Спосіб отримання нетканого фільтрувального матеріалу

Реферат: Спосіб одержання нетканого фільтрувального матеріалу. Фільтрувальний матеріал готується з суміші матеріалів волокнистого типу, а саме целюлози, лавсанового волокна та каолінового волокна. UA 120602 U (12) UA 120602 U UA 120602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області виготовлення нетканого фільтрувального матеріалу, який може бути використаний при виготовленні фільтрів для очищення водних розчинів від іонів важких металів і підвищення екологічної безпеки промислових стоків. Одним з найпоширеніших способів видалення важких металів з водного середовища є фільтрування. Для вирішення екологічних проблем, пов'язаних із забрудненням довкілля важкими металами, велика увага вчених приділяється розробленню адсорбційних матеріалів з використанням рослинних матеріалів в цілому або окремих їх компонентів. Відомий спосіб одержання багатошарового фільтрувального матеріалу [1], в якому передбачено використання волокнистої маси, що складається з целюлози бавовняної розмеленої (5-30 мас. %,), целюлози віскозної розмеленої (30-55 мас. %), целюлози віскозної розпущеної (30-40 мас. %), формування елементарних шарів, їх з'єднання, пресування та сушіння готового полотна. Основним недоліком такого способу є одержання фільтрувального матеріалу придатного для очищення водних розчинів лише від колоїдних частинок. Для надання фільтрувальним матеріалам на основі рослинних полімерів певних сорбційноселективних властивостей можна проводити їх додаткове модифікування неорганічними адсорбентами, які вводять у композицію у вигляді дрібнодисперсного матеріалу. Відомий спосіб одержання фільтрувального матеріалу [2], який полягає у формуванні пористого матеріалу з композиції, що складається з водної суспензії целюлози і наповнювача. Як наповнювач запропоновано використовувати суміш термопластичного полімеру в кількості 0,5 - 9,0 мас. % (поліетилен, полістирол, полівінілхлорид) з розміром частинок 0,01-0,315 мм та 40-65 мас. % мінерального наповнювача (шунгіт, цеоліт, апатит, діатоміт) з розміром частинок 0,001-0,03 мм. Недоліком вказаного способу є високий вміст модифікатора в композиції пористого матеріалу, який здатен вимиватися у водних середовищах, забруднюючи фільтрат. Останніми роками зусилля науковців спрямовані на створення нових поглинальних матеріалів з використанням наноматеріалів, що пов'язане з фізико-хімічними властивостями їх поверхні, а саме високою питомою поверхнею таких матеріалів та наявністю великої кількості поверхневих реакційно-здатних груп. Відомий спосіб одержання фільтрувального сорбуючого паперу [3] полягає у змішуванні сульфатної невибіленої целюлози і активованого вугілля у співвідношенні 1:1 з наступним проклеюванням одержаної волокнистої маси, відливом паперового полотна та додатковим просоченням розчином антипірену-тетраамонієвої кислоти. Недоліком такого поглинального паперу є високий вміст в папері сорбенту - активованого вугілля, що негативно позначається на фізико-механічних властивостях фільтрувального матеріалу. Відомий спосіб одержання фільтрувального сорбуючого паперу [4], в якому також запропоновано використання у композиції невибіленої целюлози, активованого вугілля та проклеювальної речовини, передбачає додаткове модифікування одержаного полотна водним розчином кремнезолю, що дозволило підвищити фізико-механічні показники фільтрувального матеріалу. Однак, такий матеріал придатний для використання у сухому стані, оскільки у водних розчинах відбувається вимивання частинок адсорбенту. Відомий спосіб одержання фільтрувального матеріалу на основі целюлози і сорбенту, а саме фулеренеподібного вуглецевого матеріалу [5J. Запропонований фільтрувальний матеріал, незважаючи