Химический поглотитель диоксида углерода



Химический поглотитель диоксида углерода
Химический поглотитель диоксида углерода

 


Владельцы патента RU 2591167:

Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") (RU)

Изобретение относится к адсорбентам для средств защиты органов дыхания. Химический поглотитель диоксида углерода содержит следующие компоненты (% масс.): гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов - 64÷72, поливиниловый спирт - 8,5÷13, пористая листовая подложка - 2,5÷5, вода - 10÷25. Изобретение обеспечивает повышение сорбционной емкости поглотителя. 1 ил., 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к составам поглотителей, применяемых в средствах защиты органов дыхания, и может быть использовано в производстве химического поглотителя диоксида углерода CO2.

Химические поглотители диоксида углерода, как правило, производят в виде гранул диаметром 1-5 мм, состоящих из гидроксидов кальция, калия, натрия, лития, а также воды. Химический поглотитель известковый ХП-И изготовляется по ГОСТ 6755-88 и содержит не менее 96% гидроксида кальция и 4% гидроксида натрия (в пересчете на сухое вещество). Основным недостатком гранулированных поглотителей является низкая сорбционная емкость, связанная с недостаточно развитой активной поверхностью гранул, в результате чего хемосорбенты поглощают СО2 в 2,2-3,1 раза меньше, чем возможно по стехиометрии (90-110 дм3/кг вместо 250-280 дм3/кг).

Известны технические решения, направленные на увеличение сорбционной емкости гранулированных поглотителей. Так, в состав гранулированного химического поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида кальция по авторскому свидетельству SU 1840416, МПК B01J 20/04, 2007 г. дополнительно вводят хлорид кальция в количестве 5-10% масс. в качестве добавки, повышающей сорбционную емкость и прочность гранул на раздавливание.

Хлорид кальция играет роль влагоудерживающей добавки, образуя кристаллогидраты в составе химического поглотителя, что способствует повышению сорбционной емкости за счет того, что реакция хемосорбции CO2 интенсифицируется в присутствии влаги в количестве, достаточном для перевода в раствор и транспорта ионов C O 3 к поверхности молекулы гидроксида кальция.

Несмотря на повышение сорбционной емкости гранулированный химический поглотитель имеет недостаток, связанный с неудобством переснаряжения аппаратов для поглощения CO2. Загрузка гранул в аппарат занимает много времени, гранулы необходимо просеивать и виброуплотнять перед использованием, что может привести к пылению материала. В гранулированном слое воздух ищет пути наименьшего сопротивления через слой. При этом схема движения потока воздуха может быть случайной. В зависимости от характера загрузки значительно варьируется время работы аппаратов.

Этих недостатков лишены химические поглотители в форме листовых материалов. Листовые материалы спирально сворачивают и используют в виде картриджей. Каналы для прохождения воздуха создаются либо формованными ребрами в материале, либо материалом - спейсером, размещаемым между слоями химического поглотителя при формировании картриджей. Каналы создают регулируемый однородный поток воздуха, что приводит к более равномерной отработке и более полному использованию химического поглотителя. Также преимуществами картриджей из листовых поглотителей по сравнению со слоем гранул являются: отсутствие пыли при размещении в аппарате, хорошая ударо- и виброустойчивость, эргономичность использования, устраняется вариабельность времени защитного действия.

В качестве добавок, обеспечивающих формуемость листового материала, используют полимерное связующее.

Так, при получении листового поглотителя по патенту US 5165399, МПК B01D 53/62, 1992 г., в качестве связующей добавки используют волокнистый материал. Волокнистый материал представляет собой полимерные волокна, такие как полиолефины, сложные полиэфиры, полиамиды с длиной волокна 2,5-76 мм. Содержание волокнистого материала в химическом поглотителе составляет от 0,1 до 70%.

Однако скрепления частиц гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов в листовом материале не происходит ввиду разобщенности волокон. Вследствие этого химический поглотитель имеет нестабильную структуру, отсутствует сплошность материала, в результате чего при размещении листового материала в картридже возникают замины, пустоты, при этом поток воздуха, проходящий через картридж, является неоднородным и нерегулярным, что приводит к неоднородности отработки химического поглотителя и невозможности достижения высокой сорбционной емкости.

