Спосіб зниження вмісту формальдегіду в об’ємі деревностружкового матеріалу та пристрій для його здійснення

ДО МПК6А 61 L 9/015, 9/20 Спосіб зниження вмісту формальдегіда в об'ємі деревиостружкового матеріалу та пристрій для його здійснення. Винахід відноситься до способу і обладнання для очистки повітря приміщень, а саме, санітарії, дезодорації, а також зниження токсичності матеріалів на основі смол, що вміщують формальдегід. Наприклад, у будівництві - ізоляції з пінопластів; в деревообробній промисловості та у виробництві меблів- деревостружкових плит і виробів на їх основі. Відомо (ГОСТ 10632-89 Плиты древесностружечные. Технические условия. ГОСТ 27678-89 Плиты древесностружечные и фанера. Перфораторный метод определения содержания формальдегида), що плити виготовляють на основі подрібненої деревинної сировини та карбомідоформальдегідної смоли. Плити виділяють в оточуюче повітря формальдегід, метанол і аміак, з яких найбільш токсичним є формальдегід СН2 О- газ без кольору з різким запахом. Тому всі плити оцінюються згідно можливості їх використання в закритих приміщеннях. В країнах Європи прийнята класифікація плит по їх емісії: ^сласи El, E2, ЕЗ- в залежності від кількості формальдегіда, що виділяється в повітря (0,122,3мг/м3), або від вмісту вільного формальдегіда в плитах (10-60 мг на 100 г плити). До цього часу відома значна кількість методів зниження токсичності плит. Одним з перших методів, які описані у літературі, є сушка плит (див. книгу Шейдин И.А., Пюдик П.Э. Технология производства древесных пластиков и их применение.- М.: Лесная промышленность, 1971. - с.61-65) . Сушилка типу НИИФ складається з конвейера, двох щитів для направлення потока горячого повітря. Виділення 2 формальдегіда з плит відб увається під час процеса сушки та термообробки. На тривалість процеса впливають: параметри повітря (температура 80°С; швидкість обдування- 2 м/с; вміст вологи 5-15%); товщина плити, вміст зв'язуючого компонента і розчинника в плиті (1624%). Але, не дивлячись на велику тривалість процеса, у висушеній плиті залишається значна (до 60 мг на 100 г плити) кількість формальдегіда. Відомий спосіб зниження токсичності деревостружкових плит (див. журнал "Деревообрабатывающая промышленность, 1991, № 5, с. 15-16. Стрелков В.П. "О снижении токсичности древесностружечных плит и изделий на их основе"), що включає в себе слідуючі операції: у зв'язуючий компонент плити вводять акцептори формальдегіда у вигляді 30% водного розчина карбаміда, потім вводять гідрофобізатор. Але цей спосіб дозволяє знизити вміст формальдегіда до рівня всього лише 10-20 мг на 100 г плити, що є недостатнім. Крім того, через різке падіння вологостійкості плит, спосіб знижує їх якість. Відомий спосіб міграції формальдегіда з полімерних матеріалів (див. обзорная информация медицина и здравоохранение. Серия: гигиена. Выпуск 3. "Гигиенические проблемы воздействия формальдегида на население ".- М.: 1986.- с.11-12) шляхом вакуумування плит у камері. Але, не дивлячись на збільшення виділення вільного формальдегіда в 5 разів, спосіб має значний недолік- велику тривалість процеса вакуумування і міграції. Відомий генератор дезінфікуючої речовини (див. а.с. СССР 1606125, кл. A61L 2/00, 1990), який вміщує реакційну камеру, трубку з краном для підведення стиснутого повітря і трубку відведення суміші газів. У камері з отримують парогазову суміш, що вміщує формальдегід і потім її виводять з камери. Але цей пристрій служить для обробки формальдегідом різних предметів і середовищ. Відомий пристрій для бактерицидної обробки рідини (див. а.с. СССР 1007678, кл. A61L 9/00, 1983), що вміщує ємкість для рідини і генератор озона. Озоно- повітряна суміш барботує через шар рідини, при цьому відбувається активація реагентних властивостей рідини. Але, не дивлячись на те, що у цьому пристрої отримують озоноповітряну суміш, цією сумішшю обробляють тільки рідину шляхом барботування через шар рідини. Тому пристрій не може бути використано для обробки твердих деревостружкових плит. Відомий пристрій (див. а.с. СССР 1210839 кл. A61L 9/20) для обеззаражування повітря приміщень, що вміщує камеру з розміщенним у ній джерелом ультрафіалетового випромінювання. З обох сторін камери на одній вісі розміщені повітряпроводи. В одному повітропроводів вмонтовано вентилятор. Недоліком є мала ефективність процеса ультрафіолетового опромінення для зниження токсичності деревостружкових плит- вміст формальдегіда в плитах практично не зменьшується. Відомий спосіб фотохімічного окислення формальдегіда у стічних водах (див. журнал "Химия и технология воды", т. 15, №15, 1993, с.264269. Гончарук В.