WO2011078745A1 - Композиционный материал - Google Patents

Композиционный материал Download PDF

Info

Publication number
WO2011078745A1
WO2011078745A1 PCT/RU2010/000776 RU2010000776W WO2011078745A1 WO 2011078745 A1 WO2011078745 A1 WO 2011078745A1 RU 2010000776 W RU2010000776 W RU 2010000776W WO 2011078745 A1 WO2011078745 A1 WO 2011078745A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fibers
composite material
granular
material according
interwoven
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000776
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Джозеф Львович ШМИДТ
Глеб Дмитриевич РУСИНОВ
Александр Иванович АНДРЕЕВ
Александр Геннадьевич МИТИЛИНЕОС
Денис Владиславович БАЙГОЗИН
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор")
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 "Аквафор" (Ооо "Аквафор") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Аквафор" (Ооо "Аквафор")
Priority to US13/519,129 priority Critical patent/US10046986B2/en
Priority to IN4837DEN2012 priority patent/IN2012DN04837A/en
Priority to EP10839877.7A priority patent/EP2517787B1/en
Priority to CN201080054045.7A priority patent/CN102762295B/zh
Publication of WO2011078745A1 publication Critical patent/WO2011078745A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/043—Carbonates or bicarbonates, e.g. limestone, dolomite, aragonite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/261—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/262—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds, e.g. obtained by polycondensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28023—Fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28028—Particles immobilised within fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/08—Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/16—Organic material
    • B01J39/18—Macromolecular compounds
    • B01J39/20—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/018—Granulation; Incorporation of ion-exchangers in a matrix; Mixing with inert materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents

