Химический поглотитель диоксида углерода

Изобретение относится к адсорбентам для средств защиты органов дыхания. Химический поглотитель диоксида углерода содержит следующие компоненты (% масс.): гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов - 64÷72, поливиниловый спирт - 8,5÷13, пористая листовая подложка - 2,5÷5, вода - 10÷25. Изобретение обеспечивает повышение сорбционной емкости поглотителя. 1 ил., 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к составам поглотителей, применяемых в средствах защиты органов дыхания, и может быть использовано в производстве химического поглотителя диоксида углерода CO2.

Химические поглотители диоксида углерода, как правило, производят в виде гранул диаметром 1-5 мм, состоящих из гидроксидов кальция, калия, натрия, лития, а также воды. Химический поглотитель известковый ХП-И изготовляется по ГОСТ 6755-88 и содержит не менее 96% гидроксида кальция и 4% гидроксида натрия (в пересчете на сухое вещество). Основным недостатком гранулированных поглотителей является низкая сорбционная емкость, связанная с недостаточно развитой активной поверхностью гранул, в результате чего хемосорбенты поглощают СО2 в 2,2-3,1 раза меньше, чем возможно по стехиометрии (90-110 дм3/кг вместо 250-280 дм3/кг).

Известны технические решения, направленные на увеличение сорбционной емкости гранулированных поглотителей. Так, в состав гранулированного химического поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида кальция по авторскому свидетельству SU 1840416, МПК B01J 20/04, 2007 г. дополнительно вводят хлорид кальция в количестве 5-10% масс. в качестве добавки, повышающей сорбционную емкость и прочность гранул на раздавливание.

Хлорид кальция играет роль влагоудерживающей добавки, образуя кристаллогидраты в составе химического поглотителя, что способствует повышению сорбционной емкости за счет того, что реакция хемосорбции CO2 интенсифицируется в присутствии влаги в количестве, достаточном для перевода в раствор и транспорта ионов C O 3 к поверхности молекулы гидроксида кальция.

Несмотря на повышение сорбционной емкости гранулированный химический поглотитель имеет недостаток, связанный с неудобством переснаряжения аппаратов для поглощения CO2. Загрузка гранул в аппарат занимает много времени, гранулы необходимо просеивать и виброуплотнять перед использованием, что может привести к пылению материала. В гранулированном слое воздух ищет пути наименьшего сопротивления через слой. При этом схема движения потока воздуха может быть случайной. В зависимости от характера загрузки значительно варьируется время работы аппаратов.

Этих недостатков лишены химические поглотители в форме листовых материалов. Листовые материалы спирально сворачивают и используют в виде картриджей. Каналы для прохождения воздуха создаются либо формованными ребрами в материале, либо материалом - спейсером, размещаемым между слоями химического поглотителя при формировании картриджей. Каналы создают регулируемый однородный поток воздуха, что приводит к более равномерной отработке и более полному использованию химического поглотителя. Также преимуществами картриджей из листовых поглотителей по сравнению со слоем гранул являются: отсутствие пыли при размещении в аппарате, хорошая ударо- и виброустойчивость, эргономичность использования, устраняется вариабельность времени защитного действия.

В качестве добавок, обеспечивающих формуемость листового материала, используют полимерное связующее.

Так, при получении листового поглотителя по патенту US 5165399, МПК B01D 53/62, 1992 г., в качестве связующей добавки используют волокнистый материал. Волокнистый материал представляет собой полимерные волокна, такие как полиолефины, сложные полиэфиры, полиамиды с длиной волокна 2,5-76 мм. Содержание волокнистого материала в химическом поглотителе составляет от 0,1 до 70%.

Однако скрепления частиц гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов в листовом материале не происходит ввиду разобщенности волокон. Вследствие этого химический поглотитель имеет нестабильную структуру, отсутствует сплошность материала, в результате чего при размещении листового материала в картридже возникают замины, пустоты, при этом поток воздуха, проходящий через картридж, является неоднородным и нерегулярным, что приводит к неоднородности отработки химического поглотителя и невозможности достижения высокой сорбционной емкости.

