Способ изготовления фильтровального элемента для ионообменной очистки

 

Сущность изобретения: способ изготовления фильтровального элемента для ионообменной очистки включает аэродинамическое выпрядение полимерных микроволокон из расплава полимера, укладку их в формируемые на вращающемся пористом каркасе слой при температуре плавления полимера, затем ионообменный материал наматывают по спирали, а после намотки ионообменного материала производят укладку микроволокон на сформированный слой из ионообменного материала, в качестве которого используют синтетические ионообменные моноволокна или тканый материал из углеродных волокон. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к очистке фильтрованием от химических загрязнений, в частности к способам изготовления фильтровальных элементов для ионообменной очистки, и может быть использовано в производстве волокнистых патронных фильтровальных элементов, предназначенных для удаления ионов различных элементов при помощи сорбционного наполнителя, преимущественная область использования - медицинская, электронная и микробиологическая промышленности.

Известен способ изготовления фильтрующего элемента, в котором формируют чередование слоев фильтрующего материала и сорбента путем последовательного расположения одна в другой замкнутых и предварительно сформованных оболочек из термоскрепленных синтетических нитей и размещения сорбента из активированного угля внутри оболочек и герметизацию в фильтродержателе [1] .

Недостатком известного способа является низкая технологичность способа вследствие применения сложного оборудования для изготовления замкнутых оболочек и их термоскрепления при закруглении, что снижает его эффективность.

Известен также способ изготовления патронных фильтров переменной плотности, в котором экструдируют волокнообразующий синтетический материал в виде потока волокна в жидкой фазе на вращающуюся оправку, взаимодействуют на поток волокна плоским потоком воздуха, вводят ионообменный наполнитель в поток микроволокон до укладки их на оправку или во время укладки микроволокон на оправку, а в качестве ионообменного наполнителя используют гранулированный активированный уголь, силикагель, или эмульсию углеродной сажи, которая наносится на элемент во время укладки микроволокон [2] .

Недостатком известного способа являются значительные потери сыпучего ионообменного наполнителя, вводимого в движущийся под воздействием воздушного высокоскоростного потока факела микроволокна. Под воздействием потока воздуха часть гранулированных частиц не попадает на оправку, а распыляется в окружающее пространство, что снижает эффективность способа и требует дополнительные затраты на проведение определенных мероприятий по улавливанию частиц наполнителя.

Кроме того, формирование ионообменного слоя из ионообменного материала одновременно с укладкой микроволокон уменьшает количество ионообменного материала в слое, что снижает эффективность и качество очистки сред от химических загрязнений.

Цель изобретения - повышение эффективности способу путем снижения потерь ионообменного материала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, согласно изобретению, введение ионообменного материала осуществляют раздельно от укладки микроволокон после формирования слоя на пористом каркасе, ионообменный материал наматывают по спирали на образованный слой полимерных микроволокон, а после намотки ионообменного материала производят повторную укладку микроволокон на сформированный слой из ионообменного материала. Кроме того, в качестве ионообменного материала используют синтетические ионообменные моноволокна или тканый материал из углеродных волокон.

Введение в предложенный способ нового существенного отличительного признака - введение ионообменного материала осуществляют раздельно от укладки микроволокон после формирования слоя на пористом каркасе - позволяет увеличить процентное содержание ионообменного наполнителя в структуре фильтрующего слоя, что повышает качество фильтровального элемента и повышает эффективность способа в отличие от прототипа. Кроме того, раздельное введение ионообменного наполнителя исключает потери материала как в процессе изготовления элемента, так и в процессе эксплуатации этого элемента, а предварительное создание слоя из самосвязанных микроволокон препятствует проникновению частиц ионообменного материала в фильтрат, а также уменьшает технологические отходы производства. Введение второго существенного признака, а именно то, что ионообменный материал наматывают по спирали на образованный слой полимерных микроволокон позволяет исключить цикличность операций формования элементов, обеспечить поточность, что повышает технологичность изделия и эффективность предложенного способа. Намотка по спирали при непрерывном вращении пористого каркаса обеспечивает повышение коэффициента упаковки ионообменного материала в слой элемента, позволяет формовать указанный слой любой толщины и с заданными фильтровальными характеристиками, такими как гидравлическое сопротивление, проницаемость, объемный коэффициент заполнение и др. , что повышает эффективность способа и сокращает технологические отходы, исключает потери ионообменного материала.

