Способ получения хемосорбента для очистки воздуха от паров вредных веществ

Изобретение относится к области производства сорбентов, применяемых в поглощающих системах средств индивидуальной защиты органов дыхания. Предложен способ получения хемосорбента для очистки воздуха от паров вредных веществ, включающий пропитку углеродной основы, содержащей каталитически активные добавки металлов, водным раствором триэтилендиамина с последующей продувкой воздухом и термообработкой, причем способ осуществляют непосредственно в фильтрующе-поглощающей коробке противогаза. Способ позволяет придать фильтрующе-поглощающей коробке без ее расснаряжения дополнительные защитные свойства по парам радиоактивных веществ при сохранении защитных характеристик по кислым газам и парам органических веществ. 3 табл.

 

Изобретение относится к области производства средств очистки воздуха, содержащих в качестве активной хемосорбционной добавки триэтилендиамин и применяемых в поглощающих системах средств индивидуальной защиты органов дыхания человека.

Известен метод удаления хлорциана из воздуха путем использования активного угля, импрегнированного триэтилендиамином. Содержание триэтилендиамина на угле типа Ветлерит AS составляет ~2-6% по массе (патент США №4802898, кл. 55-71, 55-74, B01D 53/04, опубликованный 07.02.1989).

Известен также способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива, включающий импрегнирование активного угля триэтилендиамином, термообработку в электропечи при температуре 110-130°С. Содержание триэтилендиамина на угле с суммарным объемом пор 0,85-1,00 см³/г составляет 1-2% по массе (патент РФ №2287195 С2, кл. G21F 9/02, B01D 53/02, B01D 53/54, B01J 20/22, опубликован 10.11.2006).

Недостатком приведенных способов получения хемосорбентов является высокий процент содержания триэтилендиамина, отнесенный к массе углеродной основы, что сужает область применения хемосорбента. Наличие на углеродной основе большого количества триэтилендиамина может препятствовать поглощению, кроме радиоактивных паров, других вредных веществ. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков (прототипом) является способ изготовления сорбента-катализатора, осуществляемый следующим образом: углеродная основа - активный уголь с суммарным объемом пор 0,9-1,2 см³/г и объемом микропор 0,30-0,35 см³/г пропитывается аммиачным раствором, содержащим каталитические добавки меди, хрома, серебра и триэтилендиамина из объема впитывания, равного 0,8-0,9 суммарного объема пор активного угля. После «вылеживания» зерен (перераспределения пропиточного раствора в углеродном сорбенте) проводится термообработка со скоростью подъема температуры 1-3°С/мин до 80-110°C.

Недостатком способа является длительность стадии вылеживания и последующей термообработки пропитанного углеродного сорбента.

Задачей изобретения является осуществление возможности получения хемосорбента на основе углеродной основы угля-катализатора в слое, размещенном в фильтрующе-поглощающей коробке противогаза, и интенсификация процесса путем сокращения времени перераспределения пропиточного раствора в угле-катализаторе и времени термообработки при более высокой температуре, чем в способе-прототипе.

Поставленная задача решается предложенным способом, где берут фильтрующе-поглощающую коробку противогаза, снаряженную слоем угля-катализатора, содержащего в качестве углеродной основы медь, хром, серебро, пропитывают его непосредственно в коробке 5%-ным раствором триэтилендиамина при объемном соотношении раствор:уголь-катализатор, равном 1:20, а затем также в коробке продувают его воздухом в течение 5-6 минут при температуре 20±5°С и расходе 30±1,5 дм³/мин, а термообработку проводят в течение 5-6 минут потоком воздуха, нагретого до 145-150°С при расходе 180-220 дм³/мин.

Отличие предложенного способа от прототипа заключается в том, что берут фильтрующе-поглощающую коробку противогаза, снаряженную слоем угля-катализатора, содержащего в качестве углеродной основы медь, хром, серебро, непосредственно в коробке пропитывают его 5%-ным раствором триэтилендиамина при объемном соотношении раствор:уголь-катализатор, равном 1:20, а затем также в коробке продувают его воздухом в течение 5-6 минут при температуре 20±5°С и расходе 30±1,5 дм³/мин, а термообработку проводят в течение 5-6 минут потоком воздуха, нагретого до 145-150°С при расходе 180-220 дм³/мин.

