Пристрій для періодичної активації волокнистого матеріалу марки “борисфен”

1. Пристрій для періодичної активації волокнистого вуглецевого матеріалу, 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 відхідних газів і повітря, а також засіб для введення і виведення волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що призначений для активування, в камеру активування або піч (1), який відрізняється тим, що засіб для введення і виведення волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що призначений для активування, 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 призначений для активування, а також демп 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до пристроїв, призначених для періодичної активації волокнистих вуглецевих матеріалів (ВАУМ), використовуваних в основному як сорбенти для видалення небажаних домішок з рідкого і/або газового середовища, і може знайти застосування для очищення питної води, стічних вод, газових викидів у хімічній, медичній, електротехнічній, військовій, гідрометалургійній й інших галузях промисловості. Як аналог вибрана піч для періодичного виробництва активованого вугілля з целюлозного волокна, обробленого принаймні однією кислотою 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 ємкістю, 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 ємкістю, недостатньо високою швидкістю сорбції і недостатньо глибоким ступенем очищення. Задачею винаходу є створення пристрою для ефективної активації волокнистого вуглецевого матеріалу, що дозволяє отримувати для волокнистого вуглецевого матеріалу, що активується, відносно високу сорбційну ємкість 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. 90236 4 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 волокнистого вуглецевого матеріалу (4), що активується, в камеру активування або піч (1) виконаний у вигляді реторти (2), що виконана у вигляді металевої ємкості 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 24-36 л/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 бензолу в межах від 1,2 до 2,4см3/г при значеннях ступеня обгару активованих полімерних волокон в межах від 50 до 70%. Перераховані ознаки пристрою складають сутність винаходу. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. 5 90236 6 Вибір структури, компонентів і властивостей Демпфувальний матеріал виконаний з можлиматеріалу, а також особливості його активації є вістю забезпечення утримування параметрів актиноу-хау авторів даного технічного рішення, тому ці вації у вигляді температури і витрати пари у вузьаспекти в описі розкриваються тільки частково. До ких наперед заданих діапазонах цих значень, чому того ж обробка матеріалу проводиться без добавтакож опосередковано сприяє й наявність пісчаноки азотовміщуючих й інших з'єднань, що здешевго затвора (10). лює процес одержання та підвищує якість одержуПодачу води в піч (1) здійснюють з боку основаного активованого матеріалу. ви печі (1) або основи (12) реторти (2) догори за Як полімерні волокна матеріал містить полідопомогою трубки для подачі води (5) з соплом (6) мерні волокна матеріалів у вигляді ниток або тексна кінці трубки (5), виконаних з можливістю забезтильних волокон типа тканин, джгутів, трикотажу, печення рівномірної подачі пари по усьому об’єму нетканих полотен, матів або повсті, однонаправреторти (2) або печі (1), при забезпеченні витрати лених волокон, а також стрічок з одним напрямом 24-36л/води на 1 годину на 1кг початкового вуглеволокнистих елементів. цевого матеріалу (4). У свою чергу, демпфувальний матеріал викоМатеріал по винаходу отримують за допомонаний з можливістю забезпечення утримування гою пристрою, що заявляється, таким чином. параметрів активації у вигляді температури і виЗдійснюють активування волокна початкового трати пари у вузьких наперед заданих діапазонах вуглецевого карбонізованого матеріалу в печі в цих значень. температурному діапазоні, верхнє значення якого Ці відмітні особливості в сукупності з викорисне перевищує 1000°С, в атмосфері, що містить товуваними режимами і конструктивними особлинаперед задану мінімальну кількість пари, що востями пристрою для активаційної обробки доутворюється в результаті подачі води в піч, до зволяють набувати необхідних значень сорбційної досягнення ступеня обгару активованих полімерактивності по бензолу, що перевершують аналогіних волокон, вимірюваного у %, в наперед заданих чні значення відомих сорбційно-активних вуглецемежах. вих матеріалів при технічно допустимому ступені При цьому активування карбонізованого волообгару активованих полімерних