Известен химический поглотитель диоксида углерода в форме листового материала на основе гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащий в качестве связующей добавки полиэтилен в количестве 1,5-4% масс., 13-19% масс. воды, остальное - гидроксид кальция (патент US 5964221, МПК B01D 053/14, 1999 г.). Полиэтилен вводится в химический поглотитель в виде расплава и при дальнейшем затвердевании связывает частицы поглощающего компонента, образуя прочную монолитную структуру. Материал формуется в виде листа с ребрами на поверхности. При формировании картриджа из листового материала ребра создают каналы, которые позволяют регулировать поток воздуха, поступающий в аппарат на очистку. Однако полиэтилен, будучи гидрофобным материалом с невысокой газопроницаемостью, блокирует доступ газа к поглощающим частицам и не удерживает влагу в структуре химического поглотителя, необходимую для успешного протекания процесса хемосорбции, в результате чего уменьшаются сорбционная емкость и степень отработки.

Целью изобретения является увеличение сорбционной емкости химического поглотителя.

Цель достигается тем, что химический поглотитель диоксида углерода, состоящий из гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов, воды и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего содержит поливиниловый спирт и пористую листовую подложку при следующем соотношении компонентов (% масс):

- гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов - 64÷72;

- поливиниловый спирт - 8,5÷13;

- пористая листовая подложка - 2,5÷5;

- вода - 10÷25.

Гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов являются активными частицами, поглощающими CO2.

Поливиниловый спирт, будучи гибким, прочным и эластичным связующим, играет роль структурирующей и упрочняющей добавки, создавая сплошный слой макромолекул в виде полимерной сетки, удерживающей активные частицы, что препятствует их уносу потоком газа. Гидрофильность поливинилового спирта позволяет поддерживать заданное влагосодержание химического поглотителя во время получения и в процессе отработки (поглощения CO2), тем самым увеличивая его сорбционную емкость. Поддержание влагосодержания хемосорбента на уровне 10-25% в процессе очистки воздуха от диоксида углерода необходимо, так как процесс хемосорбции CO2 протекает только в водной среде.

Вода, входящая в состав химического поглотителя, дополнительно действует на полимер как пластификатор и участвует в процессе хемосорбции CO2.

Пористая листовая подложка является формообразующим компонентом, способствует закреплению и удержанию компонентов в составе химического поглотителя.

Химический поглотитель готовят следующим образом. Поливиниловый спирт смешивают с водой и готовят полимерный водный раствор. Приготовленный полимерный водный раствор смешивают с порошком гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов. Полученную суспензию наносят на пористую листовую подложку, после чего осуществляют дегидратацию, а затем обрабатывают водой и/или растворами щелочных металлов.

Уменьшение количества гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов в химическом поглотителе приводит к снижению сорбционной емкости и увеличению массогабаритных характеристик изделий, в которых планируется применение данного материала.

Уменьшение количества поливинилового спирта приводит к разобщенности макромолекул полимера в составе химического поглотителя, в результате чего активные частицы не удерживаются в структуре материала. Увеличение количества поливинилового спирта приводит к блокировке поверхности активных частиц и уменьшению сорбционной емкости материала.

Уменьшение количества влаги приводит к преждевременному высыханию и прекращению процесса хемосорбции, так как данный процесс осуществляется только в водной среде.

Пример 1

Поливиниловый спирт ГОСТ 10779-78 марки ПВС - 16/1 массой 13,3 г смешивали с дистиллированной водой объемом 195 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли предварительно дегидратированный порошок гидроксида лития ГОСТ 8595-83 массой 81,5 г. Полученную суспензию наносили на участок полипропиленового нетканого материала спанбонд ТУ 8390-002-71242729-2005 с поверхностной плотностью 15 г/м2 размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали дистиллированной водой объемом 15,6 см.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид лития - 72;

- поливиниловый спирт - 11,5;

- вода - 14;

- пористая листовая подложка - 2,5.

