулита практически нигде не используются и являются отходом производства, так как использование мелких фракций в чистом виде приводит к загрязнению окружающего воздуха. Предлагаемое изобретение позволяет решить проблему утилизации мелких фракций.For research, expanded non-fractionated vermiculite with pulverized, small and medium fractions of vermiculite was used — particle sizes 0.01–4.00 mm. Dusty and small particles of vermiculite are practically not used anywhere and are a waste of production, since the use of fine fractions in their pure form leads to environmental pollution. The present invention allows to solve the problem of recycling small fractions.

В качестве целлюлозосодержащего компонента использовали следующие материалы:The following materials were used as the cellulose-containing component:

- опилки - отходы лесопильного производства с размерами частиц 0,01-5,00 мм;- sawdust - sawmill waste with a particle size of 0.01-5.00 mm;

- шлиф-пыль - отходы фанерного производства;- grinding dust - plywood waste;

- гидролизный лигнин - отходы лесоперерабатывающего производства;- hydrolysis lignin - wood processing waste;

- отходы производства препарата ВЭРВА (патент РФ №2298327), выпускаемого инновационным предприятием при Институте химии Коми НЦ УрО РАН, представляющие собой сухой остаток после щелочной экстракции зелени хвойных пород древесины. Сухой остаток получают после обработки измельченной древесной зелени хвойных пород (хвои, в основном, и побегов первого года - до 5 мм толщиной) раствором едкого натра при комнатной температуре с целью экстракции низкомолекулярных веществ (патент РФ № 2089208) и сушки (любым способом). В химическом составе сухого остатка преобладает целлюлоза.- Waste from the production of the VERVA preparation (RF patent No. 2298327) produced by an innovative enterprise at the Institute of Chemistry of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, which is the dry residue after alkaline extraction of green coniferous species. The dry residue is obtained after processing chopped coniferous wood greens (mainly needles and shoots of the first year — up to 5 mm thick) with sodium hydroxide solution at room temperature for the purpose of extraction of low molecular weight substances (RF patent No. 2089208) and drying (by any method). Cellulose predominates in the chemical composition of the dry residue.

Для изготовления гранулированного сорбента в качестве основного компонента брали целлюлозосодержащий компонент. Высушенное до влажности 12% и менее целлюлозосодержащее сырье, смешанное с частичками вермикулита, подавали в гранулятор. Для обеспечения требуемой сорбционной емкости гранулы со способностью абсорбировать жидкость более чем 1:1, исходным соотношением брали целлюлозосодержащий компонент: вермикулит - 95:5 (масс. %). Прессование проводили на грануляторе при температуре до 100°С, в результате происходило обжатие частиц целлюлозосодержащего компонента и частичек вермикулита. Дополнительная прочность гранул обеспечивалась за счет пылевидного вермикулита, частицы которого входили в межструктурное пространство целлюлозосодержащего материала. При использовании матрицы с цилиндрическим отверстиями получали цилиндрическую форму гранул диаметром 4-6 мм длиной до 20 мм. Полученные гранулы с влажностью не более 5% герметично упаковывали. Для получения плоских гранул использовали насадку. Метод гранулирования посредством экструзии также может быть применен для получения гранул.For the manufacture of granular sorbent, the cellulose-containing component was taken as the main component. Dried to a moisture content of 12% or less, cellulose-containing raw materials mixed with particles of vermiculite were fed into a granulator. To ensure the required sorption capacity of the granules with the ability to absorb liquid more than 1: 1, the initial ratio was taken cellulose-containing component: vermiculite - 95: 5 (wt.%). The pressing was carried out on a granulator at a temperature of up to 100 ° С, as a result, the particles of the cellulose-containing component and particles of vermiculite were compressed. Additional strength of the granules was ensured by pulverized vermiculite, the particles of which entered the interstructural space of the cellulose-containing material. When using a matrix with cylindrical holes, a cylindrical shape of granules with a diameter of 4-6 mm up to 20 mm long was obtained. The resulting granules with a moisture content of not more than 5% were sealed. To obtain flat granules used nozzle. The extrusion granulation method can also be used to produce granules.

