фильтросорбирующий патрон от агрессивной воздушной среды и способ его получения

Формула изобретения

Фильтросорбирущий патрон в форме цилиндра, полученный путем вакуумного формования из композиции на основе хлопковой целлюлозы в качестве волокнистой основы, наполненной сорбентом - активированным углем и проклеенной связующим, с последующей механической и термообработкой, на боковую поверхность, торцы и внутренний канал которого нанесено покрытие из латекса, отличающийся тем, что в композиции в качестве угольного сорбента содержит смесь угля-катализатора марки КТ-1 и угля газового типа марки СКТ-6А при соотношении 3:1 с дисперсностью менее 100 мкм, а в качестве связующего - смолу полиамидную, модифицированную эпихлоргидрином, осаждаемую на волокна сульфатом алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлопковая коротковолокнистая целлюлоза	54-68,5
Активированный уголь смесового состава	30-40
Связующее	0,5-1,0
Сульфат алюминия	1-5

а дисперсия латекса напылена до содержания 0,5-3,0% от массы патрона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП), в частности к производству формованных изделий, которые могут быть использованы для очистки воздуха от паров и аэрозолей высокотоксичных и ядовитых веществ, а именно хлора, аммиака, бензола, синильной кислоты, хлорциана, декана. Используемые в настоящее время в подвижных и стационарных объектах коллективной защиты фильтры представляют собой устройства, получаемые в специальных формах сплавлением полиэтиленовой крошки с активным гранулированным углем и катализаторами. Достаточно громоздкие по размерам и тяжелые по массе данные устройства не отвечают современным требованиям.

В ЦБП известен фильтровальный материал, предназначенный для очистки технологических воздушных сред от частиц пыли в электронной, медицинской и других отраслях промышленности, где требуется высокоэффективная очистка газовоздушных сред (А.с. 1649705, МКИ В 01 D 39/06, D 21 Н 5/00).

Изготовленный из смеси стеклянных волокон разного диаметра материал используется для закладки путем гофрирования в фильтрующие установки.

Как серьезный недостаток фильтровального материала на основе стекловолокна следует отметить ломкость в местах изгиба, что резко снижает эффективность очистки газовоздушных сред, Кроме того, он не содержит в своем составе адсорбент, что делает его пригодным лишь для очистки воздуха от механических частиц пыли в системах общего обеспыливания.

Поэтому проблема создания малогабаритных эффективных специальных фильтров является актуальной.

Известен фильтровальный элемент для тонкой очистки вязких технологических сред по а.с. 1375709 (Бюлл. №7, 1988), изготовленный в виде толстостенного цилиндра из волокнистой композиции, содержащей коротковолокнистую хлопковую целлюлозу и стекловолокно. После формования и сушки данный фильтровальный элемент пропитывается методом прососа раствора связующего через всю толщину стенки элемента. Высушенный элемент характеризуется высокими прочностными свойствами и эффективностью очистки вязких технологических сред от механических примесей.

Однако существенным недостатком данного фильтровального элемента является отсутствие сорбционных свойств, что ограничивает область его использования.

Кроме того, из-за содержания в его составе до 50% токсичного связующего на основе фенола и формальдегида данный фильтрпатрон не может использоваться для очистки воздуха.

Наиболее близким аналогом заявляемого фильтросорбирующего патрона является фильтровальный патрон для питьевой воды (Пат.2045995, МПК⁶ В 01 D 39/04).

Авторами предложена композиция для изготовления патронов, включающая хлопковую и древесную целлюлозу, стекловолокно, активный уголь и меламиноформальдегидную смолу. Использование смеси хлопковой, древесной целлюлозы и стекловолокна позволяет получить фильтровальный патрон с необходимой пористой структурой, а активный уголь придает фильтровальному элементу сорбционные свойства.

Фильтровальный патрон для питьевой воды должен обладать достаточной влагопрочностью. С этой целью в массу вводят связующее - меламиноформальдегидную смолу, а поверхность патрона покрывают латексом.

Меламиноформальдегидную смолу вводят в значительном количестве - 3-5 мас.%, причем предварительно ее осаждают на хлопковой целлюлозе и стекловолокне. Еще более значительное количество связующего - 17±3%, а именно латекса, наносят на готовый высушенный фильтровальный патрон: на наружную поверхность - с помощью валкового устройства, на внутренний канал - распылением дисперсии латекса с помощью форсунки, на торцы патрона - окунанием в 10%-ную дисперсию.