Известен химический поглотитель диоксида углерода в форме листового материала на основе гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащий в качестве связующей добавки полиэтилен в количестве 1,5-4% масс., 13-19% масс. воды, остальное - гидроксид кальция (патент US 5964221, МПК B01D 053/14, 1999 г.). Полиэтилен вводится в химический поглотитель в виде расплава и при дальнейшем затвердевании связывает частицы поглощающего компонента, образуя прочную монолитную структуру. Материал формуется в виде листа с ребрами на поверхности. При формировании картриджа из листового материала ребра создают каналы, которые позволяют регулировать поток воздуха, поступающий в аппарат на очистку. Однако полиэтилен, будучи гидрофобным материалом с невысокой газопроницаемостью, блокирует доступ газа к поглощающим частицам и не удерживает влагу в структуре химического поглотителя, необходимую для успешного протекания процесса хемосорбции, в результате чего уменьшаются сорбционная емкость и степень отработки.

Целью изобретения является увеличение сорбционной емкости химического поглотителя.

Цель достигается тем, что химический поглотитель диоксида углерода, состоящий из гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов, воды и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего содержит поливиниловый спирт и пористую листовую подложку при следующем соотношении компонентов (% масс):

- гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов - 64÷72;

- поливиниловый спирт - 8,5÷13;

- пористая листовая подложка - 2,5÷5;

- вода - 10÷25.

Гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов являются активными частицами, поглощающими CO2.

Поливиниловый спирт, будучи гибким, прочным и эластичным связующим, играет роль структурирующей и упрочняющей добавки, создавая сплошный слой макромолекул в виде полимерной сетки, удерживающей активные частицы, что препятствует их уносу потоком газа. Гидрофильность поливинилового спирта позволяет поддерживать заданное влагосодержание химического поглотителя во время получения и в процессе отработки (поглощения CO2), тем самым увеличивая его сорбционную емкость. Поддержание влагосодержания хемосорбента на уровне 10-25% в процессе очистки воздуха от диоксида углерода необходимо, так как процесс хемосорбции CO2 протекает только в водной среде.

Вода, входящая в состав химического поглотителя, дополнительно действует на полимер как пластификатор и участвует в процессе хемосорбции CO2.

Пористая листовая подложка является формообразующим компонентом, способствует закреплению и удержанию компонентов в составе химического поглотителя.

Химический поглотитель готовят следующим образом. Поливиниловый спирт смешивают с водой и готовят полимерный водный раствор. Приготовленный полимерный водный раствор смешивают с порошком гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов. Полученную суспензию наносят на пористую листовую подложку, после чего осуществляют дегидратацию, а затем обрабатывают водой и/или растворами щелочных металлов.

Уменьшение количества гидроксида кальция и/или гидроксидов щелочных металлов в химическом поглотителе приводит к снижению сорбционной емкости и увеличению массогабаритных характеристик изделий, в которых планируется применение данного материала.

Уменьшение количества поливинилового спирта приводит к разобщенности макромолекул полимера в составе химического поглотителя, в результате чего активные частицы не удерживаются в структуре материала. Увеличение количества поливинилового спирта приводит к блокировке поверхности активных частиц и уменьшению сорбционной емкости материала.

Уменьшение количества влаги приводит к преждевременному высыханию и прекращению процесса хемосорбции, так как данный процесс осуществляется только в водной среде.

Пример 1

Поливиниловый спирт ГОСТ 10779-78 марки ПВС - 16/1 массой 13,3 г смешивали с дистиллированной водой объемом 195 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли предварительно дегидратированный порошок гидроксида лития ГОСТ 8595-83 массой 81,5 г. Полученную суспензию наносили на участок полипропиленового нетканого материала спанбонд ТУ 8390-002-71242729-2005 с поверхностной плотностью 15 г/м2 размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали дистиллированной водой объемом 15,6 см.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид лития - 72;

- поливиниловый спирт - 11,5;

- вода - 14;

- пористая листовая подложка - 2,5.

Пример 2

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 11,4 г смешивали с дистиллированной водой объемом 164 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли сухую смесь порошков гидроксида кальция ТУ У 14291840.005-99 массой 44,7 г и предварительно дегидратированного гидроксида лития массой 8,8 г. Полученную суспензию наносили на участок спанбонда размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 19%-ным водным раствором гидроксида калия ГОСТ 24363-80 объемом 17,5 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция, лития и калия составляло 65,5% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 51;

- гидроксид лития - 10;

- гидроксид калия - 4,5;

- поливиниловый спирт - 13;

- пористая листовая подложка - 2,5.

- вода - 19.