Для определения максимально возможного количественного соотношения целлюлозосодержащего компонента и вермикулита проводили эксперимент, в процессе которого измеряли прочность гранул. Измерения проводили на ручном гидравлическом прессе с усилием до 100 кг/см². Прочность фиксировали в момент разрушения гранулы. По результатам эксперимента был проведен анализ композиционного материала на максимальное содержание вермикулита в грануле, при котором гранулы имели прочность не менее 15Н и сохраняли свои свойства по прочностным характеристикам. Результаты представлены в таблице 1.To determine the maximum possible quantitative ratio of the cellulose-containing component and vermiculite, an experiment was conducted during which the strength of the granules was measured. The measurements were carried out on a manual hydraulic press with a force of up to 100 kg / cm ² . The strength was fixed at the time of destruction of the granules. According to the results of the experiment, an analysis of the composite material was carried out for the maximum content of vermiculite in the granule, in which the granules had a strength of at least 15 N and retained their properties in terms of strength characteristics. The results are presented in table 1.

Плотность гранул определяли объемно-весовым методом. Равномерность распределения вермикулита в смеси определяли по микрофотографиям (фиг. 1) Адсорбционную емкость по влагопоглощению устанавливали при первом появлении свободной жидкости. Адсорбционную емкость сорбента по поглощению запаха определяли субъективными ощущениями (результаты представлены в таблице 2). Для выявления экологической чистоты и безвредности сорбента проводили микрозондовой анализ. На фиг. 2 представлен спектр рентгенофлуорисцентного анализа полученных гранул, показывающий, что в конечном продукте содержание тяжелых металлов отсутствует, это обосновывает экологическую чистоту и безопасность конечного продукта для человека и домашних животных. Исследования адсорбции проводили на домашних животных при использовании сорбента в качестве наполнителя (кошки), в животноводческих помещениях при использовании сорбента в качестве подстилки (куры, козы), на дачном участке при использовании сорбента в качестве засыпки в биотуалет. Данные приведены в таблице 2.The density of the granules was determined by the volumetric weight method. The uniformity of the distribution of vermiculite in the mixture was determined by micrographs (Fig. 1). The adsorption capacity for moisture absorption was established at the first appearance of free liquid. The adsorption capacity of the sorbent by odor absorption was determined by subjective sensations (the results are presented in table 2). Microprobe analysis was performed to identify the environmental purity and harmlessness of the sorbent. In FIG. Figure 2 presents the spectrum of X-ray fluorescence analysis of the obtained granules, showing that the heavy product is absent in the final product, this justifies the ecological purity and safety of the final product for humans and domestic animals. Adsorption studies were carried out on domestic animals using a sorbent as a filler (cats), in livestock buildings when using a sorbent as a bedding (chicken, goats), in a summer cottage when using a sorbent as a backfill in a dry closet. The data are shown in table 2.

Проведенные эксперименты показали, что оптимальным следует считать уплотнение вермикулита на 15-25%.The experiments showed that the optimal should be considered the compaction of vermiculite by 15-25%.

Гранулированный наполнитель, в виде смеси целлюлозосодержащего компонента и частиц вермикулита, взятых в эффективном количестве, создает отсутствие запаха до 7 суток, а в случае добавления в сорбенте антисептических веществ - до 14 суток. Исследования показали, что в качестве сорбента могут быть использованы смеси отдельных целлюлозосодержащих компонентов в различных соотношениях, т.к. проявляют близкие химико-физические характеристики. Гранулы наполнителя, или сорбционной подстилки, или сорбента для применения в биотуалете, полученные в виде гранулированной смеси, сохраняют форму, не создают грязи, не наносят вреда их здоровью даже при поедании. Известно, что древесная зелень хвойных пород деревьев и вермикулит используют в качестве кормовых добавок в рационе животных и птиц (например, патенты РФ №2120768, 2485793). Кроме того, сорбент на основе сухой древесной зелени хвойных пород деревьев является антисептиком, ароматизирует воздух запахом пихты, или ели, или сосны и обеспечивает повышенные гигиенические условия содержания домашних животных, обеззараживание продуктов их жизнедеятельности.A granular filler, in the form of a mixture of a cellulose-containing component and particles of vermiculite, taken in an effective amount, creates no odor for up to 7 days, and in the case of adding antiseptic substances in the sorbent, up to 14 days. Studies have shown that mixtures of individual cellulose-containing components in various ratios can be used as sorbent, since exhibit close chemical and physical characteristics. Granules of the filler, or sorption bedding, or sorbent for use in the dry closet, obtained in the form of a granular mixture, retain their shape, do not create dirt, do not harm their health even when eaten. It is known that coniferous trees and vermiculite are used as feed additives in the diet of animals and birds (for example, RF patents No. 2120768, 2485793). In addition, the sorbent based on dry green woods of conifers is an antiseptic, aromatizes the air with the smell of fir, or spruce, or pine and provides increased hygienic conditions for keeping pets, disinfection of their vital products.

