Ионообменный фильтровальный материал

 

Изобретение относится к области получения ионообменных фильтровальных волокнистых материалов, находящих применение для очистки воздуха и извлечения поливалентных металлов из сточных вод. Ионообменный фильтровальный материал включает слой, содержащий полиакриловую кислоту, слой гидразида полиметакриловой кислоты и волокнистую основу, в качестве которой используют стеклянные, асбестовые, базальтовые волокна, при следующем соотношении по массе полиакриловая кислота : волокнистая основа : гидразид полиметакриловой кислоты 1:0,8-1,2-1. Техническим результатом является увеличение сорбционной емкости материала, долговечности и кислотостойкости. 1 табл.

Изобретение относится к области получения ионообменных фильтровальных материалов, находящих применение в промышленности и быту, в частности к производству волокнистых фильтрующих материалов для очистки воздуха и извлечения поливалентных металлов из сточных вод.

Известен фильтровальный нетканый материал из ионообменных поликапроамидных волокон, состоящий из смеси анионообменного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с полидиметиламиноэтилме-такрилатом при содержании его 15-25% по массе и катионообменного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида и полиметакриловой кислоты при содержании последней 15-25% по массе, при содержании катионообменного волокна 30-70% от массы смеси (А.с. 1677110, МКИ D 04 Н 13/00, 1991).

Полученный материал обладает ограниченной сорбционной емкостью, кислотостойкостью и долговечностью при работе в агрессивных средах.

Известен фильтровальный материал, используемый для изготовления фильтров для очистки воздуха от пыли и токсичных газов, являющийся дублированным трикотажным полотном, состоящим из двух слоев, выполненных кулирным переплетением из химической пряжи, в котором пряжа верхнего слоя изготовлена из штапельного модифицированного катионообменного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с полиакриловой кислотой, а пряжа нижнего слоя является смеской, состоящей из штапельного модифицированного анионообменного поликапроамидного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида с полидиметиламиноэтилметакрилатом, и штапельного модифицированного гидрофильного поликапроамидного волокна на основе привитого сополимера поликапроамида с монометилолметакриламидом при соотношении волокон в нижнем слое 1: (0,25-0,40) по массе, причем соотношение поверхностного заполнения слоев 1:(0,5-0,75) (А.с. 1751233, МКИ D 04 В 1/00, 1992).

Полученный материал не обладает достаточными сорбционными свойствами для очистки сточных вод, кроме того, материал обладает низкой кислотостойкостью и долговечностью при работе в агрессивных средах.

В качестве прототипа выбран композиционный материал, включающий верхний слой и основу, образованную нетканым полотном в виде волокнистого холста из смеси модифицированных анионообменных волокон и катионообменных волокон на основе привитого сополимера поликапроамида и соединяющий их элемент в виде основовязаного переплетения, петли которого выполнены из волокон основы, верхний слой выполнен в виде трикотажного полотна, полученного из пряжи, включающей модифицированное поликапроамидное волокно мегалон, а катионообменное волокно основы дополнительно содержит полиакриловую кислоту при содержании ее 18,0-20,5%, причем количество катионообменного волокна в смеси составляет 0,4-0,6 по массе, а соотношение слоев по массе 0,8-1,2:1 (А.с. 1798413, МКИ D 04 Н 13/00, 1993).

Материал может использоваться для изготовления фильтрующих элементов в устройствах, предназначенных для очистки газовоздушных смесей, но обладает недостаточной сорбционной емкостью, кислотостойкостью для очистки сточных вод.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения высокоэффективных ионообменных фильтровальных материалов бифункционального действия, способных работать в агрессивных средах.

Техническим результатом изобретения является увеличение сорбционной емкости материала, долговечности, кислотостойкости, что приводит к повышению степени очистки сточных вод как в проточном, так и в статическом режимах.

Поставленный технический результат достигается тем, что ионообменный фильтровальный материал, включающий верхний слой, содержащий полиакриловую кислоту, и волокнистую основу, содержит дополнительный слой гидразида полиметакриловой кислоты, а в качестве волокнистой основы используют стеклянные, асбестовые, базальтовые волокна, при следующем соотношении по массе полиакриловая кислота: волокнистая основа: гидразид полиметакриловой кислоты 1: 0,8-1,2:1.

