Пристрій для періодичної активації волокнистого вуглецевого матеріалу марки “борисфен”

1. Пристрій для періодичної активації волокнистого вуглецевого матеріалу марки "Борисфен", що містить камеру активування або піч (1) з розташованими усередині електронагрівачами направленого випромінювання (7) із захисним чохлом, вбудованим змієвиковим теплоізольованим електропароперегрівачем (5) і інжектором (9) для часткової рециркуляції газів, що відходять, і повітря, а також засобу для введення і виведення волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що активується, в камеру активування або піч (1), який відрізняється тим, що засіб для введення і виведення волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що активується, в камеру активування або піч (1) виконаний у вигляді реторти (2), що виконана у вигляді металевої ємності без кришки з формою, подібною внутрішній поверхні камери активування або печі (1), у реторті (2) розміщені виконані у вигляді каркаса піддони (11), на яких розміщений без натягнення волокнистий вуглецевий матеріал (4), що активується, а також демпфувальний матеріал (3), що розташовується між основою камери активування (1) або основою реторти (2) і волокнистим вугле U 2 (19) 1 3 Льюіса з групи, що включає галогеніди цинку, алюмінію, магнію, заліза, барію, амонію і хрому. У печі здійснюють сушку обробленого матеріалу, механічне розм'якшення матеріалу, розміщення матеріалу на каркасі без натягнення. Каркас розміщують в адаптовану піч з формою, що має, принаймні, один нагрівальний елемент в основі і, принаймні, один нагрівальний елемент у/на бічній стінці, причому активуємий матеріал відокремлений від нагрівальних елементів. Потім проводять карбонізацію матеріалу, отриманий карбонізований матеріал активують до необхідного ступеня активування, після чого швидко охолоджують піч [1]. Недоліками пристрою аналога є складність конструкції і складність регулювання параметрів процесу активування, що обумовлює нерівномірність якості отримуваних матеріалів з порівняно невисокою сорбційною ємністю, недостатньо високою швидкістю сорбції і недостатньо глибоким ступенем очищення. Як найбільш близький аналог вибраний апарат для активування вуглецевих волокнистих матеріалів, що містить камеру активування з розташованими усередині електронагрівачами направленого випромінювання із захисним чохлом, вбудованим змієвиковим теплоізольованим електропароперегрівачем і інжектором для часткової рециркуляції газів, що відходять, і повітря, а також засобу для введення і виведення волокнистого джгута, які виконані у вигляді змотуючої і намотуючої бобін і направляючих роликів, що забезпечують двократне проходження волокнистого матеріалу через камеру активування [2]. Недоліками апарату найбільш близького аналога є складність конструкції, що призводить до складності регулювання параметрів процесу активування. Це обумовлює нерівномірність якості отримуваних матеріалів з порівняно невисокою сорбційною ємністю, недостатньо високою швидкістю сорбції і недостатньо глибоким ступенем очищення. Задачею корисної моделі є створення пристрою для ефективної активації волокнистого вуглецевого матеріалу, що дозволяє отримувати для волокнистого вуглецевого матеріалу, що активується, відносно високу сорбційну ємність по бензолу при технічно допустимому ступені обгару активованих полімерних волокон шляхом вибору ефективних конструктивних елементів пристрою, їх взаємного розташування і зв'язку елементів пристрою між собою. Вказана задача досягається тим, що у пристрої для періодичної активації волокнистого вуглецевого матеріалу марки «Борисфен», що містить камеру активування або піч (1) з розташованими усередині електронагрівачами направленого випромінювання (7) із захисним чохлом, вбудованим змієвиковим теплоізольованим електропароперегрівачем (5) і інжектором (9) для часткової рециркуляції газів, що відходять, і повітря, а також засобу для