Из научно-технической литературы авторам неизвестен способ получения хемосорбента для очистки воздуха от паров радиоактивных веществ путем пропитки водным раствором триэтилендиамина слоя угля-катализатора непосредственно в фильтрующе-поглощающей коробке при заявленных параметрах процесса.

Сущность предложенного способа заключается в том, что он позволяет получить хемосорбент для очистки воздуха от паров радиоактивных веществ непосредственно в фильтрующе-поглощающей коробке без ее расснаряжения.

Пример осуществления способа

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Через горловину фильтрующе-поглощающей коробки ГП-5 содержащийся в коробке уголь-катализатор обрабатывают 5%-ным раствором триэтилендиамина при объемном соотношении раствор:уголь-катализатор, равном 1:20, после чего в коробку подают при расходе 28,5-31,5 дм³/мин воздух с температурой 20±5°С в течение 5-6 минут для равномерного распределения раствора в слое угля-катализатора, а затем коробку подвергают термической обработке в течение 5-6 минут потоком воздуха, нагретым до 145-150°С, при расходе 180-220 дм³/мин.

Опытным путем установлено, что совокупность заявленных параметров предложенного способа позволяет в результате внесения триэтилендиамина на уголь-катализатор, содержащийся в фильтрующе-поглощающей коробке противогаза, получить хемосорбент на его основе, обеспечивающий эффективную очистку воздуха, т.е. защиту от паров J₁₃₁ и йодистого метила, наряду с этим сохранив защитные свойства коробки по хлористому циану, синильной кислоте, хлору, сернистому газу и парам органических веществ (циклогексану, бензолу и др.).

В таблице 1 представлены результаты оценки эффективности очистки воздуха от паров J₁₃₁ и йодистого метила, обеспечиваемой фильтрующе-поглощающей коробкой, обработанной предложенным способом, при расчетном содержании триэтилендиамина на угле-катализаторе от 0,4 до 0,65% по массе (Примечание: объем угля-катализатора в коробке - 200 см³, масса - 100 г).

Таблица 1
Зависимость эффективности защиты от паров J131 и йодистого метила от количества триэтилендиамина на угле-катализаторе.
Соотношение раствор:уголь-катализатор	Объем 5% р-ра, мл	Расчетное содержание триэтилендиамина на угле-катализаторе, %	Защита от J131 и йодистого метила	Условия испытаний
Коэффициент проницаемости, %	Эффективность, %
1:25	8	0,40	0,050	99,950	Концентрация J131 в воздухе 10-7-10-9 кu/дм3, йодистого метила 10-8-10-10 кu/дм3. Расход паровоздушной смеси 30 дм3/мин. Температура 20°С.
1:25	8	0,40	0,041	99,959
1:20	10	0,50	0,032	99,968
1:20	10	0,50	0,025	99,975
1:15	13	0,65	0,020	99,980
1:15	13	0,65	0,015	99,985
Примечание: Коэффициент проницаемости фильтрующе-поглощающей коробки без внесения триэтилендиамина составлял 10-20% (эффективность 90-80%).

Из таблицы видно, что наилучшие показатели получены в результате нанесения триэтилендиамина на уголь-катализатор в коробке в количестве 0,65% от его массы, однако при выборе оптимального количества наносимого триэтилендиамина учтено полученное нами экспериментально его подавляющее воздействие на время защитного действия угля-катализатора по веществам, защиту от которых должна обеспечивать фильтрующе-поглощающая коробка наряду с парами радиоактивных веществ.

Экспериментальные данные, обосновывающие параметры предложенного способа путем их оптимизации по защитным характеристикам фильтрующе-поглощающей коробки, представлены в таблице 2.

