сорбционно-фильтрующий материал

Формула изобретения

Сорбционно-фильтрующий материал для очистки воздуха от вредных газов, паров и аэрозолей, состоящий из воздухопроницаемых подложек, слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон для очистки воздуха от аэрозолей и сорбирующего слоя, содержащего зафиксированный в его объеме до 45 мас.% поглотитель вредных газов и паров, отличающийся тем, что в качестве поглотителя вредных газов и паров используется механическая смесь угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15-3,5:1, а слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон нанесен на сорбирующий слой в поле высокого напряжения таким образом, что длина слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон относится к длине сорбирующего слоя, как 1:0,5-1,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам, используемым в средствах защиты органов дыхания для очистки воздуха от вредных газов, паров и аэрозолей сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), таких как аммиак, хлор, акролеин, окислы серы, пары органических соединений и т.п., а также пыли, дыма и тумана.

Известен фильтрующий материал для изготовления элементов средств очистки воздуха и газов от пылевых аэрозолей, который может быть использован в промышленных фильтрах, в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (патент RU 2035959, кл. B01D 39/00, опубликован 27.05.1995 г., Бюл. №15).

Фильтрующий материал состоит из воздухопроницаемой подложки и слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон, нанесенных на эту подложку. Обладая сравнительно высокими защитными свойствами по очистке воздуха от пыли и аэрозолей, указанный материал не позволяет производить эффективную очистку воздуха от вредных газов и паров.

Известен также сорбционно-фильтрующий материал для средств индивидуальной защиты органов дыхания (патент RU 2281798, Кл. А62В 23/02, B01D 39/04, опубликован 20.08.2006 г. Бюл. N23).

Сорбционно-фильтрующий материал состоит из высокодисперсного активного угля в количестве 35-45 мас.% и волокон целлюлозы, зафиксированных в объеме материала. Основными недостатками указанного материала являются высокий коэффициент проницаемости тонкодисперсных аэрозолей с размерами частиц 0,3 мкм и ниже (стандартный масляный туман), при этом коэффициент проницаемости его достигает величин 0,1-20%, что делает невозможным использование данного материала в средствах защиты органов дыхания, обеспечивающих II и III степени защиты; другим недостатком, существенно ограничивающим применение данного материала в средствах защиты, является возможность выдувания частиц сорбентов из слоя материала.

Наиболее близким к предложенному материалу по технической сущности и достигаемому результату является сорбционно-фильтрующий материал для очистки воздуха от вредных газов, паров и аэрозолей, состоящий из воздухопроницаемых подложек, слоя, электрически заряженных ультратонких полимерных волокон для очистки воздуха от аэрозолей и сорбирующего слоя, состоящего из зафиксированного в его объеме поглотителя вредных газов и паров (патент ФРГ № DE 10249998, кл. B01D 39/16, B01D 39/14, опубликован 27.05.2004 г.).

