RU2112582C1 - Filter material for cleaning liquid and gaseous agents, methods for making such material, articles made from this materials and device produced with this material - Google Patents

Abstract

FIELD: cleaning waste water, exhaust gases, natural gases and potable water. SUBSTANCE: filtering device includes casing 11, bottom 16, cover with hole 14 and filter element 10 or 17 with filter material 2 in form of layer located in succession. Cover 13 is detachable. Clearance is provided between walls of filter element 10 and casing 11. Cover 13 is tightly communicated with casing 11 and housing of filter element 10. Filter material 2 is made from carbon activated porous fibers, 4 to 10 mcm in diameter at specific surface of 590 to 2250 sq.m/g and volume of sorption pores of 0.63 to 1.83 cu. cm/g; surface of fibers is coated with silicon dioxide film. Filtering device may be additionally provided with prefilter made from natural or synthetic fibers or nonwoven materials. It may be located in checker outside or inside casing 11. According to one version, filter element 10 may be provided with perforated end walls 5 and 6 with layers of filter material 2 located in parallel relative to walls 5 and 6. Cover 13 and bottom 16 are made in form of truncated cone; bottom 16 has hole 15 for discharge of purified water. According to other version, filter element 17 may be additionally provided with inner perforated tube 7 fitted with blank 20 from below. Upper end of tube 7 is hermetically connected with hole 14 in cover 13. Tube 7 is coaxial relative to side walls of casing 11 and filter element 10. Side walls of filter element 10 are perforated; layers of filter material 2 are wound around inner tube 7 forming a roll. Prefilter 19 is made in form of sleeve located coaxially between side walls of casing 11 and filter element 10. EFFECT: enhanced efficiency. 25 cl, 4 dwg , 3 tbl

Description

Изобретение относится к очистке жидких и газообразных веществ от различных примесей с помощью сорбентов, в частности, к фильтрующим материалам для очистки жидких и газообразных веществ, способам их получения, а также к фильтрующим элементам, выполненным на основе этих материалов и фильтрующим устройствам с этими фильтрующими элементами. The invention relates to the purification of liquid and gaseous substances from various impurities using sorbents, in particular, to filter materials for the purification of liquid and gaseous substances, methods for their preparation, as well as to filter elements made on the basis of these materials and filter devices with these filter elements .

Оно может быть использовано, в основном, в питьевом водоснабжении, в бытовых фильтрах для очистки воды, а также для глубокой очистки сточных и природных вод и газов любой степени загрязнения, кроме того, патентуемое изобретение может быть использовано для очистки биологически активных жидкостей. It can be used mainly in drinking water supply, in household filters for water purification, as well as for deep purification of waste and natural waters and gases of any degree of pollution, in addition, the patented invention can be used for purification of biologically active liquids.

Очистка промышленных и бытовых вод, улавливание вредных газов из воздушной среды становятся все более актуальными и непосредственно связаны с проблемой выживания человечества. The purification of industrial and domestic water, the capture of harmful gases from the air are becoming increasingly relevant and are directly related to the problem of human survival.

Для очистки воды и воздуха широко используются углеродные сорбенты различной структуры. Очистка воды может осуществляться техническими активными углями на основе древесного и каменного углей - газовыми, рекуперационными, осветляющими. Эти угли могут быть использованы в виде пыли, порошка, гранул и т. п. Для очистки воздуха используются обычно газовые и рекуперационные угли. For the purification of water and air, carbon sorbents of various structures are widely used. Water purification can be carried out by technical active carbons based on charcoal and coal - gas, recuperation, clarifying. These coals can be used in the form of dust, powder, granules, etc. Gas and recovery coals are usually used for air purification.

Адсорбционная способность углеродных сорбентов, полученных из различных углеродсодержащих материалов, весьма разнообразна, что позволяет получать сорбенты с различными свойствами. Свойства адсорбента определяются характером его структуры, от которой зависят и характеристики адсорбционных равновесий и массоперенос адсорбируемых молекул от внешней поверхности к внутренней. The adsorption capacity of carbon sorbents obtained from various carbon-containing materials is very diverse, which allows one to obtain sorbents with various properties. The properties of the adsorbent are determined by the nature of its structure, on which the characteristics of adsorption equilibria and mass transfer of adsorbed molecules from the external surface to the internal depend.