Таблица 2
Зависимость времени защитного действия фильтрующе-поглощающей коробки по хлористому циану от количества триэтилендиамина, нанесенного на уголь-катализатор.
Количество внесенного раствора триэтилендиамина, мл	Соотношение раствор:уголь-катализатор	Концентрация раствора триэтилендиамина, %	Расчетное содержание триэтилендиамина на угле-катализаторе, %	Время защитного действия по хлористому циану, мин	Условия испытаний
8,0	1:25	5	0,40	18	Концентрация хлористого циана в воздухе 4±1 мг/дм3; расход газовоздушной смеси 30 дм3/мин; температура 20°С
8,0	1:25		0,40	19
10,0	1:20		0,50	23
10,0	1:20		0,50	24
13,0	1:15		0,65	20
13,0	1:15		0,65	20
5,0	1:40	10	0,50	20
5,0	1:40		0,50	21
8,0	1:25		0,80	17
8,0	1:25		0,80	18
Примечание: Время защитного действия по хлористому циану фильтрующе-поглощающей коробки без внесения триэтилендиамина 16-20 минут.

В таблице 2 показано, что наибольшее время защитного действия после внесения триэтилендиамина в фильтрующе-поглощающую коробку имели коробки, обработанные 5 мл 10% раствора триэтилендиамина (соотношение раствор:уголь-катализатор 1:20). Эти параметры заявлены в предлагаемом способе.

Правильность этого выбора нашла подтверждение при испытании фильтрующе-поглощающих коробок с внесенным в уголь-катализатор триэтилендиамином по некоторым вредным веществам. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3
Время защитного действия по вредным веществам фильтрующе-поглощающих коробок с внесенным в уголь-катализатор триэтилендиамином
Вещество, от которого обеспечивается защита	Концентрация вредного вещества в воздухе, мг/см3	Время защитного действия, мин	Условия испытания
Хлористый циан	4,0±1,0	23-24	Расход парогазовоздушной смеси 30 дм /мин; относительная влажность воздуха 75%; температура 20°С
Синильная кислота	4,0±1,0	23-24
Хлор	3,0±0,5	45-50
Сернистый ангидрид	2,7±0,5	54-57
Хлористый водород	5±0,5	43-45
Циклогексан	3,5±0,5	30-34
Бензол	1,0±0,5	145-149
Примечание. Испытанные в тех же условиях фильтрующе-поглощающие коробки без триэтилендиамина обеспечивали защиту от хлора, сернистого ангидрида, хлористого водорода, циклогексана и бензола на том же уровне.

Коэффициент проницаемости фильтра в составе фильтрующе-поглощающих коробок после внесения триэтилендиамина, продувки и термообработки с параметрами заявленного способа не изменился и составлял 1·10^-4 % по масляному туману.

Технические параметры продувки и термообработки фильтрующе-поглощающих коробок после внесения на уголь-катализатор триэтилендиамина (продувка воздухом в течение 5-6 минут при температуре 20±5°С и расходе 30,0±1,5 дм³/мин и термообработка в течение 5-6 минут потоком воздуха, нагретого до 145-150°С при расходе 180-220 дм³/мин) получены в результате проведения множества экспериментов с учетом технической и экономической целесообразности (расход энергии, термическая устойчивость материалов фильтрующе-поглощающей коробки, время, затрачиваемое на проведение операций способа).

Осуществление предложенного способа при заявленных параметрах позволяет получить хемосорбент для очистки воздуха от паров радиоактивных веществ непосредственно в фильтрующе-поглощающей коробке, при этом она приобретает дополнительно защитные свойства по парам радиоактивных веществ и сохраняет время защитного действия по другим вредным веществам.

Процесс нанесения триэтилендиамина на угольную основу интенсифицирован, длительность его составляет 10-12 минут на одну фильтрующе-поглощающую коробку по сравнению с 2-3 часами в прототипе.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного изобретения.

Способ получения хемосорбента для очистки воздуха от паров вредных веществ, включающий пропитку углеродной основы раствором триэтилендиамина с последующим вылеживанием и термообработкой, отличающийся тем, что берут фильтрующе-поглощающую коробку противогаза, снаряженную слоем угля-катализатора, содержащего хром, медь и серебро, в качестве угольной основы, и пропитывают его непосредственно в коробке 5%-ным раствором триэтилендиамина при объемном соотношении раствор: уголь-катализатор, равном 1:20, а затем также в коробке продувают воздухом в течение 5-6 мин при температуре (20±5)°С и расходе (30,0±1,5) дм³/мин, а термообработку проводят в течение 5-6 мин потоком воздуха, нагретого до 145-150°С, при расходе 180-220 дм³/мин.