Основным недостатком этого материала является то, что слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон находится внутри сорбирующего слоя, эта особенность, а также то, что слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон разделяет сорбирующий слой на две половины, в каждой из которых частицы сорбента фиксируются к подложкам и друг к другу с помощью клея, наносимого в электростатическом поле, приводит к тому, что, во-первых, при повышенных расходах воздуха мелкие частицы сорбентов «выдуваются» из сорбирующего слоя через подложку и частицы сорбентов размерами 0,3 мкм и менее попадают в очищенный воздух, что полностью подтверждается экспериментальными данными, приведенными в описании патента, где эффективность очистки по тонкодисперсным аэрозолям NaCl (размер частиц 0,3-1 мкм) составляет 17-65%; по «грубым» частицам (размер частиц 0,5-5 мкм) - от 74-98%, то есть коэффициент проскока вредных аэрозолей составляет 35-83% по тонкодисперсным аэрозолям и 2-26% по «грубым» частицам. Во-вторых, тот факт, что поглощение паров н-бутана увеличивается всего на 5% (см. описание прототипа), говорит о том, что применение клеевых композиций для фиксации адсорбентов в слое малоэффективно, так как приводит к перекрытию пор сорбента. Вместе с тем, наличие клеевой пленки в фильтрующе-сорбирующем материале приводит к повышению аэродинамического сопротивления, особенно при высоких скоростях воздушных потоков.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении качества очистки воздуха и обеспечении возможности универсальной защиты органов дыхания от вредных газов, паров и аэрозолей при использовании материала в индивидуальных и коллективных средствах очистки воздуха, а также в повышении технологичности процессов при использовании сорбционно фильтрующего материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в сорбционно-фильтрующем материале для очистки воздуха от вредных газов, паров и аэрозолей, состоящем из воздухопроницаемых подложек, слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон для очистки воздуха от аэрозолей и сорбирующего слоя, содержащего до 45 мас.%, зафиксированного в его объеме поглотителя вредных газов и паров, в качестве поглотителя используется механическая смесь угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15-3,5:1, а слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон нанесен в поле высокого напряжения на сорбирующий слой, причем длина слоя электрически заряженных полимерных волокон относится к длине сорбирующего слоя, как 1:0,5-1,5.

Отличие предложенного сорбционно-фильтрующего материала от известного заключается в том, что в качестве поглотителя вредных газов и паров используется механическая смесь угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15-3,5:1, а слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон нанесен в поле высокого напряжения на сорбирующий слой, причем длина слоя электрически заряженных полимерных волокон относится к длине сорбирующего слоя, как 1:0,5-1,5.

Использование в сорбционно-фильтрующем материале механической смеси угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ в заявленных соотношениях и заявленной дисперсности, а также нанесение слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон в поле высокого напряжения на сорбирующий слой, в том числе при указанных соотношениях длины слоя полимерных волокон к длине сорбирующего слоя из научно-технической литературы авторам неизвестно.

Применение указанных признаков в предложенном материале позволяет достичь высокого качества очистки воздуха, универсальности защиты органов дыхания в экстремальных ситуациях от широкого спектра СДЯВ, при использовании этих материалов в средствах очистки воздуха обеспечивается безопасность использования материала в средствах защиты за счет полного исключения проскока токсичных соединений, содержащихся в пыли угля-катализатора, и тем самым повышается надежность защиты в аварийных ситуациях, причем это становится возможным за счет того, что в качестве поглотителя вредных газов и паров используется механическая смесь угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15-3,5:1, а слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон нанесен в поле высокого напряжения на сорбирующий слой, причем длина слоя электрически заряженных полимерных волокон относится к длине сорбирующего слоя, как 1:0,5-1,5.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема поперечного сечения сорбционно-фильтрующего материала. Предложенный сорбционно-фильтрующий материал включает воздухопроницаемые подложки 1, выполненные из тканых или нетканых материалов на основе вискозы, хлопка, лавсана или пропилена, а также фильтрующий слой 2, образованный электрически заряженными ультратонкими полимерными волокнами, нанесенными в поле высокого напряжения на сорбирующий слой 3. Сорбирующий слой содержит от 40 до 45 мас.% механической смеси угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы.

В процессе работы в средствах защиты органов дыхания воздух, проходя через слой сорбционно-фильтрующего материала, очищается от аэрозолей и примесей в виде газов и паров вредных веществ и, очищенный, поступает на потребление. Результаты экспериментов, обосновывающих целесообразность выбора основных соотношений между компонентами материала, приведены на фиг.2 и таблице 1. На фиг.2 приведены результаты экспериментов, показывающих зависимость времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала по парам акролеина (кривая _а) и парам хлористого водорода (кривая _K) от соотношения между объемами катализатора типа КТ (V_K) и газового угля СКТ (V_у).

