Фильтрующий материал, фильтр для очистки газов от аэрозолей и способ получения фильтрующего материала

Изобретение относится к области тонкой очистки газов фильтрацией. Предложен фильтрующий материал из волокон полисульфона с различным диаметром волокон, полученный путем электроформования из раствора в органическом растворителе с добавкой электролита, и фильтр рамной конструкции, снабженный полученным материалом с плотностью 30-50 г/м². Изобретение обеспечивает эффективную фильтрацию аэрозольных частиц при высокой термостабильности фильтра. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области получения фильтровальных материалов из микроволокна и их использования для тонкой очистки воздуха и газов от дисперсных частиц, в т.ч. радиоактивных аэрозолей.

Известен сорбционно-фильтрующий материал для бактериальных фильтров из волокон политрифторстирола или полисульфона на основе бис-фенола А и 4,4-дихлорфенилсульфона, или поли-2,6-диметилфениленоксида, или поли-2,6-дифенилфениленоксида, или полидифениленфталида, или полиоксидифениленфталида, в котором угол разориентации макромолекул в волокне не более 30°, диаметр волокна 0,1-10 мкм и общая пористость 80-98%.

Способ получения этого материала включает электростатическое формование волокнистого нетканого материала из раствора полимера в органическом растворителе из группы: дихлорэтан, циклогексанон, трихлорэтилен, метилэтилкетон при динамической вязкости раствора 0,1-30 Пз, электропроводности раствора 10^-4-10^-7 Ом^-1·см^-1 и объемной скорости раствора 10^-5-10^-1 см³/с в расчете на один капилляр (RU 2055632, 10.09.96).

Недостатком материала является дефицитность исходного сырья и недостаточная эффективность улавливания аэрозолей.

Известен также состав для получения фильтрующего материала путем электростатического формования волокна, содержащий полисульфон и органический растворитель, в котором в качестве полисульфона используют полиарилсульфон, а в качестве органического растворителя циклогексанон или его смесь с дихлорэтаном при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиарилсульфон	20,5-25,0
циклогексанон или смесь его с дихлорэтаном	15,9-75,0,

при этом содержание дихлорэтана в составе не должно превышать 63,6 мас.% (RU 2045996, 20.10.95).

Известный материал выдерживает стерилизацию острым паром с температурой 143° в течение 100 циклов (1 цикл 45 мин), т.е. образец не дает усадки, незначительно увеличивает аэродинамическое сопротивление по сравнению с первоначальным, и коэффициент проскока по частицам 0,3 мкм не превышает величины 1·10^-2%. Однако такие характеристики являются недостаточными для некоторых сфер использования.

Известен аэрозольный фильтр, в корпусе которого размещены фильтрующие элементы, выполненные из зигзагообразно сложенного фильтровального материала с расположенными между складками разделителями. Фильтрующие элементы последовательно установлены в корпусе и выполнены из слоев волокнистого фильтровального материала различной плотности, при этом первый по потоку загрязненного воздуха слой фильтровального материала изготовлен из крупноволокнистого материала с размером волокон 5-10 мкм с низкой плотностью упаковки волокон не более 0,04, а второй - из тонковолокнистого материала с размером волокон 0,2-0,4 мкм с высокой плотностью упаковки волокон не более 0,25.

В качестве волокнистого материала предпочтительно использовано стекловолокно (RU 2192916, 20.11.2002).

Недостатком известного фильтра является его недостаточная термостойкость из-за применяемых связующих стекловолокна веществ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фильтрующий материал из волокон полисульфона с диаметром волокна 1-8 мкм и поверхностной плотностью 25-35 г/см², рамный фильтр на основе этого материала, а также способ получения этого фильтрующего материала путем электростатического формования волокон из системы полисульфон-растворитель-электролит, описанные в монографии Ю.Н.Филатова "Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс)", М.: Нефть и газ, 1997, стр.180, 201, 191, 257.

Недостатком материала и соответственно фильтра на его основе является недостаточная эффективность улавливания аэрозолей.

Задачей настоящего изобретения является повышение термостойкости фильтрующего материала и эффективности улавливания аэродисперсных систем при постой конструкции аэрозольного фильтра.

Поставленная задача решается фильтрующим материалом, содержащим волокна из полисульфона, полученные путем электростатического формования из раствора, при этом он выполнен из смеси волокон диаметром 0,1-0,5 мкм и диаметром 5-10 мкм при их массовом соотношении (1:25)-(1:5) соответственно.

Предпочтительно, материал выполнен в виде нетканого полотна, имеющего по меньшей мере с одной стороны защитный слой из проклеенных полисульфоновых волокон диаметром 5-10 мкм.

Поставленная задача решается также фильтром для очистки газов от аэрозолей, содержащий корпус с сепараторами и рамочным элементом, имеющим параллельную развертку и снабженным волокнистым фильтрующим материалом, охарактеризованным выше, и имеющим общую массовую плотность 30-50 г/м².