Важнейшей характеристикой, определяющей адсорбционно-десорбционные свойства адсорбента, является распределение пор по их эквивалентным радиусам. Известно, что при использовании активных углей для очистки воды целесообразно применять микропористые (ширина пор менее 0,7 - 0,8 нм) и супермикропористые (ширина пор 1,3 - 2,0 нм). The most important characteristic determining the adsorption-desorption properties of the adsorbent is the distribution of pores along their equivalent radii. It is known that when using active carbon for water purification, it is advisable to use microporous (pore width less than 0.7 - 0.8 nm) and supermicroporous (pore width 1.3 - 2.0 nm).

Активные угли эффективны в отношении удаления из воды органических веществ, в том числе фенолов, поверхностно-активных веществ, хлора и других. Active carbons are effective in removing organic substances from water, including phenols, surfactants, chlorine and others.

Однако промышленные технические угли, указанные выше, имеют относительно низкий объем мезо-, микро- и супермикропор, которые являются ответственными за сорбцию загрязнителей. Средняя величина поверхности таких пор в этих углях составляет 300 - 600 м²/г, кроме того, они характеризуются медленной кинетикой сорбции, поэтому не пригодны для глубокой очистки газовой и воздушной среды от загрязнителей. Более эффективными при очистке воздуха оказываются угли, модифицированные специальными агентами, например, соединениями меди, пиридином, щелочно-металлической (переходного металла) солью и другими. Эти и другие угли обладают селективностью к определенным веществам и имеют узконаправленное использование.However, industrial technical coals mentioned above have a relatively low volume of meso-, micro- and supermicropores, which are responsible for the sorption of pollutants. The average surface area of such pores in these coals is 300 - 600 m ² / g, in addition, they are characterized by slow sorption kinetics, therefore, they are not suitable for deep cleaning of gas and air from pollutants. Coals modified by special agents, for example, copper compounds, pyridine, an alkali metal (transition metal) salt and others, are more effective in air cleaning. These and other coals are selective for certain substances and have a narrow use.

В последнее время все более широкое применение для очистки жидкостей и газов находят активированные углеродные волокна и материалы, выполненные на их основе. Recently, activated carbon fibers and materials based on them are finding wider application for cleaning liquids and gases.

Известен, например, фильтрующий материал, содержащий активированные углеродные волокна, который применяется в качестве адсорбента зловонных и других газов (заявка Японии 51-55514, 1976 г.). Known, for example, is a filter material containing activated carbon fibers, which is used as an adsorbent of fetid and other gases (Japanese application 51-55514, 1976).

Этот материал выполнен в виде листового композиционного материала, состоящего из активного углеродного волокна, у которого величина равновесной адсорбции бензола составляет не менее 300 мг/г, при постоянной скорости бензола - не менее 0,2 мин^-1, а удельная площадь поверхности - не более 50 м²/г.This material is made in the form of a sheet composite material consisting of active carbon fiber, in which the equilibrium adsorption of benzene is at least 300 mg / g, at a constant benzene rate of not less than 0.2 min ^-1 , and the specific surface area is not more than 50 m ² / g.

Такой материал получают следующим образом. Such material is prepared as follows.

Берут жидкую бумажную массу, состоящую из активного углеродного волокна (величина адсорбции бензола примерно 450 мг/г), полученного из целлюлозного волокна, углеродное волокно на основе пека (удельная площадь поверхности 0,1 м²/г) и поливиниловый спирт в качестве связующего материала для бумаги. Получают бумажный лист, который высушивают при 130^oC, затем пропитывают 4%-ным раствором фенольной смолы в этаноле, сушат при температуре около 100^oC и подвергают термообработке при температуре около 800^oC печи с неактивной газовой средой.They take a liquid paper pulp consisting of active carbon fiber (benzene adsorption value of approximately 450 mg / g) obtained from cellulose fiber, pitch-based carbon fiber (specific surface area 0.1 m ² / g) and polyvinyl alcohol as a binder for paper. A paper sheet is obtained, which is dried at 130 ^° C., then impregnated with a 4% solution of phenolic resin in ethanol, dried at a temperature of about 100 ^° C. and subjected to heat treatment at a temperature of about 800 ^° C. of an inactive gas furnace.