Защитные свойства по парам и аэрозолям определяли в соответствии с утвержденными методиками. Действующие концентрации: акролеин - 0,16 мг/дм ³ и хлористый водород 0,01 мг/дм³ . Пунктирная линия показывает требования ГОСТ к средствам защиты органов дыхания в чрезвычайных ситуациях. Линия N _п показывает время защитного действия прототипа, пересчитанное по данным, приведенным в описании патента прототипа (патент ФРГ N2 DE 10249998, кл. B01D 39/16, B01D 39/14, опубликован 27.05.2004 г.).

Как следует из результатов экспериментов, при указанных соотношениях между объемами угля-катализатора и газового угля обеспечивается эффективная защита органов дыхания как от паров органических веществ, где основными процессами являются процессы физической адсорбции, так и от паров вредных веществ, обезвреживание которых происходит за счет каталитических процессов.

В таблице приведены результаты экспериментов по определению зависимости коэффициента проскока стандартного масляного тумана с дисперсностью аэрозоля <0,3 мкм, а также аэродинамического сопротивления образца материала от соотношения между длиной слоя электрически заряженных полимерных волокон и длиной сорбирующего слоя приведены в таблице. Испытания проводили при удельной скорости, равной 0,05 дм³/мин·см² .

Зависимость коэффициента проскока СМТ и аэродинамического сопротивления от соотношения между линейными размерами слоев материала
№ п/п	La/Lc	Кпр. мт, %	R, мм вод. ст.
1	0,2	7	4,2
2	0,5	0,1	4,5
3	1,0	0,05	5,0
4	1,5	0,008	7,0
5	2,0	0,001	8,0
Примечания:
1. В таблице приведены средние данные из 5-7 измерений.
2. La - длина слоя волокон, мм;
3. Lс - длина сорбирующего слоя, мм;
4. Кпр. МТ - коэффициент проскока масляного тумана дисперсностью 0,3 мкм, %.
5. R - аэродинамическое сопротивление материала потоку воздуха, мм водяного столба при расходе - 0,05 дм/мин·см 2.

Как следует из приведенных экспериментальных данных, эффективная очистка воздуха от тонкодисперсных аэрозолей при низком сопротивлении происходит при отношении длины слоя электрически заряженных ультратонких полимерных волокон к длине сорбирующего слоя как 1:0,5-1,5.

Дисперсный состав механической смеси обусловлен необходимостью максимального снижения сопротивления индивидуальных и коллективных средств очистки воздуха от вредных примесей. Нанесение электрически заряженных ультратонких полимерных волокон непосредственно на сорбирующий слой в поле высокого напряжения позволило исключить расслоение сорбционно фильтрующего материала при изготовлении индивидуальных и коллективных средств очистки воздуха от вредных и токсических примесей и тем самым повысить их качество за счет снижения сопротивления, исключения «захлопывания» складок в фильтрах, изготавливаемых с применением процессов гофрирования материалов, а использование воздухопроницаемых подложек позволило защитить фильтрующий и сорбирующий слои от повреждений и отфильтровывать «грубые» аэрозольные частицы.

Предложенный сорбционно-фильтрующий материал за счет того, что в качестве поглотителя вредных газов и паров используется механическая смесь угля-катализатора типа КТ и газового угля типа СКТ дисперсностью 60-80 мкм, распределенного и зафиксированного в объеме волокон целлюлозы при отношении объема угля-катализатора типа КТ к объему газового угля типа СКТ как 1,15-3,5:1, а слой электрически заряженных ультратонких полимерных волокон нанесен в поле высокого напряжения на сорбирующий слой, причем длина слоя электрических заряженных ультратонких полимерных волокон относится к длине сорбирующего слоя как 1:0,5-1,5, позволяет достичь высокого качества очистки воздуха, обеспечить универсальность защиты органов дыхания от вредных газов, паров и аэрозолей при использовании материала в индивидуальных и коллективных средствах очистки воздуха, а также повысить технологичность процессов при использовании сорбционно-фильтрующего материала.