Definitions

  • the invention relates to composite materials, and more particularly to composite adsorption materials for cleaning liquids, in particular drinking water, based on the components of granular material and fibrous material.
  • Drinking water in many cases needs to be treated further at the place of consumption, as the barrier role of traditional structures of water treatment systems does not always allow to remove or reduce the concentration of individual pollutants to normalized values, which, ultimately, affects the quality of drinking water.
  • the final drinking water purification system is an activated carbon column used for purification from chlorine, organics, and other contaminants.
  • activated carbon in granular form is used.
  • the advantages of using these filters are that granular activated carbon is a cheap raw material, has a relatively small hydraulic resistance, and does not become denser as the fluid flows.
  • the disadvantage is the low adsorption rate. Therefore, when using granular activated carbon in industry, the recommended contact time of the sorbent in the column and liquid is at least 15 minutes, which is unacceptable for domestic conditions.
  • a column with activated granular carbon does not remove smaller particles of contaminants due to the relatively large size of the sorbent granules and the free space (voids) between them.
  • Powdered activated carbon as you know, adsorbs impurities faster than granular activated carbon, however, the use of a finer fraction creates a large hydraulic resistance and leads to undesirable sealing of the filtration column during fluid flow. Attempts to avoid compaction usually represent the introduction of a binder component. Filter elements containing activated carbon particles, combined into a rigid structure by a polymer binder in the form of a thermoplastic material, are not compacted during the flow of liquid, however, some of the adsorption capacity of activated carbon is not used during operation due to contact with immobilizing binding material.
  • activated carbon particles occupy only part of the volume of the adsorption column, while the rest of the volume of the adsorption column is occupied by the binder component.
  • the binder component is not active in the adsorption of contaminants and its introduction leads to an increase in the size of the column, compared with the adsorption column, which contains only activated carbon.
  • the manufacture of such filter elements is expensive, requires accurate temperature and other precisely controlled process conditions.
  • filtering elements for purifying a liquid based on a mixture of granular material and fibrous material.
  • a composite material is known consisting of an adsorbing granular material and a material capable of expanding upon contact with a liquid (application Ns 20040232068 A1, USA, publ. 25.1 1.2004, B01 D 039/00).
  • granular activated carbon (80-325 mesh) and granular ion-exchange resin can be used as adsorption material, and, for example, polyacrylonitrile-based ion-exchange fibers can be used as polymer expandable material.
  • the components of these materials are thoroughly mixed with each other and placed in a suitable housing, the volume of which will limit the degree of swelling of the expanding material.
  • the formation of a porous composite material occurs upon its contact with the liquid inside the specified housing due to the fact that the granular material is immobilized in the expanding material during its swelling, as well as under the action of pressure from the internal walls of the housing, forming a structure with a random distribution of the initial components that are sufficiently firmly held together while the composite material is able to take the form of a body.
  • the expandable material may be present in amounts of from 0.1 wt.% To 99.9 wt.%.
  • the disadvantages of the described porous composite material are that at the stage of its production, namely, when the granular particles are immobilized into an expanding material, the formation of a sufficiently ordered porous structure is impossible.
  • the formation of a sufficiently ordered porous structure is impossible.
  • an undesired movement of the granular component can occur and, as a result, a gradual destruction of the porous filtration structure of the composite material.
  • RF patent Ns2132729 describes a composite adsorption material containing a packaged mixture of granules and fibers in the form of granular activated carbon 5-30 wt.% And activated carbon fiber 70-95 wt.%.
  • the mixture may also consist of ion-exchange granules and ion-exchange fibers.
  • the fibers densely fill the space between the granules of activated carbon.
  • the sizes and relative amounts of granules and fibers are selected so that the filter element cleans water from contaminants faster than traditional filters with granular activated carbon.
  • a packaged mixture of granules and fibers shows improved properties for restoring adsorption properties in between filtrations.
  • the filter described in US Pat. No. 6,299,771 consists of a compacted mixture of components: granular activated carbon 5-30 wt.% And activated carbon fibers 70-80 wt.%.
  • a mixture of ion-exchange granules with ion-exchange fibers can also be used in the filter.
  • granules particles of a size of 50-3000 microns, preferably 100-2000 microns, are used.
  • the fiber length is 0.2-20 mm, preferably 1-10 mm, the average diameter is 1-30, most preferably 4-20 microns.
  • the average diameter of the granules should be greater than the average diameter of the fiber.
  • the fibers in the composite structure are intertwined with each other and around densely packed activated carbon granules in contact with each other with a high filling of voids between these granules.
  • numerous channels are formed for the water flow, due to which, the hydraulic resistance of the filter element is reduced.
  • the described composite material is able to restore adsorption properties (prototype).
  • the problem to which the present invention is directed is to create a new composite material to avoid these disadvantages.
  • the technical result achieved by using the invention is to reduce the time of liquid filtration by increasing the filtration rate while increasing the efficiency of liquid purification by lead ions and chloroform and maintaining the structure of the composite material.
  • the task and the required technical result are achieved by creating a new composite material for filtering liquid purification based on a mixture of components of granular and fibrous materials containing volume zones with adjustable density, forming a material structure that self-hardens as the fluid flows during the filtration process, while zones make up the bulk of the material, each zone is made in the form of a section of interwoven fibers, the sections themselves are interconnected natural fibers, and the space inside the sections and between the sections of interwoven fibers is filled with granular material.
  • the size of the sections of interwoven fibers is larger than the average length of an individual fiber and is at least 1 mm.
  • each section of interwoven fibers is preferably 5-8 mm, then the average length of an individual fiber will be in the range of 0.5-3.9 mm, preferably 2.5-3.5 mm, and if the size of each section of interwoven fibers is Preferably about 9-16 mm, then the average length of an individual fiber is 4-15.5 mm, preferably 7-8 mm.
  • granular activated carbon powdered activated carbon, granular ion-exchange resin, granular inorganic adsorbents based on oxides, carbonates and silicates, or any combination thereof are used.
  • Polymeric fibers with a surface energy of at least 30 mJ / m 2 , preferably at least 60 mJ m 2, are used as the fibrous material.
  • polymer fibers use fibers on polyacrylonitrile-based, cellulose fibers, modified cellulose-based fibers, polyamide fibers, polyester fibers, carbon fibers, silicon-containing fibers or any combination thereof, while ion-exchange fibers having cation exchange, anion exchange, and ion-complexing materials are used as polyacrylonitrile polymer fibers properties or any combination of these properties.
  • Volumetric zones with adjustable density are created by using granular material and a fibrous material in the composite material, characterized by a certain surface energy and the average length of an individual fiber, by means of physico-chemical interactions between the fibers in the prescribed manner.
  • the interaction energy between the fibers within the bulk zones depends on their surface energy.
  • the fibers should have a surface energy of at least 30 mJ / m 2 , preferably at least 60 mJ / m 2 . The higher the surface energy of the fiber, the more points of physico-chemical interaction will form in the bulk zones and the higher their density.
  • the physicochemical interaction between the fibers is carried out by the mechanism of mutual hydrophilic-hydrophilic attraction indirectly through an aqueous medium, when using fibers with a surface energy of ⁇ 30 mJ / m 2, the fibers will not sufficiently interact with water and with each other, forming volume zones low density.
  • the surface energy of the fibers determines the density of the bulk zones. Due to the regulation of the density of volume zones, the filtration rate can change - the filtration rate can increase and, accordingly, the filtration time will decrease.
  • each zone is made in the form of a section of interwoven fibers, and the granular material is distributed inside the sections of interwoven fibers, to a lesser extent between them.
