WO2019226036A1 - Proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho - Google Patents
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- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/64—Paper recycling
Definitions
- the present invention relates to the technical field of materials chemistry, particularly to the technical field of filter materials and more particularly, it relates to manufacturing processes of filter media from vegetable fibers and paper cellulose and the product obtained, where vegetable fibers are recovered from waste products from other industries.
- any material used to filter particles from the flow stream of a fluid and their design is defined according to the filtering needs, regularly considering the possible compatibility and chemical resistance with the mixture to be filtered, the fluid permeability and resistance to the filtration pressures, solids retention capacity, adaptation to the filtration and maintenance equipment as well as the relation of useful life and the cost of these .
- US Patent US2672673 provides a manufacturing process of fibrous materials for filters that includes various mechanical treatments with the aim of rolling the waste under pressure and producing a laminated waste cartridge that is subsequently woven through a team specially designed for this, with one or two layers of textile material.
- the above clearly demonstrates that the solution used in said patent does not employ any type of chemical treatment and does not address the problems of density differences at the microscopic level of the filter media produced.
- filter media are pre-designed in a way that involves materials such as celluloses and their derivatives, in combination with fiberglass, polyester or some other thermoplastic, as well as virgin materials of high cost, which in the long run are a threat to the environment, in addition and as previously mentioned, due to industrial needs, the filter media must cover certain performance properties, for this, emphasis must be placed on the physical state of the filter material, its chemical nature and its surface state in order to ensure the greater or lesser adhesion of the solid and obtain a good filtration, it is for the above that, the filter manufacturers include in their processes the use of adhesives of synthetic origin of high cost and difficult rec i c1ado.
- the present invention Taking into account the defects of the prior art, it is an object of the present invention to provide a process for the manufacture of homogeneous filter media with improved physical and mechanical capabilities from paper cellulose and waste vegetable fiber that does not require prior treatments. , whereby the present invention provides a simple and efficient process for obtaining filter media. It is another object of the present invention to make available the filter media obtained by the method of the present invention, which are comprised of a paper cellulosic matrix in combination with vegetable fiber having homogeneous physical and mechanical properties over its entire surface.
- It is also an object of the present invention to generate a removal process of suspended solids in fluids comprising the main step of passing a fluid through the filter media obtained by the process of the present invention, to separate suspended solids from said fluid.
- the present invention relates to a manufacturing process of filter media from waste vegetable fibers in combination with paper cellulose useful for filtering and removing suspended particles in various fluids.
- Another aspect of the invention relates to filter media comprising a matrix of waste vegetable fibers in combination with paper cellulose, with homogeneous physical and mechanical characteristics over its entire surface, obtained by the process of the present invention.
- a further aspect of the present invention refers to the use of the filter media obtained by the aforementioned process, to be used as filtering material in filtering applications.
- a further aspect of the present invention consists in a process of removing suspended solids from a fluid comprising the steps of:
- the present invention is directed to a novel manufacturing process of filter media from waste vegetable fibers in combination with paper cellulose useful for filtering and removing suspended particles in various fluids, where the filter media manage to acquire physical and physical properties. Homogeneous mechanics over its entire surface thanks to the unique combination of the operating conditions of the process steps and the components used for said process, particularly, the process of the present invention is based on the modification of the interaction of the constituent fibers of the body of the filter media by means of a coupling agent of natural origin selected from the group of coupling agents with a viscosity range of 50 to 290 mPa / s containing in its composition polyunsaturated essential fatty acids, phospholipids, mucilage of vegetable origin and highly branched polysaccharides and hi plant-derived drocoloids; and where polyunsaturated fatty acids are preferably comprised of the group of oleic acid, linolenic acid, cis-linolenic acid and Ifa-linolenic acid
- the fibers used for the process are comprised of a combination of at least one paper cellulose fiber and at least one fiber of plant origin that are obtained as waste from industrial processes preferably selected from the group comprising agavaceas fiber, coconut fiber, cane fiber, pineapple peel fiber and pineapple bagasse fiber; by way of non-limiting example, a preferred embodiment of the invention employs cellulose of periodic paper in combination with waste agave fiber from the process of obtaining the tequila alcoholic beverage or agave distillates, which when treated with this This way, they maintain the integrity of the body structure of the filter media without the need to use thermosetting resins, unlike the commercial filter media that make use of this type of resin.
- a desired variant of the manufacturing process of filter media from waste vegetable fiber within which agave vegetable fiber is included which does not require prior treatments and cellulose of periodic paper is It comprises of the following steps: 1. Grind a defined amount of agave vegetable fiber, until all its fibers are within the particle size range of mesh 120 to mesh 80 to increase their dissociation in the mixture; 2. Mix within a container a defined amount of cellulose from newspaper and water in a proportion of 70% by weight of cellulose by 30% by weight of water;
- an additional intermediate step is included between step 5 and 6 of the process, which corresponds to mixing an agent softener, preferably calcium carbonate (CaCOs) in order to increase the smoothness of the final surface of the fixing medium.
