Вуглецевополімерний композиційний сорбційний матеріал та спосіб його отримання

УКРАЇНА МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ (із) U А (із, С2 ( іі»54404 (51)7 B01J20/26.B01J20/30.B01D53/02 ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54, ВУГЛЕЦЕВОПОЛІМЕРНИИ КОМПОЗИЦІЙНИЙ СОРБЦІИНИИ МАТЕРІАЛ ТА СПОСІБ ЙОГО ОТРИМАННЯ (21,98062971 (22,09 06 1998 (24,17 03 2003 (46,17 03 2003, Бюл № 3, 2003 р (72, Марушко Сергій Зенонович, Картель Микола Тимофійович, Стрєлко Володимир Васильович, Поляков Микола Васильович, Піскунов Микола Володимирович, Ємченко Ольга Миколаївна, Ітунін Віліан Фішлевич, Духновський Костянтин Терентійович (73, Інститут сорбції та проблем ендоекологм Національної Академії наук України, Мале колективне підприємство "Фільтр" (56, А с СРСР №1678438, 1989р А с СРСР №1583141, 1988р А с СРСР №1669536, 1989р (57, 1 Вуглецевополімерний композиційний сорбційний матеріал, що включає неткану волокнисту полімерну основу і частинки активного вугілля, який відрізняється тим, що як полімерну основу він містить фільтруючий поліпропіленовий матеріал НФП, а як активне вугілля - вугілля марки КАУ при такому співвідношенні компонентів, мас % Вугілля КАУ 15-85 Матеріал НФП 85-15 2 Матеріал по п 1 , який відрізняється тим, що розмір частинок вугілля становить 0,1-1 мм 3 Спосіб отримання вуглецевополімерного композиційного сорбційного матеріалу шляхом нанесення частинок активного вугілля на полімерний нетканий волокнистий матеріал, який відрізняється тим, що як вугілля використовують КАУ, а як полімерний матеріал - поліпропіленовий фільтруючий матеріал НФП, на який наносять вугілля на стадії аеродинамічного формування волокон з розплаву поліпропілену і їх термоскріплення, причому КАУ і НФП беруть у співвідношенні, мас % (15-85) (8515) ВІДПОВІДНО О Винахід відноситься до хімічної технологи, а саме - до вуглецевополімерних сорбентів та способів їх отримання у вигляді еластичного матеріалу, що містить активне вугілля на полімерному нетканому волокнистому матеріалі і може знайти застосування для очищення газових середовищ від забруднень Відомий еластичний сорбуючий матеріал, що отримують нанесенням на ткану та неткану волокнисту основу з в'яжучим активованих волокон віскози довжиною 0 3-2мм в електричному полі напруженістю 3-5кВ/см з наступною термообробкою в два етапи при 100-110°С па протязі 3-4 хв і при 150-170°С протягом 2-3 хв [1] Недоліком такого матеріалу являється його висока вартість, що зумовлена складністю апаратурного оформлення процесу, для якого необхідне створення електричного поля, а також проведення двостадійної термообробки Найбільш близьким по технічній суті до способу отримання композиційного сорбційного матеріалу, що заявляється, є спосіб отримання еластич ного адсорбуючого матеріалу, що містить неткану волокнисту основу, адсорбент і полімерне в'яжуче [2] Матеріал, після нанесення дисперсії адсорбенту з в'яжучим на основу, оброблюють в полі НВЧ при одночасній продувці повітрям при швидкості 3бл/хв протягом 0 5-4 5хв Недоліком цього способу являється складність технологічного процесу, який потребує застосування установок НВЧ, а також пристроїв для забезпечення швидкості потоку повітря в заданих інтервалах Відомий адсорбуючий матеріал, який являється найбільш близьким по складу і характеристиках до матеріалу, що заявляється [3] Цей матеріал включає неткану волокнисту полімерну основу (лавсан, віскоза), частинки твердого адсорбенту (активне вугілля типу АУ-СКТ-4 або АУ-СКТ-5, або АУ-Sic) і як в'яжуче - поліакриламід і порофор Недоліком даного адсорбційного матеріалу є його складність по вмісту компонентів, невисока сорбційна ємкість, високий аеродинамічний опір Задачею, на вирішення якої направлений винахід, являється створення композиційного сорб о ю 54404 цінного матеріалу (КСМ) для ефективного очищення газових середовищ з направленими сорбційними та експлуатаційними характеристиками Створений розробленим способом КСМ дає можливість отримати технічний результат, що полягає в підвищенні сорбційної ємкості, зниженні запилення, покращенні експлуатаційних характеристик Крім того, запропонований спосіб дасть можливість отримати вироби з мінімальними трудомісткістю та енергозатратами Для досягнення вказаного технічного результату в вуглецевополімерному композиційному сорбційному матеріалі, який містить полімерну неткану волокнисту основу та частинки активного вугілля, ВІДПОВІДНО винаходу, як полімерна основа використаний фільтруючий поліпропіленовий матеріал НФП - неткане полотно з термоскріплених волокон, отримане аеродинамічним способом формування з розплаву поліпропілену [4], а як активне вугілля - вугілля марки КАУ при такому співвідношенні компонентів, мас % Вугілля КАУ 15-85 Матеріал НФП 85-15 При цьому розмір частинок вугілля становить 0 1-1 мм Вказаний технічний результат досягається також заявленим способом отримання вуглецевополімерного КСМ Суть його полягає в тому, що він передбачає нанесення