на високу фільтрувальну і адсорбційну здатність, відрізняється незначним терміном служби та піддається руйнуванню в агресивних кислих або лужних середовищах. Відомо, що нанопорошки алмазу мають значну адсорбційну здатність. Особливістю нанопорошків алмазу є можливість управління їхніми поверхневими властивостями для ефективнішого використання їх як адсорбентів. Слід зазначити, що за адсорбційною здатністю нанодисперсні алмази кращі за такі відомі адсорбенти, як активоване вугілля, каолін, тощо. Відомий найбільш близький за технічною суттю до винаходу спосіб [6] полягає в отриманні фільтрувального матеріалу, композиція якого складається з целюлози, еслону та куралону у різних співвідношеннях. Як адсорбент використовують нанопорошок алмазу у кількості 1,5-2,0 % від маси фільтрувального матеріалу, який вводять у підготовлену волокнисту масу у вигляді водної суспензії концентрацією 0,2-0,5 %. Недоліком вказаного способу є те, що отриманий за таким способом фільтрувальний матеріал не має високих характеристик фільтрувальної здатності для того, щоб з високою ефективністю забезпечувати видалення іонів важких металів з водних розчинів, які належать до стійких хімічних забруднювачів з токсичними властивостями. 1 UA 120602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу створення фільтрувального матеріалу для підвищення його адсорбційної здатності, що дозволить обґрунтувати прогнозовані результати видалення іонів важких металів з водних розчинів та розширити технологічні можливості процесу в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення нетканого фільтрувального матеріалу використовується наступна волокниста композиція: целюлоза, каолінове волокно, лавсанове волокно, а також додається адсорбент у вигляді реконструйованого дисперсного нанопорошку алмазу марки АСУД 99 р з реконструйованою поверхнею у кількості 2,0 % від маси волокнистої складової. Нанопорошок алмазу додається у вигляді водної суспензії з концентрацією 1,3-1,5%. 2+ Одержані фільтрувальні матеріали використовували для вилучення іонів Сu з водних 3 розчинів в динамічних умовах. Початкова концентрація іонів міді становила 2,8 мг/дм залишкові та рівноважні концентрації визначали фотометричним методом. Як адсорбент використовувався нанопорошок алмазу детонаційного синтезу марки АСУД 99 р з реконструйованою поверхнею та вмістом функціональних груп, ммоль-екв/г: карбоксильні 2,67, фенольні - 2,36, лактонні - 1,03, основні - 3,08. Для приготування модельних розчинів для дослідження процесів адсорбції використовували хімічні реагенти марок "х. ч. " та дистильовану воду згідно з ГОСТ 6709-72. Приклади конкретної реалізації запропонованого способу: Приклад 1. Фільтрувальний матеріал виготовляється з суміші матеріалів волокнистого типу: целюлоза, лавсанове волокно, каолінове волокно у співвідношенні 20:40:40. Перед початком формування фільтрувального полотна базальтові і лавсанові волокна розволокнювали, а сульфатна целюлоза розмелювалась до 40 ШР. Виготовлення відливок фільтрувального матеріалу здійснювалось на листовідливному апараті ЛА-1 на синтетичній сітці. Маса відливок 2 становила 500 г/м . Приклад 2 виконується аналогічно прикладу 1, однак відрізняється тим, що до волокнистої суспензії додається нанопорошок алмазу марки АСУД 99р з реконструйованою поверхнею у кількості 2,0 % від маси суміші у вигляді водної суспензії з концентрацією 1,5 %. Приклад 3 (прототип). Фільтрувальний матеріал виготовляється з суміші матеріалів волокнистого типу: целюлоза, еслон, куралон у співвідношенні 85: 10: 50. До волокнистої суспензії додається нанопорошок алмазу марки АСУД 99 у кількості 2,0 % від маси суміші у вигляді водної суспензії з концентрацією 0 5 %. Приклад 4 виконується аналогічно прикладу 