- an agent softener preferably calcium carbonate (CaCOs)
- a second object of the present invention corresponds to the filter media obtained through the manufacturing processes described previously; It is also an object of the present invention to use the filter media obtained by the aforementioned process, to be used as filtering material in filtering applications.
- the fluid to be filtered is automotive oil
- hardness tests are carried out, which is a property that expresses the resistance to deformation of the material, it is a complex property that can be determined by indentation or penetration, where factors such as elastic modulus, resistance to flow, plasticity and Time get involved.
- the hardness units derive from depth, width or area of indentation made with some form of loaded style.
- Rex Durometers Brand equipment was used, consisting of semi-spherical and conical (steel) tips. The hardness measurement is obtained directly and can be seen in the following table:
- a solids retention test is performed where the specimens are mounted on a container and subsequently a solution of calcium carbonate in water with a particle size between 100 and 200 meshes is passed, in order to observe the retention of solids on the surface of the filter media, the retention ranges of solids vary between 30% and 95% of solids retained on the surface of the filter media depending on the formulation, which demonstrates that the retention value of solids directly depends on the amounts of the ingredients used in the formulations.
- a filter medium obtained through said processes has broad advantages such as increasing the efficiency of filtering by showing excellent adhesion between components, leaving the filtering process only to the fibers, without the need to add acids in the filter membrane
- the filter medium produced through the process of the present invention has a high solids retention capacity and does not It requires the addition of chemical elements such as phosphorus-based acids that generate a retention of solids by chemical reaction (ion exchange), which results in a novel filter medium that performs its function through physical filtering mechanism and not it requires chemical mechanisms, which would end up including a pollutant not Environmentally friendly when the filter media is replaced, unlike the filter media of the present invention, which, apart from not including pollutants, solves the problem of waste of fibers of plant origin from other industrial processes, such as the waste of agave fiber resulting from the process of obtaining tequila, in addition, the process of the present invention does not generates hazardous waste, does not require large amounts of water during
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Abstract
La presente invención se refiere al proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibra vegetal de desecho y celulosa de papel. Es también objeto de la presente invención, los medios filtrantes obtenidos mediante el método de la presente invención, los cuales comprenden una matriz celulósica de papel en combinación con fibra vegetal que presentan propiedades físicas y mecánicas homogéneas sobre de toda su superficie.
Description
PROCESO DE MANUFACTURA DE MEDIOS FILTRANTES A PARTIR DI FIBRAS VEGETALES DE DESECHO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con el campo técnico de la química de materiales, particularmente al campo técnico de los materiales filtrantes y más particularmente, se refiere a procesos de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales y celulosa de papel y el producto obtenido, donde las fibras vegetales son recuperadas de productos de desecho provenientes de otras industrias.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, cada vez es más común la búsqueda de tecnologías y actividades enfocadas en la prevención de la contaminación ambiental para cumplir con las nuevas y cada vez más estrictas regulaciones ambientales, así como para promover el desarrollo sustentable y la ecología industrial, por lo cual surge una nueva generación de materiales y procesos para su generación que han de ser amigables ambientalmente.
Paralelamente, en un gran número de aplicaciones de filtrado son necesarios procesos complejos de producción que involucran el filtrado y posterior limpieza, pasos que tradicionalmente se llevan a cabo de manera separada, llevando a cabo un proceso después del otro, lo anterior es especialmente cierto en procesos de filtrado donde el éxito del primer paso de filtrado es prerrequisito para llevar cabo el segundo paso de filtrado y esto depende en gran medida del equipo y cualidades de los elementos filtrantes empleados, regularmente llamados medios filtrantes. Lo anterior regularmente deriva en estructuras de procesos donde cada etapa de filtrado conlleva su propio diseño, lo cual puede
incluir:, desde el diseño del medio filtrante como el diseño del equipo asociado y posiblemente terminando incluso en el diseño de procesos de limpieza especiales,
Un ejemplo de lo anterior se aprecia en la patente estadounidense US2173978 que refiere a un medio filtrante para aceites y su método de preparación, donde el objeto de dicha patente gira alrededor de un diseño de una estructura mecánica especial definida para incrementar las capacidades filtrantes y donde los medios filtrantes se refieren simplemente a un material fibroso que esta en combinación física con arcilla, cabe resaltar que dicha combinación corresponde simplemente a una mezcla heterogénea de materiales secos que posteriormente se pone en contacto con un aceite mineral que no lleva a cabo reacción química alguna de acondicionamiento sobre la mezcla y simplemente bloquea la capacidad de absorción de humedad de esta, ya que dichos filtros están diseñados exclusivamente para ser empleados con aceites y más particularmente, con aceites automotrices.