В. "Фотохимическое окисление компонентов сточных вод предприятий текстильной промышленности"), який включає ультрафіолетове опромінення забрудненої води у присутності пероксида водню Н2О2. Установка для здійснення способа складається з 4 термостатуємого кварцевого реактора, який встановлений коаксиально відносно ртутно- кварцевої лампи, та ємкості для води, що очищується, з барботером повітря. Але для зниження вмісту формальдегіда у воді необхідне дуже тривале опромінення, а інтенсифікація фотодвструкції досягається введенням в реакційну суміш пероксиду водню, який також необхідно розкладати тривалий час, причому з використанням каталізатора. Подальшим удосконаленням способа є так званий сухий метод очистки повітряного середовища виробничих приміщень (див. а.с. 1762936, кл. A61L 9/015, 9/20, 1992), що включає дію озона на середовище. Спосіб полягає у тому, що середовище обробляють озоном на виході з кіпорозрихлювача, який встановлено у приміщенні перед подачею в пневмопровід, причому озон подають у повітряне середовище з концентрацією 20-100 мкг/м3. До недоліків необхідно віднести неефективність цього способа для очистки повітряного середовища, що вмішує формальдегід, і розкладання його в матеріалах, наприклад в деревостружковій плиті. Прототипом запропонованого способа є найбільш досконалий метод з точки зору можливості використання його для деревостружкових плит, що включає в себе спільну дію на середовище озоном і ультрафіолетом (див. журнал "Химия и технология воды", т. 18, №4, 1996, с.339-345, Гончарук В.В. "Разложение пестицидов- производных триазола в процессе озонирования"). Спосіб полягає у тому, що озоно- повітряна суміш з вмістом озона 5,8-12,8 мг/дм3 пропускають- барботують через шар забрудненої рідини і при цьому рідину опромінюють також ультрафіолетовим світлом. Озонування та ультрафіолетове опромінення здійснюють на установці, яка складається з генератора озона, барботажного реактора, що охолоджується водою, джерела ультрафіолетового опромінення погружного типу, який поміщено у кожух з кварцевого скла. Недоліки даного способа: при спільній дії озона і ультрафіолетового опромінення залишається значна кількість озона, що не розклався, яка перевищує гранично допустиму концентрацію. Крім того, спосіб ефективний тільки з попередньою ультрафільтрацією рідини, яка обро б ля єть ся, що не до зво ляє вико ристо вувати його д ля деревостружкових плит. Обмеження на використання відомого способа витікають з можливого руйнування від води таких матеріалів, як деревостружкові плити. В основу винаходу поставлено задачу інтенсифікації процесу деструкції формальдегіда в об'ємі деревостружкових плит шляхом спільної дії озона та ультрафіолетового випромінення. Це вирішується таким чином, що у способі зниження токсичності матеріалів, який включає дію на плиту озона і ультрафіолетового випромінення, поверхню деревостружкової плити при температурі 20-80°С обдувають озоноповітряною сумішшю, попередньо насиченою парами води, причому у якості фотокаталізатора розкладання озона використовують матеріал поверхні плити. При цьому озоно-повітряну суміш подають на поверхню деревостружкової плити при мольному співвідношенні озона до формальдегіда 10-100 до 1 моль/моль. Озоно-повітряна суміш має відносну вологість від 80 до 100% і лужний характер з показником по водню рН=9-10. б Пристрій для здійснення способа вміщує генератор озона, джерело ультрафіолетового опромінення і бокс для розміщення деревостружкової плити. Бокс додатково забезпечений прозорою кришкою із кварцевого скла і джерелом ультрафіолетового опромінення, яке встановлено над нею, зволожувачем і форсункою озоно-повітряної суміші, а захвати для плити виконані так, що можлива зміна положення її у просторі, шляхом обертання, для зміни поверхні опромінення і обдува плити. На фіг. 1 показано пристрій для зниження токсичності деревостружкових плит, загальний вигляд. На фіг.2 представлено кінетичні залежності фотохімічної деструкції формальдегіда у об'ємі деревостружкової плити, а також зміна концентрації озона у повітрі на виході із бокса в залежності від тривалості процеса обробки. Пристрій для зниження токсичності деревостружкових плит складається із герметичного бокса 1, у якому знаходиться плита 2, яка піддається обробці, компресора 3, фільтра-вологовідцілювача 4, осушувача повітря 5, генератора озона 6, зволожувача озоно-повітряної суміші 7, форсунок 8, двох поворотних захватів 9 для плити, патрубка 10 виходу газів з бокса, прозорі кришки 11 з кварцевого скла та джерела ультрафіолетового опромінення 12. У якості джерела ультрафіолетового