Пример 3

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 13,1 г смешивали с дистиллированной водой объемом 180 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция массой 71,8 г. Полученную суспензию наносили на участок нетканого полотна «Airlaid» ТУ 8390-001-13429727-2011 из целлюлозных и синтетических волокон поверхностной плотностью 45 г/м2 размерами 700×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 16,5%-ным водным раствором гидроксида натрия ГОСТ 4328-77 объемом 23,8 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция и натрия составляло 64% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 60;

- гидроксид натрия - 4;

- поливиниловый спирт - 11;

- пористая листовая подложка - 5;

- вода - 20.

Пример 4

Поливиниловый спирт 16/1 в виде порошка массой 9,8 г смешивали с дистиллированной водой объемом 137 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция Са(ОН)2 массой 70,2 г. Полученную суспензию наносили на участок спанбонда размерами 1000×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали 7,6%-ным водным раствором гидроксида калия объемом 29,3 см3. Суммарное содержание гидроксидов кальция и калия составляло 64% масс.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 62;

- гидроксид калия - 2;

- поливиниловый спирт - 8,5;

- пористая листовая подложка - 2,5;

- вода - 25.

Пример 5

Поливиниловый спирт ПВС - 16/1 массой 15,1 г смешивали с дистиллированной водой объемом 176 см3 и готовили полимерный раствор. В приготовленный полимерный раствор при постоянном перемешивании добавляли порошок гидроксида кальция массой 83,7 г. Полученную суспензию наносили на участок нетканого полотна «Airlaid» размерами 700×190 мм, дегидратировали, а затем обрабатывали дистиллированной водой объемом 11,6 см3.

Химический поглотитель содержал, % масс.:

- гидроксид кальция - 72;

- поливиниловый спирт - 13;

- вода - 10;

- пористая листовая подложка - 5.

Сорбционную емкость химических поглотителей исследовали в проточном реакторе, куда подавали поток газовоздушной смеси (ГВС) с повышенной концентрацией CO2 при следующих условиях:

- объемный расход ГВС - (7,0±0,3) дм3/мин;

- содержание CO2 в ГВС - (4±0,1)% об.;

- температура ГВС - (23±1)°C;

- влажность ГВС - (85±5)%.

Находили время защитного действия до достижения объемной доли CO2 на выходе из проточного реактора 1%.

Для проведения сравнительных исследований был изготовлен образец химического поглотителя диоксида углерода по патенту US 5964221. Для сравнения исследовали также гранулированный химический поглотитель ХП-И ГОСТ 6755-88.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Как видно по данным таблицы 1, предлагаемый химический поглотитель имеет более высокую сорбционную емкость, степень отработки и время защитного действия, чем известные.

Исследовали структуру химического поглотителя, изготовленного по примеру 2, с помощью сканирующего электронного микроскопа Neon 40 (фирма Carl Zeiss, Германия). Микрофотография химического поглотителя представлена на рисунке.

Как видно по микрофотографии, поверхность образца газопроницаемая, присутствуют макропоры для транспорта газа размером 2-7 мкм, что способствует увеличению сорбционной емкости. Активные частицы закреплены в полимерном каркасе, за счет чего химический поглотитель не пылит и не разрушается.

Химический поглотитель диоксида углерода, содержащий гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов, воду и полимерное связующее, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего он содержит поливиниловый спирт и пористую листовую подложку при следующем соотношении компонентов (% масс.):

гидроксид кальция и/или гидроксиды щелочных металлов 64÷72
поливиниловый спирт 8,5÷13
пористая листовая подложка 2,5÷5
вода 10÷25



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полимерной системе, обладающей селективностью адсорбции по размерам и, в частности, к полимерным системам, имеющим множество пор, в том числе транспортные поры, и отрицательный ионный заряд на их поверхности.

Изобретение относится к области очистки окружающей среды, в частности к изготовлению сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов. Способ включает пропитку холста из базальтовых волокон гидрофобизирующей жидкостью и последующую сушку.

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Общая формула заявленного сорбента соответствует формуле (1).

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам и может быть использовано при очистке хозяйственно-питьевых и промышленных сточных вод предприятий различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к области химической технологии. Химически активный фильтрующий элемент, содержащий химически активный материал в виде порошка или гранул, распределенный по каркасу из пористого инертного металлического носителя, размещенного в пористой оболочке.

Настоящее изобретение относится к материалу для разделения, содержащему осажденный диоксид кремния, высушенный во вращающейся или распылительной сушилке. Диоксид кремния имеет площадь P поверхности пор, при которой log10 P>2,2, и отношение площади поверхности по BET к площади поверхности по СТАВ, измеренное до какого-либо модифицирования поверхности диоксида кремния, составляющее по меньшей мере 1,0.

