сорбент с-кп для очистки атмосферного воздуха

Формула изобретения

1. Сорбент С-КП для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.

2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что он отвечает следующему химическому составу, мас.%:

оксид алюминия	66,8-69,6
диоксид кремния	27,0-28,05
оксид железа	1,4-1,6
хлорид натрия	0,3-0,5
карбонат кальция	0,7-0,77
пиролюзит	0,83-1,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии очистки атмосферного воздуха сорбентом от органических и неорганических промышленных токсикантов, а также уничтожения болезнетворных бактерий и может найти применение в химической, нефтехимической и газовой промышленности, химических и бактериологических лабораториях, больницах, аптеках, магазинах, в том числе и предприятиях специального назначения (службы ПВО, командные пункты, системы управления различными службами).

Известен способ очистки атмосферного воздуха от сероводорода (RU 2254916, 27.06.2005). Изобретение относится к способам приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода и может найти применение при очистке атмосферного воздуха от сероводорода. Это достигается тем, что в способе приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода на основе активного угля предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость. Затем для нанесения промоторов на исходный активный уголь приготавливают пропиточный водный раствор с содержанием 0,5-3,5 мас.% иодида калия от массы исходного активного угля, в который дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля. Количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы активного угля. Сорбент обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха и позволяет избежать частой замены катализатора.

Вместе с тем главным недостатком данного способа является неспособность очищать в комплексе другие кислые газы и пары органических веществ (формальдегид и бутилмеркаптан), а также уничтожать болезнетворные микроорганизмы.

Известен комплексный метод очистки воздуха от пыли и токсичных веществ (RU 2163834, 10.03.2001). Изобретение может быть использовано для мокрой очистки газов путем взаимодействия с противотоком жидкости загрязненного газового потока и эмульгирования. Для этого закрученный тангенциальным входом поток загрязненного газа подают в кольцевую щель, в которой лопаточным завихрителем газ закручивают в противоположную сторону и газожидкостную смесь эмульгируют в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, тарельчатый дозатор жидкости, размещенный в кольцевой щели лопаточный завихритель с противоположной входному патрубку закруткой. Внешние концы выходных кромок завихрителей подняты над внутренними, примыкающими к дозатору жидкости. Входной патрубок газоочистителя снабжен соплами для смыва отложений пыли и системой автоматической периодической подачи смывной воды, срабатывающей за счет разрежения в газоходе и обеспечивающей продувку сопл атмосферным воздухом. Корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы, а дозатор жидкости - многоугольник, подобный основанию призмы.

Предложен способ очистки воздуха от вредных примесей и устройство для его реализации (RU 2161567, 2001.01.10). Изобретение относится к способам очистки и кондиционирования воздуха от примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салонах транспортных средств, однако возможно его использование и в других относительно герметичных помещениях. Способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях заключается в том, что очистка осуществляется попеременно двумя потоками подаваемых вентиляторами из относительно герметичного помещения воздуха от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений и каталитических ядов, посредством низкотемпературного каталитического фильтра. Производят поочередное в одном из потоков регенерирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра, каждый из которых включает двойной слой силикагеля и активированного угля за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, путем нагрева этого адсорбционного фильтра до 160°С. Затем охлаждают его вентилятором, при этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение, и сбрасывание этого воздуха в атмосферу в процессе регенерации.

Известен способ очистки воздуха от токсичных веществ (RU 2202402, 20.04.2003). Способ относится к сорбционно-каталитической очистке воздуха от загрязняющих веществ и может быть использован для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов. Способ очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных и отходящих газов включает пропускание воздушного потока последовательно через механический фильтр для удаления твердых частиц и аэрозолей, устройство нагрева воздуха до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину 5-30°С, слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, слой пористого полимерного сорбента, содержащего в порах простой полиэфир для адсорбции металлов, и слой окислительно-восстановительного катализатора на основе оксидов марганца и меди для очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов. Предложенный способ позволяет достигнуть десятикратного снижения концентрации вредных компонентов выхлопных газов (СО, оксиды азота и др.) и снизить концентрацию тяжелых металлов в вентиляционных производственных выбросах до величин ПДК и ниже.