Однако такой способ получения фильтровального патрона обеспечивает невысокие сорбционные свойства его, а значительное содержание латекса в поверхностном слое патрона (до 20% от его массы) существенно повышает сопротивление потоку воздуха, что недопустимо для патрона для воздуха.

Кроме того, меламиноформальдегидная смола из-за наличия свободного формальдегида не отвечает современным требованиям безопасности и не используется в настоящее время в бумажной промышленности.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение и длительное сохранение защитных адсорбционных свойств патрона, снижение сопротивления потоку воздуха и обеспечение высокой пропускной способности его.

Поставленная задача решается тем, что композиционный состав фильтросорбирующего патрона, включающий в себя коротковолокнистую хлопковую целлюлозу как волокнистую основу, наполненную активированным углем и проклеенную связующим, в качестве активированного угля содержит смесь высокодисперсных марок угля - катализатор марки КТ-1 и угля газового марки СКТ-6А, в соотношении 3:1 с дисперсностью менее 100 мкм, а в качестве связующего - смолу полиамидную, модифицированную эпихлоргидрином, которая осаждается на волокна сульфатом алюминия, при следующем соотношение компонентов (мас.%):

Хлопковая коротковолокнистая целлюлоза	54-68,5
Активированный уголь смесового состава	30-40
Связующее	0,5-1,0
Сульфат алюминия	1-5

После формования, сушки и механической обработки патрона до требуемых размеров на его боковую поверхность, торцы и внутренний канал наносится тонкое латексное покрытие путем напыления дисперсии латекса с помощью форсунки до содержания латекса 0,5-3,0% от массы патрона.

Эффективная очистка воздуха от паров и аэрозолей токсичных и ядовитых веществ обеспечивается введением в композиционный состав патрона значительного количества высокодисперсного угольного сорбента - от 30 до 40%. Смесовый состав активированного угля расширяет область применения заявляемого патрона для очистки воздуха от широкой гаммы токсичных и ядовитых веществ, а именно хлора, аммиака, бензола, синильной кислоты, хлорциана, декана.

Данные угли представляют собой высокодисперсный порошок с частицами размером менее 100 мкм. Использование углей с дисперсностью более 100 мкм приводит к осыпанию крупных частиц из готового патрона.

Катализатор КТ-1 (ОСТ В 6-16-28-1645-97) является высокоактивным адсорбентом и носителем хемосорбционных и каталитических добавок - меди, хрома, серебра, триэтиламина.

Уголь марки СКТ-6А (ТУ 2162-011-05754293-94) получают из торфа путем термического разложения с добавкой сернистого калия. Уголь марки СКТ-6А с высокоразвитой пористой структурой относится к противогазовым углям и в сочетании с углем-катализатором КТ-1 эффективно поглощает пары и аэрозоли токсичных и ядовитых веществ.

Хлопковая коротковолокнистая целлюлоза в процессе вакуумного формования патронов создает эффективную пористую структуру, удерживая на поверхности волокон мельчайшие частицы угля. При проклейке угольно-целлюлозной массы связующим волокна неочищенной хлопковой целлюлозы проявляют адсорбционные свойства к частицам смолы. Это позволяет максимально эффективно проводить проклейку: отверждение отрицательно заряженных смоляных частиц происходит на поверхности волокон, не снижая сорбционной емкости угольного сорбента.

Проклейка композиции смолой полиамидной, модифицированной эпихлоргидрином, при расходе 0,5-1,0 мас.% с последующим добавлением сульфата алюминия в количестве 1-5 мас.% придает ФСП, имеющему форму толстостенного цилиндра, необходимую жесткость и прочность, что исключает деформацию патрона в процессе эксплуатации.

Сушка патронов при температуре 160-180°С способствует полной поликонденсации смолы на поверхности волокон, что обуславливает прочность патрона в сухом и влажном состоянии.

Тонкое латексное покрытие, которое наносится на высушенный патрон с помощью сжатого воздуха через форсунку, устраняет ворсоотделение с поверхности патрона и загрязнение фильтруемого воздуха целлюлозными волокнами и частицами угля.

Фильтросорбирующие патроны (ФСП) по примерам 1-6 (см. таблицу) изготавливали в опытно-промышленных условиях следующим образом.