Однако такой материал имеет величину адсорбции бензола менее 450 мг/г, так как содержит углеродные волокна с указанной выше величиной адсорбции менее 100 мас.%, а это значит, что материал не имеет достаточно развитой пористой структуры и имеет низкие сорбционные характеристики по газам. However, such a material has a benzene adsorption value of less than 450 mg / g, since it contains carbon fibers with the above adsorption value of less than 100 wt.%, Which means that the material does not have a sufficiently developed porous structure and has low sorption characteristics for gases.

Кроме того, выполнение материала в виде бумаги (или нетканого материала) предопределяет низкую его прочность: примерно 0,2 кгс/50 мм, что не позволяет сформировать из него фильтр, рассчитанный на повышенные рабочие параметры. In addition, the implementation of the material in the form of paper (or non-woven material) determines its low strength: approximately 0.2 kgf / 50 mm, which does not allow to form a filter from it, designed for increased operating parameters.

Способ получения материала отличается сложностью, является многостадийным, требует использования сложного специализированного оборудования, трудно осуществим технологически и очень дорогостоящ. The method of obtaining the material is complex, is multi-stage, requires the use of sophisticated specialized equipment, it is difficult to carry out technologically and is very expensive.

Известен, например, другой активный углеродный волокнистый материал для очистки воды (Европейская заявка N 149187, 20.12.1984), полученный на основе активированных углеродных волокон с удельной площадью поверхности пор 800 - 2000 м²/ г, отношением объема пор к удельной площади поверхности пор от 5•10^-4 до 14,5•10^-4, константной скорости адсорбции метиленового голубого по меньшей мере 5•10^-1 с^-1.Known, for example, is another active carbon fiber material for water purification (European application N 149187, 12/20/1984), obtained on the basis of activated carbon fibers with a specific pore surface area of 800 - 2000 m ² / g, the ratio of pore volume to specific pore surface area from 5 • 10 ^-4 to 14.5 • 10 ^-4 , the constant adsorption rate of methylene blue is at least 5 • 10 ^-1 s ^-1 .

Этот материал выполнен в виде нетканого материала, например войлока или фетра, который дополнительно может содержать различные модифицирующие присадки, в основном, в виде металлов и их производных: алюминия (Al), титана (Ti), фосфора (P) и др. This material is made in the form of a nonwoven material, for example, felt or felt, which may additionally contain various modifying additives, mainly in the form of metals and their derivatives: aluminum (Al), titanium (Ti), phosphorus (P), etc.

Этот фильтрующий углеволокнистый материал может содержать 2,5 - 15 мас.% золы. This carbon fiber filter material may contain 2.5 to 15% by weight of ash.

Такой фильтрующий материал получают, например, следующим образом. Such filter material is obtained, for example, as follows.

Исходное волокно в виде сополимера акрилонитрила, содержащего по крайней мере 60 мас. % акрила или материал на основе этого волокна, например, нетканый листовой материал, в том числе, иглопробивной войлок, пропитывают водным раствором сульфата алюминия, затем подвергают окислительной обработке на воздухе при 240 - 270^oC под нагрузкой. Далее, обработанное волокно пропитывают водным раствором диаммонийфосфата и активируют в среде активирующего газа при температуре 1050^oC.The original fiber in the form of a copolymer of acrylonitrile containing at least 60 wt. % acrylic or a material based on this fiber, for example, non-woven sheet material, including needle-punched felt, is impregnated with an aqueous solution of aluminum sulfate, and then subjected to oxidative treatment in air at 240 - 270 ^o C under load. Next, the treated fiber is impregnated with an aqueous solution of diammonium phosphate and activated in an activating gas medium at a temperature of 1050 ^o C.

Однако и такое волокно, и материал на его основе не является остаточно эффективным при сорбции веществ различной молекулярной массы, в том числе ионов тяжелых металлов, например, свинца (Pb). Приведенные выше характеристики по сорбции бензола свидетельствуют о наличии в волокне небольшого объема сорбционных пор, что подтверждено экспериментально. However, such a fiber and the material based on it are not residually effective in the sorption of substances of various molecular weights, including heavy metal ions, for example, lead (Pb). The above characteristics of benzene sorption indicate the presence of a small volume of sorption pores in the fiber, which is confirmed experimentally.