Otro ejemplo más es la patente estadounidense US8245853 donde el objeto de dicha invención refiere a una configuración espacial específica de un módulo de filtro que en su interior comprende un medio filtrante laminar definido en múltiples capas para incrementar la superficie de contacto del medio con el material a filtrar. De lo anterior podemos apreciar que dicha patente no incluye métodos de acondicionamiento o diseño especial del material filtrante sino de la estructura del módulo filtrante,
En el caso particular de los medios filtrantes, podemos entender como una definición general de los mismos, a cualquier material utilizado para filtrar partículas de la corriente de flujo de un fluido y el diseño de los mismos se define de acuerdo a las necesidades de filtrado, regularmente
considerando la posible compatibilidad y resistencia química con la mezcla a filtrar, la permeabilidad al fluido y resistencia a las presiones de filtración, capacidad de retención de sólidos, adaptación al equipo de filtración y mantenimiento así corno la relación de vida útil y el coste de estos .
Para el diseño de estos medios filtrantes se emplean métodos convencionales ampliamente conocidos que no son materia de análisis de la presente invención,, como es el caso de combinar diversas capas de distintos materiales o el diseño de materiales filtrantes en configuraciones espaciales definidas que generan varias áreas de contacto entre material a filtrar y el medio filtrante; de igual forma y en menor escala se ha buscado desarrollar métodos alternativos para la manufactura de productos a de fibra partir de materiales de desechos, como podemos apreciar en la publicación mexicana de la revista Ra Ximhai de 2014 en su articulo PAPEL AMATE DE PULPA DE CAFÉ (Coffea arabica) (RESIDUO DE BENEFICIO HÚMEDO)*, en donde se busca analizar la viabilidad del uso de pulpa de café como materia prima para producir un papel amate de mayor calidad.
* (Noé Agullar-Ri vera , PAPEL AMATE DE PULPA DE CAFÉ (Coffea arabica)' (RESIDUO DE BENEFICIO HÚMEDO), Ra Ximhai , Enero - Junio, 2014/Vol . 10, Número 3 Edición Especial , Universidad Autónoma Indígena de México, Mochicahui , El Fuerte, Sinaloa , pp. 103-117)
Pero para el caso de los medios filtrantes obtenidos a través de sendos métodos se presenta regularmente el defecto principal de la falta de densidad uniforme en su estructura, lo cual resulta en el redireccionamiento del flujo a través de canales con bajas obstrucciones o dicho de otra forma, a través de segmentos de baja densidad dentro del cuerpo del material filtrante, lo que significa que el filtrado se realiza en su mayor parte a través de las secciones o áreas
de baja densidad dentro del cuerpo del material filtrante en lugar de la totalidad de dicho cuerpo. Por ende, una de las problemáticas principales en este tipo de procesos deriva del empleo de materiales de desechos con baja uniformidad y la falta de tratamientos sencillos para mitigar dichos problemas .
En un intento por solucionar esta problemática, la patente estadounidense US2672673 aporta un proceso de manufactura de materiales fibrosos para filtros que comprende diversos tratamientos mecánicos con el objetivo de rolar bajo presión los desechos y producir un cartucho de desechos laminados que posteriormente se teje a través de un equipo especialmente diseñado para esto, con una o dos capas de material textil. Lo anterior claramente demuestra que la solución empleada en dicha patente no emplea ningún tipo de tratamiento químico y no atiende a la solución de los problemas de diferencias de densidad a nivel microscópico de los medios filtrantes producidos .
Por otra parte, la mayoría de los medios filtrantes disponibles comercialmente están prediseñados de una manera que, involucran en su fabricación materiales como celulosas y sus derivados, en combinación con fibra de vidrio, de poliéster o del algún otro termoplástico, así como materiales vírgenes de alto costo, que a la larga son una amenaza al ambiente, complementariamente y como ya se había mencionado de manera previa, debido a las necesidades industriales los medios filtrantes deben cubrir con ciertas propiedades al desempeño, para ello se debe poner énfasis en el estado físico del material filtrante, su naturaleza química y su estado superficial a fin de asegurar la mayor o menor adherencia del sólido y obtener una buena filtración, es por lo anterior que, los fabricantes de filtros incluyen en sus procesos la
utilización de adhesivos de origen sintético de alto costo y de difí ci1 rec i c1ado .
Asociado a lo mencionado previamente, podemos identificar diversos problemas entre los cuales se encuentran los altos costos de inversión de diseño y mantenimiento, alto costo de los materiales de diseño de los medios filtrantes, tiempos de proceso prolongados, costos adicionales de almacenamiento de equipo complementario, perdida de producto por fallo prematuro de los medios filtrantes o el sobreuso de estos debido a su costo elevado, costos adicionales de limpieza, así como la generación de material contaminante al desechar los medios filtrantes cuya vida útil ha sido excedida, solo por mencionar algunos de los más relevantes.