  • Plots of interwoven fibers hold the granular material in the structure, preventing the granules from moving and compacting, while separate the fibers in the structure of the composite are intertwined around these sections throughout the volume of the composite material, forming a single (connected) structural matrix.
  • the size of most sections of interwoven fibers should be greater than the average length of a single fiber. Individual fibers form less dense structural zones.
  • the sections of interwoven fibers under the action of external mechanical forces are able to move relative to each other, while there is no stratification of the composite material, i.e., the composite material in the dry state has a flowability before the liquid is filtered, which allows easy filling the required quantity is any desired filter column or module.
  • the fluid moves both inside and along sections of interwoven fibers. Plots of interwoven fibers provide reduced resistance to fluid flow, thereby increasing the rate of fluid filtration.
  • each section of interwoven fibers according to the invention is at least 1 mm. If the average length of an individual fiber is from 0.5 mm to 3.9 mm, preferably 3-3.5 mm, then the size of each section of interwoven fibers is preferably 5-8 mm. If the average length of an individual fiber is from 4 mm to 15.5 mm, preferably 7-8 mm, then the size of each section of interwoven fibers is preferably 9-16 mm. When using fibers with an average length of more than 15.5 mm, the fibers begin to interact intensively with themselves, forming loops and nodes that impede the formation of the structure of the composite material, most of which contain volume zones.
  • sections of interwoven fibers are interconnected due to the physical and / or physico-chemical interaction of individual fibers.
  • Physical interaction is carried out through the mechanical adhesion of the fibers to each other.
  • Physico-chemical interaction begins to occur when the fiber is brought into contact with water.
  • the number of points of physicochemical interactions increases. The more these points, the greater the density volume zones. Due to the increase in density, the ability of bulk zones to hold granular material increases. Under the action of the filtered fluid stream, physical interactions also occur pointwise.
  • the composite material Due to the hardening of the structure, the composite material is able to take the form of any enclosure enclosing it, while the composite material, without crumbling, can be easily removed from the specified enclosure in the form of an integral molded element. Due to “self-hardening”, as the fluid flows, the composite material retains its structure throughout the declared resource of the filter element.
  • the composite material according to the invention is a mixture of granular material and fibrous material.
  • granular activated carbon for example, powdered activated carbon (Davao Chemical, Philippines; or Bieco-link carbons (PTE) LTD, Sri Lanka), granular ion exchange resin (C243 from Sybron Chemicals Inc., USA) are used.
  • granular inorganic adsorbents based on oxides firms of LLC ChromLab, Russia, 0.05-0.1 mm
  • carbonates firms of LLC Kamnizdes, Russia, dolomite 0, 1-1 mm
  • silicates firms of ZAO VOStok-Energy, Russia, 0.1-0.9 mm
  • cellulose fibers are used (Poli here LLC, Russia, with a surface energy of 34 mJ / m 2 ), cellulose-based modified fibers (DKM Venture Projects LLC, Russia, 43 mJ / m 2 ), polyamide fibers, polyester fibers (firms DonPolymerMarket, Russia, 31 mJ / m 2 ), carbon fibers (firms KoTHmex, Taiwan, 47 mJ / m 2 ), silicon-containing fibers (firms Dowex, USA, 36 mJ / m 2 ) , polyacrylonitrile-based polymer fibers.
  • fibers are used having cation exchange, anion exchange, ion-complexing properties or any combination of these properties (for example, Kopan fibers, TES Research and Production Company, Russia, 70 mJ / m 2 ).
  • Composite material for example, can be obtained in the following way, consisting of two stages.
  • a pre-cut fiber of a certain length according to the invention is subjected to pre-conditioning.
  • the fiber is loaded into a mixing tank, for example, with a centrifugal water pump, then water is supplied there at the rate of 1 m 3 of water per 10-15 kg of fiber.
  • the finished material is discharged into a centrifuge using a drainage pump.
  • a special mesh bag is installed in the centrifuge. Centrifugation is preferably carried out within 7 minutes. The fiber in the mesh bag is unloaded from the centrifuge. Then it is dried. At all stages of conditioning, intensive mixing of the fibers is ensured, due to which volume zones are formed in the form of sections of interwoven fibers.
  • the second stage begins with the preparation of a suspension of fiber.
  • water is supplied to the tank and at the same time pre-conditioned fiber is loaded. Water is used at the rate of 1 m 3 of water per 100-180 kg of the loaded mixture.
  • a homogeneous suspension of fiber in water is prepared.
  • the resulting suspension is pumped into the tank to mix the components of the composite material, where the granular material is loaded with continuous stirring of the suspension. If the granular material consists of a combination of components, then the loading of each granular component is carried out sequentially. Mixing the suspension is carried out by a centrifugal water pump with a water flow rate of 1-2 m / s for 1-15 minutes.
  • the finished mixture is unloaded into a centrifuge to remove water from the mixture.
  • a special container with a mesh bag is installed. Centrifugation is carried out for a predetermined time with a certain rotational speed of the centrifuge drum depending on the composition of the sorption mixture.
  • intensive mixing of the starting components occurs, which contributes to the formation of its structure, while filling with granular material, including powdered activated carbon, pre-formed at the first stage of the sections of interwoven fibers.
  • a structure is formed with volume zones in the form of sections of interwoven fibers filled with granular material.
  • the composite material thus obtained is poured into a suitable adsorption column, compacted and packaged.
  • Example A (according to the invention).
  • the following components were used to prepare filtration columns based on a composite material: cation exchange fiber based on Aqualen 2 polyacrylonitrile (manufactured by Kemetsorb LLC, Russia) with an average length of 3.5 mm and a surface energy of 50 mJ / m 2 , granular activated carbon fraction 20x50 mesh, 250-850 microns (manufacturer "PJAC”, Philippines), powdered activated carbon fraction 50x200 mesh, 50-250 microns (manufacturer "PJAC”, Philippines), cation exchange resin Lewatit CNP LF particle size 0.2- 0.6 mm (manufacturer La nXess, Germany).
  • the composite material obtained by the prescribed method was packed in cylindrical sorption columns (polypropylene material, diameter 60 mm, height 70 mm). Thus, 3 columns were manufactured: A1, A2, A3 (Table 1). During filtration, Columns A were mounted vertically and liquid was pumped through Columns A from top to bottom.
  • Comparative example B (prototype).
  • One part by weight of chopped Akvalen activated carbon fiber manufactured by Kemetsorb LLC, Russia
  • 100 parts by weight of water were added, making a suspension.
  • Seven parts of granular activated carbon F200 (CALGON, USA) with an average particle size of 20x50 mesh, 250-850 microns, was added to the suspension, and well mixed at room temperature.
  • the resulting mixture was centrifuged to reduce the water content to less than 40 weight.
  • % The dehydrated adsorbent mixture was then tightly packed in a cylindrical filtration column. Thus, 3 columns were made: B1, B2, VZ.
  • Columns B were mounted vertically and liquid was pumped through Columns B from top to bottom (Table 1).
  • a model solution of lead ions with a concentration of 0.15 mg / L was passed by gravity from the upper tank through sorption columns of the A1, A2, A3, B1, B2, and VZ series. The filtration time was recorded and the concentration of lead ions in the filtered water was determined. The concentration of lead ions in filtered water was determined in accordance with GOST 18293-72 “Drinking water. Methods for determining the content of lead, zinc, silver ”(Table 4).
  • the table shows that the filtration time of 1 liter of a model solution through a series of Columns A is less than the filtration time of the same solution through a series of Columns B, due to an increase in the filtration rate.
  • the proposed composite material due to its structure, allows to achieve effective cleaning according to the specified indicators.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к композиционным материалам, а более конкретно к композиционным адсорбционным материалам для очистки жидкости, в частности, питьевой воды, на основе компонентов гранулированного материала и волокнистого материала. Новый композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости на основе смеси компонентов гранулированного и волокнистого материалов, содержит объёмные зоны с регулируемой плотностью, формирующие структуру материала, самоупрочняющуюся по мере протекания жидкости в процессе фильтрации, при этом, объёмные зоны составляют большую часть материала, каждая зона выполнена в виде участка переплетённых волокон, сами участки связаны между собой отдельными волокнами, а пространство внутри участков и между участками переплетённых волокон заполнено гранулированным материалом.

