Поглотитель двуокиси углерода
Изобретение относится к составам твердых сорбентов и может быть использовано при разработке регенерируемого поглотителя двуокиси углерода для систем удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра и других обитаемых замкнутых объектов. Предложенный поглотитель включает окись серебра, карбонат цезия и силикат натрия при соотношении компонентов: 65,3-80,3, 10,4-24,7 и 9,4-10,0 соответственно. Изобретение обеспечивает повышение динамической активности сорбента по СО2 на единицу объема увеличения скорости поглощения. Кроме того, наблюдается меньшая зависимость динамической активности и скорости поглощения двуокиси углерода от влажности очищаемого воздуха. 1 табл., 1 ил. 
Изобретение относится к составам твердых сорбентов и может быть использовано при разработке регенерируемого поглотителя двуокиси углерода для систем удаления двуокиси углерода из объема космического скафандра и других обитаемых замкнутых объектов.
Известен состав регенерируемого поглотителя двуокиси углерода на основе окиси серебра (пат. США №3232028, кл. 55-68, приоритет 02.07.62), предназначенного для использования в космическом скафандре. Поглотитель содержит окись серебра и осажденную окись алюминия в пропорции от 80:20 до 20:80 и имеет динамическую активность по CO2 10% (по весу). Температура регенерации поглотителя составляет 150-220°С, при этом регенерация при температуре 150°С осуществляется в вакууме.
(Мусакин Г.Н. Отчет ЛТИ им. Ленсовета, г. Ленинград, 1974).
Известен состав регенерируемого поглотителя СО2 на основе окиси серебра, разработанный фирмой США McDonnell Douglas Astronautic Co. для системы жизнеобеспечения космического корабля (I.V.Colombo. Исследование регенерируемых сорбентов СО2 для работы в открытом космосе. Отчет фирмы McDonnel Douglas Astronautic Co., NASA, июль 1973, I.V.Colombo. Исследование регенерируемых сорбентов для работы в открытом космосе. AUAA Paper, №73-1339, 1973), который достаточно стабилен в цикловой работе и имеет высокую динамическую активность по СО2. Этот состав содержит, мас.%:
окись серебра 80,3 гидроокись калия 10,4 силикат натрия 9,3
Емкость поглотителя до проскока 80% СО 2 составляет 60-80 л/кг и практически не изменяется в течение 28 циклов сорбции-регенерации, Температура регенерации поглотителя составляет 174-250°С.
Этот состав является наиболее близким к предлагаемому и выбран авторами за прототип.
При эксплуатации поглотителя в составе системы жизнеобеспечения скафандра при следующих реальных условиях: концентрация СО 2 - 2%, влажность воздуха - 40%, температура - 30°С, емкость поглотителя составляет 6-7% (30-35 л/кг или 45-52 л/л). В условиях ограниченного объема скафандра для технической оценки поглотителя обычно используют количество поглощенной CO2 на 1 л поглотителя (л/л).
Таким образом, исходя из емкости поглотителя, объем поглотительного патрона для работы в космосе в течение 6 часов при выделении человеком 40 л СО2 в час должен составлять 5 литров, что не удовлетворяет основному требованию, предъявляемому к поглотительному патрону ввиду ограниченного объема скафандра.
В то же время при работе человека в космосе выделение СО2 не является равномерным, а носит прерывистый характер "работа-отдых", при этом наблюдаются колебания по выделению СО2 от 20 до 80 л/час. Поэтому поглотитель должен иметь достаточную скорость поглощения СО2, в противном случае необходимо увеличивать объем поглотителя в патроне в 1,5-2 раза. Известный же поглотитель имеет невысокую скорость поглощения по CO2 - 15 л/л·час.
Целью изобретения является повышение динамической активности поглотителя по CO2 и увеличение скорости ее поглощения.
Эта цель достигается тем, что поглотитель на основе окиси серебра, содержащий силикат натрия, дополнительно содержит карбонат цезия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
окись серебра 65-82 карбонат цезия 10-25 силикат натрия 8-10
Такой состав позволяет повысить динамическую активность поглотителя в 1,7-2,0 раза. Это, вероятно, обусловлено тем, что облегчается протекание твердофазной реакции между образующимся при взаимодействии карбоната цезия с CO2 и H2 O бикарбонатом цезия и окисью серебра.
Авторами не выявлены технические решения по составам и способам получения поглотителя СО2, содержащие аналогичные признаки.
Состав готовят следующим образом. Получают карбонат серебра осаждением из раствора нитрата серебра карбонатом калия в стехиометрических количествах. Полученный осадок промывают водой до нейтральной реакции на ион NO- 3, сушат при температуре 80-100°С. Полученный порошок карбоната серебра прокаливают при температуре 250°С, при этом образуется порошок окиси серебра.
