Способ получения фильтрующего элемента

 

Изобретение относится к фильтрованию жидких и газообразных сред через фильтрующие элементы на основе сеток, преимущественно для проведения процессов ультра- или микрофильтрации в биотехнологии, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. Способ получения фильтрующего элемента включает обработку сетчатой основы из неорганического материала золем оксидов металлов IV-VI групп, последующую сушку и термообработку в две ступени. На первой ступени термообработку ведут при температуре разложения золя 200-600^oC, а на второй ступени - при температуре на 300-500^oС ниже температуры плавления материала сетчатой основы. В качестве сетчатой основы может быть использована сетка из нержавеющей стали или никеля. В качестве золей могут быть использованы золи оксидов циркония и титана. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. , 3 ил.

Изобретение относится к фильтрованию жидких и газообразных сред через фильтрующие элементы на основе сеток, преимущественно проведения процессов ультра- или микрофильтрации в биотехнологии, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности.

Известен способ получения фильтрующего элемента для очистки жидкостей и газов [1] Наиболее близким техническим решением является способ изготовления фильтрующего элемента, основанный на многократной обработке материала, полученного переплетением синтетических мононитей, раствором поливинилиденфторида в диметилацетамиде с последующей термообработкой при 170-180^oC в течение 25-35 мин [2] Известный способ обладает рядом недостатков, присущих способам получения фильтрующих элементов на основе органических материалов: малой механической, термической и химической стойкостью, а также ограниченным пределом возможности регулирования размера и количества.

Основной технической задачей предлагаемого способа является получение фильтрующего элемента, обеспечивающего регулирование пористости и размера пор (спектра пор) в широком диапазоне (100-0,1 мкм), упрощение процесса изготовления фильтрующего элемента различной формы (плоской, трубчатой, коаксиальной и др.) и любых размеров.

Сущность изобретения состоит в том, что фильтрующий элемент изготавливают из композиционного материала в качестве субстрата (основы) используют сетку из неорганического материала, например, сетки различного плетения из нержавеющей стали, никеля, молибдена и др. с селективным покрытием из оксида (оксидов) металлов, например, циркония, титана, ниобия, гафния и других элементов IV-VI групп, полученным путем обработки основы золем наносимого оксида металла (селективного покрытия), затем подвергают сушке на воздухе и деструкции (разложению) золя при температуре 200-600^oC в течение 15-60 мин и термообработке за 300-500^oC ниже температуры плавления материала субстрата в течение 10-60 мин.

В результате деструкции золя и высокотемпературной термообработки происходит разложение золя с образованием тонкого, прочного диоксида металла в виде пленки на поверхности субстрата. При необходимости операция нанесения оксидного покрытия может быть повторена для получения заданного спектра пор.

В патентной и научно-технической литературе не обнаружены источники информации, содержащие совокупность признаков предложенной формулы и позволяющие решить поставленную задачу.

Пример. На обезжиренную сетку из нержавеющей стали (марки ОХ18Н9Т, пищевая) одним из доступных способов наносят золь оксида циркония, например окунанием сетки в золь, содержание циркония в золе от 50 до 350 г/л. В данном варианте использовалась исходная сетка с ячейкой 96 х 96 мкм.

Размер ячейки после 3-х циклов нанесение золя циркония и термообработка 29 мкм, проницаемость по газу (азот) Q 2313·1·10⁴ л/4 атм·м²; размер пор после 6-ти циклов 14 мкм, проницаемость по газу Q 1070·1·10⁴ л/4 атм·м²; размер пор после 12-ти циклов 2,5 мкм, Q 27·1·10⁴ л/4 атм·м²; размер пор после 19-ти циклов 0,2 мкм, Q 6·10⁴ л/4 атм·м².

Время сушки на воздухе определяется концентрацией исходного золя циркония (или другого металла). Сушка в течение 2-х часов необходима для золей малых концентраций до 100 г/л (образуется пленка оксида циркония малой толщины), для золей повышенной концентрации 300-400 г/л время сушки до 6 час.

Режим деструкции золя (температура и время) также зависит от концентрации золя для золей малых концентраций (до 100 г/л) достаточна температура деструкции 200-250^oC в течение 15-20 мин, для золей повышенных концентраций (300-400 г/л) необходимо проводить процесс при температуре 400-600^oC в течение 40-60 мин.

Режим высокотемпературной термообработки (Т.О.) определяется температурой плавления материала субстрата (сетки). Для сетки из материала с высокой температурой плавления (выше 1800-2000^oC) температура термообработки на 450-500^oC ниже Т.пл. материала, при Т.пл. материала ниже указанной температура термообработки ниже Т.пл. материала сетчатой основы на 300-400^oC, соответственно время выдержки при Т.О. составляет 10-60 мин. Зависимость параметров фильтрующего элемента от кратности обработки золем представлена в таблице.

В таблице приведена зависимость параметров (размер пор, производительность по газу) получаемого фильтрующего элемента от кратности обработки золем.

На фиг. 1-3 приведены фотографии структуры фильтрующего элемента (исходной сетки, после 6- и 9-кратной обработки золем, соответственно фиг.1, 2 и 3).

Использование в предлагаемом способе упомянутых выше известных и отличительных признаков позволяет получить новый технический результат, заключающийся в получении фильтрующего элемента с заданными размерами пор селективного фильтрующего слоя и с широким диапазоном (100-0,1 мкм), а также в хорошей фиксации селективного слоя на пористой подложке, допускающей многократную регенерацию фильтров противотоком или действием высоких температур. Фильтрующим элементам может быть придана любая геометрическая конфигурация. Высокая механическая прочность используемых подложек допускает проведение фильтрации при давлении до 10 атм, что увеличивает производительность процесса.

Литература 1. Авт.св. N 1570746, МКИ B 01 D 39/10, 1988 г.

2. Авт.св. N1666155, МКИ B 01 D 39/16, 1989 г.

Формула изобретения

1. Способ получения фильтрующего элемента на сетчатой основе, включающий обработку основы жидким химическим веществом и последующую термообработку, отличающийся тем, что в качестве сетчатой основы используют сетку из неорганического материала, в качестве жидкого химического вещества применяют золь оксидов металлов IV-VI групп, обработанную химическим веществом сетчатую основу сушат, термообработку ведут в две ступени, на первой из которых при температуре разложения золя 200 600^oС, а на второй ступени при температуре на 300 500^oС ниже температуры плавления материала сетчатой основы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сетчатой основы используют сетку из нержавеющей стали или никеля.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве жидкого химического вещества используют золи оксидов циркония и титана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3