Фильтрующий материал для очистки жидкостей

 

О Il И С А Н И Е „„ц41651

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.07.79 (21) 2801951/23-26 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ” (23) П р нор итетвЂ

В OI Р 39/18

Гссударствеклый кснлтет

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 30.06.81 (53) УДК 66.067. .322 (088.8) ао делан лзобретений к сткрнтий

С. В. Ламзин, Г. Н. Марченко, А. С. Ермошкин, Б. А. Виноградов, Э. Н. Шелгинский, С. Ф. Дударев, А. Н. Климовицкий, Н. С. Снегирева, Е. С. Яворская, А. М. Гусынина, А. А. Ершова и С. И. Леонова (72) Авторы изобретения (7 l ) Заявитель (54) ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к фильтрующим материалам на основе целлюлозы и может быть использовано для очистки жидкостей в микробиологической, медицинской и пищевой промышленностях.

Известны фильтрующие целлюлозные материалы, характеризующиеся значительной толщиной целлюлозных волокон (d =

= 10 — 60 мкм), лимитирующей размеры межструктурных пространств (пор) . Для получения материалов с меньшими размерами пор и с повышенной сорбционной способностью в целлюлозные материалы добавляют в качестве наполнителей волокнистые минеральные материалы с меньшим диаметром волокон, такие как асбест (d =

= 0,08 — 10 мкм), стекловолокно (d = 0,1— — 5 мкм) (1). Известные асбестоцеллюлозные волокнистые фильтрующие материалы обладают высокими фильтрационными характеристиками и широко используются в производстве напитков и лекарств для осветляющего, тонкого и стерилизующего фильтрования.

Однако, поскольку волокна асбеста в фильтрую щем материале практически не закреплены, происходит миграция микроволокон асбеста из фильтра при эксплуатации и попадание их в фильтрат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является фильтрующий материал, состоящий из волокнистой массы, содержащей в качестве основы немерсеризованную целлюлозу (60 — 67 "/о) мерсеризованную целлюлозу (наполнитель) (33 — 40%) и меламиновую смолу (связующее) 4 — 5% от веса всей целлюлозы (2). Этот материал О изготавливают путем измельчения исходных волокон целлюлозы, разбавления водой, перемешивания со связующим, отлива в полотно на картонной машине столового типа, прессования и сушки. Меламиновую смолу вводят для закрепления волокон наполнителя (мерсеризова иной целлюлозы) .

Но так как состав волокнистой массы в известном материале не обеспечивает необходимой степени очистки при фильтрации, для увеличения фильтрующей и адсорбционной способности на поверхность полученного пористого картона наносится минеральный порошок (кремнегель, диатомит и др).

Однако такой фильтрующий материал не является биологически инертным; так как

841651 частицы минерального порошка не закреплены на поверхности картона и при попадании их в фильтрат служат источником загрязнения. Кроме того, вымывание связующего (меламиновой смолы) из самого картона может вызвать дополнительное загрязнение фильтрата.

Цель изобретения — уменьшение миграции частиц материала в фильтрат и придание последнему биологической инертности при сохранении фильтрационных характеристик материала.

Поставленная цель достигается фильтрующим материалом, содержащим волокна целлюлозы, и в качестве наполнителя и связующего волокна нитрата целлюлозы при соотношении длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе 1: 7 — 1: 13, при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Волокна целлюлозы 40 — 60

Волокна нитрата ц,еллюлозы 40 — 6

Отличительным признаком фильтр). щего материала является то, что в качестве наполнителя и связующего он со. ержит волокна нитрата целлюлозы при соотношении длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе 1: 7 — 1: 13 при следующем соотношении компонентов, вес. "/О.

Волокна целлюлозы 40 — 60

Волокна нитрата целлюлозы 40 — 60

Взятые соотношения исходных компонентов в фильтрующем материале обусловлены тем, что, выходя за пределы этих соотношений, приводит в случае увеличения количества мелкодисперсной фазы — волокон нитрата целлюлозы (более 60 вес. /0) к возрастанию числа частиц, мигрирующих из материала фильтра при его эксплуатации, а в случае уменьшения количества мелкодисперсной фазы — волокон нитрата целлюлозы (менее 40 вес. /0) к ухудшению очищающей способности фильтрующего материала.

Отношение длины волокон нитрата целлюлозы к длине волокон целлюлозы выдерживают в интервале от 1: 7 до 1: 13. В случае уплотнения материала за счет уменьшения отношения длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе (менее 1: 13) происходит снижение фильтрационных характеристик — удельной объемной скорости фильтрования (менее 30 мл/мин см ), а в случае увеличения отношения длин волокон (более 1: 7) наблюдается снижение прочностных характеристик материала (предел прочности при растяжении менее 4,5 кг/см ).