Пример 2

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 11,4 г смешивали с дистиллированной водой объемом 164 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли сухую смесь порошков гидроксида кальция ТУ У 14291840.005-99 массой 44,7 г и предварительно дегидратированного гидроксида лития массой 8,8 г. Полученную суспензию наносили на участок спанбонда размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 19%-ным водным раствором гидроксида калия ГОСТ 24363-80 объемом 17,5 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция, лития и калия составляло 65,5% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 51;

- гидроксид лития - 10;

- гидроксид калия - 4,5;

- поливиниловый спирт - 13;

- пористая листовая подложка - 2,5.

- вода - 19.

Пример 3

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 13,1 г смешивали с дистиллированной водой объемом 180 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция массой 71,8 г. Полученную суспензию наносили на участок нетканого полотна «Airlaid» ТУ 8390-001-13429727-2011 из целлюлозных и синтетических волокон поверхностной плотностью 45 г/м2 размерами 700×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 16,5%-ным водным раствором гидроксида натрия ГОСТ 4328-77 объемом 23,8 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция и натрия составляло 64% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 60;

- гидроксид натрия - 4;

- поливиниловый спирт - 11;

- пористая листовая подложка - 5;

- вода - 20.

Пример 4

Поливиниловый спирт 16/1 в виде порошка массой 9,8 г смешивали с дистиллированной водой объемом 137 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция Са(ОН)2 массой 70,2 г. Полученную суспензию наносили на участок спанбонда размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 7,6%-ным водным раствором гидроксида калия объемом 29,3 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция и калия составляло 64% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 62;

- гидроксид калия - 2;

- поливиниловый спирт - 8,5;

- пористая листовая подложка - 2,5;

- вода - 25.

Пример 5

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 15,1 г смешивали с дистиллированной водой объемом 176 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция массой 83,7 г. Полученную суспензию наносили на участок нетканого полотна «Airlaid» размерами 700×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали дистиллированной водой объемом 11,6 см3.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 72;

- поливиниловый спирт - 13;

- вода - 10;

- пористая листовая подложка - 5.

Сорбционную емкость химических поглотителей исследовали в проточном реакторе, куда подавали поток газовоздушной смеси (ГВС) с повышенной концентрацией CO2 при следующих условиях:

- объемный расход ГВС - (7,0±0,3) дм3/мин;

- содержание CO2 в ГВС - (4±0,1)% об.;

- температура ГВС - (23±1)°C;

- влажность ГВС - (85±5)%.

Находили время защитного действия до достижения объемной доли CO2 на выходе из проточного реактора 1%.

Для проведения сравнительных исследований был изготовлен образец химического поглотителя диоксида углерода по патенту US 5964221. Для сравнения исследовали также гранулированный химический поглотитель ХП-И ГОСТ 6755-88.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Как видно по данным таблицы 1, предлагаемый химический поглотитель имеет более высокую сорбционную емкость, степень отработки и время защитного действия, чем известные.

Исследовали структуру химического поглотителя, изготовленного по примеру 2, с помощью сканирующего электронного микроскопа Neon 40 (фирма Carl Zeiss, Германия). Микрофотография химического поглотителя представлена на рисунке.

Как видно по микрофотографии, поверхность образца газопроницаемая, присутствуют макропоры для транспорта газа размером 2-7 мкм, что способствует увеличению сорбционной емкости. Активные частицы закреплены в полимерном каркасе, за счет чего химический поглотитель не пылит и не разрушается.

Химический поглотитель диоксида углерода, содержащий гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов, воду и полимерное связующее, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего он содержит поливиниловый спирт и пористую листовую подложку при следующем соотношении компонентов (% масс.):

гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов 64÷72
поливиниловый спирт 8,5÷13
пористая листовая подложка 2,5÷5
вода 10÷25



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полимерной системе, обладающей селективностью адсорбции по размерам и, в частности, к полимерным системам, имеющим множество пор, в том числе транспортные поры, и отрицательный ионный заряд на их поверхности.

Изобретение относится к области очистки окружающей среды, в частности к изготовлению сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов. Способ включает пропитку холста из базальтовых волокон гидрофобизирующей жидкостью и последующую сушку.

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Общая формула заявленного сорбента соответствует формуле (1).

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам и может быть использовано при очистке хозяйственно-питьевых и промышленных сточных вод предприятий различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к области химической технологии. Химически активный фильтрующий элемент, содержащий химически активный материал в виде порошка или гранул, распределенный по каркасу из пористого инертного металлического носителя, размещенного в пористой оболочке.