Наличие третьего отличительного признака - после намотки ионообменного материала производят повторную укладку микроволокон на сформированный слой из ионообменного материала - позволяет не прерывая процесса сформовать защитный слой у самосвязанных полимерных микроволокон, который защищает слой ионообменного материала от механических повреждений и потерь указанного ионообменного материала при использовании элемента в других операциях способа, таких как герметизация торцов, установка в фильтродержатель и других.

Использование в способе синтетических ионообменных моноволокон позволяют автоматизировать процесс намотки известными простыми устройствами (шпулями, катушками и другими), что повышает эффективность способа, а также повысить общую обменную сорбционную емкость за счет развитой площади поверхности ионообменных моноволокон по сравнению с применяемыми в прототипе гранулированными частицами, площадь поверхности которых при одинаковом весе с мононитью на несколько порядков ниже. Такой же эффект создает и применение тканых материалов из углеродных волокон.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Полимерный волокнообразующий материал расплавляют до температуры текучести в плавильном устройстве, и полученный расплав экструдируют в волокнообразующую головку, в которую под давлением подается газ. После этого аэродинамическим методом выпрядают полимерные микроволокна из расплава полимера. Полученный поток микроволокон укладывают на вращающийся пористый каркас в слои при температуре плавления полимерного материала, при которой образуется самосвязанная структура фильтровального слоя с регулируемым размером пор. После достижения необходимой толщины слоя укладку микроволокон прекращают, а в вращающийся слой вводят ионообменный материал, для чего используют непрерывные синтетические ионообменные моноволокна, сматываемые с катушек или шпуль, или тканый материал из углеродных волокон. Введение ионообменного материала осуществляют наматыванием по спирали на образованный слой полимерных микроволокон. После намотки ионообменного материала и образования необходимой толщины рабочего слоя для эффективной очистки от химических загрязнений на сформированный слой из ионообменного материала производят повторяют укладку микроволокон с режимами, аналогичными при проведении операции укладки микроволокон на вращающийся каркас. После достижения необходимых геометрических размеров фильтровальный элемент герметизируют концевыми крышками по известному способу.

П р и м е р. Волокнообразующий полипропилен марки 21180-16 с индексом расплава 18 г/10 мин расплавляли в шнековом экструдере до температуры 250-260^оС. Полученный расплав экструдировали через фильеру волокнообразующей головки, после чего воздействовали высокоскоростным потоком сжатого воздуха в направлении экструдирования. При использовании указанного аэродинамического метода выпрядали полипропиленовые микроволокна диаметром 5 мкм, которые образовывали поток микроволокон, который направляли на вращающийся с частотой вращения 150 оборотов в минуту пористый каркая с наружным диаметром 32 мм. Полученный поток микроволокон укладывали в слои при температуре 165^оС, что соответствовало температуре плавления полипропилена. При этом образовывался слой на пористом каркасе, представляющий самосвязанную однородную структуру из полипропиленовых микроволокон. При достижении диаметра слоя 35 мм укладку микроволокон прекращали, а на полученный слой наматывали по спирали ионообменные синтетические моноволокна торговой марки ВИОН. Намотка осуществлялась в слой до диаметра 63 мм. После этого возобновляли укладку полипропиленовых микроволокон с аналогичными режимами укладки. После достижения наружного диаметра 64,5 мм получали готовое изделие. Лабораторные испытания показали высокую обменную емкость и регенеpируемость элемента при эксплуатации.

Изобретение разработано на стадии проведения НИР и ОКР при подготовке производства к серийному освоению фильтровальных элементов в 1993 году на приборном заводе "Тензор". (56) 1. Авторское свидетельство N 874121, кл. В 01 D 39/00, 1979.

2. Патент США N 3904798, кл. B 01 D 39/16, 1973.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ИОНООБМЕННОЙ ОЧИСТКИ , включающий аэpодинамическое выпpядение полимеpных микpоволокон из pасплава полимеpа, укладку их в фоpмиpуемые на вpащающемся поpистом каpкасе слои пpи темпеpатуpе плавления полимеpа и введение в слои ионообменного матеpиала, отличающийся тем, что введение ионообменного матеpиала осуществляют отдельно путем pасположения его по спиpали на сфоpмиpованный на поpистом каpкасе слой полимеpных микpоволокон, затем пpоизводят повтоpную укладку микpовалокон на внешний слой спиpали.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионообменного матеpиала используют синтетические ионообменные моноволокна.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионообменного матеpиала используют тканый матеpиал из углеpодных волокон.