Description

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к композиционным материалам, а более конкретно к композиционным адсорбционным материалам для очистки жидкости, в частности, питьевой воды, на основе компонентов гранулированного материала и волокнистого материала.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Питьевая вода во многих случаях нуждается в доочистке на месте потребления, т.к. барьерная роль традиционных сооружений систем водоподготовки не всегда позволяет удалить или снизить концентрации отдельных загрязнителей до нормируемых величин, что, в конечном итоге, сказывается и на качестве питьевой воды.
В общем случае конечная система доочистки питьевой воды представляет собой колонку из активированного угля, используемого для очистки от хлора, органики и других загрязнений. В большинстве случаев используют активированный уголь в гранулированной форме. Преимущества использования указанных фильтров в том, что гранулированный активированный уголь является дешёвым сырьём, имеет относительно небольшое гидравлическое сопротивление, не уплотняется по мере протекания жидкости. Недостатком является малая скорость адсорбции. Поэтому при использовании гранулированного активированного угля в промышленности рекомендуемое время контакта сорбента в колонке и жидкости составляет не менее 15 минут, что неприемлемо для бытовых условий. Кроме того, колонка с активированным гранулированным углём не удаляет более мелкие частицы загрязнений из-за относительно большого размера гранул сорбента и свободного пространства (пустот) между ними.
Порошкообразный активированный уголь, как известно, адсорбирует примеси быстрее, чем гранулированный активированный уголь, однако, использование более мелкой фракции создаёт большое гидравлическое сопротивление и приводит к нежелательному уплотнению фильтрационной колонки при протекании жидкости. Попытки избежать уплотнения обычно представляют собой введение связующего компонента. Фильтрующие элементы, содержащие частицы активированного угля, объединённые в жёсткую структуру полимерным связующим компонентом в виде термопластичного материала, не уплотняются при протекании жидкости, однако при этом часть адсорбционной ёмкости активированного угля не используется при эксплуатации из-за контакта с иммобилизующим связывающим материалом. В таких фильтрах активированные углеродные частицы занимают только часть объёма адсорбционной колонки, при этом остальная часть объёма адсорбционной колонки занята связующим компонентом. Связующий компонент не активен в адсорбции загрязнений и его введение приводит к увеличению размера колонки, по сравнению с адсорбционной колонкой, которая содержит только активированный уголь. Кроме того, изготовление подобных фильтрующих элементов дорого, требует точного выдерживания температуры и других, прецизионно контролируемых условий процесса.
Известно использование в колонках активированных углеродных волокон, но они относительно дороги и уплотняются при протекании жидкости, приводя к умеренному сопротивлению потока, хотя уплотнение волокон значительно меньше, чем при использовании порошкообразного активированного угля.
В уровне техники известно использование фильтрующих элементов для очистки жидкости на основе смеси гранулированного материала и волокнистого материала. Например, известен композиционный материал, состоящий из адсорбирующего гранулированного материала и материала способного расширяться при контакте с жидкостью (заявка Ns 20040232068 А1 , США, опубл. 25.1 1.2004, B01 D 039/00). В качестве адсорбционного материала могут быть использованы, например, гранулированный активированный уголь (80-325 mesh) и гранулированная ионообменная смола, а в качестве полимерного расширяющегося материала могут быть использованы, например, ионообменные волокна на основе полиакрилонитрила. Компоненты указанных материалов тщательно перемешиваются друг с другом и помещаются в подходящий корпус, объём которого будет ограничивать степень набухания расширяющегося материала. Формирование пористого композиционного материала происходит при его контакте с жидкостью внутри указанного корпуса за счёт того, что гранулированный материал иммобилизуются в расширяющийся материал в процессе его набухания, а также под действием давления от внутренних стенок корпуса, образуя структуру с хаотичным распределением исходных компонентов достаточно прочно удерживаемых вместе, при этом композиционный материал способен принимать форму корпуса. Расширяющийся материал может присутствовать в количествах от 0,1 вес.% до 99,9 вес.%.
Недостатки описанного пористого композиционного материала заключаются в том, что на стадии его получения, а именно, при иммобилизации гранулированных частиц в расширяющийся материал, невозможно образование достаточно упорядоченной пористой структуры. Кроме того, в промежутках между фильтрацией, по мере обезвоживания расширяющегося материала может происходить нежелательное перемещение гранулированной составляющей и, как следствие, постепенное разрушение пористой фильтрационной структуры композиционного материала.
Другой пример использования композиционного материала для очистки жидкости, в частности питьевой воды, на основе смеси гранулированного и волокнистого материалов, описан в патенте РФ, N°2132729, опубл. 10.07.1999, B01 D 039/02, и патенте США, N°6299771 , опубл. 09.11 .2001 , B01 D 039/00.
В патенте РФ Ns2132729 описан композиционный адсорбционный материал, содержащий упакованную смесь гранул и волокон в виде гранулированного активированного угля 5-30 вес.% и активированного углеродного волокна 70-95 вес.%. Смесь также может состоять из ионообменных гранул и ионообменных волокон. В композиционном адсорбционном материале волокна плотно заполняют пространство между гранулами активированного угля. Размеры и относительные количества гранул и волокон подобраны так, чтобы фильтрующий элемент очищал воду от загрязнений быстрее, чем традиционные фильтры с гранулированным активированным углём. При значительных промежутках времени между фильтрациями упакованная смесь гранул и волокон показывает улучшенные свойства по восстановлению адсорбционных свойств в перерывах между фильтрациями.
Описанный в патенте США N°6299771 фильтр состоит из уплотнённой смеси компонентов: гранулированного активированного угля 5-30 вес.% и активированных углеродных волокон 70-80 вес.%. В фильтре также может быть использована смесь ионообменных гранул с ионообменными волокнами. В качестве гранул используют частицы размером 50-3000 микрон, предпочтительно 100-2000 микрон. Длина волокна составляет 0,2-20 мм, предпочтительно 1-10 мм, средний диаметр 1 -30, наиболее предпочтительно 4-20 микрон. Средний диаметр гранул должен быть больше среднего диаметра волокна. При этом волокна в структуре композита переплетаются между собой и вокруг плотно упакованных, соприкасающихся друг с другом гранул активированного угля с высоким заполнением пустот между указанными гранулами. В результате, формируются многочисленные каналы для протока воды, за счёт чего, уменьшается гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента. В промежутках между фильтрациями, описанный композиционный материал способен восстанавливать адсорбционные свойства (прототип).