Так, адсорбция метиленового голубого на этих волокнах составляет всего 250 мг/г, а сорбционная емкость по их парам бензола составляет 51 мас.%, что явно недостаточно при очистке воды с повышенными концентрациями вредных веществ, особенно в случае аварийных выбросов их в систему водоснабжения. В этом случае фильтрующий материал должен обладать значительным запасом сорбционного объема пор, и, кроме того, должен быть эффективен в отношении сорбции широкого спектра веществ, включая фенолы, хлорные фосфорсодержащие пестициды, поверхностно-активные и другие вещества, а также тяжелые металлы. So, the adsorption of methylene blue on these fibers is only 250 mg / g, and the sorption capacity for their benzene vapors is 51 wt.%, Which is clearly not enough when treating water with high concentrations of harmful substances, especially in case of accidental releases to the water supply system. In this case, the filter material should have a significant reserve of sorption pore volume, and, in addition, should be effective in relation to the sorption of a wide range of substances, including phenols, chlorine phosphorus-containing pesticides, surfactants and other substances, as well as heavy metals.

Активированные углеродные волокна и материалы на их основе (согласно указанной выше заявке Японии) не отвечают таким требованиям ввиду явного отсутствия достаточного объема сорбционных пор. Activated carbon fibers and materials based on them (according to the aforementioned Japanese application) do not meet such requirements due to the apparent lack of sufficient sorption pores.

Ввиду особенностей текстуры фильтрующего материала (войлок, фетр) он характеризуется пониженной воздухопроницаемостью, и, следовательно, создает повышенное сопротивление потоку фильтруемой воды. В связи с этим в указанном патенте предлагается несколько вариантов компоновки материала, в том числе, с направлением потока очищаемой воды вдоль поверхности материала. В частности, когда фильтрование очищаемой воды выполняется вдоль поверхности фильтрующего материала, условия фильтрования ухудшаются из-за указанного выше недостатка материала. Поэтому получить фильтр высокой производительности с использованием такого материала вообще не представляется возможным. Due to the texture of the filtering material (felt, felt), it is characterized by reduced air permeability, and, therefore, creates increased resistance to the flow of filtered water. In this regard, this patent proposes several options for the layout of the material, including with the direction of flow of purified water along the surface of the material. In particular, when filtering the water to be treated is performed along the surface of the filter material, the filtering conditions are deteriorated due to the above material deficiency. Therefore, to obtain a high-performance filter using such a material is generally not possible.

Волокно и материал на его основе ввиду сложности исходного состава и множественного воздействия на него различных технологических факторов характеризуются неравномерностью и нестабильностью свойств. Эта неравномерность заложена уже на этапе получения сополимера волокна: компоненты его имеют различную структуру, отличаются величиной усадки, различным образом притягиваются и активируются, то есть они уже различны на микроуровне. А это, в свою очередь, приводит к различию в кинетике сорбции волокном очищаемых веществ, что отрицательно влияет на процесс очистки воды в целом. The fiber and the material based on it, due to the complexity of the initial composition and the multiple effects of various technological factors on it, are characterized by uneven and unstable properties. This unevenness was already established at the stage of obtaining the fiber copolymer: its components have a different structure, differ in the amount of shrinkage, are attracted and activated in different ways, that is, they are already different at the micro level. And this, in turn, leads to a difference in the kinetics of sorption of purified substances by the fiber, which negatively affects the process of water purification as a whole.

Способ получения активированных углеродных волокон и материала, включающего эти волокна, сам по себе также сложен. Особенно неустойчив процесс активирования предокисленных волокон, содержащих катализатор - фосфор, что отрицательно сказывается, в первую очередь, на качестве получаемого фильтрующего материала. The process for producing activated carbon fibers and a material including these fibers is also complex in itself. The activation of pre-oxidized fibers containing a catalyst - phosphorus is particularly unstable, which negatively affects, first of all, the quality of the obtained filter material.

Известны различные конструкции фильтрующих элементов и выполненных на их основе фильтрующих устройств. Various designs of filtering elements and filtering devices based on them are known.

