способ изготовления фильтра

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА, включающий смешение наполнителя природного происхождения с активированным массообразующим и связующим агентами и формование, отличающийся тем, что в качестве наполнителя и массообразующего агента используют торф, в качестве связующего - синтетические волокна, готовят три водные суспензии: сухого торфа, активированного торфа и связующего, которое берут из расчета 2 - 30% от массы торфа в пересчете на сухое вещество, смешивают эти суспензии, а формование ведут из полученной смеси и сушат фильтры при 110 - 120^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активированного торфа используют влажный торф, обработанный щелочным диспергатором при pH 7,5 - 8,0.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в водную суспензию активированного торфа дополнительно вводят соли комплексообразующих металлов при pH 3,5 - 5,5.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение между водной суспензией сухого торфа и водной суспензией активированного торфа изменяют от 1 : 8 до 8 : 1 мас.ч. в пересчете на сухое вещество.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления фильтров, которые можно использовать в различных областях народного хозяйства, например, для очистки воздуха и жидкостей от различных примесей.

Известен способ получения фильтровального материала, включающий размол волокнистого материала, содержащего волокна природного происхождения (вискоза, целлюлоза), а также волокна синтетического происхождения (фенолформальдегидная смола). Волокна измельчают до различной степени дисперсности, после чего смешивают между собой при различных соотношениях и обрабатывают раствором серной кислоты [1].

Недостатком этого способа является то, что получаются фильтры, способные очищать только воздух от твердых примесей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления фильтра, включающий последовательное смешение наполнителя, например измельченной древесины, с массообразующим и связующим агентами, разделение жидкой и твердой фаз и формовку твердой фазы, причем в качестве массообразующего агента используют смесь активированного раствора гудрона и воды в соотношении соответственно 1:3 - 10 мас.ч., при этом древесину предварительно выдерживают в массообразующем агенте до насыщения с последующим введением связующего и перемешиванием до осветления жидкой фазы.

Надо отметить также, что в способе используют процесс активизации раствора гудрона щелочью и добавку в раствор щелочного металла [2].

Недостатком процесса является сложность изготовления фильтра, так как необходимо использование в процессе формования металлической проволоки, а также длительность самого процесса по времени.

Технический результат данного изобретения - возможность изготовления фильтров, содержащих почти один торф и отлично работающих по очистке воздушных смесей и жидкостей от различных примесей.

В зависимости от процентного содержания связующего и соотношения между составляющими (массообразующим агентом и наполнителем) удается получить фильтры с различной степенью дисперсности.

Технический результат достигается в результате того, что для приготовления фильтра используют и в качестве наполнителя и в качестве массообразующего агента - торф. Готовят три водных суспензии - водную суспензию из воздушно-сухого торфа, водную суспензию - активированного торфа и водную суспензию связующего, в качестве которого используют синтетические волокна. Количество синтетического волокна берут (2-30%) от общего веса торфа. Для приготовления водной суспензии активированного торфа используют влажный торф (80-90%) и обрабатывают его щелочным диспергатором, кроме того вводят соли комплексообразующих металлов. Эти процессы проводят при рН 7,5-8,0 (обработка диспергатором) и рН 3,5-5,5 (введение солей). Необходимо отметить также, что соотношения между сухим торфом и активированным изменяют от 1:8 и 8:1 в пересчете на сухое вещество.

В данном способе очень важно, что используют два вида торфов - сухой и влажный активированный торф. В зависимости от соотношений между ними изменяются очистные свойства фильтра, связанные с его структурой. При изготовлении фильтров с соотношением 1:8 содержание сухого торфа ниже единицы делает фильтр очень плотным, поры настолько малы, что скорость фильтрации низкая. При соотношении выше 8 фильтры получаются очень рыхлые, плохо держат форму, при фильтрации газов очистка идет неудовлетворительно. Если взять вторую группу пределов от 8:1, то здесь необходимо отметить, что при значениях содержания активированного торфа меньше 1 фильтры очень грубые и обладают малой прочностью.

Все эти данные получены при условии, что содержание связующего было одинаково.

