Сорбент с-кп для очистки атмосферного воздуха
Владельцы патента RU 2336945:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный университет" (АстГУ) (RU)
Изобретение относится к сорбентам для очистки атмосферного воздуха. Сорбент получен опушиванием заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием. Сорбент обладает активностью по отношению к оксидам азота, углерода и серы, а также к формальдегиду и бутилмеркаптану. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к технологии очистки атмосферного воздуха сорбентом от органических и неорганических промышленных токсикантов, а также уничтожения болезнетворных бактерий и может найти применение в химической, нефтехимической и газовой промышленности, химических и бактериологических лабораториях, больницах, аптеках, магазинах, в том числе и предприятиях специального назначения (службы ПВО, командные пункты, системы управления различными службами).
Известен способ очистки атмосферного воздуха от сероводорода (RU 2254916, 27.06.2005). Изобретение относится к способам приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода и может найти применение при очистке атмосферного воздуха от сероводорода. Это достигается тем, что в способе приготовления сорбента для очистки газов от сероводорода на основе активного угля предварительно определяют влагосодержание исходного активного угля и его влагоемкость. Затем для нанесения промоторов на исходный активный уголь приготавливают пропиточный водный раствор с содержанием 0,5-3,5 мас.% иодида калия от массы исходного активного угля, в который дополнительно вводят 0,035-0,075 мас.% моноэтаноламина от массы исходного активного угля. Количество воды для приготовления пропиточного раствора берут исходя из массы активного угля. Сорбент обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха и позволяет избежать частой замены катализатора.
Вместе с тем главным недостатком данного способа является неспособность очищать в комплексе другие кислые газы и пары органических веществ (формальдегид и бутилмеркаптан), а также уничтожать болезнетворные микроорганизмы.
Известен комплексный метод очистки воздуха от пыли и токсичных веществ (RU 2163834, 10.03.2001). Изобретение может быть использовано для мокрой очистки газов путем взаимодействия с противотоком жидкости загрязненного газового потока и эмульгирования. Для этого закрученный тангенциальным входом поток загрязненного газа подают в кольцевую щель, в которой лопаточным завихрителем газ закручивают в противоположную сторону и газожидкостную смесь эмульгируют в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок подвода газов, тарельчатый дозатор жидкости, размещенный в кольцевой щели лопаточный завихритель с противоположной входному патрубку закруткой. Внешние концы выходных кромок завихрителей подняты над внутренними, примыкающими к дозатору жидкости. Входной патрубок газоочистителя снабжен соплами для смыва отложений пыли и системой автоматической периодической подачи смывной воды, срабатывающей за счет разрежения в газоходе и обеспечивающей продувку сопл атмосферным воздухом. Корпус газоочистителя выполняется в виде правильной призмы, а дозатор жидкости - многоугольник, подобный основанию призмы.
Предложен способ очистки воздуха от вредных примесей и устройство для его реализации (RU 2161567, 2001.01.10). Изобретение относится к способам очистки и кондиционирования воздуха от примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салонах транспортных средств, однако возможно его использование и в других относительно герметичных помещениях. Способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях заключается в том, что очистка осуществляется попеременно двумя потоками подаваемых вентиляторами из относительно герметичного помещения воздуха от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений и каталитических ядов, посредством низкотемпературного каталитического фильтра. Производят поочередное в одном из потоков регенерирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра, каждый из которых включает двойной слой силикагеля и активированного угля за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, путем нагрева этого адсорбционного фильтра до 160°С. Затем охлаждают его вентилятором, при этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение, и сбрасывание этого воздуха в атмосферу в процессе регенерации.
Известен способ очистки воздуха от токсичных веществ (RU 2202402, 20.04.2003). Способ относится к сорбционно-каталитической очистке воздуха от загрязняющих веществ и может быть использован для систем очистки от токсичных компонентов выхлопных газов и отходящих производственных вентиляционных выбросов. Способ очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных и отходящих газов включает пропускание воздушного потока последовательно через механический фильтр для удаления твердых частиц и аэрозолей, устройство нагрева воздуха до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину 5-30°С, слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, слой пористого полимерного сорбента, содержащего в порах простой полиэфир для адсорбции металлов, и слой окислительно-восстановительного катализатора на основе оксидов марганца и меди для очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов. Предложенный способ позволяет достигнуть десятикратного снижения концентрации вредных компонентов выхлопных газов (СО, оксиды азота и др.) и снизить концентрацию тяжелых металлов в вентиляционных производственных выбросах до величин ПДК и ниже.
Данный способ обеспечивает высокую производительность процесса очистки воздуха от токсичных компонентов выхлопных газов при его высокой эффективности и позволяет избежать частой замены катализатора.