Например, известен фильтрующий элемент (Международная заявка PCT N 86/04050, публикация 860727 "Бюллетень изобретений стран мира" N 16), выполненный в виде плоского листа ткани на основе активированного угля, натянутого и зафиксированного на рамке. В фильтрующем устройстве используется набор фильтрующих элементов, расположенных друг над другом на определенном расстоянии. Вода, проходя последовательно через каждый из слоев, подвергается очистке путем извлечения из нее за счет сорбции вредных веществ. For example, a filter element is known (PCT International Application No. 86/04050, publication 860727 of the Bulletin of Inventions of the World No. 16), made in the form of a flat sheet of fabric based on activated carbon, stretched and fixed on the frame. The filter device uses a set of filter elements located one above the other at a certain distance. Water, passing successively through each of the layers, is purified by extraction from it due to sorption of harmful substances.

Однако такая конструкция фильтрующего элемента определяет сложность и громоздкость фильтрующего устройства, так как эффективная глубокая очистка воды требует ее прохождения через большое количество слоев ткани и, следовательно, требуется герметично соединить со стенками фильтрующего устройства каждую из рамок, обрамляющих углеродную ткань. Большое количество соединений также определяет низкую надежность фильтрующего устройства в целом и неудобство замены исчерпавших ресурс фильтрующих пластинок. However, this design of the filter element determines the complexity and bulkiness of the filter device, since effective deep water purification requires its passage through a large number of layers of fabric and, therefore, it is required to tightly connect each of the frames framing the carbon fabric to the walls of the filter device. A large number of connections also determines the low reliability of the filter device as a whole and the inconvenience of replacing exhausted filter plates.

Известна другая конструкция фильтрующего элемента (Европейская заявка N 149187, опубликована 24.07.1985 г.), представляющего собой свернутый в рулон вокруг перфорированного цилиндрического стержня листовой материал из активированного углеволокна. Концевые участки образующего рулон материала склеивают синтетической смолой для жесткой их фиксации. Another design of the filter element is known (European application N 149187, published July 24, 1985), which is a sheet of activated carbon fiber rolled up around a perforated cylindrical rod. The end sections of the roll forming material are glued together with synthetic resin for their rigid fixation.

Фильтрующее устройство состоит из описанного выше фильтрующего элемента, помещенного в корпус и закрытого крышкой. Вода через входной патрубок попадает во внутреннюю полость крышки и далее через отверстия в задней ее стенке, к которой герметически прикреплен одной из торцевых поверхностей фильтрующий элемент, попадает в зазор между внешней поверхностью фильтрующего элемента и внутренней поверхностью корпуса. Проходя последовательно через слои активированной углеродной ткани в направлении к внутреннему перфорированному цилиндрическому стержню, вода подвергается очистке за счет сорбции на поверхности ткани вредных примесей. The filter device consists of the filter element described above, placed in a housing and closed by a lid. Water through the inlet pipe enters the inner cavity of the cover and then through the holes in its rear wall, to which the filter element is hermetically attached to one of the end surfaces, enters the gap between the outer surface of the filter element and the inner surface of the housing. Passing successively through the layers of activated carbon fabric in the direction of the inner perforated cylindrical rod, the water is purified by sorption of harmful impurities on the surface of the fabric.

Очищенная вода через отверстия в перфорированном цилиндрическом стержне попадает во внутреннюю полость фильтрующего элемента, герметично соединенную с выходным патрубком устройства, через который она попадает к потребителю. The purified water through the holes in the perforated cylindrical rod enters the internal cavity of the filter element, hermetically connected to the outlet pipe of the device through which it enters the consumer.

Однако такая конструкция фильтрующего элемента имеет большое гидравлическое сопротивление потоку воды, увеличивающееся по мере работы фильтрующего устройства. Это происходит, во-первых, за счет естественного разбухания углеродных нитей в водной среде, во-вторых, за счет заполнения пористой поверхности нитей сорбируемыми примесями. Вследствие этого становится невозможным применение активированного углеродного материала с высоким удельным показателем плотности материала, а, следовательно, и с высоким показателем удельной пористости и сорбционной емкости, использование которых определяет высокую эффективность и глубину очистки жидкости, а также срок службы фильтрующего элемента. However, this design of the filter element has a large hydraulic resistance to the flow of water, increasing with the operation of the filter device. This occurs, firstly, due to the natural swelling of carbon filaments in an aqueous medium, and secondly, due to the filling of the porous surface of the filaments with sorbed impurities. As a result, it becomes impossible to use activated carbon material with a high specific density of the material, and, consequently, with a high specific porosity and sorption capacity, the use of which determines the high efficiency and depth of cleaning of the liquid, as well as the service life of the filter element.