Изобретение относится к синтезу сорбентов с химически закрепленными функциональными группами. Сорбент содержит 3-глицидилоксипропил-силикагель, который обработан тиосемикарбазидом при катализе хлорной кислотой в среде кипящего метанола в течение 8 часов.

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Сорбент общей формулы (1) содержит химически привитую с помощью спейсера четвертичную аммониевую функциональную группу, содержащую по крайней мере один 2-гидроксипропильный радикал. При этом R1 - (СН2)n, где n=2-8, R2 выбран из ряда: Н, ОН, Hal (галоген), Alkyl (алкильный радикал). В качестве исходного материала при получении берут аминированную матрицу, выбранную из ряда аминированных: полимера на основе дивинилбензола, в котором дивинилбензол является сшивающим агентом, полиметакрилата, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или оксида алюминия.

Изобретение относится к производству адсорбентов для сигаретных фильтров. Предложен способ получения частицы несущего ароматизатор адсорбента.

Изобретение относится к никелевому комплексу 5,10,15,20-тетракис [3′,5′-ди-(2″-метилбутилокси)фенил]-порфина формулы: Изобретение позволяет получить никелевый комплекс, проявляющий свойство стационарной фазы для газовой хроматографии.

Изобретение относится к получению сорбента, применяемого для тонкой очистки технологических и отходящих газов. Способ получения включает смешение в ультразвуковом устройстве гидроксида алюминия, негашеной извести и основного карбоната цинка в молярном соотношении Al2O3:CaO:ZnO=1:(0,5÷2):(0,5÷2), пластификацию смеси водой, формование гранул и сушку при температуре 110÷120°С.

Изобретение относится к способам получения хемосорбционных элементов. Готовят исходную композицию путём смешивания порошкообразных гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов с органическим полимером и растворителем.

Изобретение относится к способам получения адсорбента диоксида углерода, предназначенного для использования в средствах защиты органов дыхания. Способ включает образование дисперсии оксидов щелочноземельных и/или гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и нанесение дисперсии на листовую основу.

Изобретение относится к водоочистке. Предложен способ очистки воды и/или осушения ила и/или осадков, который включает обеспечение очищаемого объекта, содержащего примеси; и обеспечение поверхностно-обработанного карбоната кальция, в котором, по меньшей мере, 1% доступной площади его поверхности содержит покрытие, содержащее, по меньшей мере, один катионный полимер.

Изобретение относится к сорбентам для очистки вод от ионов аммония и фосфатов. Сорбент содержит осадки, полученные в процессе реагентной обработки природных вод алюминиевыми коагулянтами, 20-40 мас.% и глину монтмориллонитовую 60-80 мас.%.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки и обезвреживания нефтезагрязненных отходов. Предложен сорбент, содержащий негашеную известь в количестве 81,1-83,3%, диатомит в количестве 7,4-12,5% и гидрофобизатор.

Изобретение относится к переработке отходов борсодержащего минерального сырья и может быть использовано для производства высокоэффективных сорбентов. Способ включает обработку отходов борного производства (борогипса), содержащих дигидрат сульфата кальция и аморфный кремнезем.

Изобретение относится к оборудованию для получения адсорбента диоксида углерода. Устройство для изготовления адсорбента диоксида углерода включает узел дозированной подачи исходного продукта, узел подачи подложки, узел пропитки, узел перемещения и узел сушки.

Изобретение относится к получению сорбента для средств защиты органов дыхания. Способ изготовления сорбента включает смешение порошкообразного гидроксида или оксида кальция с водой при массовом соотношении Са2+/H2O, равном (0,7÷0,3)/1.
Изобретение относится к способам получения сорбента. Производят смешивание осадочной породы - диатомита, органического компонента - влагонасыщенного отработанного активного ила и портландцемента.

Изобретение относится к способам получения поглотителей диоксида углерода. Осуществляют приготовление водной суспензии гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, наносят суспензию на подложку из пористого материала, проводят формование и сушку. При приготовлении водной суспензии вводят водорастворимый полимер при массовом соотношении гидроксидов к полимеру, равном (80-95)/(20-5), и массовом содержании воды в суспензии от 40 до 70%. Нанесение суспензии на подложку и формование химического поглотителя осуществляют многократной пропиткой подложки суспензией. Сушку осуществляют после каждой пропитки подложки до полного удаления воды. После последней сушки осуществляют обработку полученного материала водой или водным раствором щелочных металлов до влажности 15-25 мас.%. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики химического поглотителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.
Наверх