В качестве связующего используют синтетические волокна, в частности полиамиды, поливинилхлорид, полиакрилонитрил. Очевидно, из-за того, что они имеют общее в своей химической структуре и обладают одинаковыми свойствами, то опыты проведенные с ними показали, что принципиального изменения свойств фильтров от использования каждого из них не происходит. На характеристики фильтра оказывают влияние только содержание связующего. При содержании связующего меньше 2% фильтры разваливаются и плохо формуются. При содержании связующего больше 30% фильтры теряют пористость, они работают, но задерживают только крупные частицы (около 500 мкм).

Необходимо отметить также свойства активированного торфа.

В состав фильтра, получаемого описываемым способом, входят каталитически действующие вещества окислительно-восстановительной системы, тонко распределенные по всему объему, они при изготовлении "вступают в структуру" фильтра. К каталитически действующим веществам относятся соли или гидроксиды металлов, например Сu²⁺, Fe³⁺.

Щелочной диспергатор, используемый для получения активированного торфа, - это общее название 1-10%-ных растворов гидроксида натрия или аммония. Щелочи и комплексообразующие металлы (Сu²⁺, Fe³⁺, Al³⁺), образующие металлы взаимодействуют с составляющими компонентами природного торфа и образуют комплексы, увеличивающие фильтрующую способность элемента, причем важным условием является обработка водной дисперсии, полученной с использованием влажного торфа, солями металлов и щелочью, а не просто сухого торфа при рН, заявляемых в способе. При рН больше 8,0 (в случае обработки щелочным диспергатором) происходит образование комплексов, которые потом не смогут взаимодействовать с металлами, а при рН меньше 3,5 (когда добавляют соли) - также происходит разрушение комплексов, при рН выше 5,5 (при добавлении солей) не дает возможности существовать уже образовавшимся комплексам и они разрушаются.

Способ осуществляют следующим образом.

Готовят водную суспензию сухого торфа, отдельно готовят водную суспензию влажного торфа, в которую добавляют щелочной диспергатор (1-10%-ные растворы NaOH или NH₄OH) до рН 7,5-8,0. Соотношения между суспензией торфа и влажного торфа могут быть следующие (в пересчете на сухое вещество) (торф: торф) 10:80; 20:70; 30:60; 40:50; 45:45; 50:40; 60:30; 70:20; 80:10. В суспензию влажного торфа добавляют соли комплексообразующих металлов Al₂(SO₄)₃; Fе₂(SO₄)₃; FeCl₃; CuSO₄ до рН 3,5-5,5. Готовят также водную суспензию синтетического волокна, при этом волокно берут в количестве (2-30%) от общего веса торфа в пересчете на сухое вещество. Суспензии сливают, перемешивают и формуют фильтрующие элементы, которые сушат при 110-120^оС в течение 18-20 ч.

Пример конкретного выполнения способа.

Берут 1 кг сухого торфа и заливают его 10 л воды, получают 10%-ную водную суспензию торфа.

Берут, согласно изобретению, 8 кг в пересчете на сухую массу влажного торфа и добавляют туда 2%-ный раствор NaOH до рН 8,0. Потом при перемешивании вводят в эту суспензию 5%-ный раствор Al₂(SO₄)₃ до рН 5,5.

Берут 180 г синтетического волокна, заливают их 10 л воды и перемешивают.

Все водные суспензии сливают вместе и тщательно перемешивают в течение 10-15 мин и из этой водной суспензии формуют фильтры, которые сушат при 110-120^оС. Из такого раствора получают 100 фильтров весом 91,8 г.

Как видно из приведенных табл. 1-3, изготовленные фильтры можно применять как для очистки воздуха, так и для очистки воды от поверхностно-активных веществ, которые удалять очень трудно. Степень очистки достаточно высокая и в зависимости от состава фильтра его адсорбционные свойства изменяются, и из табл. 3 хорошо видна закономерность изменения характеристик.

Предлагаемые фильтра просты в изготовлении, для них требуются емкости с мешалкой и обычные формующие устройства. Сушка фильтра происходит при низкой температуре в течение 18-20 ч. Таким образом, фильтры можно изготавливать без крупных материальных затрат, используя запасы торфа.