Фильтрующий материал

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(46) 30.09.1998 механики ме(71) Заявитель Институт механики металло- (73) Патентообладатель Институт таллополимерных систем Академии наук Белаполимерных систем Академии наук Беларуси руси(57) 1. Фильтрующий материал, состоящий из полимерной волокнистой матрицы и твердых частиц адсорбента, адгезионно связанных с волокнами матрицы, отличающийся тем, что в качестве адсорбента он содержит тетразол, выбранный из ряда, включающего 5-фенилтетразол, бис-(-тетразол-5-илэтил)овый эфир, трис-(тетразол-5-илэтил)нитрометан. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что матрица образована волокнами со средним диаметром 1030 мкм и имеет пористость 70-80, а концентрация частиц тетразола с размером не более 100 мкм составляет 20-40 мас Изобретение относится к области волокнистых полимерных материалов, предназначенных для очистки жидкостей от ионов тяжелых, редких, драгоценных и радиоактивных металлов. Известен фильтрующий материал для улавливания ионов металлов из водных растворов, который состоит из волокнистой матрицы и закрепленных в ней механически и силами магнитного притяжения частиц феррита. Последние снабжены покрытиями из вещества, имеющего ионообменную или связывающую способность 1. Его недостатки - сложность технологии формирования и наличие дорогостоящих компонентов. Прототипом изобретения является нетканый материал 2, который содержит матрицу из волокон, раздуваемых из расплава смеси полиолефина и клейкого полимера и адгезионно закрепленные на волокнах незаблокированные полимером твердые адсорбционно-активные частицы. Диаметр волокон - от 1 до 25 мкм, степень наполнения матрицы частицами - до 60 мас. В качестве адсорбционно-активных частиц используют вещества из ряда активный уголь, перманганат калия, сода, диатомит, глина и комплексы перманганата калия с активным алюминием. Средний размер твердых частиц - от 50 до 150 мкм. Недостатки протопита невысокая адсорбционная емкость по отношению и ионам металлов фильтрующего материала, наполненного активными частицами из предложенного ряда значительное гидродинамическое сопротивление матрицы, образованной волокнами диаметром менее 10 мкм малая надежность закрепления твердых частиц в матрице при степени наполнения более 50. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создать фильтрующий материал для тонкой очистки воды и других жидкостей от тяжелых, редких и благородных металлов. Он должен иметь более высокие, чем у прототипа, сорбционную емкость и надежность закрепления в матрице активных частиц,более низкие гидравлическое сопротивление и технологические затраты при изготовлении. Для решения поставленной задачи известный материал, состоящий из волокнистой полимерной матрицы и адгезионно закрепленных на волокнах твердых частиц адсорбционно-активного вещества, содержит новые 2406 1 компоненты. Вещество твердых частиц выбрано из ряда тетразолов 5-фенилтетразол, бис-(-тетразол-5 илэтил)овый эфир, трис-(-тетразол-5-илэтил)нитрометан. Оптимальные эксплуатационные характеристики такого материала соответствуют диаметру волокон 10-30 мкм при пористости матрицы 70-80 и максимальному размеру частиц тетразола не более 100 мкм при концентрации частиц в матрице 30-40 мас. Сущность изобретения состоит в том, что в качестве адсобционно-активного наполнителя волокнистой матрицы фильтрующего материала используют вещества из ряда тетразолов - нового перспективного класса комплексообразователей. Они обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых,редких, благородных и радиоактивных металлов, противомикробной активностью и хорошей адгезией к полимерам. Структурные параметры фильтрующего материала оптимизирваны с учетом специфической формы кристаллических образований, физико-механических и физико-химических характеристик тетразолов. Приведем примеры реализации предложенного материала. Его компонентами были следующие вещества. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) по ГОСТ 16337-77, марка 12003-200, с показателем текучести расплава 20 г/10 мин при 190 С и массе груза 2,16 кг. 65 М 349, температура плавления 211 С. БТЭ и ТТН плохо растворимы в воде. Они хорошо растворяются в диметилформамиде и диметилсульфоксиде. 