волокон. кна в печі здійснюють періодичним способом і одНа Фіг. показана схема пропонованого приночасно для декількох шарів волокна початкового строю, де прийняті наступні умовні позначення: карбонізованого вуглецевого матеріалу, що роз1 - камера активування у вигляді печі ПШК; міщують без натягнення, подачу води в піч здійс2 - реторта; нюють по досягненню температури нагріву в печі 3 - демпфувальний матеріал; від 100 до 120°С. 4 - вуглецевий матеріал для активації; Після цього протягом 5-8год підвищують тем5 - трубка подачі води, виконана у вигляді зміпературу в печі до температури витримки, що стаєвикового теплоізольованого електропароперегріновить від 750 до 1000°С, проводять витримку при вача (5) з соплом (6) на кінці, виконаним з можлицій температурі протягом 2-3год, після чого охоловістю обертання щодо електропароперегрівача (5) джують піч при вимкненому нагріві, а при досягі забезпечення рівномірної подачі пари по усьому ненні температури від 100 до 120°С відключають об’єму реторти (2) і камери активування (1); подачу води у піч. 7 - електронагрівачі направленого випромінюВ результаті активації за допомогою розробвання (спіраль електронагріву) із захисним чохленого пристрою отримують волокнистий активолом; ваний вуглецевий матеріал, який характеризуєть8 - склепіння печі ПШК (кришка); ся значенням сорбційної ємкості по бензолу в 9 - інжектор для рециркуляції газів, що відхомежах від 1,2 до 2,4см3/г при значенні ступеня обдять, або повітря; гару активованих полімерних волокон в межах від 10 - піщаний затвор; 50 до 70%. 11 - піддон; Далі прийняті такі позначення: АУВМ - активо12 - основа реторти. ваний волокнистий вуглецевий матеріал (за відоРеторта (2), у свою чергу, є металевою ємкісмими технічними рішеннями); ВАУМ - волокнистий тю без кришки у вигляді прямокутного паралелеактивований вуглецевий матеріал (за розроблелепіпеда квадратного перетину, наприклад, із стоним технічним рішенням). роною 0,8м і заввишки 2м. Показники одержаних АУВМ марки «Днепр»У реторті (2) розміщені піддони (11) в кількості МН (прототип ВАУМ марки «Борисфен»-МН), ВАдо 15 штук. Піддони (15) в загальному випадку УМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецеворозташовуються паралельно щодо основи (12) го листового нетканого марки УНП, а також тканиреторти (2) і виконані з можливістю варіювання ни марки УУТ-2 приведені в таблиці 1. відстані один щодо одного і повороту в двох плоПриклади №№1-2 і №№7-10 відповідають віщинах щодо горизонтальної площини (основи печі домим АУВМ, а приклади №№3-6 - розробленим (1) або основи (12) реторти (2), тобто піддони (11) ВАУМ марки «Борисфен», одержаному за допомомають три ступені свободи переміщення усередині гою пропонованого пристрою. реторти (2). При цьому вихідною сировиною для промисУ кожному піддоні (11) розташовується без налово АУВМ медичного призначення, що випускатягнення вуглецевий матеріал (4), що активується, ється, марки «Днепр»-МН (аналог ВАУМ марки і демпфувальний матеріал (3), який розташовуєть«Борисфен»-МН) була тканина технічна УУТ-2 по ся між основою реторти (2) і волокнистим вуглецеТУ 6-06-И78-85 або тканина технічна «ДЕСНА» по вим матеріалом, що активується (4). ТУ 6-12-4691259-38. 7 90236 8 ВАУМ марки «Борисфен» виготовлявся на базі УНП, яке відповідало умовам ТУ 14-147-40-91. полотна вуглецевого листового нетканого марки Таблиця 1 Властивості волокнистого активованого вуглецевого матеріалу по прикладах № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 волокнистий вуглецевий матеріал АУВМ «Днепр»-МН АУВМ «Днепр»-МН ВАУМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ВАУМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ВАУМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП ВАУМ марки «Борисфен» на базі полотна вуглецевого листового нетканого марки УНП Тканина УУТ-2 Тканина УУТ-2 Тканина УУТ-2 Тканина УУТ-2 поверхнева значення сорбцій- ступінь обгару питома поверщільність поліної ємкості по бе- активованих похня, мерних волокон, нзолу, лімерних волом /г г/см см3/г кон, % 300 2300 0,9 50% 250 2000 1,1 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 ємкості 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: «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 поглинаючі 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. С01В31/12, B01J20/20, НКИ 252/422, 13/7, 252/445, 423/447, опубл. 1981 2. Авторское свидетельство СССР №1604737, кл. С01В31/08, 1988. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 90236 Підписне 10 Тираж 26 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