Фильтрующий материал

 

Изобретение относится к изготовлению фильтрующих материалов для очистки газов и может быть использовано в системах для очистки воздушного бассейна жилых и производственных помещений приготовления пищи. Фильтрующий материал состоит из биопродукта и носителя. В качестве биопродукта материал содержит одно соединение и/или их смесь из группы порфирина природного или синтетического происхождения, в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающей глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, преимущественно алюминия, целлюлозу и ее производные, уголь, графит, древесные опилки, цеолиты, инертную органическую или неорганическую матрицу, полимерный материал при следующем соотношении компонентов, мас.%: биопродукт 0,01-30; носитель остальное. Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в разработке эффективного фильтрующего материала преимущественно для кухонных вытяжных зонтов, использовании для его изготовления экологически безвредных материалов, имеющих такое строение, которое обеспечивает практически полное поглощение комплексов тяжелых металлов, жиров, органических смол и других вредных веществ. 4 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к изготовлению фильтрующих материалов для очистки газов и может быть использовано в системах для очистки воздушного бассейна жилых и производственных помещений при приготовлении пищи.

Известен биологический фильтровальный материал, содержащий микроорганизмы, использование которого экономично при эксплуатации малогабаритных фильтрующих установок.

Недостатком материал являются невысокая сорбционная способность по тяжелым металлам, углеводородам, дефицитность исходного сырья.

Известен фильтрующий материал, который содержит биопродукт морского происхождения, полученный из морских водорослей, мокрого известнякового песка в смеси с известными применяемыми в подобных случаях материалами, такими как торф, компост, древесная щепа. Фильтрующий материал применяется для очистки отходящих газов.

Недостатком материала являются также дефицитность исходного сырья и неполное извлечение вредных соединений.

Известен микробиологический фильтр, состоящий из трех расположенных друг на друге слоев, считая снизу вверх, обрезков коры лиственных пород, затем хвойных веток и торфяной пыли.

Недостатком материала фильтра является неполное извлечение тяжелых металлов и органических соединений, торфяная пыль может увеличить запыленность очищаемого воздуха.

Наиболее близким решением к заявляемому является волокнистый материал для поглощения масел, представляющий собой округлые гранулы термомеханической целлюлозы, содержащей не менее 2%, считая на древесину, природных экстрактивных компонентов, которые используют для придания материалу гидрофобности и способности поглощать масла путем его искусственного "копчения" при температуре более 100^oC в течение 5 минут.

Недостатком материала является то, что не в полной мере удаляют тяжелые металлы и углеводороды.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в создании эффективного фильтрующего материала, в частности, для кухонных вытяжных зонтов, использование для его изготовления экологически безвредных материалов, имеющих такое строение, которое обеспечивает практически полное поглощение комплексов тяжелых металлов, жиров, органических смол, углеводородов, окислов азота и других вредных веществ.

Поставленная задача решается с помощью фильтрующего материала, содержащего биопродукт и носитель, в качестве биопродукта используют по крайней мере одно соединение из порфиринов природного происхождения или полученных искусственным путем в виде комплексов с носителем, в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающей глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производных, уголь, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал, при следующем соотношении компонентов, мас.%: По крайней мере одно соединение из порфиринов - 0,01 - 30 Носитель - Остальное Носитель предпочтительно имеет форму гранул, черенков, листов, формованных блоков, например, в виде элементов сотовой структуры.

Носитель содержит добавку углеродсодержащих соединений до 10 мас.%.

Предпочтительно используют носитель покрытого типа.

Носитель представляет собой натканый материал из металлических волокон алюминия.

Развитая структура поверхности биопродукта, предлагаемого для получения фильтрующего материала, способствует полному улавливанию тяжелых металлов, жиров. Окислы азота, серы и монооксида углерода взаимодействуют непосредственно с центральным ионом магния, содержащимся в биопродуктах.

С помощью спектров комбинационного рассеяния (- λ 441,6 нм) и инфракрасных спектров авторы проанализировали фильтр, пропитанный хлорофиллом, до начала и после работы в течение 3 месяцев. В области ≈900 - 1700 см^-1 выделено несколько линий с валентными связями, частоты которых зависят от типа металла. Это обусловлено изменением расстояния от центра хлоринного кольца до атома пиррольного кольца при замене магния на тяжелый металл, извлекаемый из очищаемого воздуха (аналогичная картина имеет место в металлопорфиринах).