Приведённые примеры фильтрующих элементов на основе композиционного материала имеют ряд недостатков. Как в патенте РФ Ns2132729, так и в патенте США Ne6299771 , волокна в структуре композиционного материала не обеспечивают достаточную фиксацию мелких фракций гранулированного компонента и по мере протекания воды через фильтрующий элемент может происходить нежелательное уплотнение композиционного материала, приводящее к увеличению времени фильтрации и уменьшению скорости фильтрации элемента, а также нарушение структуры композиционного материала, из-за увлекания и перемещения потоком воды слабо зафиксированных гранулированных частиц, в том числе и порошкообразных, включая их агломерацию, что в итоге приведёт к снижению эффективности очистки жидкости на протяжении заявленного ресурса фильтрующего элемента. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании нового композиционного материала, позволяющего избежать указанных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения является уменьшение времени фильтрации жидкости за счет увеличения скорости фильтрации при повышении эффективности очистки жидкости по ионам свинца и по хлороформу и сохранении структуры композиционного материала.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигается за счёт создания нового композиционного материала для фильтрационной очистки жидкости на основе смеси компонентов гранулированного и волокнистого материалов, содержащего объёмные зоны с регулируемой плотностью, формирующие структуру материала, самоупрочняющуюся по мере протекания жидкости в процессе фильтрации, при этом, объёмные зоны составляют большую часть материала, каждая зона выполнена в виде участка переплетённых волокон, сами участки связаны между собой отдельными волокнами, а пространство внутри участков и между участками переплетённых волокон заполнено гранулированным материалом. При этом, размер участков переплетённых волокон больше средней длины отдельного волокна и составляет не менее 1 мм. Если размер каждого участка переплетённых волокон составляет предпочтительно 5-8 мм, то средняя длина отдельного волокна будет находится в интервале 0,5-3,9 мм, предпочтительно 2,5-3,5 мм, а если размер каждого участка переплетённых волокон .составляе— пред очтителнно 9-16 мм, тогда средняя длина отдельного волокна составляет 4-15,5 мм, предпочтительно 7-8 мм. В качестве гранулированного материала используют гранулированный активированный уголь, порошкообразный активированный уголь, гранулированную ионообменную смолу, гранулированные неорганические адсорбенты на основе оксидов, карбонатов и силикатов или любую их комбинацию. В качестве волокнистого материала используют полимерные волокна с поверхностной энергией не менее 30 мДж/м2, предпочтительно не менее 60 мДж м2. В качестве полимерных волокон используют волокна на основе полиакрилонитрила, целлюлозные волокна, модифицированные волокна на основе целлюлозы, полиамидные волокна, полиэфирные волокна, углеродные волокна, кремний содержащие волокна или любую их комбинацию, при этом в качестве полимерных волокон на основе полиакрилонитрила используют ионообменные волокна, обладающие катионообменными, анионообменными, ион-комплексующими свойствами или любой комбинацией указанных свойств.
Объёмные зоны с регулируемой плотностью согласно изобретению создаются за счёт использования в композиционном материале гранулированного материала и волокнистого материала, характеризующегося определённой поверхностной энергией и средней длиной отдельного волокна, посредством физико-химических взаимодействий между волокнами предписанным способом. Энергия взаимодействия между волокнами внутри объёмных зон зависит от их поверхностной энергии. Волокна должны обладать поверхностной энергией не менее 30 мДж/м2, предпочтительно не менее 60 мДж/м2. Чем больше поверхностная энергия волокна, тем больше будет образовываться точек физико-химического взаимодействия внутри объёмных зон и тем выше будет их плотность. Так как физико-химическое взаимодействие между волокнами осуществляется по механизму взаимного гидрофильно- гидрофильного притяжения опосредованно через водную среду, то при использовании волокон с поверхностной энергией <30 мДж/м2 волокна будут взаимодействовать с водой и друг с другом в недостаточной степени, формируя объёмные зоны с низкой плотностью. Таким образом, поверхностная энергия волокон определяет плотность объёмных зон. За счёт регулирования плотности объёмных зон может изменяться скорость фильтрации - может увеличиваться скорость фильтрации и соответственно будет уменьшаться время фильтрации.
Согласно изобретению, каждая зона выполнена в виде участка переплетённых волокон, а гранулированный материал распределён внутри участков переплетённых волокон, в меньшей степени между ними. Участки переплетённых волокон удерживают гранулированный материал в структуре, не позволяя гранулам перемещаться и уплотняться, при этом отдельные волокна в структуре композита переплетаются вокруг указанных участков по всему объёму композиционного материала, образуя единую (связную) структурную матрицу. Размер большей части участков переплетённых волокон должен быть больше средней длины отдельного волокна. Отдельные волокна формируют менее плотные структурные зоны. За счёт менее плотных структурных зон, участки переплетённых волокон под действием внешних механических сил способны перемещаться относительно друг друга, при этом не происходит расслоения композиционного материала, т. е. композиционный материал в сухом состоянии до фильтрации жидкости обладает сыпучестью, что позволяет легко набить или заполнить необходимым его количеством любую требуемую фильтрационную колонку или модуль. Во время фильтрации жидкость движется как внутри, так и вдоль участков переплетённых волокон. Участки переплетённых волокон обеспечивают пониженное сопротивление потоку жидкости, за счёт чего увеличивается скорость фильтрации жидкости.
Размер каждого участка переплетённых волокон согласно изобретению составляет не менее 1 мм. Если средняя длина отдельного волокна от 0,5 мм до 3,9 мм, предпочтительно 3-3,5 мм, то размер каждого участка переплетённых волокон составляет предпочтительно 5-8 мм. Если средняя длина отдельного волокна от 4 мм до 15,5 мм, предпочтительно 7-8 мм, то размер каждого участка переплетённых волокон составляет предпочтительно 9-16 мм. При использовании волокон со средней длиной более 15,5 мм, волокна начинают интенсивно взаимодействовать сами с собой, образуя петли и узлы, которые препятствуют формированию структуры композиционного материала, большую часть которого содержат объёмные зоны.