Изменение отношения длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе позволяет также регулировать фильтрационные харакристики материала. При варьировании этого отношения от 1: 13 до 1: 7 можно регулировать удельную объемную скорость фильт15

2О

4 рования по дистиллированной воде в пределах от 30 до 96 мл/мин см .

Предлагаемый фильтрующий материал получают путем размалывания волокон целлюлозы и нитрата целлюлозы, разбавления водой полученной массы, ее перемешивания, переработки в полотно, прессования и сушки.

При этом в случае необходимости для обеспечения адгезионного контакта между волокнами целлюлозной матрицы и волокнами наполнителя (нитрата целлюлозы), сформованное обычным способом полотно подвергают последующей обработке смесью растворителя нитрата целлюлозы с осадителем (нера створителе м) .

Оптимальным вариантом является обработка полотна смесью ацетона с водой при соотношении об. /,:

Ацетон 5 — 15

Вода 85 — 95

Такая обработка материала позволяет дополнительно уменьшить миграцию частиц материала в фильтрат, вплоть до полного исключения миграции частиц материала фильтра при его эксплуатации.

Пример 1. Целлюлозу (60 вес. "/,) и измельченную хлопковую нитроцеллюлозу (40 вес. /o) загружают в ролл с концентрацией в воде 6 % и измельчают до 45

Шоппер-Риглера, получая таким образом отношение длин волокон нитрата целлюлозы

40

45 нитроцеллюлозы 60 вес. /,), степени помола (35 Шоппер-Риглера), получая таким обк целлюлозе 1: 13. Затем полученную массу разбавляют водой в ажитаторе до концентзп рации 1,2 /о и перемешивают. Полученную массу очищают от узелков и посторонних включений, а затем подают на сеточную часть картоноделательной машины, где про,изводится отлив в полотно. После этого полотно прессуют во влажном состоянии при давлении 3,0 атм и сушат при 80 С.

Полученный таким образом фильтрирующий материал имеет следующие характеристики.

Объемный вес материала, г/CM 3 0,8

Удельная объемная скорость фильтрования, мл/мин.см, при P = 0;7 атм 30

Предел прочности при растяжении во влажном состоянии, кг/см 6,1

Число частиц, мигрирующих из материала фильтра площадью 1 см при пропускании через него 100 мл дистиллированной воды под давлением 0,7 атм 0,3 ° /g

Число частиц, мигрирующих из фильтровального материала, определяется методом статистической обработки микрофотографий контрольных мембранных фильтров, на поверхности кото1зых улавливают эти частицы.

Пример 2. Технология, описанная в

55 примере 1, с изменением соотношения исходных компонентов (целлюлозы 40 вес. /0, 841651

Таблица 1

60 вес.Ж

40 вес.Ж

50 вес.7. целлюлозы (Ц), 40 вес.Е целлюлозы (Ц), 60 вес.7 целлюлозы (Ц), 50 вес.Ж нитрата целлюло— зы (НЦ) с отно нитрата нитрата целлюлозы (НЦ) с отноше— целлюло— зы (НЦ) с отно шением длин во шением нием длин волокон

НЦ:Ц=1:10 длин в о локон

НЦ: Ц=

=I:7 локон

НЦ: Ц=

=1:13

0,4

0,8

0,55

96

6,1

4,5

5,2

0,7 ° 10

0,3 10 ).10 разом отношение длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе 1: 7, а также с изменением концентрации массы, загружаемой в ролл (50/0) и концентрации полученной массы в ажитаторе (0,80/0). Материал отливают, далее прессуют при давлении 0,5 атм и сушат при 80 С. Из полученного картона изготовлены образцы фильтров со следующими характеристиками.

Объемный вес материала, г/см 3 0,4

Удельная объемная скорость фильтрования, мл/мин см, при P = 0,7 атм 96

Предел прочности при растяжении во влажном состоянии, кг/см 4,5

Число частиц, мигрирующих из материала фильтра площадью I см при пропускании через него 100 мл дистиллированной воды под давлением 0,7 атм 1 10

Пример 8. Смесь целлюлозы (50 вес. /0) и измельченной хлопковой нитроцеллюлозы (50 вес. О/0) загружают в ролл с концентрацией в воде 5,5"/О и измельчают до 40

Шоппер-Риглера, получая отношение длин

Характеристики фильтрующего материала

Объемный вес, г/см

Удельная объемная ско— рость фильтрования по дистиллированной воде при давлении 0,7 атм, мл/

/мин см

Предел прочности при растяжении во влажном состоянии, кг/сма

Число частиц, мигрирующих из материала фильтра площадью 1 сьР при пропуска— нии через него 100 мл дистиллированной воды при давлении 0,7 атм волокон нитрата целлюлозы и к целлюлозе

1: 10, далее разбавляют в ажитаторе до концентрации 1,00/о и перемешивают. Полученную массу очищают от посторонних включений и отливают на картоноделательной машине. Затем материал прессуют при давлении 1,5 атм и сушат при 80 С. Полученный фильтрующий материал имеет следующие характеристики.