Полученный технический результат обусловлен тем, что на поверхности инертного волокнистого носителя, которым являются стеклянные, асбестовые, базальтовые волокна, одновременно иммобилизуются как полимерная карбоновая кислота, так и ее гидразид, что приводит к появлению двух функциональных ионообменных групп В процессе получения фильтровального материала образуется пространственно сшитая связанная с неорганическим волокнистым носителем структура, обладающая высокой кислотостойкостью и стойкостью к другим воздействиям, что приводит к увеличению срока службы материала. При облучении лазером, видимо, происходит физико-химический процесс, приводящий к активизации функциональных групп и структурированию материала, улучшающих ионообменный процесс.

Соотношение по массе полиакриловая кислота: волокнистый материал: гидразид полиметакриловой кислоты 1:0,8-1,2:1 является оптимальным, так как при этом обеспечивается максимальная сорбционная емкость при сохранении прочности и агрессивостойкости исходного материала.

Общая технология получения ионообменного фильтровального материала заключается в том, что образец предварительно пропитывают (метил)метакрилатом или его 30%-ным раствором в спирте и сушат. Затем образец подвергают УФ-лазерному облучению с лицевой стороны с целью полимеризации и иммобилизации (метил)метакрилата при энергии облучения поверхности 70-500 мВт/м²с. Образец помещают в реактор и осуществляют кипячение при 1,5-кратном избытке в гидразине или гидразингидрате в течение 1 часа. Затем промывают водой и спиртом и сушат. После этого образец дополнительно пропитывают акриловой кислотой или ее 50%-ным водным раствором и проводят ее полимеризацию и иммобилизацию под действием УФ-лазерного излучения с изнаночной стороны, промывают водой и сушат.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Образец тканого стеклянного полотна пропитывают метилметакрилатом или его 30%-ным спиртовым раствором до соотношения метилметакрилат : полотно 1: 0,8. Затем образец сушат при 60^oС до постоянной массы. Затем образец с лицевой стороны подвергают УФ-лазерному облучению 70-500 мВт/м²с. Образец помещают в реактор и осуществляют кипячение при 1,5-кратном избытке в гидразине или гидразингидрате в течение 1 часа. Промывают водой и спиртом и сушат. После этого образец с изнаночной стороны пропитывают акриловой кислотой или ее 50%-ным водным раствором до соотношения по массе : кислота : основа 1:0,8 и проводят ее полимеризацию под действием лазерного облучения. Промывают водой и сушат.

Пример 2. Образец в виде базальтовой ваты, сформированной в полотно, пропитывают, как указано в примере 1, метакрилатом до соотношения метилметакрилат : полотно 1:1,2. Подвергают лазерному облучению аналогично примеру 1. Затем кипятят в гидразине или гидразингидрате, промывают водой, сушат. После этого образец с изнаночной стороны пропитывают акриловой кислотой аналогично примеру 1 до соотношения по массе кислота : основа 1:1,2 и проводят ее полимеризацию под действием лазерного облучения. Промывают водой, сушат.

Пример 3. Образец в виде асбестового холста обрабатывают аналогично примеру 1. Соотношение по массе полиакриловая кислота : волокнистый материал : гидразид полиметакриловой кислоты 1:0,8:1.

Предлагаемое изобретение поясняется таблицей.

Как видно из таблицы, показатели сорбционной емкости предлагаемого материала значительно выше прототипа, что позволяет увеличить степень очистки сточных вод в 2 раза. Кислотостойкость материала выше прототипа в 900 раз, а долговечность увеличивается более чем в 1,6 раза.

Формула изобретения

Ионообменный фильтровальный материал, включающий верхний слой, содержащий полиакриловую кислоту, и волокнистую основу, отличающийся тем, что материал содержит дополнительный слой гидразида полиметакриловой кислоты, а в качестве волокнистой основы используют стеклянные, асбестовые, базальтовые волокна при следующем соотношении по массе полиакриловая кислота : волокнистая основа : гидразид полиметакриловой кислоты 1: 0,8-1,2: 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1