Поставленная задача решается также описываемым способом получения фильтрующего материала путем электростатического формования микроволокна из системы полисульфон-растворитель-электролит, в котором на электроде осаждают смесь полисульфоновых волокон с диаметром 0,1-0,5 мкм и с диаметром 5-10 мкм при их массовом соотношении (1:25)-(1:5) соответственно.

Причем предпочтительно формование осуществляют из раствора, содержащего 5-25 мас.% полисульфона в растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, циклогексанон, бутилацетат, этилацетат, диметилформамид и электролитическую добавку в количестве 0,01-0,2% от массы полисульфона, выбранную из галогенидов тетраэтиламмония и тетрабутиламмония.

Материал в объеме существенных признаков описанных выше при его использовании обеспечивает высокую эффективность улавливания аэрозольных частиц и обладает термостойкостью вплоть до 160°С.

При выходе за заявленные интервалы содержания волокон с заявленными диаметрами либо снижается эффективность фильтрации, либо не достигается повышенная термостойкость.

Ниже приведены примеры получения и характеристики полученных материалов.

Пример 1.

Приготавливают 15% раствор полисульфона в ДХЭ с добавкой тетрабутиламмония иодита 0,01 мас.% с вязкостью 7 Пз и электропроводностью 5·10^-6 Ом^-1·см^-1 для получения волокон с размером 7 мкм.

Приготавливают 17 мас.% раствора полисульфона в ЦГН с добавкой тетрабутиламмония иодита 0,02 мас.% с вязкостью 3 Пз и электропроводностью 1-10^-5 Ом^-1·см^-1 для получения волокон с размером 0,3 мкм.

Эти растворы продавливают через дозаторы, помещенные в поле высокого напряжения 80 кВ, и получают методом электроформования на осадительном электроде волокнистый фильтрующий материал со смесью волокон 0,3 и 7 мкм с массовым соотношением 1/7.

Полученный материал выдерживает температуру воздуха 160°С в течение 10 часов, при этом эффективность фильтрации по частицам 0,3 мкм в разряженном состоянии составляет 99,99% при гидродинамическом сопротивлении 52 Па и линейной скорости фильтрации 1 см/с.

Примеры при других заявленных параметрах сведены в таблицу 1.

Пример 2.

Материал получен так же, как и в примере 1, но предварительно на осадительный электрод наносится защитный слой из проклеенных волокон того же диаметра, за счет приближения электродов на расстояние до 12 см.

Затем снаряжают полученным материалом фильтр, используя рамочные элементы и сепараторы. На чертеже фильтра показано: 1 - корпус, 2 - рамочный элемент, 3 - волокнистый фильтрующий элемент.

Материал испытан в заявленной конструкции аэрозольного фильтра и показал следующие результаты: термостойкость 160°С, эффективность улавливания в разряженном состоянии по наиболее проникающим частицам с размером 0,3 мкм - 99,99%, гидродинамическое сопротивление 60 Па при скорости потока газа 1 см/с.

Пример	Концентрация полисульфона, мас.%	Концентрация растворителей, мас.%	Диаметр волокон, мкм	Соотношение масс толстых/тонких	Эффективность
ДХЭ	Бутил-ацетат	Этил-ацетат	ЦГН	ДМФА
1	15 17	85 -	- -	- -	- 83	- -	7 0,3	24/1	99,99
2	14 16	- -	86 -	- -	- -	- 84	8 0,2	15/1	99,999
3	16 18	- -	- -	84 -	- -	- 82	9 0,1	5/1	99,9999
Прототип	20,5	63,6	-	-	15,9	-	0,7	-	99,9

1. Фильтрующий материал, содержащий волокна из полисульфона, полученные путем электростатического формования из раствора, отличающийся тем, что он выполнен из смеси волокон диаметром 0,1-0,5 мкм и диаметром 5-10 мкм при их массовом соотношении (1:25)-(1:5) соответственно.

2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде нетканого полотна, имеющего по меньшей мере с одной стороны защитный слой из проклеенных полисульфоновых волокон диаметром 5-10 мкм.

3. Фильтр для очистки газов от аэрозолей, содержащий корпус с сепараторами и рамочным элементом, имеющим параллельную развертку и снабженный волокнистым фильтрующим материалом, отличающийся тем, что он содержит фильтрующий материал, охарактеризованный в пп.1 и 2, имеющий общую массовую плотность 30-50 г/м².

4. Способ получения фильтрующего материала, включающий электростатическое формование микроволокна в системе полисульфон-растворитель-электролит, отличающийся тем, что на электроде осаждают смесь полисульфоновых волокон с диаметром 0,1-0,5 мкм и с диаметром 5-10 мкм при их массовом отношении (1:25)-(1:5) соответственно.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что формование осуществляют из раствора, содержащего 5-25 мас.% полисульфона в растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, циклогексанон, бутилацетат, этилацетат, диметилформамид и электролитическую добавку в количестве 0,01-0,2% от массы полисульфона, выбранную из галогенидов тетраэтиламмония и тетрабутиламмония.