Авторы изобретения нашли, что хлорофилл, закрепленный на носителях, известных и применяемых для этих целей, обладает способностью поглощать тяжелые металлы, жир и другие вредные соединения, такие как CO, CO₂, NO_х.

Смолообразные органические вещества CO, NO_x комплексуются как с магнием, так и с поглощенными тяжелыми металлами, и в итоге обеспечивается большая поглощающая способность фильтрующего материала.

Таким образом, существенными отличительными признаками фильтрующего материала являются: в качестве биопродукта фильтрующий материал содержит по крайней мере одно соединение из порфиринов в виде комплексов с носителем; в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающий глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производные, угол, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал; фильтрующий материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: По крайней мере одно соединение порфиринов - 0,01 - 30 Носитель - Остальное Фильтрующий материал получают различными способами (смешение исходных веществ, пропитка и др.) в зависимости от используемого носителя, который отвечает следующим требованиям: высокой воздухопроницаемости; развитой поверхности, от 3 до 1500 м²/г; высокой степени пористости; малому сопротивлению газовому потоку; высокой прочности; отсутствию пылеобразования. Используемый носитель имеет различную форму, например гранул, черенков, формованных блоков, листов различной формы. Кроме использования носителей различной формы фильтрующий материал может иметь различную форму, которая зависит от условий его получения, например носитель, смешанный с биопродуктом, продавливают через фильеру шнек-пресса и получают черенки определенного диаметра.

Биопродукт используют как природного происхождения, так и полученный искусственным путем. Один из способов выделения хлорофилла следующий: экстрагент - 2%-ный водный NaOH, соотношение сырья и экстрагента 1:10 (хвоя лиственных растений), сырье измельчают до размера частиц от 0,1 - 2 мм, температура экстракции 100^oC. Получают водорастворимые производные хлорофилла необходимой концентрации. Выделенную суспензию хлорофилла в количестве 0,01 - 30% от массы носителя наносят на соответствующий носитель с проведением последующей обработки сушкой.

Величину адсорбции пигмента определяют спектрофотометричеки по разности концентраций в исходном и равновесном растворе с использованием спектрофотометра СФ - 10.

Анализ на эффективность очистки газа проводят на хроматографе марки "цвет".

Полученный фильтрующий материал испытывают в системе фильтрации воздуха кухонных вытяжных зонтов, которая состоит из фильтра для грубой очистки, затем фильтра, изготовленного из заявляемого фильтрующего материала. Фильтр грубой очистки Примеры приготовления фильтрующего материала.

Пример 1. Триацетат целлюлозы, имеющий форму листа, опускают в раствор хлорофилла определенной концентрации до содержания его в количестве 30 мас.% после проведения сушки.

Пример 2. В качестве носителя используют гранулы из фторопласта, содержащие 10 мас.% углерода, пропитывают суспензией натрийсодержащего хлорофилла до содержания его 2 мас.%, сушат.

Пример 3. Древесные опилки пропитывают хлорофиллом в фосфатном буфере до содержания его 0,01 мас.%, сушат.

Пример 4. Оксид алюминия смешивают с золем кремниевой кислоты с концентрацией 2% по SiO₂, затем вводят суспензию порфирина до содержания его 5 мас. %, сушат.

Пример 5. Гранулированный активный уголь заливают золем кремниевой кислоты в количестве 5% по SiO₂, пропитыавают хлорофиллом до содержания 30 мас. %, затем полученной суспензией пропитывают алюминиевые волокна, сушат.

Пример 6. К техническому торфу с влажностью 49,9% добавляют 2% силиконового полимера, смешивают с раствором хлорофилла с эфире (20% по массе). Полученную массу продавливают через фильеру с диаметром отверстий 2 мм на шнек-прессе ПФШ-100, затем сушат при комнатной температуре.

Механическая прочность, определенная по ГОСТу 16188-70, составляет ≈89%.

Пример 7. Силикагель пропитывают суспензий хлорофилла в эфире до содержания 10 мас.%.

Пример 8. Инертные гранулы стекла 90 мас.% смешивают с жидким натриевым стеклом 10 мас.%, затем вводят производное порфирина с заместителем C₂H₅ в растворе спирта и воды в количестве 10 мас.%, тщательно перемешивают, выдерживают 2 часа, сушат в вакууме.

Пример 9. Блок, состоящий в основном из поливинилхлорида, выдерживают в эфирном растворе натрийсодержащего хлорофиллового замещенного соединения в течение 5 часов, сушат.