Por consecuencia de lo anterior, se ha buscado controlar los inconvenientes que presentan los procesos de preparación de medios filtrantes compaginando a su vez la filosofía ambiental y el reempleo de materiales de desecho provenientes de otros procesos industriales, generando de esta manera un proceso para la manufactura de medios filtrantes homogéneos con capacidades físicas y mecánicas mejoradas a partir de fibra vegetal de desecho que no requieren de tratamientos previos y en combinación con celulosa de papel, derivando en un producto ecológico que supera ampliamente a los productos comerciales, asi co o a los documentos de patente que se encuentran dentro del estado de la técnica, ya que, ninguno de los documentos analizados evidencian el uso de las fibras empleadas en la presente invención ni las etapas y/o pasos del proceso que se ha desarrollado. Aunado a lo anterior, el proceso de la presente invención implica exclusivamente etapas y elementos de origen natural, dando un producto con un menor impacto al medio ambiente y reduciendo la mano de obra empleada, eliminando la necesidad del uso de equipo
especializado para la limpieza y homogeneización de las fibras ,
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Teniendo en cuenta los defectos de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención aportar un proceso para la manufactura de medios filtrantes homogéneos con capacidades físicas y mecánicas mejoradas a partir de celulosa de papel y fibra vegetal de desecho que no requiere de tratamientos previos, por lo que la presente invención aporta un proceso sencillo y eficiente para la obtención de medios filtrantes. Es otro objeto de la presente invención hacer disponibles los medios filtrantes obtenidos mediante el método de la presente invención, los cuales se comprenden de una matriz celulósica de papel en combinación con fibra vegetal que presentan propiedades físicas y mecánicas homogéneas sobre de toda su superficie .
Es un objeto adicional de la presente invención el uso de los medios filtrantes obtenidos mediante el proceso previamente mencionado, para ser empleados como material filtrante en aplicaciones de filtrado.
Es un objeto también de la presente invención generar un proceso de remoción de sólidos suspendidos en fluidos que comprende la etapa principal de hacer pasar un fluido a través de los medios filtrantes obtenidos mediante el proceso de la presente invención, para separar sólidos suspendidos de dicho fluido .
Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción general y detallada de la presente invención apoyados en las modalidades ilustradas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Los detalles característicos del proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, algunas modalidades, características, algunos objetos y ventajas de la misma se comprenderán mejor en la descripción detallada y los ejemplos de aplicación que se incluyen, los cuales se mencionan a manera de ejemplos ilustrativos y no deberán ser considerados como limitativos. La presente invención se refiere a un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho en combinación con celulosa de papel útil para el filtrado y la remoción de partículas suspendidas en diversos fluidos. Otro aspecto de la invención se refiere a medios filtrantes que comprenden una matriz de fibras vegetales de desecho en combinación con celulosa de papel, con características físicas y mecánicas homogéneas sobre de toda su superficie, obtenido mediante el proceso de la presente invención.
Un aspecto más de la presente invención refiere al uso de los medios filtrantes obtenidos mediante el proceso previamente mencionado, para ser empleados como material filtrante en aplicaciones de filtrado.
Un aspecto adicional de la presente invención consiste en un proceso de remoción de sólidos suspendidos de un fluido que comprende los pasos de:
1. Poner en contacto los medios filtrantes obtenido mediante el proceso de la presente invención, con un fluido que contenga sólidos suspendidos; y
2. Hacer pasar el fluido a través de los medios filtrantes, reteniendo así los sólidos suspendidos sobre la superficie de los medios filtrantes y dejando pasar al fluido, ahora sin sólidos suspendidos.
Y donde particularmente, el fluido a filtrar es aceite automotri z .
DESCRIPCION DET¾LLM?A DE XA INVENCION
La presente invención está dirigida a un novedoso proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho en combinación con celulosa de papel útiles para el filtrado y la remoción de partículas suspendidas en diversos fluidos, donde los medios filtrantes logran adquirir propiedades físicas y mecánicas homogéneas sobre de toda su superficie gracias a la combinación única de las condiciones de operación de los pasos del proceso y los componentes empleados para dicho proceso, particularmente, el proceso de la presente invención está basado en la modificación de la interacción de las fibras constituyentes del cuerpo de los medios filtrantes mediante un agente de acoplamiento de origen natural seleccionado del grupo de agentes de acoplamiento con un rango de viscosidad de 50 a 290 mPa/s que contienen en su composición ácidos grasos esenciales poliiinsaturados, fosfolípidos, mucilago de origen vegetal y polisacáridos altamente ramificados e hidrocoloidales de ofigen vegetal; y donde los ácidos grasos poliinsaturados se comprenden preferentemente del grupo de ácido oleico, ácido linolénico, ácido cis-linolénico y ácido Ifa-linolénico . El cual permite una mayor adhesión superficial entre las fibras al generar puentes entre ellas, miscibilizando ambas fases y generando una matriz celulósica con propiedades incrementadas de suavidad, logrando también aumentar y mejorar las propiedades físicas y mecánicas de los medios filtrantes. Adicionalmente, las fibras empleadas para el proceso se comprenden de una combinación de al menos una fibra de celulosa de papel y al menos una fibra de origen vegetal que se obtienen como desecho de procesos industriales preferentemente seleccionada del grupo que se comprende de fibra de agavaceas, fibra de coco,
fibra de caña, fibra de cascara de piña y fibra de bagazo de piña; a manera de ejemplo no limitativo, una modalidad preferente de la invención emplea, celulosa de papel periódico en combinación con fibra de agave de desecho procedente del proceso de obtención de la bebida alcohólica tequila o de destilados de agave, las cuales al ser tratadas de esta manera mantienen la integridad de la estructura del cuerpo de los medios filtrantes sin la necesidad de emplear resinas termofi jas a diferencia de los medios filtrantes comerciales que hacen uso de este tipo de resinas.
El proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho dentro de los cuales se incluyen fibras vegetales de desecho las cuales no requiere de tratamientos previos y celulosa de papel, se comprende de
siguientes pasos:
1. Moler una cantidad definida de al menos una fibra vegetal de desecho, hasta que todas sus fibras se encuentren dentro del rango de tamaño de partícula de malla 120 a malla 80 para incrementar la disociación de las mismas en la mezcla;
2. Mezclar dentro de un contenedor una cantidad definida de al menos una fibra de celulosa de papel y agua en una proporción de 70% en peso de celulosa por 30% en peso de agua ;
3. Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior a una velocidad de 700 rp durante un periodo de 60 minutos con el fin de iniciar la disociación de fibras en el sistema acuoso y evitar aglomeración;
4. Digestar la mezcla del paso anterior para continuar la disociación de las fibras y desprender las tintas del papel, por un periodo de 23 horas o hasta alcanzar un valor mínimo de viscosidad de 2 mPa/s;
5. Adicionar a la mezcla del paso anterior las fibras vegetales molidas obtenidas en el paso uno, manteniendo agitación constante a 700 RPM hasta alcanzar una concentración de las fibras dentro de un rango de un 5 a un 45% en peso de la mezcla total;
6. Adicionar a la mezcla del paso anterior, manteniendo agitación constante, al menos un agente acoplante de origen natural seleccionado del grupo de agentes acoplantes con un rango de viscosidad de 50 a 290 mPa/s, en una cantidad en peso igual a la cantidad de fibra vegetal adicionada a la mezcla;
7. Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior, a una velocidad de 2000 rpm durante un periodo de 10 minutos;
8. Prensar mediante compresión la mezcla del paso anterior en una prensa de placas hasta alcanzar un valor de un 0,5% a un 5% de humedad en la mezcla;
9. Desmontar de la prensa de placas la hoja de material filtrante obtenida; y
10. Dejar secar la hoja de material filtrante hasta llegar a un valor de .05% de humedad para obtener el medio filtrante,
De acuerdo al proceso de la presente invención, una variante deseada del proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibra vegetal de desecho dentro de los cuales se incluyen fibra vegetal de agave la cual no requiere de tratamientos previos y celulosa de papel periódico, se comprende de los siguientes pasos: 1. Moler una cantidad definida de fibra vegetal de agave, hasta que todas sus fibras se encuentren dentro del rango de tamaño de partícula de malla 120 a malla 80 para incrementar la disociación de las mismas en la mezcla;
2. Mezclar dentro de un contenedor una cantidad definida de celulosa de papel periódico y agua en una proporción de 70% en peso de celulosa por 30% en peso de agua;
3. Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior a una velocidad de 700 rpm durante un periodo de 60 minutos con el fin de iniciar la disociación de fibras en el sistema acuoso y evitar aglomeración;
4. Digestar la mezcla del paso anterior para continuar la disociación de las fibras y desprender las tintas del papel, por un periodo de 23 horas o hasta alcanzar un valor mínimo de viscosidad de 2 mPa/s;
5. Adicionar a la mezcla del paso anterior la fibra vegetal de agave molida obtenida en el paso uno manteniendo agitación constante a 700 RPM hasta alcanzar una concentración de la fibra vegetal de agave de un 40% en peso de la mezcla total;
6. Adicionar a la mezcla del paso anterior, manteniendo agitación constante, un agente acoplante con una viscosidad de 280.2 mPa/s, en una cantidad en peso igual a la cantidad de fibra vegetal de agave adicionada a la mezcla ;
7. Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior, a una velocidad de 2000 rpm durante un periodo de 10 minutos;
8. Prensar mediante compresión la mezcla del paso anterior en una prensa de placas hasta alcanzar un valor de 5% de humedad en la mezcla;
9. Desmontar de la prensa de placas la hoja de material filtrante obtenida; y
10. Dejar secar 1a hoja de materia1 fi11rante hasta llegar a un valor de .05% de humedad para obtener el medio filtrante.
