Адсорбент діоксиду вуглецю

Изобретение относится к твердым хемосорбентам, применяемым для удаления диоксида углерода (CO2) и водяного пара из газов и может быть использовано для очистки выдыхаемого воздуха в регенеративных дыхательных аппаратах, используемых в угольной и други х отраслях промышленности. Известно адсорбционное средство для углекислого газа для применения его в щелочных патронах приборов для защиты дыхания, которое кроме основного вещества - гидроксида натрия, содержит до 15% карбонатов и/или хлоридов щелочноземельных металлов, и/или щелочей, и в данном случае гидроокиси алюминия (Патент ФРГ №1104347, кл. C61B1/02, 1961). Основной недостаток этого сорбента невысокая удельная сорбционная емкость. Наиболее близким к заявляемому изобретению является гранулированный адсорбент углекислого газа для средств индивидуальной защиты органов дыхания (А.с. СССР №1570089, кл.4 B01D53/02, 1990), содержащий гидроксид натрия и добавки сульфаты алюминия и железа (III) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Гидроксид натрия 93,0 - 96,5 Сульфат алюминия 3,0 - 5,0 Сульфат железа (III) 0,5 - 2,0 Недостатком этого сорбента являются высокие температурные параметры воздуха, выходящего из патрона, что приводит к ухудшению комфортности дыхания. Кроме того, сорбент имеет невысокую удельную сорбционную емкость, и недостаточное время защитного действия. Задачей изобретения является разработка состава адсорбента диоксида углерода, который в результате введения модифицирующей добавки позволяет улучшить температурные параметры воздуха, выдыхаемого из патрона, повысить удельную сорбционную емкость адсорбента и время защитного действия патрона при использовании его в регенеративных дыхательных аппаратах. Для решения этой задачи в адсорбент диоксида углерода для регенеративных дыхательных аппаратов, содержащих гидроксид натрия, сульфаты алюминия и железа (III), дополнительно вводят стеарат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.доли, %: Гидроксид натрия 88,0 - 99,3 Сульфат алюминия 0,5 - 5,0 Сульфат железа (III) 0,1 - 2,0 Стеарат кальция 0,1 - 5,0 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предложенное изобретение отличается от известного введением в состав адсорбента диоксида углерода стеарата кальция. Адсорбент, полученный на основе предложенного состава, обладает повышенной удельной сорбционной емкостью и большим временем защитного действия патрона, заполненного данным сорбентом, при улучшенных температурных параметрах выходя щего из патрона воздуха. Динамические характеристики предложенного адсорбента улучшены по сравнению с прототипом вследствие введения в состав адсорбента стеарата кальция - вещества с асимметричной молекулярной структурой, молекулы которого содержат гидрофильную группу и гидрофобный радикал. Такая структура, называемая дифильной, обуславливает поверхностную активность молекул, то есть их способность концентрироваться на межфазных поверхностях раздела, изменяя их свойства. Образование на поверхности адсорбента пленки стеарата кальция приводит к снижению оплываемости и слеживаемости гранул за счет гидрофобизации поверхности адсорбента. Причем, происходит покрытие гранул пористой пленкой, препятствующей образованию водного слоя на поверхности и способствующей ди ффузии CO2 вглубь гранул. Это приводит к увеличению удельной сорбционной емкости адсорбента. В процессе получения адсорбента предложенного состава при плавлении смеси компонентов происходит увеличение пористости щелочного адсорбента, по-видимому, за счет диффузии к поверхности расплава частиц стеарата кальция. Увеличение пористости также увеличивает удельную сорбционную емкость адсорбента. Пониженная оплываемость и слеживаемость гранул адсорбента позволяет дополнительно увеличить сорбционную емкость путем изменения гранулометрического состава адсорбента в сторону уменьшения размера гранул. Для получения щелочного адсорбента диоксида углерода используют гидроксид натрия гранулированный (ГОСТ 4328 - 77) классификации чда, с содержанием основного вещества NaOH не менее 98%; сульфат алюминия (ГОСТ 3758 - 75) с содержанием основного вещества (Al2(SO4) 3 × 18H2O) не менее 95%; сульфат железа (III) (ГОСТ 9485 - 74) с содержанием основного вещества (Fe2(SO 4)3 × 9H2O) не менее 95%; стеарат кальция (ТУ 6 - 09 - 4233 - 76) с содержанием основного вещества (C17H35COO)2 × Ca × H2O) не менее 98%. В соответствии с ОСТ 12.43.247 - 83 предлагаемая добавка к адсорбенту должна отвечать требованиям к материалам, применяемым в респираторах, то есть не должна обладать токсическим и сенсибилизирующим воздействием на организм человека, а также раздражающе действовать на кожу, слизистые оболочки и иметь неприятный запах. Гигиенические нормативы для стеарата кальция: ПДК р.