Вуглецевополімерний еластичний композиційний сорбційний матеріал та спосіб його отримання

1. Вуглецевополімерний еластичний композиційний сорбційний матеріал, що включає полімерне в'яжуче і частинки активного вугілля, який відрізняється тим, що як в'яжуче він містить еластичний вспінений поліуретан, а як активне вугілля вугілля марки КАУ при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вугілля КАУ 20-60 пінополіуретан 40-80 2. Матеріал по п. 1, який відрізняється тим, що розмір частинок вугілля становить 0,1-1 мм. 3. Спосіб отримання композиційного сорбційного матеріалу шляхом змішування сорбенту з полімерною складовою і формування сорбційного мате A (54) ВУГЛЕЦЕВОПОЛІМЕРНИЙ ЕЛАСТИЧНИЙ КОМПОЗИЦІЙНИЙ СОРБЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ ТА СПОСІБ ЙОГО ОТРИМАННЯ 29034 мується нанесенням на нетканий волокнистий матеріал водної дисперсії, що містить поліакриламід, порофор і адсорбент - активне вугілля марки АУСКТ-4 або АУ-СКТ-5, або АУ-Sic, або силікагель марки КСМ з одночасною продувкою матеріалу повітрям при температурі 20-160°С до повного видалення води [3]. Недоліком даного адсорбційного матеріалу є його складність за вмістом компонентів (порофор, неткана основа), невисока сорбційна ємність, обмеження у використанні, неможливість надання матеріалу різноманітних геометричних форм. Загальним недоліком адсорбційних матеріалів, що вибрані як прототип, є їхня розчинність у воді, мінеральних кислотах, органічних розчинниках. Задачею на вирішення якої направлений винахід, є створення еластичного композиційного сорбційного матеріалу (КСМ) для ефективного очищення газів та рідин з направленими сорбційними та експлуатаційними характеристиками. Створений розробленим способом КСМ дає можливість отримати технічний результат, що полягає в підвищенні сорбційної ємності за рахунок збільшення питомої поверхні, відсутності запилення, покращенні експлуатаційних характеристик. Крім того, запропонований спосіб дасть можливість отримати еластичні вироби різноманітних геометричних форм з мінімальними трудомісткістю та енерговитратами. Для досягнення вказаного технічного результату в вуглецевополімерному композиційному сорбційному матеріалі, який містить полімерний в'яжучий компонент та частинки активного вугілля, відповідно до винаходу, як полімерний сполучник використаний еластичний вспінений поліуретан, а як активне вугілля - вугілля марки КАУ при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вугілля КАУ 20-60 пінополіуретан 40-80. При цьому розмір частинок вугілля становить 0,1-1 мм. Вказаний технічний результат досягається також запропонованим способом отримання вуглецевополімерного композиційного сорбційного матеріалу (КСМ) еластичного типу. Суть його полягає в тому, що він передбачає змішування сорбенту з полімерною складовою і формування сорбційного матеріалу в процесі вспінення, причому, згідно з винаходом, як сорбент використовують частинки вугілля КАУ, а як полімерну складову – пінополіуретан, що містить два компоненти, перший з яких попередньо гомогенізують, додають до нього вугілля КАУ, перемішують до однорідної маси, після чого додають другий компонент, перемішують до вспінення і заливають в форму. При здійсненні цього способу вугілля і пінополіуретан беруть у співвідношенні, мас. %: (20-60):(40-80), відповідно. Полімерна складова містить два компоненти: - перший компонент: мас. % складний поліефір П-2200 73,40 простий поліефір Лапрол-3003 19,74 вода 4,50 Sn (каталізатор) 0,27 ДАБКО 0,225 КЕП-2 1,80 1,4-бутандіол 0,9 масло вазелінове 0,225 - другий компонент: толуілендиізоціанат (ТДІ) Компоненти 1 і 2 беруть в співвідношенні (1,92,07):1. Використання згаданого складу композиційного сорбційного матеріалу є відмітною 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 є запропоновані співвідношення вугілля та полімеру, формування матеріалу заливанням у форму. В окремих випадках виконання матеріалу може відрізнятися розмірами частинок вугілля. Таким чином, запропоновані технічні рішення відповідають критерію винаходу "новизна". Аналіз відомих складів сорбентів показав, що введені в сорбційний матеріал речовини окремо відомі, наприклад, активне вугілля. Однак їх використання в сполученні з іншими компонентами не надає цим сорбентам таких властивостей, які вони виявляють в запропонованому рішенні, а саме: підвищення сорбційної ємності за рахунок збільшення питомої поверхні, відсутність запилення, еластичність, поліпшені експлуатаційні характеристики. Крім того, запропонований спосіб дає можливість отримувати вироби різноманітних геометричних форм з мінімальними трудомісткістю та енерговитратами. Залежність відмітних ознак і одержаного результату з літератури не відома. Це дає можливість зробити висновок про творчий характер рішення, тобто про відповідність запропонованого рішення критерію "винахідницький рівень". Надання КСМ високих сорбційних характеристик, покращення експлуатаційних характеристик пояснюється характером взаємодії на межі розділу вугілля - пінополіуретан, що дає можливість створювати КСМ і суттєво не змінювати пористу структуру та хімію поверхні вугілля як сорбційно активної компоненти. Вищезазначений характер взаємодій пояснюється, головним чином, присутністю в ланцюгу поліуретанів великої кількості полярних груп, здатних утворювати