опромінення використовується ртутно-кварцева лампа, наприклад ДРТ1000 ГОСТ 20401-75. Лампа встановлена на кришці за межами бокса за допомогою двох кронштейнів 13 і закрита зверху та з боків кожухом 14, який має щілини для охолодження лампи. Спосіб здійснюється таким чином. Озонування осушеного за допомогою фільтра 4 та осушувача 5 повітря проводиться стандартним 7 генератором 6, який має продуктивність Зг озона/год. Концентрація озона у повітрі на вході і виході із бокса визначалася спектрофотометрично, по стандартній методиці. Зменьшення концентрації формальдегіда у об'ємі деревостружкової плити контролювалося перфораторним методом згідно ГОСТ 27678-89, який у данному випадку є основним показником зниження токсичності деревостружкової плити. Вода із зволожувача 7 для зволожування сухої озоно-повітряної суміші коректувалась при вихідному значенні рН=9-ь10. По даним отриманим під час проведення фотохімічної деструкції формальдегіду в об'ємі деревостружкової плити на цій установці, а також з урахуванням замірів концентрації озонц у газовому потоці на виході із 6OKCJ , в залежності від тривалості процеса ? Побудовано кінетичні залежності зміни концентрацій озону у газовій фазі та формальдегіду у твердій фазі деревостружкової плити від часу її обробки (фіг. 2). Процес було проведено з подачею озона різної концентрації (1000-4000 мг/дм3) у озоно- повітряній суміші для обробки плити. По отриманим даним можна зробити висновок, що цим методом можна знизити вміст формальдегіда у об'ємі деревостружкової плити з 78 мг/100 г плити до 8 мг/100 г плити. Як видно з рисунка кривих (фіг. 2), концентрація формальдегіда у плиті найбільше знижується на протязі першої години обробки, далі фотохімічний процес деструкції формальдегіда сповільнюється внаслідок зменшення вмісту його у плиті, а також часткового зв'язування радикалів, що синтезуються продуктами хемодеструкції формальдегіда. Про це свідчать горизонтальні участки кривих 1,2,3 на фіг. 2. Це підтверджується також результатами замірів концентрації озона у повітрі на виході із 8 У бокса. Після години обробки концентрація озона у повітрі на виході із бокса стабілізується і далі змінюється мало. Оптимальним часом обробки плит можна вважати час 60 хв. Подальше збільшення часу обробки незначно впливає на процес фотохімічної деструкції формальдегіда. В таблицях 1, 2, 3 представлені отримані експерементальні дані, які використані для розробки технологічної схеми та установки по очищенню , деревостружкових плит. Наявність можливості обертання деревостружкової плити в об'ємі і і бокса відносно джерела ультрафіолетового випромінювання для опромінення усієї поверхні плити, яку використовують у якості фотокаталізатора розкладання озона, а також обдув цих поверхонь плити попередньо насиченою парами води озоно-повітряною сумішшю вказує на існування критерію "новизна" та "винахідницький рівень". Спосіб та пристрій є "промислово використовуванними", легкі у застосуванні, так як зможуть бути використані у виробництві деревостружкових плит без кардинальних змін у діючій технології їх виробництва. Крім того зниження вмісту формальдегіда в об'ємі деревостружкових плит дозволить знизити їх токсичність та вивести їх якість до рівня європейських стандартів, тобто до класу Е1 та Е2. Таблиця 1- Дані експеримента 1. Тривалість обробки плити, хв. ЗО 60 90 120 Концентрація озона у повітрі на вході в бокс, мг/ м Концентрація озона у повітрі на виході з бокса, мг/ м' Залишковий вміст формальдегіде у об'ємі плити, мг/100 г плити 300 500 600 800 65 58 54 53 1000 1000 1000 1000 Табл иця 2- Да ні е кс пер име нта 2. Триваліст ь обро б ки плит и, х в. ЗО 60 90 120 К о нце нтр а ці я озона у по вітрі на вході в бо кс , мг/ M J 2000 2000 2000 2000 Ко нце нт ра ці я озона у по вітрі на вих оді з бо кса, мг/ M J 300 700 800 1000 Зал ишко вий вм іст фор мал ьде гі да у об'ємі пл ити, мг/100 г пл ити 48 34 29 28 Т а бл иця 3- Да ні е кс пе р име нта 3 . Тривалість обро б ки плити, хв. К о нце нтр а ці я озона на вход і в б о кс , мг/ м Ко нце нт ра ці я озона у по вітрі на вході з бо кса, м г/ M ЗО 60 90 120 4000 4000 4000 4000 Зал ишко вий вм іст фо р м а л ьд е гі да ) об 'ємі пл ит и, м г/10 0 г пл ит и J 700 1100 1200 1300 20 11 8 8 Спосіб зниження вмісту формальдегіда у деревостружковому матеріалі та пристрій для його здійснення v 8 13 14 Фі г 1 11 12 13 Столярен ко ГС. Мислюк Є.В. Громико А. В. Фоміна Н.М. Спосіб зниження вмісту формальдегіда у деревостружковому матеріалі та пристрій для його здійснення Соз Сф МГ/ 3000 2000 1000 Т,МИН Фі г 2 Столяренко Г.С. Мислюк Є.В. ГромикоА.В. Фоміна Н.М.