частинок активного вугілля на нетканий волокнистий полімерний матеріал, причому, згідно з винаходом, як вугілля використовують КАУ, а як полімерний матеріал поліпропіленовий фільтруючий матеріал НФП, на який наносять вугілля на стадії аеродинамічного формування волокон з розплаву поліпропілену і їх термоскріплення При здійсненні цього способу вугілля і НФП беруть у співвідношенні (15-85) (8515) ВІДПОВІДНО Використання згаданого складу КСМ являється ВІДМІННОЮ від прототипу ознакою при всіх модифікаціях матеріалу Що стосується запропонованого способу, то крім нових компонентів вихідної сировини, ВІДМІННИМИ від прототипу ознаками у всіх випадках виконання способу являються заявлені співвідношення вугілля та полімеру, а також нанесення вугілля на стадії формування полімерного матеріалу В окремих випадках виконання матеріал може відрізнятися розмірами частинок вугілля Таким чином, заявлені технічні рішення відповідають критерію винаходу "новизна" Аналіз відомих складів сорбентів показав, що введені в сорбційний матеріал речовини окремо ВІДОМІ, наприклад активне вугілля Однак його використання в сполученні з іншими компонентами не надає цим сорбентам таких властивостей, які вони виявляють в заявленому рішенні, а саме, підвищення сорбційної ємкості, збільшення питомої поверхні, зменшення запилення, покращення експлуатаційних характеристик Крім того, запропонований спосіб дає можливість отримувати ма теріал з мінімальними трудомісткістю та енергозатратами по екологічно чистій технології без використання високотоксичних речовин Залежність відрізняючих ознак і одержаного результату з літератури не відома Це дає можливість зробити висновок про творчий характер рішення, тобто провідповідність заявленого рішення критерію "винахідниць кий рівень" Надання КСМ високих сорбціиних характеристик пояснюється характером взаємодії на межі розділу вуплля-полімер, що дає можливість створювати КСМ і суттєво не змінювати пористу структуру та ХІМІЮ поверхні вугілля як сорбційно активної компоненти Суть винаходу пояснюється наступними прикладами Приклад 1 Активне вугілля вводиться через дозуючий пристрій в систему аеродинамічного формування ультратонких ниток розплаву поліпропілену з одночасним напиленням останніх на рухому прийомну поверхню і їх термоскріпленням Складові КСМ беруть у слідуючих співвідношеннях, мас % вугілля - 15%, матеріал НФП - 85% Властивості матеріалу W s (С6Нб) = 0 55см3/г, Бпит = 1000м2/г, запиленість відсутня Приклад 2 Процес проводять аналогічно пр 1, за виключенням того, що співвідношення компонентів слідуюче, мас % вугілля - 20%, матеріал НФП - 80% Властивості матеріалу W s (C6H6) = 0 59см3/г, Snm - 1150м2/г, запиленість відсутня Приклад 3 Процес проводять аналогічно пр 1, за виключенням того, що співвідношення компонентів слідуюче, мас % вугілля - 40%, матеріал НФП - 60% Властивості матеріалу W s (C6H6) = 0 62см3/г, Snm - 1170м2/г, запиленість відсутня Приклад 4 Процес проводять аналогічно пр 1, за виключенням того, що співвідношення компонентів слідуюче, мас % вугілля - 60%, матеріал НФП - 40% Властивості матеріалу W s (C6H6) 0 64см3/г, Snm - 1200м2/г, запиленість відсутня Приклад 5 Процес проводять аналогічно пр 1, за виключенням того, що співвідношення компонентів слідуюче, мас % вугілля - 80%, матеріал НФП - 20% Властивості матеріалу W s (C6H6) = 0 66см3/г, Snm " 1200м2/г, запиленість відсутня Приклад 6 Процес проводять аналогічно пр 1, за виключенням того, що співвідношення компонентів слідуюче, мас % вугілля - 85%, матеріал НФП - 15% Властивості матеріалу W s (C6H6) = 0 66см3/г, Snm 1150м2/г, запиленість 0 1 % Отримані КСМ випробували на величину об'єму сорбціиних пор по бензолу Ws, см3/г, значення питомої поверхні методом теплової десорбції аргону Sm-r, м2/г Рівень запиленості розчину після контакту з КСМ визначали в% по різниці мас фільтрів Результати прикладів 1-6, які стосуються складу та властивостей КСМ, наведені в таблиці 54404 Таблиця Склад та властивості КСМ Приклади Прототип 1 2 3 4 5 6 Склад КСМ, мас % вуплля/матеріал НФП ~ 15/85 20/80 40/60 60/40 80/20 85/15 Ws.CM'Vl" к пит,м^/г Запиленість, % 0 48-0 64 0 55 0 59 0 62 0 64 0 66 0 66 не визначали 1000 1150 1170 1200 1200 1150 03 відсутня відсутня відсутня - відсутня відсутня 01 Перевагою КСМ, отриманих заявленим способом, по відношенню до прототипу, являються їх високі експлуатаційні характеристики, що робить можливим використання їх для ефективного очищення газових середовищ, в тому числі й агресивних Застосування заявленого сорбційного матеріалу відкриває широкі перспективи для вирішення актуальних екологічних проблем, використання при ліквідації наслідків екологічних катастроф Джерела використаної інформації 1 А с СРСР №1669536, кл B01J 20/00, B01D 39/16, 1989 р 2 А с СРСР №1678438, кл B01J 20/00, 20/30, 1989 р (прототип) 3 А с СРСР №1583141, кл B01D 39/16, B01J 20/00, 1988 р (прототип) 4 ТУ У 13486464 003-96 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24