Хлопковую коротковолокнистую целлюлозу по ТУ 72-17-002-07506205-03 подвергали роспуску в ролле в течение 10-15 мин. Затем в целлюлозную массу добавляли активированный уголь с дисперсностью менее 100 мкм смесового состава: уголь - катализатор марки КТ-1 (ОСТ В 6-16-28-1645-97) и уголь газового типа марки СКТ-6А (ТУ 2162-011-05754293-94) при соотношении 3:1 соответственно. После тщательного перемешивания в течение 5-10 мин угольно-целлюлозную массу проклеивали связующим - смолой полиамидной, модифицированной эпихлоргидрином (торговая марка «Надавин»). Для полного осаждения смолы на целлюлозных волокнах в последнюю очередь в композицию подавали раствор сульфата алюминия (ГОСТ 12966-85).

Примечание: Заявляемый фильтросорбирующий патрон и фильтрпатрон-прототип имеют равные габаритные размеры, мм:

высота цилиндра - (248±2); наружный диаметр - (67±2); внутренний диаметр - (26±1).

Формование патронов осуществляли на специальных перфорированных оправках при разрежении воздуха 0,40-0,45 ксг/см². Продолжительность насасывания каждого патрона 45-60 сек. Влажные патроны помещали в сушильную камеру для сушки методом прососа горячего воздуха с температурой 160-180°С. Высушенные ФСП подвергали механической обработке: наружную поверхность выравнивали специальными вращающимися щетками до требуемого диаметра - 67±2 мм, а торцы цилиндра обрезали дисковой пилой до заданной высоты - 248±2 мм.

После обдувки сжатым воздухом ФСП способом напыления равномерно покрывали тонким латексным покрытием до достижения содержания латекса 0,5-3,0% от массы готового патрона.

Заключительная операция - термоотверждение латексного покрытия при температуре 110-115°С.

Готовые ФСП подвергали стандартным испытаниям, результаты которых представлены в таблице.

Изготовить фильтрпатрон-прототип предложенным в пат. №2045995 способом не представилось возможным, т.к. меламино-формальдегидная смола, используемая в прототипе в качестве связующего, снята в настоящее время с производства из-за высокой токсичности.

Близким по адсорбционным и аэродинамическим свойствам к фильтрпатрону-прототипу можно считать образец примера 6, содержащий в композиции 30% активированного угля и пропитанный латексом до содержания 17% от массы патрона методом, описанным в пат. 2045995.

Такая значительная латексная пропитка патрона повышает сопротивление потоку воздуха более чем в 4 раза в сравнении с аналогичным образцом с тонким латексным покрытием (пример 4). При этом блокируются активные зоны сорбента и наблюдается снижение защитных свойств патрона.

Сравнивая защитные адсорбционные свойства патронов, можно отметить, что у образцов ФСП предлагаемого состава (примеры 2-4) время защитного действия по парам аммиака, хлора, декана в 2,4-2,7 раза, а по парам бензола, синильной кислоты, хлорциана в 3,5 раз выше, чем у образца близкого к прототипу (пример 6). Аналогичное преимущество заявляемые ФСП (примеры 2-4) имеют и по динамической активности.

Повышение содержания активированного угля в композиции ФСП свыше 40% (пример 1) приводит к значительному росту сопротивления потоку воздуха - до 48 Па, что снижает пропускную способность патрона.

Кроме того, повышенное содержание сорбента вызывает деформацию патрона в процессе эксплуатации.

Таким образом, заявляемый фильтросорбирующий патрон и способ его получения имеют следующие преимущества по сравнению с прототипом:

1. Использование в композиции заявляемого ФСП смеси угля-катализатора и угля газового типа при соотношении 3:1 с дисперсностью менее 100 мкм в количестве 30-40 мас.% повышает время защитного действия патрона и его динамическую активность по парам аммиака, хлора, декан в 2,4-2,7 раза, по парам бензола, синильной кислоты, хлорциана - в 3-5 раз в сравнении с прототипом.

2. Проклейка угольно-целлюлозной массы смолой полиамидной, модифицированной эпихлоргидрином с последующим добавлением сульфата алюминия придает патрону необходимую жесткость и прочность в сухом и влажном состоянии.

3. Нанесение с помощью сжатого воздуха тонкого латексного покрытия до содержания латекса 0,5-3,0% от массы патрона на внутренний канал, наружную поверхность и торцы патрона устраняет ворсоотделение и не повышает сопротивление потоку воздуха.