Более подробно, участки переплетённых волокон связаны между собой за счёт физического и/или физико-химического взаимодействия отдельных волокон. Физическое взаимодействие осуществляется через механическое сцепление волокон друг с другом. Физико-химическое взаимодействие начинает проявляться при приведении волокна в контакт с водой. По мере протекания жидкости увеличивается число точек физико- химических взаимодействий. Чем больше этих точек, тем больше плотность объёмных зон. За счёт увеличения плотности, возрастает способность объёмных зон удерживать гранулированный материал. Под действием потока фильтруемой жидкости точечно возникают также и физические взаимодействия. Происходит дополнительное механическое сцепление волокон друг с другом таким образом, что по окончании фильтрации, после высыхания композиционного материала не происходит его усадки, уплотнения или разрушения его структуры. Благодаря упрочнению структуры композиционный материал способен принимать форму любого заключающего его корпуса, при этом, композиционный материал, не рассыпаясь, может быть легко извлечён из указанного корпуса в виде цельного формованного элемента. За счёт «самоупрочнения» по мере протекания жидкости композиционный материал на протяжении заявленного ресурса фильтрующего элемента сохраняет свою структуру.
В уровне техники известно использование порошкообразных частиц гранулированного материала. Известно, что фильтрующие материалы, изготовленные из угля мелкой фракции, лучше адсорбируют загрязнения, чем фильтрующие материалы на основе крупного активированного угля, за счёт большей площади адсорбирующей поверхности порошкообразных частиц. Однако, как правило, на различных стадиях получения фильтрующего материала, при перемешивании, частицы пылевидной фракции легко сцепляются друг с другом и легко забивают промежутки, в том числе при использовании гранулированного активированного угля между его частицами. Это приводит к образованию больших агломератов частиц мелкой фракции и к чрезмерному уплотнению фильтрующей структуры, что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление, создаваемое фильтрующим элементом и уменьшает эффективность его очистки. По изобретению частицы мелкой фракции распределены внутри участков переплетённых волокон, в .меньшей степени между ними. За счёт своей более плотной структуры, участки переплетённых волокон удерживают порошкообразные частицы, не позволяя им перемещаться и агломерироваться. Это даёт возможность использовать в составе композиционного материала большую долю порошкообразного компонента, который, в совокупности с остальными компонентами композиционного материала, позволяет достигать эффективности очистки жидкости по ионам свинца и по хлороформу.
Композиционный материал согласно изобретению представляет собой смесь гранулированного материала и волокнистого материала.
В качестве гранулированного материала используют, например, гранулированный активированный уголь, порошкообразный активированный уголь (фирмы Davao Chemical, Филиппины; либо фирмы Bieco-link carbons (PTE) LTD, Шри-Ланка), гранулированную ионообменную смолу (С243 фирмы Sybron Chemicals Inc., США), гранулированные неорганические адсорбенты на основе оксидов (фирмы ООО «ХромЛаб», Россия, 0,05-0,1 мм), карбонатов (фирмы ООО «Kamnizdes», Россия, доломит 0, 1-1 мм) и силикатов (фирмы ЗАО ВОСток-Энерго, Россия, 0,1 -0,9 мм) или любую их комбинацию.
В качестве волокнистого материала используют целлюлозные волокна (фирмы ООО «Полимаркт», Россия, с поверхностной энергией - 34 мДж/м2), модифицированные волокна на основе целлюлозы (фирмы ООО "ДКМ Венчурные проекты", Россия, 43 мДж/м2), полиамидные волокна, полиэфирные волокна (фирмы ЗАО ДонПолимерМаркет, Россия, 31 мДж/м2), углеродные волокна (фирмы - KoTHmex, Тайвань, 47 мДж/м2), кремний содержащие волокна (фирмы Dowex, США, 36 мДж/м2), полимерные волокна на основе полиакрилонитрила. В качестве полимерных волокон на основе полиакрилонитрила используют волокна, обладающие катионообменными, анионообменными, ион-комплексующими свойствами или любой комбинацией указанных свойств (например, волокна Копан, Научно- производственной фирмы «ТЭС», Россия, 70 мДж/м2).
Композиционный материал, например, может быть получен следующим способом, состоящим из двух стадий.
На первой стадии, заранее нарезанное волокно определённой длины согласно изобретению, подвергается предварительному кондиционированию. Волокно загружают в бак для перемешивания, например, с центробежным водяным насосом, затем туда же подаётся вода из расчёта 1 м3 воды на 10-15 кг волокна. После окончания процесса готовый материал выгружают в центрифугу при помощи дренажного насоса. Для предотвращения потерь продукта в центрифуге устанавливается специальный сетчатый мешок. Центрифугирование производится предпочтительно, в течение 7 минут. Волокно в сетчатом мешке выгружается из центрифуги. Затем производится его сушка. На всех этапах кондиционирования обеспечивается интенсивное перемешивание волокон, за счёт чего происходит формирование объёмных зон в виде участков переплетённых волокон.
Вторую стадию начинают с приготовления суспензии волокна. Для этого в бак подаётся вода и одновременно производится загрузка предварительно кондиционированного волокна. Воду используют из расчёта 1 м3 воды на 100-180 кг загружаемой смеси. В баке при интенсивном перемешивании происходит приготовление однородной суспензии волокна в воде. Затем, полученная суспензия насосом перекачивается в бак для смешения компонентов композиционного материала, где происходит загрузка гранулированного материала при непрерывном перемешивании суспензии. Если гранулированный материал состоит из комбинации компонентов, то загрузка каждого гранулированного компонента осуществляется последовательно. Перемешивание суспензии осуществляется центробежным водяным насосом со скоростью потока воды 1-2 м/сек в течение 1-15 минут. После окончания процесса перемешивания осуществляется выгрузка готовой смеси в центрифугу для удаления воды из смеси. Для предотвращения потерь продуктов и облегчения процесса выгрузки готовой смеси в центрифуге устанавливается специальный контейнер с сетчатым мешком. Центрифугирование производится в течение заданного времени с определённой частотой вращения барабана центрифуги в зависимости от состава сорбционной смеси. На всех этапах получения композиционного материала происходит интенсивное перемешивание исходных компонентов, способствующее формированию его структуры, при этом происходит заполнение гранулированным материалом, в том числе порошкообразным активированным углём, предварительно сформированных на первой стадии участков переплетённых волокон. Образуется структура с объёмными зонами в виде участков переплетённых волокон, заполненных гранулированным материалом. Полученный таким образом композиционный материал пересыпается в подходящую адсорбционную колонку, уплотняется и упаковывается.