5 Ф, БТЭ и ТТН синтезированы в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте. Это белые кристаллические порошки, частицы которых имеют игольчатую форму длиной 100-150 мкм и 510 мкм в поперечном размере. Фильтрующие материалы получали с помощью шнекового экструдера, снабженного специальной распылительной головкой. Экструдируемый ПЭВД продавливали через отверстия (0,5 мм) фильеры, установленной в головке. Расплав в виде волокон распыливали потоком осушенного сжатого (Р 0,4 ат) воздуха при температуре 80 С. Порошки тетразолов дозированно подавали в поток с помощью специального приспособления. Поток, изолированный трубчатым кожухом, направляли на бесконечную ленту, где осаждалась волокнистая масса. Последнюю после охлаждения до затвердевания расплава ПЭВД отделяли от ленты. Температурные режимы экструзии и аэродинамические режимы формирования газо-полимернотетразольной смеси изменяли с целью регулирования диаметра волокон полимерной матрицы и степени ее наполнения тетразолом. Пористость матрицы регулировали путем прикатки осажденной на подложке волокнистой массы с помощью специального ролика. Материал-прототип получали аналогичным образом, подавая в поток распыливающего воздуха активный уголь АГ-5 (ГОСТ 20777-75) с размером частиц порядка 100 мкм (производство АО Сорбент, г.Пермь). Образцы материала-прототипа имели оптимальные структурные параметры, рекомендованные в 2. Диаметрволокон матрицы и максимальный размерчастиц наполнителя определяли с помощью оптического микроскопа. Пористость матрицы П(1-1/2)100, где 1 и 2 - плотности образца и смеси 2406 1 ПЭВДтетразол. Значения 1 получали по результатам обмера и взвешивания образцов. Концентрацию (С) наполнителя оценивали, путем обработки материалов в растворителях тетразолов и взвешивания. Концентрационно-технологические варианты материалов приведены в табл.1. Оценивали следующие параметры образцов. Статическую сорбционную емкость (СЕ) - по адсорбции ионов Си 2, А 2 из модельных водных растворов концентрацией 0,01-0,05 моль/л. Время адсорбции 2 сут при 222 С и непрерывном перемешивании, метод анализа - потенциометрический. Гидравлическое сопротивление материалов - по перепаду давления (Р) при прокачивании воды (расход постоянный) через листовой образец материала толщиной 100,5 мм и диаметром 50 мм. Схема установки ГОСТ 14146-88, приложение 8. Надежность материала при эксплуатации - по потере массывследствие осыпания наполнителя при испытаниях листовых образцов на многократный изгиб - ГОСТ 8978-75. Результаты испытаний материалов приведены в табл.2. Их анализ приводит к следующим заключениям. 1. Оптимальная область диаметров волокон матрицы составляет 10-30 мкм (примеры 2-4). При 10 мкм (1) возрастает перепад давления на фильтроэлементе, увеличивается осыпание частиц, плохо закрепленных на тонких волокнах, и несколько уменьшается СЕ, по-видимому из-за снижения скорости массообмена жидкости в матрице. При 30 мкм (4) площадь поверхности волокон примерно равна площади, занимаемой монослоем частиц адсорбента. С увеличением диаметра 30 мкм (5) сорбционная емкость снижается и увеличивается осыпание частиц при перегибах образцов. 2. Оптимальная пористость матрицы П 70-80(примеры 3,7,8). При П 65(6) р инедопустимо возрастают. При П 85(9) СЕ снижается из-за увеличения проходного сечения матрицы. Таблица 1 образцов Хар актер истики м а тр ицы напо лнителя 3. Оптимальная степень наполнения матрицы тетразолами С 20-40 мас.(примеры 3,11,12). При С 10 СЕ ниже допустимой из-за недостатка адсорбента (10). При С 45(13) заметно увеличивается . 4. Максимальный размер частиц адсорбента должен быть менее 100 мкм (примеры 14-17). При 110 мкм (18) значительно возрастаетпри перегибах образца. Кроме того, с увеличением размера частиц СЕ снижается из-за уменьшения площади их поверхности. 5. При оптимальных структутно-концентрационных параметрах сорбционная емкость материалов, содержащихся БТЭ и ТТН (19-20), выше, чем 5 Ф. Все предложенные материалы по этому основному эксплуатационному критерию значительно превосходят прототип (21). Остальные характеристики исследованных материалов примерно одинаковы. Приведенные примеры свидетельствуют о высокой эффективности предложенного фильтрующего материала, производство которого характеризуется технологической простотой и не требует сложного оборудования. Достоинством материала является малая вероятность обрастания микроорганизмами при эксплуатации, вследствие бактерицидного действия тетразолов. Регенерация фильтроэлементов достаточно проста и производится путем их обработки в нагретых водных растворах кислот. Области применения материала улавливание ионов металлов в системах очистки производственных сточных вод и отработанных технологических растворов, сорбционное концентрирование металлов из жидких сред в аналитической практике, экологический мониторинг загрязненности природных водоемов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.