К порошку окиси серебра добавляют требуемое количество карбоната цезия, перемешивают и добавляют расчетное количество раствора силиката натрия. Полученную пасту перемешивают и формуют путем продавливания через фильеру диаметром 3,5 мм. Формованный продукт сушат при температуре 80°С, затем дробят. Регенерацию поглотителя осуществляют при температуре 250°С в течение 2 часов.
Пример 1. 20 г окиси серебра смешивают с 2,57 г карбоната цезия и добавляют 5,5 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 80,3 карбонат цезия 10,3 силикат натрия 9,4
Пример 2. 20 г окиси серебра смешивают с 3,7 г карбоната цезия и добавляют 6 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 76,3 карбонат цезия 14,1 силикат натрия 9,5
Пример 3. 20 г окиси серебра смешивают с 6,04 г карбоната цезия и добавляют 6,9 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 69,1 карбонат цезия 20,9 силикат натрия 10,0
Пример 4. 20 г окиси серебра смешивают с 6,37 г карбоната цезия и добавляют 5,15 г 56,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 68,3 карбонат цезия 21,7 силикат натрия 10,0
Пример 5. 20 г окиси серебра смешивают с 7,56 г карбоната цезия и добавляют 7,24 г 42,2%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 65,3 карбонат цезия 24,7 силикат натрия 10,0
Пример 6. 12,8 г окиси серебра смешивают с 0,83 г карбоната цезия и добавляют 3,62 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 84,5 карбонат цезия 5,5 силикат натрия 10,0
Пример 7. 20 г окиси серебра смешивают с 15,38 г карбоната цезия и добавляют 7,34 г 41,7%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 52,0 карбонат цезия 40,0 силикат натрия 8,0
Пример 8. 16 г окиси серебра смешивают с 16 г карбоната цезия и добавляют 8,2 г 43,2%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 45,0 карбонат цезия 45,0 силикат натрия 10,0
Пример 9. 20 г окиси серебра смешивают с 22,73 г карбоната цезия и добавляют 10,95 г 43,2%-ного раствора силиката натрия.
Состав содержит, мас.%:
окись серебра 42,1 карбонат цезия 47,9 силикат натрия 10,0
Динамические испытания образцов поглотителя в динамической трубке проводились при следующих условиях:
объем сорбента 15-20 см 3температура газовоздушной смеси 29,5±1°С расход газовоздушной смеси 1,0±0,1 л/минвлажность газовоздушной смеси 43-95%концентрация двуокиси углерода на входе 1,80-2,0%
Сорбцию заканчивали при достижении концентрации двуокиси углерода за слоем сорбента 80% от входной концентрации. Регенерацию сорбента осуществляли при температуре 250°С.
Результаты испытаний поглотителя представлены в таблице.
Таблица Состав поглотителяСодержание карбоната цезия, %Динамическая активность, л/л Скорость поглощения двуокиси углерода, л/л·час Прочность гранул, кг/гранула 123 45По примеру 110,490,07 36,01,86По примеру 214,388,80 29,11,46 По примеру 320,9 70,1424,71,80 По примеру 421,7 78,4033,6 2,40По примеру 5 24,785,0024,9 3,16По примеру 66,011,12 19,102,60По примеру 740,088,70 19,201,02 По примеру 845,0 76,1016,911,03 По примеру 917,0 88,4020,10 1,08Известный 50-5520,5 1,8
На графике представлена зависимость концентрации двуокиси углерода за слоем сорбента от времени работы.
Как видно из представленных данных, предлагаемый состав в условиях реальной эксплуатации в СЖО скафандра имеет более высокую динамическую активность на единицу объема и более высокое значение скорости поглощения. При этом концентрация СО2 за слоем сорбента сохраняется на нулевом уровне большее время, чем у образца прототипа, что свидетельствует о более высокой скорости поглощения поглотителем предлагаемого состава. Высокая скорость поглощения СО2 поглотителем позволяет снизить проскоковые концентрации за слоем в процессе работы даже при интенсивной работе космонавта, когда имеет место высокая скорость выделения СО2. В результате обеспечивается эффективное удаление CO2 из выдыхаемого воздуха при возрастании нагрузок, тем самым увеличивается время защитного действия поглотительного патрона и улучшается комфортность дыхания.
В условиях работы скафандра важным является обеспечение работоспособности поглотителя при пониженной влажности воздуха. Для поглотителя предлагаемой рецептуры наблюдается меньшая зависимость динамической активности и скорости поглощения CO2 от влажности очищаемого воздуха, т.е. снижение влажности не приводит к ухудшению процесса поглощения СО2, как это имеет место для поглотителя фирмы McDonnell Douglas Astronautic Co.
Формула изобретения
Поглотитель двуокиси углерода для удаления ее из объема космического скафандра, включающий окись серебра и силикат натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической активности и скорости поглощения, поглотитель дополнительно содержит карбонат цезия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись серебра 65,3-80,3 Карбонат цезия 10,4-24,7 Силикат натрия 9,4-10
РИСУНКИ