зв'язки з активними центрами вуглецевої поверхні, яка має велику валентну ненасиченість. Неоднорідна за густиною структура, характерна для гетерополімерів, якими є поліуретани, зшита структура визначає підвищену газопроникність полімерів, що також проявляється в збільшенні питомої поверхні КСМ. Суть винаходу пояснюється такими прикладами. Приклад 1. а) В широкогорлий мірний стакан при кімнатній температурі поміщають воду (відповідно до рецептури), додають Sn-kat і при перемішуванні розчиняють його у воді. Потім в отриманий розчин додають ДАБКО, КЕП-2 і вазелінове масло (відповідно до рецептури) і перемішують до отримання однорідного продукту. В отриману масу додають Л-3003 (за рецептурою) і знову перемішують, потім додають П-2200. Після перемішування і отримання однорідного продукту додають 1,4Бутандіол і знову перемішують, після чого в отриманий перший компонент додають при перемішу 2 29034 стивості матеріалу: W S=0,57 см3/г, S (пит)= =1006 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 9. Процес проводять аналогічно прикладу 8, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 33:67, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,6 см3/г, S (пит)=1080 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 10. Процес проводять аналогічно прикладу 8, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 55:45, відповідно. Властивості матеріалу: W S=0,66 см3/г, S (пит)=1100 м2/г, запиленість відсутня. Отримані КСМ випробовували на величину об'єму сорбційних пор по бензолу WS, см3/г (ексикаторний метод), значення питомої поверхні методом теплової десорбції аргону S (пит), м2/г, ртутну порометрію (Пор-Сайзер М9200 фірми "Культронікс-Франс"). Рівень запиленості розчину після контакту з КСМ визначали в мас. % за різницею мас фільтрів. Результати прикладів 1-10, які стосуються складу та властивостей КСМ, наведені в таблиці. Перевагою адсорбційних матеріалів, отриманих запропонованим способом, по відношенню до прототипу, є їх високі експлуатаційні характеристики і можливість використання їх для очищення рідинних і газових середовищ, в тому числі й агресивних. Останнє визначається фізико-хімічними характеристиками полімерної компоненти: поліуретан не розчиняється у воді, стійкий до дії розбавлених кислот, вуглеводнів, хлорпохідних, масел, атмосферостійкий, зносостійкий (на відміну від поліакриламіду). Застосування запропонованого сорбційного матеріалу відкриває широкі перспективи для вирішення актуальних екологічних проблем: очищення промислових стічних вод, газових викидів, одержання екологічно чистих продуктів харчування і сільськогосподарської продукції, використання при ліквідації наслідків екологічних катастроф як на суші, так і на воді. ванні активне вугілля КАУ з розміром частинок 0,51 мм і перемішують до отримання однорідної маси. б) В отриманий перший компонент з активним вугіллям додають другий компонент (ТДІ відповідно до рецептури) і перемішують до появи вспінення (2-3 хв) та заливають у форму. Складові КСМ беруть у таких співвідношеннях, мас. %: вугілля КАУ (23), пінополіуретан (77). Властивості матеріалу: W S (С6Н6)=0,55 см3/г, S (пит)=1086 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 2. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 33:67, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,57 см3/г, S (пит)=1082 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 3. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 41:59, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,58 см3/г, S (пит)=1065 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 4. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 47:53, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,62 см3/г, S (пит)=1065 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 5. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 50:50, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,64 см3/г, S (пит)=1080 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 6. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 55:45, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,66 см3/г, S (пит)=1100 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 7. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 60:40, відповідно. Властивості матеріалу: WS=0,48 см3/г, S (пит)=815 м2/г, запиленість відсутня. Приклад 8. Процес проводять аналогічно прикладу 1, за виключенням того, що використовують фракцію активного вугілля КАУ з розміром частинок 0,1-0,5 мм і співвідношення активного вугілля до полімерної складової такі, мас. % - 23:77. Вла Джерела інформації: 1. А. с. СРСР № 1669536, кл. B01D39/16, 1989. 2. А. с. СРСР № 1669537, кл. B01D53/02, 1989 (прототип). 3. А. с. СРСР № 1583141, кл. B01J20/00, 1988 (прототип). B01J20/00, B01J20/10, B01D39/16, Таблиця Склад та властивості КСМ Приклади Прототип 1 2 3 4 5 Вміст складових в КСМ, мас. % вугілля/полімер 23/77 33/67 41/59 47/53 50/50 WS, см3/г S (пит), м2/г Запиленість, % 0,48-0,64 0,55 0,57 0,58 0,62 0,64 не визначено 1086 1082 1065 1065 1080 0,3 3 відсутня 29034 Продовження таблиці Приклади 6 7 8 9 10 Вміст складових в КСМ, мас. % вугілля/полімер 55/45 60/40 23/77 33/67 55/45 WS, см3/г S (пит), м2/г Запиленість, % 0,66 0,48 0,57 0,60 0,66 1100 815 1006 1080 1100 відсутня __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4