Пример 10. К алюмосиликатному цеолиту добавляют ацетобутират целлюлозы в количестве 5 мас. %, выдерживают в течение часа при температуре от 20 до 40^oC, затем добавляют Mg-содержащимй комплекс порфирина в количестве 5 мас. %, сушат.

Пример 11. К активированному углю, имеющему форму гранул, добавляют водный раствор карбоксиметилцеллюлозы в количестве 5%, выдерживают в течение 4 часов и добавляют 5 мас.% хлорофилла, сушат в течение 10 часов.

Пример 12. К блоку сотовой структуры из полипропилена добавляют раствор метилцеллюлозы в количестве 10 мас.%, затем добавляют смесь хлорофилла и порфирина в количестве 10 мас.%, выдерживают в течение 1 часа при температуре 30^oC с последующим удалением влаги.

Пример 13. Лист из минеральных волокон, состоящий из стекловаты, пропитывают хлорофиллом, полученным синтетическим путем, до содержания в фильтрующем материале 10 мас.% после сушки.

Пример 14. Глину перемешивают с натрийсодержащим хлорофилловым замещенным и порфирином в эфире при соотношении их 1:2, полученную массу продавливают через фильеру с диаметром отверстий 3 мм на шнек-прессе, затем сушат при комнатной температуре. Содержание биопродукта в фильтрующем материале 15 мас.%.

Пример 15. Графит пропитывают смесью хлорофилла и порфирина в эфире при соотношении их 1:1 до содержания биопродукта в фильтрующем материале 5 мас.% после сушки.

Пример 16 (прототип). Из измельченной лиственной древесины и коры экстрагируют природные компоненты, включающие гуминовую кислоту и другие вещества.

Полученным природным экстрактом обрабатывают целлюлозу до содержания 5%, получая гидрофобный материал.

Как видно из приведенных примеров и таблицы, полученный фильтрующий материал обеспечивает высокую поглощающую способность тяжелых металлов и других веществ.

Адсорбция хлорофилла на носителях осуществляется преимущественно за счет образования донорно-акцепторных комплексов между координационно ненасыщенным атомом магния хлорофилла и поверхностными группами носителя. Скорость комплексообразования может быть увеличена за счет модифицирования поверхности носителей, например, увеличением количества гидроксильных групп.

Стабилизации поверхностных ассоциатов способствует гидрофобный характер поверхности носителя. Предпочтительно носитель предварительно обрабатывают веществами, которые придают высокую гидрофобность носителю, например силиконовым полимером (пример 6). Хлорофилл в воде присутствует в виде гидратированных агрегатов ХЛ·2H₂O, содержащих 5-координированные атомы магния, и имеется межмолекулярное взаимодействие хлорофилла, поэтому предпочтительно для ослабления межпигментных взаимодействий вводить в адсорбционную систему дополнительные вещества, способные образовать с пигментами прочные молекулярные комплексы, и тем самым ограничить его самоассоциацию. Такими веществами являются поверхностно-активные вещества, которые оказывают на пигмент дезагрегирующее действие. Предпочтительно использование растворителя, содержащего, например, воду, спирт, эфир.

Использование носителей покрытого типа, например проведение обработки носителя предварительно золем кремниевой кислоты (пример 4), ацетобутиратом целлюлозы (пример 10), позволяет увеличить срок службы фильтрующего материала.

Таким образом, применение предлагаемого фильтрующего материала в системах фильтрации воздуха для кухонных вытяжных зонтов позволяет в течение незначительного времени очистить воздух от вредных веществ и масляного дыма, возникающего при приготовлении пищи. При этом степень очистки воздуха не менее 98%.

Формула изобретения

1. Фильтрующий материал, содержащий биопродукт и носитель, отличающийся тем, что в качестве биопродукта фильтрующий материал содержит по крайней мере одно соединение из порфиринов природного происхождения или полученных искусственным путем в виде комплексов с носителем, в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающей глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производные, уголь, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал при следующем соотношении компонентов, мас.%: По крайней мере одно соединение из порфиринов - 0,01-30
Носитель - Остальное
2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что носитель имеет форму гранул, черенков, листов, формованных блоков, например, в виде элементов сотовой структуры.

3. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что носитель содержит добавку углеродсодержащих соединений до 10 мас.%.

4. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что используют носитель покрытого типа.

5. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве носителя фильтрующий материал содержит нетканый материал из металлических волокон алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1