Fin una variante alternativa del proceso de la presente invención, se incluye un paso adicional intermedio entre el paso 5 y 6 del proceso, que corresponde a mezclar un agente
suavizante, preferentemente carbonato de calcio (CaCOs) con el objetivo de incrementar la tersura de la superficie final de1 medio fi11rante .
Un segundo objeto de la presente invención corresponde a los medios filtrantes obtenidos medíante los procesos de manufactura descritos previamente; es un objeto también de la presente invención el uso de los medios filtrantes obtenidos mediante el proceso previamente mencionado, para ser empleados como material filtrante en aplicaciones de filtrado .
Finalmente, es un objeto más de la presente invención generar un proceso de remoción de sólidos suspendidos de un fluido que comprende los pasos de:
1. Poner en contacto los medios filtrantes obtenido mediante el proceso de la presente invención, con un fluido que contenga sólidos suspendidos; y
2. Hacer pasar el fluido a través de los medios filtrantes, reteniendo así los sólidos suspendidos sobre la superficie de los medios filtrantes y dejando pasar al fluido, ahora sin sólidos suspendidos.
Y donde particularmente, el fluido a filtrar es aceite automotriz ,
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Los siguientes ejemplos son incluidos para facilitar el entendimiento de la presente invención con fines ilustrativos y no limitativos, permitiendo la cabal comprensión de las modalidades preferidas del invento, sin que con ello se implique que no existen otras modalidades no ilustradas que puedan llevarse a la práctica con base en la descripción detallada de la invención previamente realizada, por lo que estos ejemplos no deberán ser considerados de ninguna manera limitativos del alcance de la invención.
Como se mencionó previamente, mediante el proceso de la presente invención se pueden preparar distintas variantes de medios filtrantes, para el presente ejemplo, se prepararon 4 variantes siguiendo el mismo proceso de la invención y variando las cantidades de los ingredientes de acuerdo al siguiente listado:
Ejemplo I:
50 gramos de fibra de agave de desecho;
100 gramos de papel periódico;
42,86 gramos de agua; y
50 gramos de agente acoplante con viscosidad de 280.2 mPa/s,
Ejemplo II:
100 gramos de fibra de agave de desecho;
.100 gramos de papel periódico;
42,86 gramos de agua; y
100 gramos de agente acoplante con viscosidad de 280,2 mPa/s.
Ejemplo III:
100 gramos de fibra de agave de desecho;
50 gramos de papel periódico;
21.43 gramos de agua; y
100 gramos de agente acoplante con viscosidad de 280,2 mPa/s.
Ejemplo IV:
150 gramos de fibra de agave de desecho;
50 gramos de papel periódico;
21.43 gramos de agua; y
150 aramos de agente acoplante con viscosidad de 280.2 mPa/s. Una vez preparados los medios filtrantes de los ejemplos mencionados y totalmente secos, se procedió a cortar probetas de lcm x 5cm de cada uno de ellos, posteriormente se procede a realizar una medición de espesor de cada una de las muestras mediante un vernier, tomando en consideración 10 mediciones
aleatorias en toda la superficie, resultando en los valores mostrados en la siguie tabla :
Posteriormente, se procede a realizar ensayos de dureza, la cual es una propiedad que expresa la resistencia a la deformación del material, es una propiedad compleja que puede determinarse por indentación o penetración, donde factores como el módulo elástico, resistencia al flujo, plasticidad y tiempo quedan involucrados. Las unidades de dureza derivan de profundidad, ancho o área de la indentación realizada con alguna forma de estilo cargado. Para el caso de la presente invención se empleó un equipo de la Marca Rex Durometers, que consta de puntas de formas semiesféricas y cónicas (de acero) . La medición de dureza se obtiene directamente y se puede apreciar en la siguiente tabla:
Complementariamente, se realiza una prueba de retención de sólidos donde las probetas son montadas sobre un contenedor y posteriormente se hace pasar una solución de carbonato de calcio en agua con un tamaño de partícula entre 100 y 200 mallas, con la finalidad de observar la retención de sólidos en la superficie del medio filtrante, los rangos de retención
de sólidos varían entre 30% y 95% de sólidos retenidos en la superficie de los medios filtrantes dependiendo de la formulación, lo que demuestra que el valor de retención de sólidos depende directamente de las cantidades de los ingredientes empleados en las formulaciones.