з. 10мг/м 3, аэрозоль, 4 - й класс опасности (Атомно-абсорбционное определение стеаратов Ca, Zn, Ba, Pb и Ag в воздухе рабочей зоны (Наконечный Н.И., Кушнир С.В., Дейнека С.Е. // Гигиена и сан. 1992. - №3. - С.79); по результатам введения в желудок стеарат кальция относится к 4 - му классу опасности (ГОСТ 12.1.007 - 76), при введении в брюшную полость стеарат кальция можно отнести к безвредным веществам; он не раздражает кожу и слизистые оболочки глаз (Цитотоксическое действие стеаратов металлов и его коррекция с токсичностью для животных // Дейнека С.Е., Проданчук Н.Г., Петрупик И.О., Давыденко И.С., Синченко В.Г., Шелифост А.В.// Гигиена труда и проф. заболев. 1992. - №4. - С.17 - 20). Для получения адсорбента диоксида углерода все компоненты смешивают в емкости из нержавеющей стали, затем нагревают смесь до температуры 350 ± 20°C и выдерживают при перемешивании 10 - 20мин. Расплавленный адсорбент выливают противни из нержавеющей стали и после затвердевания дробят на гранулы неправильной формы. Для анализа отбирают рабочую фракцию 5 - 10мм. Примеры составов предлагаемого адсорбента диоксида углерода и прототипа приведены в табл.1. Поскольку сутью притязаний авторов является введение в состав адсорбента диоксида углерода стеарата кальция, то в табл.1 приведены заграничные значения массовой доли стеарата кальция (составы №1 и №6) и оптимальные значения остальных компонентов. Динамические параметры работы регенеративного патрона, снаряженного сорбентом, определяют в соответствии с ОСТ 12.43.247 - 83 при дыхательном режиме, соответствующем работе средней тяжести. Сравнительные показатели работы регенеративных патронов, снаряженных адсорбентом диоксида углерода по предложенному составу и прототипу, приведены в табл.2. Из данных табл.2 следует, что предложенный адсорбент диоксида углерода имеет удельную сорбционную емкость на 20 - 30л/кг, больше за время до проскока 1% CO2 по сравнению с прототипом. Время защитного действия до проскока 1% CO2 патрона, заполненного предложенным адсорбентом, превосходит тот же показатель по прототипу на 40 - 60мин. Применение предложенного адсорбента позволило увеличить время работы патрона до появления проскока диоксида углерода на 30мин. и уменьшить средний проскок CO2 за гарантированное время защитного действия (240мин.). Кроме того, использование адсорбента предложенного состава позволяет снизить максимальную температуру воздуха за регенеративным патроном на 3 - 5°C и увеличить время от начала работы патрона до достижения максимальной температуры, что повышает комфортность дыхания в течение времени защитного действия. При содержании стеарата кальция менее 0,1% (состав №1) не обнаруживается существенного улучшения сорбционных характеристик адсорбента, а введение стеарата кальция в количествах больше 5,0% (состав №6) относительно снижает сорбционные показатели адсорбента, по-видимому, в связи со снижением массовой доли основного вещества - гидроксида натрия. Оптимальные результаты получены при использовании адсорбента диоксида углерода составов №3 и 4. Положительным эффектом предлагаемого изобретения является возможность уменьшить количество адсорбента, загружаемого в регенеративный патрон, тем самым снизить его вес и затраты на изготовление -при соответствии всех параметров техническим требованиям. Кроме того, введение предлагаемой добавки в состав адсорбента улучшает технологичность его получения и переработки за счет снижения адгезии щелочного сорбента к стенкам аппаратуры и облегчения процесса дробления застывшего расплава. Разработана технологическая схема промышленного производства щелочного адсорбента диоксида углерода мощностью 400г/год. Предполагается освоение технологии и выпуск опытно-промышленной партии адсорбента.