2, однак відрізняється тим, що фільтрувальний 2+ матеріал після пропускання модельного розчину та насичення іонами Сu регенерується, після чого повторно використовували в наступних циклах сорбції-десорбції. Значення залишкових концентрації іонів міді у модельних водних розчинах після фільтрування через одержані фільтрувальні матеріали за прикладами 1 і 2 наведені в табл. 1. Результати визначення рівноважних концентрацій за прикладами 2 і 3 (прототип) представлені в табл… 2. Результати реалізації циклів сорбції-десорбції іонів міді за прикладом 4 зведені в табл. 3. Таблиця 1 Концентрація іонів міді у фільтраті після фільтрування через фільтрувальні матеріали різного композиційного складу 3 Концентрація іонів міді у фільтраті, мг/дм Об'єм профільтрованої Проби № п/п 3 Vзar, дм Приклад 1 Приклад 2 1 0,05 0,22 0,12 2 0,10 0,61 0,19 3 0,15 1,98 1,26 4 0,20 2,58 1,92 5 0,25 2,85 2,50 6 0,30 2,85 2,67 2 UA 120602 U Таблиця 2 2+ Концентрація іонів важких металів (іонів Сu ) відповідно до запропонованого способу та за аналогом 2+ № п/п 1 2 3 Концентрація Сu , мг/дм Початкова Рівноважна 400 13,58 400 32,92 Об'єкт випробувань За запропонованим способом За прототипом Таблиця 3 2+ Адсорбція іонів Сu фільтрувальним матеріалом в послідовних циклах сорбції - регенерації 3 № п/п 1 2 3 4 5 6 5 10 15 20 25 Тривалість, хв 10 20 30 40 50 60 1 5,83 5,47 5,61 5,42 5,44 5,42 Концентрація іонів міді, мг/дм цикли сорбції - регенерації 2 3 4 5,45 5,42 5,42 5,51 5,64 5,64 5,48 6,34 6,34 5,28 5,74 5,74 5,84 5,92 5,92 5,80 5,75 5,75 5 5,82 5,77 5,49 5,14 5,87 6,14 Наведені в табл. 1 результати показують, що додавання нанопорошку алмазу марки АСУД 99 р у композицію фільтрувальних матеріалів позитивно впливає на їх адсорбційну здатність щодо іонів важких металів, сприяє зниженню концентрації іонів міді у профільтрованому розчині на 10-95 %, залежно від об'єму профільтрованої води. Результати табл. 2 свідчать про те, що використання фільтрувального матеріалу, що містить у композиції целюлозу, лавсанове та каолінове волокно з додаванням нанопорошку алмазу марки АСУД 99 р з реконструйованою поверхнею дозволяє знизити рівноважну 2+ концентрацію іонів Сu у 2,4 рази, у порівнянні з фільтрувальним матеріалом, виготовленим за аналогом. Як випливає з табл. 3, запропонований фільтрувальний матеріал після використання можна регенерувати. Ефективність адсорбції при цьому не зменшується і рівноважна концентрація встановлюється уже протягом перших хвилин, незалежно від кількості циклів сорбції регенерації. Таким чином, одержані фільтрувальні матеріали, що містять хаотично переплетені волокна целюлози, лавсану та каоліну з додаванням нанопорошку алмазу марки АСУД 99 р з реконструйованою поверхнею, є екологічно безпечними та можуть широко використовуватись в екології для очищення технологічних і промислових водних розчинів від іонів важких металів, а також водопідготовці. Джерела інформації: 1. Патент BY № 3147, МПК D21H 11/14, 1999. 2. Патент РФ № 2109767, МПК C08J 9/00, 1998. 3. Патент РФ № 2079593, МПК D21H 11/14, 1997. 4. Патент РФ № 2150541, МПК D21F 11/14, 2000. 5. Патент UA № 7391, МПК D21H 13/00, 2005. 6. Патент UA № 96472, МПК С01В 31/06, 2015. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб одержання нетканого фільтрувального матеріалу, який відрізняється тим, що фільтрувальний матеріал готується з суміші матеріалів волокнистого типу, а саме целюлози, лавсанового волокна та каолінового волокна. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що одержання фільтрувального матеріалу з суміші целюлози, лавсанового та каолінового волокна проводять з використанням нанопорошку алмазу з реконструйованою поверхнею. 3 UA 120602 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4