введення і виведення волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що активується, в камеру активування або піч (1), новим є те, що, засіб для введення і виведення волокнис 47070 4 того вуглецевого матеріалу (4), що активується, в камеру активування або піч (1) виконаний у вигляді реторти (2), що виконана у вигляді металевої ємності без кришки з формою, подібною внутрішній поверхні камери активування або печі (1), у реторті (2) розміщені виконані у вигляді каркаса піддони (11), на яких розміщений без натягнення волокнистий вуглецевий матеріал (4), що активується, а також демпфувальний матеріал (3), що розташовується між основою камери активування (1) або основою реторти (2) і волокнистим вуглецевим матеріалом (4), що активується, на кінці електропароперегрівача (5) з боку основи (12) реторти (2) розташовано сопло (6), причому електропароперегрівач (5) виконаний з можливістю забезпечення регульованої по витраті подачі пари, а сопло (6) виконано з можливістю рівномірної подачі пари однакової концентрації по усьому об'єму реторти (2) або камери активування (1). Піддони (11) в загальному випадку розташовані паралельно основі (12) реторти (2) або основі печі (1) і виконані з можливістю варіювання відстані один щодо одного і повороту в двох взаємно перпендикулярних площинах щодо горизонтальної площини основи печі (1) або основи (12) реторти (2), в якій може бути розміщено до 15 піддонів (11), при цьому поверхня реторти (2) виконана у вигляді прямокутного паралелепіпеду квадратного перетину із стороною 0,8м і заввишки 2м. Електропароперегрівач (5) виконаний з можливістю забезпечення рівномірної подачі пари з величиною витрати 24-36л/води на 1 годину на 1кг початкового волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що активується, сопло (6) виконано з можливістю обертання щодо кінця електропароперегрівача (5) з боку основи (12) реторти (2), демпфувальний матеріал виконаний з можливістю забезпечення утримування параметрів активації у вигляді температури і витрати пари у вузьких наперед заданих діапазонах цих значень, при цьому пристрій виконаний з можливістю забезпечення досягнення після активації волокнистого вуглецевого матеріалу значень його сорбційної ємкості по 3 бензолу в межах від 1,2 до 2,4см /г при значеннях ступеня обгару активованих полімерних волокон в межах від 50 до 70%. Перераховані ознаки пристрою складають сутність корисної моделі. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Вибір структури, компонентів і властивостей матеріалу, а також особливості його активації є ноу-хау авторів даного технічного рішення, тому ці аспекти в описі розкриваються тільки частково. До того ж обробка матеріалу проводиться без добавки азотовміщуючих й інших з'єднань, що здешевлює процес одержання та підвищує якість одержуваного активованого матеріалу. Як полімерні волокна матеріал містить полімерні волокна матеріалів у вигляді ниток або текстильних волокон типа тканин, джгутів, трикотажу, нетканих полотен, матів або повсті, однонаправ 5 лених волокон, а також стрічок з одним напрямом волокнистих елементів. У свою чергу, демпфувальний матеріал виконаний з можливістю забезпечення утримування параметрів активації у вигляді температури і витрати пари у вузьких наперед заданих діапазонах цих значень. Ці відмітні особливості в сукупності з використовуваними режимами і конструктивними особливостями пристрою для активаційної обробки дозволяють набувати необхідних значень сорбційної активності по бензолу, що перевершують аналогічні значення відомих сорбційно-активних вуглецевих матеріалів при технічно допустимому ступені обгару активованих полімерних волокон. На Фіг. показана схема пропонованого пристрою, де прийняті наступні умовні позначення: 1 - камера активування у вигляді печі ПШК; 2 - реторта; 3 - демпфувальний матеріал; 4 - вуглецевий матеріал для активації; 5 - трубка подачі води, виконана у вигляді