Данный способ обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов при его высокой эффективности и позволяет избежать частой замены катализатора.

Вместе с тем главным недостатком данного способа, взятого нами в качестве прототипа, является его неспособность очищать воздушные вентиляционные потоки от ряда органических соединений и металлов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание сорбента многоцелевого использования, обладающего универсальностью действия, а также необходимыми сорбционными и технологическими характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что предлагается новый сорбент С-КП, представляющий собой гранулы керамзита, покрытые тонким слоем пиролюзита. Сорбент С-КП предназначен для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.

Полученный сорбент отвечает следующему химическому составу (мас.%):

оксид алюминия	66,8-69,6
диоксид кремния	27,0-28,05
оксид железа	1,4-1,6
хлорид натрия	0,3-0,5
карбонат кальция	0,7-0,77
пиролюзит	0,83-1,0

Были поставлены опыты по очистке атмосферного воздуха от различных токсикантов на сорбенте С-КП.

С целью изучения очистки воздуха в бутылях емкостью 5 дм ³ создавали с помощью вакуумного насоса небольшое разрежение (остаточное давление ˜0,6-10⁵ н/м ²) и через специальный патрубок пропускали газы или пары исследуемого вещества. Пары генерировали, нагревая в пробирке с газоотводной трубкой навеску вещества (ацетон, формальдегид и др.) или в результате проведения химической реакции меди с серной или азотной кислотами (получали соответственно газы SO ₂ или NO₂). Далее в бутыль пропускали воздух до доведения общего давления до 1,02-10 ⁵ н/м² и пропускали смесь воздуха и исследуемого газа из бутыли через гранулы сорбента с диаметром 20 мм, создавая разрежение на выходе из этой трубки.

В таблице 1 приведены результаты опытов по очистке атмосферного воздуха, в который вносились определенные токсиканты. Степень очистки S рассчитывали по формуле где m_исх - содержание сорбата в воздухе до очистки, мг/м³, m _кон - содержание сорбата в воздухе после очистки, мг/м ³.