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Возможность промышленной применимости и достижение эффективности очистки жидкости по таким показателям, как ионы свинца и хлороформ, при использовании изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример А (согласно изобретению). Для приготовления фильтрационных колонок, на основе композиционного материала, были использованы следующие компоненты: катионообменное волокно на основе полиакрилонитрила «Аквален 2» (производитель ООО «Кеметсорб», Россия) средней длиной - 3,5 мм, с поверхностной энергией - 50 мДж/м2, гранулированный активированный уголь фракции 20x50 mesh, 250-850 микрон (производитель "PJAC", Филиппины), порошкообразный активированный уголь фракции 50x200 mesh, 50-250 микрон (производитель "PJAC", Филиппины), катионообменная смола Lewatit CNP LF размер частиц 0.2-0.6 мм (производитель LanXess, Германия). Композиционный материал, полученный предписанным способом был упакован в цилиндрические сорбционные колонки (материал полипропилен, диаметр 60 мм, высота 70 мм). Таким образом, было изготовлено 3 колонки: А1 , А2, A3 (Табл. 1 ). Во время фильтрации Колонки А устанавливали вертикально и прокачивали жидкость через Колонки А сверху вниз.
Сравнительный пример В (по прототипу). Одну часть по весу нарезанного активированного углеродного волокна «Аквален» (производитель ООО «Кеметсорб», Россия) средней длиной 10 мм, с поверхностной энергией - 50 мДж/м2, клали в контейнер и добавляли 100 частей по весу воды, делая взвесь. Семь частей гранулированного активированного угля F200 (КАЛГОН, США) со средним размером частиц 20x50 mesh, 250-850 микрон, добавляли во взвесь, и хорошо перемешивали при комнатной температуре. Образованную смесь центрифугировали для уменьшения содержания воды менее 40 вес. %. Обезвоженную смесь адсорбентов затем плотно упаковывали в цилиндрическую фильтрационную колонку. Таким образом, было изготовлено 3 колонки: В1 , В2, ВЗ. Во время фильтрации Колонки В устанавливали вертикально и прокачивали жидкость через Колонки В сверху вниз (Табл. 1).
Таблица 1. Масса компонента в сорбционном картридже, г
Figure imgf000014_0001
Во всех случаях геометрический объём колонок был заполнен композиционным материалом полностью.
Пример 1
Через сорбционные колонки серий А1 , А2, A3, В1 , В2, ВЗ самотеком из верхней емкости пропускался модельный раствор ионов свинца концентрацией 0.15 мг/л. Фиксировалось время фильтрации и определялась концентрация ионов свинца в отфильтрованной воде. Концентрация ионов свинца в отфильтрованной воде определялась в соответствии с ГОСТ 18293- 72 «Вода питьевая. Методы определения содержания свинца, цинка, серебра» (Табл. 4).
Аналогичным образом, через сорбционные колонки серий А1 , А2, A3, В1 , В2, ВЗ самотеком из верхней емкости пропускался модельный раствор хлороформа концентрацией 0.5 мг/л. Фиксировалось время фильтрации и определялась концентрация хлороформа в отфильтрованной воде. Концентрация хлороформа в отфильтрованной воде определялась в соответствии с МУК 4.1.646-96 «Методические указания по газохроматографическому . определению галогенсодержащих веществ в воде». Результаты приведены в Табл. 2.
Таблица 2. Удаление ионов свинца и удаление хлороформа
Figure imgf000015_0001
* - процент удаления
Из таблицы видно, что время фильтрации 1 литра модельного раствора через серию Колонок А меньше чем временя фильтрации того же раствора через серию Колонок В, за счёт увеличения скорости фильтрации. Кроме того, в отличие от прототипа, где фильтрующая смесь не позволяет очищать и достигать удовлетворительных показателей по иону свинца и по хлороформу, предлагаемый композиционный материала, как видно из Таблицы 2, за счёт своей структуры, позволяет достигать эффективной очистки по указанным показателям.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в связи с тем вариантом его осуществления, который в настоящее время считается наиболее практически выгодным и предпочтительным, следует понимать, что данное изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления, а наоборот, оно охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА
1. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости на основе смеси компонентов гранулированного и волокнистого материалов, отличающийся тем, что материал содержит объёмные зоны с регулируемой плотностью, формирующие структуру материала, самоупрочняющуюся по мере протекания жидкости в процессе фильтрации, при этом, объёмные зоны составляют большую часть материала, каждая зона выполнена в виде участка переплетённых волокон, сами участки связаны между собой отдельными волокнами, а пространство внутри участков и между участками переплетённых волокон заполнено гранулированным материалом.
2. Композиционный материал по п. 1 , отличающийся тем, что размер большей части участков переплетённых волокон больше средней длины отдельного волокна.
3. Композиционный материал по п. 1 , отличающийся тем, что размер каждого участка переплетённых волокон составляет не менее 1 мм.
4. Композиционный материал по п. 3 отличающийся тем, что размер каждого участка переплетённых волокон составляет предпочтительно 5-8 м.
5. Композиционный материал по п. п. 2,4 отличающийся тем, что средняя длина отдельного волокна составляет от 0,5 мм до 3,9 мм, предпочтительно 2,5-3,5 мм.
6. Композиционный материал по п. 3 отличающийся тем, что размер каждого участка переплетённых волокон составляет предпочтительно 9-16 мм.
7. Композиционный материал по п. п. 2,6 отличающийся тем, что средняя длина отдельного волокна составляет от 4 мм до 15,5 мм, предпочтительно 7-8 мм.
8. Композиционный материал по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве гранулированного материала используют гранулированный активированный уголь, порошкообразный активированный уголь, гранулированную ионообменную смолу, гранулированные неорганические адсорбенты на основе оксидов, карбонатов и силикатов или любую их комбинацию.
9. Композиционный материал по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала используют полимерные волокна с поверхностной энергией не менее 30 мДж/м2, предпочтительно не менее 60 мДж м2.
10. Композиционный материал по п. 9, отличающийся тем, что в качестве полимерных волокон используют волокна на основе полиакрилонитрила, целлюлозные волокна, модифицированные волокна на основе целлюлозы, полиамидные волокна, полиэфирные волокна, углеродные волокна, кремний содержащие волокна или любую их комбинацию.
1 1 . Композиционный материал по п. 10, отличающийся тем, что в качестве полимерных волокон на основе полиакрилонитрила используют ионообменные волокна, обладающие катионообменными, анионообменными, ион-комплексующими свойствами или любой комбинацией указанных свойств.
PCT/RU2010/000776 2009-12-25 2010-12-21 Композиционный материал WO2011078745A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/519,129 US10046986B2 (en) 2009-12-25 2010-12-21 Composite material
IN4837DEN2012 IN2012DN04837A (ru) 2009-12-25 2010-12-21
EP10839877.7A EP2517787B1 (en) 2009-12-25 2010-12-21 Composite material
CN201080054045.7A CN102762295B (zh) 2009-12-25 2010-12-21 复合材料