змієвикового теплоізольованого електропароперегрівача (5) з соплом (6) на кінці, виконаним з можливістю обертання щодо електропароперегрівача (5) і забезпечення рівномірної подачі пари по усьому об’єму реторти (2) і камери активування (1); 7 - електронагрівачі направленого випромінювання (спіраль електронагріву) із захисним чохлом; 8 - склепіння печі ПШК (кришка); 9 - інжектор для рециркуляції газів, що відходять, або повітря; 10 - піщаний затвор; 11 - піддон; 12 - основа реторти. Реторта (2), у свою чергу, є металевою ємністю без кришки у вигляді прямокутного паралелепіпеда квадратного перетину, наприклад, із стороною 0,8м і заввишки 2м. У реторті (2) розміщені піддони (11) в кількості до 15 штук. Піддони (15) в загальному випадку розташовуються паралельно щодо основи (12) реторти (2) і виконані з можливістю варіювання відстані один щодо одного і повороту в двох площинах щодо горизонтальної площини (основи печі (1) або основи (12) реторти (2), тобто піддони (11) мають три ступені свободи переміщення усередині реторти (2). У кожному піддоні (11) розташовується без натягнення вуглецевий матеріал (4), що активується, і демпфувальний матеріал (3), який розташовується між основою реторти (2) і волокнистим вуглецевим матеріалом, що активується (4). Демпфувальний матеріал виконаний з можливістю забезпечення утримування параметрів активації у вигляді температури і витрати пари у вузьких наперед заданих діапазонах цих значень, чому також опосередковано сприяє й наявність піщаного затвора (10). Подачу води в піч (1) здійснюють з боку основи печі (1) або основи (12) реторти (2) догори за 47070 6 допомогою трубки для подачі води (5) з соплом (6) на кінці трубки (5), виконаних з можливістю забезпечення рівномірної подачі пари по усьому об’єму реторти (2) або печі (1), при забезпеченні витрати 24-36л/води на 1 годину на 1кг початкового вуглецевого матеріалу (4). Матеріал по корисній моделі отримують за допомогою пристрою, що заявляється, таким чином. Здійснюють активування волокна початкового вуглецевого карбонізованого матеріалу в печі в температурному діапазоні, верхнє значення якого не перевищує 1000°С, в атмосфері, що містить наперед задану мінімальну кількість пари, що утворюється в результаті подачі води в піч, до досягнення ступеня обгару активованих полімерних волокон, вимірюваного у %, в наперед заданих межах. При цьому активування карбонізованого волокна в печі здійснюють періодичним способом і одночасно для декількох шарів волокна початкового карбонізованого вуглецевого матеріалу, що розміщують без натягнення, подачу води в піч здійснюють по досягненню температури нагріву в печі від 100 до 120°С. Після цього протягом 5-8 год підвищують температуру в печі до температури витримки, що становить від 750 до 1000°С, проводять витримку при цій температурі протягом 2-3 год, після чого охолоджують піч при вимкненому нагріві, а при досягненні температури від 100 до 120°С відключають подачу води у піч. В результаті активації за допомогою розробленого пристрою отримують волокнистий активований вуглецевий матеріал, який характеризується значенням сорбційної ємкості по бензолу в 3 межах від 1,2 до 2,4см /г при значенні ступеня обгару активованих полімерних волокон в межах від 50 до 70%. Далі прийняті такі позначення: АУВМ - активований волокнистий вуглецевий матеріал (за відомими технічними рішеннями); ВАУМ - волокнистий активований вуглецевий матеріал (за розробленим технічним рішенням). Показники одержаних АУВМ марки «Днепр»МН (прототип ВАУМ марки «Борисфен»-МН), ВАУМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП, а також тканини марки УУТ-2 приведені в таблиці. Приклади №№1-2 і №№7-10 відповідають відомим АУВМ, а приклади №№ 3-6 - розробленим ВАУМ марки «Борисфен», одержаному за допомогою пропонованого пристрою. При цьому вихідною сировиною для промислово АУВМ медичного призначення, що випускається, марки «Днепр»-МН (аналог ВАУМ марки «Борисфен»-МН) була тканина технічна УУТ-2 по ТУ 6-06-И78-85 або тканина технічна «ДЕСНА» по ТУ 6-12-4691259-38. ВАУМ марки «Борисфен» виготовлявся на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП, яке відповідало умовам ТУ 14-147-40-91. 