Вместе с тем главным недостатком данного способа, взятого нами в качестве прототипа, является его неспособность очищать воздушные вентиляционные потоки от ряда органических соединений и металлов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание сорбента многоцелевого использования, обладающего универсальностью действия, а также необходимыми сорбционными и технологическими характеристиками.
Поставленная задача решается тем, что предлагается новый сорбент С-КП, представляющий собой гранулы керамзита, покрытые тонким слоем пиролюзита. Сорбент С-КП предназначен для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.
Полученный сорбент отвечает следующему химическому составу (мас.%):
| оксид алюминия | 66,8-69,6 |
| диоксид кремния | 27,0-28,05 |
| оксид железа | 1,4-1,6 |
| хлорид натрия | 0,3-0,5 |
| карбонат кальция | 0,7-0,77 |
| пиролюзит | 0,83-1,0 |
Были поставлены опыты по очистке атмосферного воздуха от различных токсикантов на сорбенте С-КП.
С целью изучения очистки воздуха в бутылях емкостью 5 дм3 создавали с помощью вакуумного насоса небольшое разрежение (остаточное давление ˜0,6-105 н/м2) и через специальный патрубок пропускали газы или пары исследуемого вещества. Пары генерировали, нагревая в пробирке с газоотводной трубкой навеску вещества (ацетон, формальдегид и др.) или в результате проведения химической реакции меди с серной или азотной кислотами (получали соответственно газы SO2 или NO2). Далее в бутыль пропускали воздух до доведения общего давления до 1,02-105 н/м2 и пропускали смесь воздуха и исследуемого газа из бутыли через гранулы сорбента с диаметром 20 мм, создавая разрежение на выходе из этой трубки.
В таблице 1 приведены результаты опытов по очистке атмосферного воздуха, в который вносились определенные токсиканты. Степень очистки S рассчитывали по формуле где mисх - содержание сорбата в воздухе до очистки, мг/м3, mкон - содержание сорбата в воздухе после очистки, мг/м3.
| Таблица 1 | |||
| Результаты очистки воздуха от различных токсикантов. Оксид азота (NO). ПДКC.C. - 0,06 мг/м3, ПДКм.р. - 0,4 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон | S, % | ||
| 0 | 5,0 | 5,0±0,5 | 0,0 |
| 1,0 | 5,0 | 4,00±0,05 | 20,0 |
| 2,0 | 5,0 | 2,0±0,05 | 60,0 |
| 5,0 | 5,0 | 1,5±0,05 | 70,0 |
| 0 | 10,0 | 10,0±0,10 | 0,0 |
| 1,0 | 10,0 | 5,0±0,5 | 50,0 |
| 2,0 | 10,0 | 4,0±0,4 | 60,5 |
| 5,0 | 10,0 | 3,0±0,25 | 70,0 |
| 0 | 50,0 | 50±5,0 | 0,0 |
| 1,0 | 50,0 | 20,0±2,0 | 60 |
| 2,0 | 50,0 | 15,0±0,10 | 70 |
| 5,0 | 50,0 | 5,0±0,5 | 90 |
| 0 | 100,0 | 100,0±2,5 | - |
| 1,0 | 100,0 | 20±2,0 | 75,0 |
| 2,0 | 100,0 | 20,0±2,0 | 80,0 |
| 5,0 | 100,0 | 5,0±0,5 | 95,0 |
| Диоксид серы (SO2). ПДКм.р. - 0,1 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | |||
| 0 | 5,0 | 5,0±0,5 | S, % |
| 1,0 | 5,0 | 0,005±0,001 | 99,90 |
| 2,0 | 5,0 | 0,005±0,001 | 99,90 |
| 5,0 | 5,0 | 0,005±0,001 | 99,90 |
| 0 | 50,0 | 50,0±0,50 | - |
| 1,0 | 50,0 | 0,01±0,002 | 99,98 |
| 2,0 | 50,0 | 0,01±0,002 | 99,98 |
| 5,0 | 50,0 | 0,01±0,002 | 99,98 |
| 0 | 200,0 | 200±10,0 | 99,5 |
| 1,0 | 200,0 | 1,0±0,25 | 99,5 |
| 2,0 | 200,0 | 1,0±0,05 | 99,5 |
| 5,0 | 200,0 | 1,0±0,05 | - |
| 0 | 1000 | 1000±50 | 99,50 |
| 1,0 | 1000 | 4,0±0,50 | 99,60 |
| 2,0 | 1000 | 1,0±0,15 | 99,910 |