Настоящее изобретение относится к материалу для разделения, содержащему осажденный диоксид кремния, высушенный во вращающейся или распылительной сушилке. Диоксид кремния имеет площадь P поверхности пор, при которой log10 P>2,2, и отношение площади поверхности по BET к площади поверхности по СТАВ, измеренное до какого-либо модифицирования поверхности диоксида кремния, составляющее по меньшей мере 1,0.

Изобретение относится к синтезу сорбентов с химически закрепленными функциональными группами. Сорбент содержит 3-глицидилоксипропил-силикагель, который обработан тиосемикарбазидом при катализе хлорной кислотой в среде кипящего метанола в течение 8 часов.

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Сорбент общей формулы (1) содержит химически привитую с помощью спейсера четвертичную аммониевую функциональную группу, содержащую по крайней мере один 2-гидроксипропильный радикал. При этом R1 - (СН2)n, где n=2-8, R2 выбран из ряда: Н, ОН, Hal (галоген), Alkyl (алкильный радикал). В качестве исходного материала при получении берут аминированную матрицу, выбранную из ряда аминированных: полимера на основе дивинилбензола, в котором дивинилбензол является сшивающим агентом, полиметакрилата, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или оксида алюминия.

Изобретение относится к производству адсорбентов для сигаретных фильтров. Предложен способ получения частицы несущего ароматизатор адсорбента.

Изобретение относится к никелевому комплексу 5,10,15,20-тетракис [3′,5′-ди-(2″-метилбутилокси)фенил]-порфина формулы: Изобретение позволяет получить никелевый комплекс, проявляющий свойство стационарной фазы для газовой хроматографии.

Изобретение относится к получению сорбента, применяемого для тонкой очистки технологических и отходящих газов. Способ получения включает смешение в ультразвуковом устройстве гидроксида алюминия, негашеной извести и основного карбоната цинка в молярном соотношении Al2O3:CaO:ZnO=1:(0,5÷2):(0,5÷2), пластификацию смеси водой, формование гранул и сушку при температуре 110÷120°С.

Изобретение относится к способам получения хемосорбционных элементов. Готовят исходную композицию путём смешивания порошкообразных гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов с органическим полимером и растворителем.

Изобретение относится к способам получения адсорбента диоксида углерода, предназначенного для использования в средствах защиты органов дыхания. Способ включает образование дисперсии оксидов щелочноземельных и/или гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и нанесение дисперсии на листовую основу.

Изобретение относится к водоочистке. Предложен способ очистки воды и/или осушения ила и/или осадков, который включает обеспечение очищаемого объекта, содержащего примеси; и обеспечение поверхностно-обработанного карбоната кальция, в котором, по меньшей мере, 1% доступной площади его поверхности содержит покрытие, содержащее, по меньшей мере, один катионный полимер.

Изобретение относится к сорбентам для очистки вод от ионов аммония и фосфатов. Сорбент содержит осадки, полученные в процессе реагентной обработки природных вод алюминиевыми коагулянтами, 20-40 мас.% и глину монтмориллонитовую 60-80 мас.%.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки и обезвреживания нефтезагрязненных отходов. Предложен сорбент, содержащий негашеную известь в количестве 81,1-83,3%, диатомит в количестве 7,4-12,5% и гидрофобизатор.

Изобретение относится к переработке отходов борсодержащего минерального сырья и может быть использовано для производства высокоэффективных сорбентов. Способ включает обработку отходов борного производства (борогипса), содержащих дигидрат сульфата кальция и аморфный кремнезем.

Изобретение относится к оборудованию для получения адсорбента диоксида углерода. Устройство для изготовления адсорбента диоксида углерода включает узел дозированной подачи исходного продукта, узел подачи подложки, узел пропитки, узел перемещения и узел сушки.

Изобретение относится к получению сорбента для средств защиты органов дыхания. Способ изготовления сорбента включает смешение порошкообразного гидроксида или оксида кальция с водой при массовом соотношении Са2+/H2O, равном (0,7÷0,3)/1.
Изобретение относится к способам получения сорбента. Производят смешивание осадочной породы - диатомита, органического компонента - влагонасыщенного отработанного активного ила и портландцемента.
Наверх