7 47070 8 Таблиця Властивості волокнистого активованого вуглецевого матеріалу по прикладах № волокнистий вуглецевий матеріал АУВМ «Днепр»-МН АУВМ «Днепр»-МН ЗАУМ марки «Борисфен» на 3 базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ВАУМ марки «Борисфен» на 4 базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ЗАУМ марки «Борисфен» на 5 базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ВАУМ марки «Борисфен» на 6 базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП 7 Тканина УУТ-2 8 Тканина УУТ-2 9 Тканина УУТ-2 10 Тканина УУТ-2 1 2 поверхнева щільність полімерних волокон, г/см2 300 250 2300 2000 0,9 0,1 ступінь обгару активованих полімерних волокон, % 50% 60% 180 2500 1,2 50% 50 3000 2,4 55% 70 2600 2,1 60% 85 2500 2,0 70% 210 230 330 290 1500 1800 1600 1700 0,6 0,9 0,75 0,80 30% 35% 32% 33% Експериментальне дослідження по використанню пропонованого пристрою при отриманні матеріалу для очищення питної води показало можливість видалення до 99,5% фенолів, 96% нафтопродуктів, 98% пестицидів, 99% іонів важких металів. Таким чином, пропонований пристрій характеризується ефективною конструкцією і простотою регулювання параметрів процесу активування в порівнянні з відомими пристроями, а також високим значенням отримуваної сорбційної ємності проактивованого матеріалу і достатньою глибиною очищення. ВАУМ, одержаний за допомогою розробленого пристрою, може бути використаний при очищенні рідких середовищ від небажаних домішок, зокрема при очищенні питної води, стічних вод, при попередній підготовці вод виробничих циклів, а також для видалення небажаних домішок з газоподібних середовищ, для використання у електротехнічній промисловості, зокрема, як основний елемент (матриця) суперконденсаторів, який просочують розчином електроліту, а також для медичних цілей, оскільки отримуваний активований матеріал володіє вираженим гемостатичним і бактеріологічним ефектом, високою капілярністю і гігроскопічністю, що більш ніж у 3,5 рази перевищує гігроскопічність марлі. Крім того, можливе використання ВАУМ і в інших сферах (гідрометалургія, очищення стічних вод промислових виробництв тощо). ВАУМ марки «Борисфен» може маркуватися залежно від його призначення (сфери використання), наприклад: значення сорбпитома повеційної ємності по 2 рхня, м /г 3 бензолу, см /г «Борисфен»-МН (де скорочення «МН» означає «медицинского назначения» (рос), тобто це матеріал для використання у медицині); «Борисфен»-СК (де скорочення «СК» означає «суперконденсатор», тобто це матеріал для приготування суперконденсаторів в електротехніці); «Борисфен»-Ф (де скорочення «Ф» означає «фільтр», тобто це матеріал для фільтрівсорбентів); «Борисфен»-ТВС (де скорочення «ТВС» означає «ТехВоєнСервіс», тобто це група матеріалів спеціального призначення для використання у сфері технічного військового сервісу, наприклад, засоби захисту - респіратори, протигази, виготовлення захисних елементів спецодягу для уловлювання рідинних і газоподібних отруюючих речовин, різноманітні поглиначі запахів у салонах військових транспортних засобів) й ін. Пропоноване технічне рішення пройшло успішну апробацію протягом 2009 року на базі Казенного заводу порошкової металургії Міністерства промислової політики України (м. Бровари Київської області) та Філії «Науковий центр Концерну «Техвоєнсервіс» (м. Київ) Міністерства оборони України. Джерела інформації 1. Патент США № 4274979, кл. С01В 31/12, B01J 20/20, НКИ 252/422, 13/7, 252/445, 423/447, опубл. 1981 2. Авторское свидетельство СССР №1604737, кл. С01В 31/08, 1988. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 47070 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601