| 5,0 | 1000 | 1,0±0,15 | 99,90 |
| Сероводород (H2S). ПДКм.р. - 0,008 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | S, % | ||
| 0 | 0,05 | 0,05 | - |
| 1,0 | 0,05 | 0,001 | 98,0 |
| 2,0 | 0,05 | 0,0005 | 99,0 |
| 5,0 | 0,05 | 0,0003 | 99,4 |
| 0 | 0,5 | 0,001 | 99,80 |
| 1,0 | 0,5 | 0,001 | 99,80 |
| 2,0 | 0,5 | 0,0005 | 99,80 |
| 5,0 | 0,5 | 0,0003 | 99,94 |
| 0 | 1,00 | 0,001 | 99,90 |
| 1,0 | 1,00 | 0,001 | 99,90 |
| 2,0 | 1,00 | 0,0005 | 99,95 |
| 5,0 | 1,00 | 0,0003 | 99,97 |
| 0 | 10,0 | 0,002 | 99,98 |
| 1,0 | 10,0 | 0,002 | 99,98 |
| 2,0 | 10,0 | 0,001 | 99,99 |
| 5,0 | 10,0 | 0,001 | 99,99 |
| Диоксид азота (NO2). ПДКС.С. - 0,04 мг/м3, ПДКм.р. - 0,08 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | S, % | ||
| 0 | 200,0 | 200±10,0 | 0 |
| 1,0 | 200,0 | 20,0±1,5 | 90,0 |
| 2,0 | 200,0 | 10,0±1,0 | 95,0 |
| 5,0 | 200,0 | 0,50±0,5 | 97,5 |
| 0 | 50,0 | 50,0±2,5 | - |
| 1,0 | 50,0 | 5,0±0,30 | 90 |
| 2,0 | 50,0 | 3,0±0,30 | 94 |
| 5,0 | 50,0 | 1,0±0,10 | 98,0 |
| 0 | 10,0 | 10,0±1,0 | - |
| 1,0 | 10,0 | 1,0±0,05 | 90,0 |
| 2,0 | 10,0 | 0,50±0,10 | 95,0 |
| 5,0 | 10,0 | 0,03±0,005 | 98,0 |
| 0 | 5,0 | 5,0±0,25 | - |
| 1,0 | 5,0 | 1,0±0,15 | 80,0 |
| 2,0 | 5,0 | 0,5±0,03 | 90,0 |
| 5,0 | 5,0 | 0,2±0,005 | 96,0 |
| Оксид углерода (СО). ПДКС.С. - 3,0 мг/м3, ПДКм.р. - 5,0 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | S, % | ||
| 0 | 1,00 | 1,0±0,08 | - |
| 1,0 | 1,00 | 0,40±0,03 | 99,90 |
| 2,0 | 1,00 | 0,01±0,01 | 99,90 |
| 5,0 | 1,00 | 0,05±0,0005 | 99,90 |
| 0 | 10,0 | 10,0±1,0 | - |
| 1,0 | 10,0 | 5,8±0,35 | 42,0 |
| 2,0 | 10,0 | 1,60±0,10 | 84,0 |
| 5,0 | 10,0 | 0,05±0,05 | 95,0 |
| 0 | 100,0 | 100,0±2,5 | - |
| 1,0 | 100,0 | 20±2,0 | 75,0 |
| 2,0 | 100,0 | 20,0±2,0 | 80,0 |
| 5,0 | 100,0 | 5,0±0,5 | 95,0 |
| 0 | 500,0 | 500±20,0 | - |
| 1,0 | 500,0 | 100,0±5,0 | 80,0 |
| 2,0 | 500,0 | 50,0±3,5 | 90,0 |
| 5,0 | 500,0 | 10±1,0 | 98,0 |
| Бутилмеркаптан | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | S, % | ||
| 0 | 0,05 | 0,05±0,005 | - |
| 1,0 | 0,05 | 0,02±0,003 | 60 |
| 2,0 | 0,05 | 0,01±0,002 | 80 |
| 5,0 | 0,05 | 0,01±0,002 | 80 |
| 0 | 1,00 | 1,0±0,08 | - |
| 1,0 | 1,00 | 0,10±0,003 | 90 |
| 2,0 | 1,00 | 0,05±0,006 | 95 |
| 5,0 | 1,00 | 0,02±0,005 | 98,0 |
| 0 | 10,0 | 10,0±0,95 | - |
| 1,0 | 10,0 | 1,0±0,09 | 90,0 |
| 2,0 | 10,0 | 0,50±0,03 | 95,0 |
| 5,0 | 10,0 | 0,10±0,002 | 99,0 |
| 0 | 50,0 | 50,0±3,5 | - |
| 1,0 | 50,0 | 25,0±1,5 | 50 |
| 2,0 | 50,0 | 10,0±0,95 | 80 |
| 5,0 | 50,0 | 5,0±0,3 | 90,0 |
| Формальдегид. ПДКС.С. - 0,003 мг/м3, ПДКм.р. - 0,035 мг/м3 | |||
| Время контакта, с | Исходная концентрация mисх, мг/м3 | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м3 | S, % | ||
| 0 | 0,001 | 0,001±0,0001 | - |
| 1,0 | 0,001 | 0,0005 | 50 |
| 2,0 | 0,001 | 0,0005 | 50 |
| 5,0 | 0,001 | 0,0005 | 50 |
| 0 | 0,10 | 0,10±0,01 | - |
| 1,0 | 0,10 | 0,05±0,005 | 50 |
| 2,0 | 0,10 | 0,05±0,005 | 50 |
| 5,0 | 0,10 | 0,02±0,005 | 50 |
| 0 | 1,00 | 1,0±0,05 | - |
| 1,0 | 1,00 | 0,10±0,01 | 90 |
| 2,0 | 1,00 | 0,05±0,005 | 95 |
| 5,0 | 1,00 | 0,01±0,001 | 99,0 |
| 0 | 10,0 | 10,0±0,50 | - |
| 1,0 | 10,0 | 0,10±0,01 | 99,0 |
| 2,0 | 10,0 | 0,05±0,0053 | 99,50 |
| 5,0 | 10,0 | 0,01±0,0003 | 99,90 |