Таблица 1
Результаты очистки воздуха от различных токсикантов. Оксид азота (NO). ПДКC.C. - 0,06 мг/м 3, ПДКм.р. - 0,4 мг/м 3
Время контакта, с	Исходная концентрация m исх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон	S, %
0	5,0	5,0±0,5	0,0
1,0	5,0	4,00±0,05	20,0
2,0	5,0	2,0±0,05	60,0
5,0	5,0	1,5±0,05	70,0
0	10,0	10,0±0,10	0,0
1,0	10,0	5,0±0,5	50,0
2,0	10,0	4,0±0,4	60,5
5,0	10,0	3,0±0,25	70,0
0	50,0	50±5,0	0,0
1,0	50,0	20,0±2,0	60
2,0	50,0	15,0±0,10	70
5,0	50,0	5,0±0,5	90
0	100,0	100,0±2,5	-
1,0	100,0	20±2,0	75,0
2,0	100,0	20,0±2,0	80,0
5,0	100,0	5,0±0,5	95,0
Диоксид серы (SO 2). ПДКм.р. - 0,1 мг/м 3
Время контакта, с	Исходная концентрация m исх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, mкон мг/м3
0	5,0	5,0±0,5	S, %
1,0	5,0	0,005±0,001	99,90
2,0	5,0	0,005±0,001	99,90
5,0	5,0	0,005±0,001	99,90
0	50,0	50,0±0,50	-
1,0	50,0	0,01±0,002	99,98
2,0	50,0	0,01±0,002	99,98
5,0	50,0	0,01±0,002	99,98
0	200,0	200±10,0	99,5
1,0	200,0	1,0±0,25	99,5
2,0	200,0	1,0±0,05	99,5
5,0	200,0	1,0±0,05	-
0	1000	1000±50	99,50
1,0	1000	4,0±0,50	99,60
2,0	1000	1,0±0,15	99,910
5,0	1000	1,0±0,15	99,90
Сероводород (H2S). ПДКм.р. - 0,008 мг/м3
Время контакта, с	Исходная концентрация mисх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон мг/м3	S, %
0	0,05	0,05	-
1,0	0,05	0,001	98,0
2,0	0,05	0,0005	99,0
5,0	0,05	0,0003	99,4
0	0,5	0,001	99,80
1,0	0,5	0,001	99,80
2,0	0,5	0,0005	99,80
5,0	0,5	0,0003	99,94
0	1,00	0,001	99,90
1,0	1,00	0,001	99,90
2,0	1,00	0,0005	99,95
5,0	1,00	0,0003	99,97
0	10,0	0,002	99,98
1,0	10,0	0,002	99,98
2,0	10,0	0,001	99,99
5,0	10,0	0,001	99,99
Диоксид азота (NO 2). ПДКС.С. - 0,04 мг/м 3, ПДКм.р. - 0,08 мг/м 3
Время контакта, с	Исходная концентрация m исх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон мг/м3	S, %
0	200,0	200±10,0	0
1,0	200,0	20,0±1,5	90,0
2,0	200,0	10,0±1,0	95,0
5,0	200,0	0,50±0,5	97,5
0	50,0	50,0±2,5	-
1,0	50,0	5,0±0,30	90
2,0	50,0	3,0±0,30	94
5,0	50,0	1,0±0,10	98,0
0	10,0	10,0±1,0	-
1,0	10,0	1,0±0,05	90,0
2,0	10,0	0,50±0,10	95,0
5,0	10,0	0,03±0,005	98,0
0	5,0	5,0±0,25	-
1,0	5,0	1,0±0,15	80,0
2,0	5,0	0,5±0,03	90,0
5,0	5,0	0,2±0,005	96,0
Оксид углерода (СО). ПДКС.С. - 3,0 мг/м3 , ПДКм.р. - 5,0 мг/м3
Время контакта, с	Исходная концентрация m исх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон мг/м3	S, %
0	1,00	1,0±0,08	-
1,0	1,00	0,40±0,03	99,90
2,0	1,00	0,01±0,01	99,90
5,0	1,00	0,05±0,0005	99,90
0	10,0	10,0±1,0	-
1,0	10,0	5,8±0,35	42,0
2,0	10,0	1,60±0,10	84,0
5,0	10,0	0,05±0,05	95,0
0	100,0	100,0±2,5	-
1,0	100,0	20±2,0	75,0
2,0	100,0	20,0±2,0	80,0
5,0	100,0	5,0±0,5	95,0
0	500,0	500±20,0	-
1,0	500,0	100,0±5,0	80,0
2,0	500,0	50,0±3,5	90,0
5,0	500,0	10±1,0	98,0
Бутилмеркаптан
Время контакта, с	Исходная концентрация mисх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон мг/м3	S, %
0	0,05	0,05±0,005	-
1,0	0,05	0,02±0,003	60
2,0	0,05	0,01±0,002	80
5,0	0,05	0,01±0,002	80
0	1,00	1,0±0,08	-
1,0	1,00	0,10±0,003	90
2,0	1,00	0,05±0,006	95
5,0	1,00	0,02±0,005	98,0
0	10,0	10,0±0,95	-
1,0	10,0	1,0±0,09	90,0
2,0	10,0	0,50±0,03	95,0
5,0	10,0	0,10±0,002	99,0
0	50,0	50,0±3,5	-
1,0	50,0	25,0±1,5	50
2,0	50,0	10,0±0,95	80
5,0	50,0	5,0±0,3	90,0
Формальдегид. ПДК С.С. - 0,003 мг/м3, ПДК м.р. - 0,035 мг/м3
Время контакта, с	Исходная концентрация mисх, мг/м3	Результаты очистки
		Найдено, m кон мг/м3	S, %
0	0,001	0,001±0,0001	-
1,0	0,001	0,0005	50
2,0	0,001	0,0005	50
5,0	0,001	0,0005	50
0	0,10	0,10±0,01	-
1,0	0,10	0,05±0,005	50
2,0	0,10	0,05±0,005	50
5,0	0,10	0,02±0,005	50
0	1,00	1,0±0,05	-
1,0	1,00	0,10±0,01	90
2,0	1,00	0,05±0,005	95
5,0	1,00	0,01±0,001	99,0
0	10,0	10,0±0,50	-
1,0	10,0	0,10±0,01	99,0
2,0	10,0	0,05±0,0053	99,50
5,0	10,0	0,01±0,0003	99,90