Объемный вес материала, /см 3 0,55

Удельная объемная скорость фильтрования, мл/мин.см при P = 0,7атм 60

Предел прочности при растяжении во влажном состоя15 нии, кг/см 2 5,2

Число частиц, мигрирующих из материала фильтра площадью 1 см2, при пропускании через него 100 мл дистиллированной воды под давлением 0,7 атм 0,7 .10

Характеристики предложенного фильтрующего материала, в зависимости от состава и отношения длин волокон нитрата целлюлозы (НЦ) к целлюлозе (Ц), приведены в табл. I.

Состав фильтрующего материала

841651

Число частиц, мигрирующих из фильтрующего материала

Соотношение растворитель-бутилацетат, осадитель-бутанол растворительацетон, осади— растворителя к осадителю, об.X растворитель ацетон, осади— тель-вода тель-вода

1 ° 10

1 10

1 10

0:100

1 10

1 10

2:98

1 10

1 .103 полное растворение наполнителя

0,5 ° 10

0,5 ° 10

10:90

15:85

20:80

То же

1 10 полное раство- 2 10 рение наполнителя

То же и

Формула изобретения

Как следует из табл. 1, в фильтрат попадает от 0,3 10 до 1 ° 10 частиц из фильтра, состоящего из целлюлозы и нитрата целлюлозы, при этом эти частицы представляют собой биологически инертное вещество — нитрат целлюлозы.

Ъ

Пример 4. Фильтрующий материал, полученный по примеру 2, после прессования подвергают последующей обработке смесями растворителя нитрата целлюлозы с осадителем (нерастворителем) .

Как следует из представленных данных, наиболее оптимальной является обработка полотна смесью ацетона с водой, при их отношении (o6. %) равном 15: 85.

При сравнении предлагаемого фильтрующего материала с известным, из материала которого при тех же условиях мигрирует

3 10 частиц, следует, что дистиллированная вода после прохождения через фильтр на основе целлюлозы и нитрата целлюлозы, имеет в три раза меньше частиц загрязнений.

Кроме того, предлагаемый фильтрующий материал по таким параметрам как предел прочности при растяжении во влажном состоянии (4,5 — 6,1 кг/см ) и удельной объемной скорости фильтрования по дистиллированной воде при P = 0,7 атм (30—

96 мл/мин-см ), находится на уровне лучших мировых образцов волокнистых фильтров типа Sm 13400, у которых аналогичные параметры имеют следу1ощие значения: предел прочности при растяжении во влажном состоянии — 5,5 кг/см и удельная объемная скорость фильтрования по дистиллированной воде при Р = 0,7 атм — 105 мл/мин см .

ВНИИПИ Заказ 492б

Филиал ППП <Патент», г.

Обработку проводят путем погружения и выдерживания .полотна в течение 10 с в ванне, содержащей смесь растворителя нитрата целлюлозы с осадителем. Далее осуществляют сушку полотна.

Смесями растворителя нитрата целлюлозы с осадителем являются ацетон-вода, этанол-вода, бутилацетат-бутанол и т. п.

В табл. 2 представлена зависимость числа частиц, мигрирующих из фильтрующего материала, полученного по примеру 4, от соотношения растворителя и осадителя.

Таблица 2

Фильтрующий материал для очистки жидкостей, включающий волокна целлюлозы наполнитель и связующее, отличающийся тем, что, с целью уменьшения миграции

40 частиц материала и приданию последнему биологической инертности при сохранении фильтрационных характеристик, материал в качестве наполнителя и связующего содержит волокна нитрата целлюлозы при отно4 шении длин волокон нитрата целлюлозы к целлюлозе 1: 7 — 1: 13, при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Волокна целлюлозы 40 — 60

Волокна нитрата целлюлозы 40 — 60

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 517313, кл. В 01 D 39/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 192008, кл. D 21 F 11/00, 1967 (прототип).

Тираж 70б Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4