Из результатов, приведенных в табл.1, видно, что сорбент С-КП может быть использован для очистки воздуха жилых помещений и рабочих зон промышленных предприятий. Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп токсикантов. Для этого использовали одновременное генерирование нескольких токсикантов. Результаты очистки воздуха от смеси различных токсикантов приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||
| Результаты сорбционной очистки атмосферного воздуха от ряда токсикантов, присутствующих вместе. | |||
| Время контакта, с | Концентрация вещества до очистки, мг/м3, воздух содержит смесь веществ, концентрация каждого из которых обозначена цифрами | Результаты очистки | |
| Найдено, mкон мг/м | S, % | ||
| 5,0 | SO2 - 20,0 | 2,0±0,10 | 90. |
| NO2 - 20,0 | 2,0±0,10 | 90,0 | |
| СО - 20,0 | 10±0,95 | 50,0 | |
| H2S - 10,0 | 0,01±0,001 | 99,99 | |
| NO - 20,0 | 0,1±0,001 | 99,5 | |
| НСОН-20,0 | 2,0±0,10 | 90,0 | |
| Среднее | 86,57 | ||
| 5,0 | SO2 - 100,0 | 4,0±0,20 | 96,0 |
| NO2 - 100,0 | 4,0±0,020 | 96,0 | |
| CO - 100,0 | 25±1,50 | 75,0 | |
| H2S - 50,0 | 0,5±0,05 | 99,5 | |
| NO - 100,0 | 0,01±0,001 | 99,98 | |
| НСОН-100,0 | 0,01±0,001 | 99,98 | |
| Среднее | 94,41 |
Как видно из табл.2, сорбционная очистка атмосферного воздуха с использованием сорбента С-КП обладает высокой эффективностью и может быть рекомендована повсеместно в тех случаях, когда только хемосорбционная очистка обладает заметным эффектом.
Опыты показывают, что дезактивируется не только СО, CO2, H2S, NO, NO2, фенол и формльдегид, но также уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы. В таблице 3 приведены результаты очистки воздуха от микроорганизмов. Воздух в помещениях охлаждался кондиционерами ВК - 2500, но в одном случае воздух очищался сорбентом С-КП, находящемся в пенале и расположенном вдоль потока выходящего воздуха. В каждом из помещений работало по шесть человек (работа каждой смены - 4 часа, режим работы - круглосуточный).
| Таблица 3 | |||
| Сравнительные характеристики обсеменности атмосферного воздуха естественной микрофлорой без использования (контроль) и с использованием сорбента С-КП. Число опытов - 6. | |||
| Объект исследования - воздух | Температура, °С | Относительная влажность, % | Число колоний естественной микрофлоры в чашке Петри. |
| Комната 1 (контроль) | 25±2 | 80,0±2,0 | 56,0±5,0 |
| Комната 2 (с использованием сорбента) | 25±2 | 80,0±2,0 | 7,0±1,0 |
Как видно из табл.3, обсеменность атмосферного воздуха в результате использования сорбента С-КП уменьшилась примерно в восемь раз по сравнению с контролем.
Таким образом, сорбционная очистка атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода и серы, сероводорода, формальдегида и бутилмеркаптана с использованием сорбента С-КП имеет высокую эффективность.
1. Сорбент С-КП для очистки атмосферного воздуха от оксидов азота, углерода, серы, формальдегида и бутилмеркаптана, полученный путем опушивания заиленной, гранулированной и высушенной глины пиролюзитом с последующим прокаливанием при 1150-1200°С.
2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что он отвечает следующему химическому составу, мас.%:
| оксид алюминия | 66,8-69,6 |
| диоксид кремния | 27,0-28,05 |
| оксид железа | 1,4-1,6 |
| хлорид натрия | 0,3-0,5 |
| карбонат кальция | 0,7-0,77 |
| пиролюзит | 0,83-1,0 |