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148567/05A RU2429067C1 (ru) 2009-12-25 2009-12-25 Композиционный материал
RU2009148567 2009-12-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011078745A1 true WO2011078745A1 (ru) 2011-06-30

Family

ID=44196006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000776 WO2011078745A1 (ru) 2009-12-25 2010-12-21 Композиционный материал

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10046986B2 (ru)
EP (1) EP2517787B1 (ru)
IN (1) IN2012DN04837A (ru)
RU (1) RU2429067C1 (ru)
WO (1) WO2011078745A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540159C1 (ru) * 2013-08-12 2015-02-10 Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") Фильтрующий модуль устройства для очистки жидкости (варианты)
TW201522070A (zh) * 2013-12-10 2015-06-16 Geo Protector Tech Co Ltd 多密度複合材料結構體及其製造方法
RU2638210C2 (ru) * 2015-06-04 2017-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Акватория" Композиционный материал
RU2617775C1 (ru) * 2016-05-20 2017-04-26 Закрытое Акционерное Общество "Аквафор Продакшн" (Зао "Аквафор Продакшн") Фильтрующий модуль устройства очистки жидкости
TWI830393B (zh) * 2021-09-29 2024-01-21 日商日本製紙股份有限公司 碳罐用成形吸附體

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132729C1 (ru) 1997-07-09 1999-07-10 Закрытое акционерное общество "АКВАФОР" Способ очистки воды и композиционный адсорбционный материал
US6077588A (en) * 1997-03-07 2000-06-20 Koslow Technologies Corporation Continuous solid state web coating process and webs produced thereby
US6299771B1 (en) 1997-01-31 2001-10-09 Electrophor, Inc. Composite adsorbent element
RU2174439C1 (ru) * 2000-06-26 2001-10-10 Тверской государственный технический университет Сорбционно-фильтровальная загрузка для очистки воды и способ ее производства
RU2185877C2 (ru) * 2000-06-06 2002-07-27 Константинов Александр Павлович Фильтрующий материал и способ его изготовления
US20040232068A1 (en) 2000-04-21 2004-11-25 Johnston Arthur W. Formation of composite materials with expandable matter

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5952754A (ja) * 1982-09-21 1984-03-27 Asahi Chem Ind Co Ltd 分離塔用充填剤
JP3537149B2 (ja) * 1991-02-26 2004-06-14 大阪瓦斯株式会社 成形吸着体
JPH07251067A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Nippondenso Co Ltd 複合吸着体及びその製造方法
US6703072B2 (en) * 2002-03-27 2004-03-09 Steven Hau-Cheng Fu Method utilizing an aerodynamic interlacing process to produce a chemical filter media
US8267681B2 (en) * 2009-01-28 2012-09-18 Donaldson Company, Inc. Method and apparatus for forming a fibrous media

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299771B1 (en) 1997-01-31 2001-10-09 Electrophor, Inc. Composite adsorbent element
US6077588A (en) * 1997-03-07 2000-06-20 Koslow Technologies Corporation Continuous solid state web coating process and webs produced thereby
RU2132729C1 (ru) 1997-07-09 1999-07-10 Закрытое акционерное общество "АКВАФОР" Способ очистки воды и композиционный адсорбционный материал
US20040232068A1 (en) 2000-04-21 2004-11-25 Johnston Arthur W. Formation of composite materials with expandable matter
RU2185877C2 (ru) * 2000-06-06 2002-07-27 Константинов Александр Павлович Фильтрующий материал и способ его изготовления
RU2174439C1 (ru) * 2000-06-26 2001-10-10 Тверской государственный технический университет Сорбционно-фильтровальная загрузка для очистки воды и способ ее производства

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2517787A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
IN2012DN04837A (ru) 2015-09-25
US10046986B2 (en) 2018-08-14
CN102762295A (zh) 2012-10-31
EP2517787A4 (en) 2013-05-29
RU2429067C1 (ru) 2011-09-20
US20120305474A1 (en) 2012-12-06
EP2517787A1 (en) 2012-10-31
RU2009148567A (ru) 2011-06-27
EP2517787B1 (en) 2020-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6299771B1 (en) Composite adsorbent element
KR102118960B1 (ko) 액체 여과 시스템용 복합 이온 교환 매체
US5024764A (en) Method of making a composite filter
US5082568A (en) Method for removing low concentrations of metal contaminants from water
US8759250B2 (en) Composite adsorbent material
RU2429067C1 (ru) Композиционный материал
EP2539038A2 (en) Method of making a filter media with an enhanced binder
WO2012122022A1 (en) Filtration media
RU2708855C1 (ru) Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды
WO2012158288A1 (en) Porous composite block, filter assembly, and method of making the same
WO2012042388A2 (en) Axial flow filter block for water purification
JPWO2004039494A1 (ja) 複合吸着材とその製造方法、並びに浄水材及び浄水器
JP4204777B2 (ja) 浄水器
US20040180190A1 (en) Composite particulate article and method for preparation thereof
CN113423500A (zh) 吸附用烧结体及其制造方法以及吸附装置
SK283578B6 (sk) Magnetické častice, spôsob ich prípravy, kompozitná magnetická živica a jej použitie
US9302210B2 (en) Composite blocks with void spaces
RU2132729C1 (ru) Способ очистки воды и композиционный адсорбционный материал
RU2185877C2 (ru) Фильтрующий материал и способ его изготовления
JP2008279451A (ja) 浄水器用円筒形フィルタ部材の製造方法
RU2747923C1 (ru) Фильтрующее устройство гравитационного фильтра для умягчения и очистки питьевой воды
JP2002263637A (ja) 浄水ユニット
KR101105118B1 (ko) 기체 투과성 중합체 필터 및 그의 제조 방법
RU2775751C1 (ru) Способ предотвращения накипи и комбинированный картридж для этого
RU2638210C2 (ru) Композиционный материал

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080054045.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10839877

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 4837/DELNP/2012

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010839877

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13519129

Country of ref document: US