Finalmente, se procedió a llevar a cabo el corrimiento de humedad (velocidad de absorción) en los materiales obtenidos, para lo cual se desarrolla un procedimiento experimental el cual consiste en colocar una probeta del material filtrante en un soporte de fijación y en presencia de agua bidestilada y/o aceite, se pone una marca en la probeta a 1 cm de altura y en el centro de la misma, el cual es hecho con un colorante soluble en agua y/o aceite, se pone en contacto la probeta por la parte inferior con el líquido de prueba y comienza el corrimiento, mismo que es registrado y posteriormente se correlaciona la distancia con el tiempo para determinar la velocidad de absorción, lo que permite evaluar las características de desempeño del medio filtrante. Para el caso de la presente invención se prepararon también probetas de diversos medios filtrantes de marcas comerciales disponibles en el mercado para filtros de aceites automotrices (LTH y Seineca) y se procedió a calcular un promedio de la capacidad de absorción de dichos medios filtrantes, obteniendo los resultados de la siguiente tabla:
Con base a la descripción y la información aportada de las diversas variantes de la presente invención, podemos apreciar claramente que un medio filtrante obtenido a través de dichos procesos presenta amplias ventajas como es el hecho de aumentar la eficiencia del filtrado al mostrar excelente adherencia entre los componentes, dejando el proceso de filtrado únicamente a las fibras, sin que sea necesario el adicionar ácidos en la membrana del filtro, así mismo, el medio filtrante producido a través del proceso de la presente invención tiene una alta capacidad de retención de sólidos y no requiere de la adición de elementos químicos como pueden ser los ácidos basados en fósforos que generan una retención de sólidos por reacción química (intercambio iónico) , lo que deriva en un medio filtrante novedoso que lleva a cabo su función mediante mecanismo de filtrado físicos y no requiere de mecanismos químicos, los cuales terminarían incluyendo un agente contaminante no amigable con el medio ambiente cuando el medio filtrante es reemplazado, a diferencia del medio filtrante de la presente invención, el cual, aparte de no incluir elementos contaminantes, resuelve la problemática del desecho de fibras de origen vegetal de otros procesos industriales, como puede ser el desecho de la fibra de agave resultante del proceso de obtención del tequila, complementariamente, el proceso de la presente invención no
genera residuos peligrosos, no requiere de grandes cantidades de agua durante el proceso, no emplea materiales químicos en su formulación para darle soporte a las fibras dentro del cuerpo del medio filtrante como sí es el caso de los medios filtrantes comerciales que emplean engomado por resinas termofi;jas, el proceso de la presente invención permite cont rol¿ar el tamaño de los poros del medio filtrante mediante el conti:ol de las condiciones de operación para obtener medios filtrani:es diseñados según las necesidades industriales, los medios filtrantes aquí expuestos son más baratos que los encontrados en el mercado, debido al empleo de los materiales fibrosos de desecho provenientes de la industria, los medios filtrantes formulados mostraron valores de humectación en agua similares a los de los filtros comerciales y valores de humectación en aceite superiores, teniendo un excelente desempeño con ambos líquidos y finalmente, la velocidad de absorción de agua y aceite de estos medios, fueron superiores a las encontradas en los filtros comerciales. Aunque esta invención ha sido descrita en su modalidad preferida, para especialistas en la materia será evidente que el alcance de la presente invención se extiende más allá de las modalidades específicamente descrita a otras modalidades alternas y/o usos de la invención que resulten obvias y derivables de la misma. Además, aunque la invención se ha mostrado y descrito en detalle con apego a un modo de realización ej emplificativa .
Algunas otras modificaciones o cambios sean claramente obvios para especialistas en particular con base en la descripción que antecede. Por consiguiente, se estima que pueden hacerse varias combinaciones de las características especificas y aspectos de las modalidades descritas que caerían indiscutiblemente dentro de la invención. Habida cuenta de lo anterior, se pretende que el alcance de la invención no deberá estar limitado por las modalidades particularmente descritas, sino que dicho alcance deberá estar definido por una lectura razonable de las siguientes reivindicaciones.
Claims
REIVINDICACIONES Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
a) Moler una cantidad definida de al menos una fibra vegetal de desecho, hasta que todas sus fibras se encuentren dentro del rango de tamaño de partícula de malla 120 a malla 80;
b) Mezclar dentro de un contenedor una cantidad definida de al menos una fibra de celulosa de papel y agua en una proporción de 70% en peso de celulosa por 30% en peso de agua;
c) Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior a una velocidad de 700 rpm durante un periodo de 60 minutos con el fin de iniciar la disociación de fibras en el sistema acuoso y evitar aglomeración;
d) Digestar la mezcla del paso anterior para continuar la disociación de las fibras y desprender las tintas del papel, por un periodo de 23 horas o hasta alcanzar un valor mínimo de viscosidad de 2 mPa/'s;
e) Adicionar a la mezcla del paso anterior las fibras vegetales molidas obtenidas en el paso uno, manteniendo agitación constante a 700 RPM hasta alcanzar una concentración de las fibras dentro de un rango de un 5 a un 45% en peso de la mezcla total; f5 Adicionar a la mezcla del paso anterior, manteniendo agitación constante, al menos un agente acoplante de origen natural, en una cantidad en peso igual a la cantidad de fibra vegetal adicionada a la mezcla; g) Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior, a una velocidad de 2000 rpm durante un periodo de 10 minutos ;
h) Prensar mediante compresión la mezcla del paso anterior en una prensa de placas hasta alcanzar un valor de un 0,5% a un 5% de humedad en la mezcla; i) Desmontar de la prensa de placas la hoja de material filtrante obtenida; y
j) Dejar secar la hoja de material filtrante hasta llegar a un valor de 0.05% de humedad para obtener el medio filtrante .
2, Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado además porque, la fibra vegetal de desecho se selecciona preferentemente dentro del grupo de fibras vegetales de desecho de procesos industriales que comprende fibra de agaváceas, fibra de coco, fibra de caña, fibra de cascara de pifia y fibra de bagazo de piña.
3. Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, caracterizado además porque, la fibra vegetal de desecho es fibra de agavácea, particularmente fibra de
8 gSV6
4, Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado además porque, el material de la fibra de celulosa de papel es papel periódico.
5. Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado además porque, el agente acoplante de origen natural se selecciona preferentemente dentro del grupo de agentes acoplantes con un rango de viscosidad de 50 a 290 rnPa/s,
6, Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1 y 5, caracterizado además porque, el agente acoplante de origen natural se selecciona preferentemente dentro del grupo de agentes acoplantes que comprende dentro de su formulación ácidos grasos esenciales poliiinsaturados, fosfolipidos, mucilago de origen vegetal y polisacáridos altamente ramificados e hidrocoloidales de ofigen vegetal. 7, Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 1, 5 y 6, caracterizado además porque, los ácidos grasos poliinsaturados del agente acoplante de origen natural, se selecciona preferentemente dentro del grupo de ácido oleico, ácido linolénico, ácido cis-linolénico y ácido lfa- linolénico .
Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho, de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la obtención de una de las variantes de medio filtrante comprende los siguientes pasos:
a) Moler una cantidad definida de fibra vegetal de agave, hasta que todas sus fibras se encuentren dentro del rango de tamaño de partícula de malla 120 a malla 80 para incrementar la disociación de las mismas en la mezcla ;
b) Mezclar dentro de un contenedor una cantidad definida de celulosa de papel periódico y agua en una proporción de 70% en peso de celulosa por 30% en peso de agua;
c) Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior a una velocidad de 700 rpm durante un periodo de 60 minutos con el fin de iniciar la disociación de fibras en el sistema acuoso y evitar aglomeración;
d) Digestar la mezcla del paso anterior para continuar la disociación de las fibras y desprender las tintas del papel, por un periodo de 23 horas o hasta alcanzar un valor mínimo de viscosidad de 2 mPa/s;
e) Adicionar a la mezcla del paso anterior la fibra vegetal de agave molida obtenida en el paso uno manteniendo agitación constante a 700 RPM hasta alcanzar una concentración de la fibra vegetal de agave de un 40% en peso de la mezcla total;
f) Adicionar a la mezcla del paso anterior, manteniendo agitación constante, un agente acoplante con una viscosidad de 280.2 mPa/s, en una cantidad en peso igual a la cantidad de fibra vegetal de agave adicionada a la mezcla;
g) Agitar mecánicamente la mezcla del paso anterior, a una velocidad de 2000 rp durante un periodo de 10 minutos ;
h) Prensar mediante compresión la mezcla del paso anterior en una prensa de placas hasta alcanzar un valor de 5% de humedad en la mezcla;
i) Desmontar de la prensa de placas la hoja de material filtrante obtenida; y
1) Dejar secar la hoja de material filtrante hasta llegar a un valor de 0.05% de humedad para obtener el medio filtrante .
9. Un proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho, de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado además porque se incluye un paso intermedio entre el paso e) y f) , que corresponde a:
Mezclar un agente suavizante para incrementar la tersura de la superficie final del medio filtrante.
10. ün proceso de manufactura de medios filtrantes a partir de fibras vegetales de desecho de acuerdo a la reivindicación 9, caracterizado además porque, el agente suavizante es carbonato de calcio
11. Un medio filtrante caracterizado porque es obtenido mediante los procesos de las rei indicaciones anteriores.
12. El uso de los medios filtrantes obtenidos mediante los procesos de las reivindicaciones 1 a 10, como materiales filtrantes en aplicaciones de filtrado.
3, Un proceso de remoción de sólidos suspendidos de un fluido, caracterizado porque comprende los pasos de:
a) Poner en contacto los medios filtrantes obtenido mediante el proceso de la presente invención, con un fluido que contenga sólidos suspendidos; y
b) Hacer pasar el fluido a través de los medios filtrantes, reteniendo así los sólidos suspendidos sobre la superficie de los medios filtrantes y dejando pasar al fluido, ahora sin sólidos suspendidos.
14 , ün proceso de remoción de sólidos suspendidos de un fluido, de acuerdo a la reivindicación 13,
caracterizado además porque el fluido es aceite
automotriz .
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| WO2016136235A1 (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 日本特殊陶業株式会社 | マイエナイト型化合物、多機能剤、及びマイエナイト型化合物含有製品の製造方法 |
| JP2017078145A (ja) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | 大王製紙株式会社 | セルロースナノファイバー乾燥体の製造方法 |
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2018
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