Из результатов, приведенных в табл.1, видно, что сорбент С-КП может быть использован для очистки воздуха жилых помещений и рабочих зон промышленных предприятий. Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп токсикантов. Для этого использовали одновременное генерирование нескольких токсикантов. Результаты очистки воздуха от смеси различных токсикантов приведены в табл.2.

Таблица 2
Результаты сорбционной очистки атмосферного воздуха от ряда токсикантов, присутствующих вместе.
Время контакта, с	Концентрация вещества до очистки, мг/м3, воздух содержит смесь веществ, концентрация каждого из которых обозначена цифрами	Результаты очистки
		Найдено, mкон мг/м	S, %
5,0	SO2 - 20,0	2,0±0,10	90.
	NO 2 - 20,0	2,0±0,10	90,0
	СО - 20,0	10±0,95	50,0
	H2S - 10,0	0,01±0,001	99,99
	NO - 20,0	0,1±0,001	99,5
	НСОН-20,0	2,0±0,10	90,0
Среднее			86,57
5,0	SO2 - 100,0	4,0±0,20	96,0
	NO 2 - 100,0	4,0±0,020	96,0
	CO - 100,0	25±1,50	75,0
	H2S - 50,0	0,5±0,05	99,5
	NO - 100,0	0,01±0,001	99,98
	НСОН-100,0	0,01±0,001	99,98
Среднее			94,41

Как видно из табл.2, сорбционная очистка атмосферного воздуха с использованием сорбента С-КП обладает высокой эффективностью и может быть рекомендована повсеместно в тех случаях, когда только хемосорбционная очистка обладает заметным эффектом.

Опыты показывают, что дезактивируется не только СО, CO ₂, H₂S, NO, NO₂ , фенол и формльдегид, но также уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы. В таблице 3 приведены результаты очистки воздуха от микроорганизмов. Воздух в помещениях охлаждался кондиционерами ВК - 2500, но в одном случае воздух очищался сорбентом С-КП, находящемся в пенале и расположенном вдоль потока выходящего воздуха. В каждом из помещений работало по шесть человек (работа каждой смены - 4 часа, режим работы - круглосуточный).

Таблица 3
Сравнительные характеристики обсеменности атмосферного воздуха естественной микрофлорой без использования (контроль) и с использованием сорбента С-КП. Число опытов - 6.
Объект исследования - воздух	Температура, °С	Относительная влажность, %	Число колоний естественной микрофлоры в чашке Петри.
Комната 1 (контроль)	25±2	80,0±2,0	56,0±5,0
Комната 2 (с использованием сорбента)	25±2	80,0±2,0	7,0±1,0

Как видно из табл.3, обсеменность атмосферного воздуха в результате использования сорбента С-КП уменьшилась примерно в восемь раз по сравнению с контролем.

Таким образом, сорбционная очистка атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода и серы, сероводорода, формальдегида и бутилмеркаптана с использованием сорбента С-КП имеет высокую эффективность.