Предлагаемый гранулированный сорбент может быть использован как сорбент для сбора разливов бензина, нефти, масла, смазка, растворителей. Отработанный сорбент может быть утилизирован путем сжигания или подвергнуть микробиологической очистке.The proposed granular sorbent can be used as a sorbent for collecting spills of gasoline, oil, oil, grease, solvents. The spent sorbent can be disposed of by incineration or subjected to microbiological treatment.

Использованный гранулированный сорбент легко утилизируются или может быть использован в качестве полезного средства.The used granular sorbent is easily disposed of or can be used as a useful agent.

Области применения в сельском хозяйстве довольно широки: как подстилка для крупного и мелкого скота, сорбционное средство для удаления жидкостей (вода, мочевина, аммиак и т.п.) и газов (углекислый и сернистый газы, а также метан и вещества категории тиолов), сорбент и наполнитель при изготовлении сопутствующих удобрений из навоза, как средство (носитель) внесения антисептических средств в микросреду обитания животных, средство (сорбент) утилизации продуктов жизнедеятельности животных, а также в чистом виде как грунт и/или добавка в грунт для садоводческих целей, при насыщении (обогащении) сорбента дополнительными средствами (например, "ВЭРВА") - как подкормка для растений. В домашнем хозяйстве предлагаемое изобретение может служить наполнителем для туалетов домашних животных, грунтом и/или добавкой в грунт для рассады, а также сорбентом для биотуалетов.Fields of application in agriculture are quite wide: as a litter for cattle and small livestock, a sorption agent for removing liquids (water, urea, ammonia, etc.) and gases (carbon dioxide and sulfur dioxide, as well as methane and thiol category substances), sorbent and filler in the manufacture of related fertilizers from manure, as a means (carrier) of introducing antiseptic agents into the microenvironment of animals, a means (sorbent) of utilization of animal vital products, as well as in pure form as soil and / or as an additive to the soil for horticultural purposes, at saturation (enrichment) sorbent additional means (e.g., "VERVA") - as a top dressing for the plants. In the household, the invention can serve as a filler for toilets of domestic animals, soil and / or additive in the soil for seedlings, as well as a sorbent for dry closets.

Сопутствующим использованием можно считать утилизацию использованного в качестве подстилки или наполнителя для туалетов домашних животных сорбента в виде естественного удобрения в сельском и домашнем садоводческом хозяйстве. Более того, вермикулит естественным образом способен раскислять почву, что в условиях Северной и Арктической зоны России является довольно актуальным.Concomitant use can be considered the disposal of the sorbent used as bedding or filler for the toilets of domestic animals in the form of natural fertilizer in agriculture and home gardening. Moreover, vermiculite is naturally capable of deoxidizing the soil, which is quite relevant in the Northern and Arctic zones of Russia.

Claims

1. A granular sorbent for hygiene and ecology of habitats in the form of granules with a moisture content of not more than 5%, containing a cellulose-containing component capable of absorbing a liquid of more than 1: 1, characterized in that it is made in the form of a granular mixture of a cellulose-containing component and vermiculite in the following ratio, mass %:

cellulose component 60-95 vermiculite 5-40

while the granules are characterized by a strength of at least 15 N, an adsorption capacity of at least 25 mg / g, moisture absorption of at least 120%.

2. The granular sorbent according to claim 1, characterized in that as a cellulose-containing component it contains sawmill waste in the form of sawdust, or plywood waste in the form of ground dust, or waste from the wood processing industry in the form of hydrolytic lignin, or shredded coniferous wood greenery tree species, or mixtures thereof, taken in various ratios.

3. The granular sorbent according to claim 1, characterized in that the granules obtained by pressing or extrusion have an oval or flat shape.