Кроме того, недостатком вышеописанного фильтрующего элемента и устройства, выполненного на его основе, является зависимость качества очищенной воды и ресурса работы элемента от показателей исходной воды, от цветности, взвеси, мутности и т.д. Взвешенные частицы - микроорганизмы, неорганические взвеси, коагулированные вещества, в той или иной степени всегда присутствуют в исходной питьевой воде. Чем выше их содержание, тем меньше эффективность фильтрующего элемента по его основному назначению - сорбции растворенных органических соединений. In addition, the disadvantage of the above filter element and a device made on its basis is the dependence of the quality of the purified water and the resource of the element on the indicators of the source water, on color, suspension, turbidity, etc. Suspended particles - microorganisms, inorganic suspensions, coagulated substances, to one degree or another, are always present in the source of drinking water. The higher their content, the lower the efficiency of the filter element according to its main purpose - sorption of dissolved organic compounds.

Известные конструкции предварительной очистки воды в основном требуют либо установки дополнительных фильтров предварительной очистки (в том числе, например, мембранных), что очень усложняет конструкцию и увеличивает стоимость фильтрующего устройства, либо предусматривают изоляцию фильтрующего элемента от остальной конструкции чехлом из полотна или различных сеток, хлопчатобумажного трикотажа, полиэфирной ткани и др. Known constructions of water pre-treatment mainly require either the installation of additional pre-filters (including, for example, membrane), which greatly complicates the design and increases the cost of the filter device, or provide for the isolation of the filter element from the rest of the structure with a cover made of canvas or various nets, cotton knitwear, polyester fabric, etc.

Однако все эти средства малоэффективны, так как не способны удерживать достаточный объем мелких взвешенных частиц, то есть они имеют низкую "грязестойкость". К тому же многие из них при длительном нахождении в воде могут гнить (например, хлопок), либо деструктурируют (например, полимеры). However, all these tools are ineffective, because they are not able to hold a sufficient amount of fine suspended particles, that is, they have low "dirt resistance". In addition, many of them with prolonged exposure to water can rot (for example, cotton) or destruct (for example, polymers).

Задачей настоящего изобретения является создание такого фильтрующего материала для очистки жидких и газообразных веществ, способа его получения и фильтрующего устройства, которые позволили бы за счет изменения пористой структуры сорбционного углеволокнистого материала и конструктивных особенностей фильтрующего элемента значительно повысить сорбционные свойства и фильтра по широкому спектру загрязняющих веществ, в том числе при высокой их концентрации в очищаемой жидкой или газообразной среде. The present invention is the creation of such a filter material for the purification of liquid and gaseous substances, a method for its production and a filter device that would allow, due to changes in the porous structure of the sorption carbon fiber material and the design features of the filter element, to significantly increase the sorption properties and the filter over a wide range of pollutants, including at a high concentration in the liquid or gaseous medium being cleaned.

Эта задача решается тем, что в фильтрующем материале для очистки жидких и газообразных веществ, выполненном из активированных углеродных волокон, согласно изобретению волокно представляет собой непрерывное углеродное пористое моноволокно диаметром 4 - 10 мкм, имеющее на поверхности покрытие в виде оболочки с пористой структурой из диоксида кремния (SiO₂), причем удельная площадь поверхности моноволокна составляет около 590 - 2550 м²/г, а объем сорбционных пор составляет около 0,63 см³/г - 1,82 см³/г.This problem is solved in that in the filtering material for cleaning liquid and gaseous substances made of activated carbon fibers, according to the invention, the fiber is a continuous carbon porous monofilament with a diameter of 4-10 μm, having a coating on the surface in the form of a shell with a porous structure of silicon dioxide (SiO ₂ ), and the specific surface area of the monofilament is about 590 - 2550 m ² / g, and the volume of sorption pores is about 0.63 cm ³ / g - 1.82 cm ³ / g

Это позволяет значительно развить пористую структуру сорбционного углеводородного материала, повысив таким образом его сорбционные свойства. This allows you to significantly develop the porous structure of the sorption hydrocarbon material, thereby increasing its sorption properties.

Целесообразно, чтобы количество диоксида кремния составляло 0,8 - 9,8 мас.% от массы моноволокна. It is advisable that the amount of silicon dioxide is 0.8 to 9.8 wt.% By weight of the monofilament.

Наличие диоксида кремния в вышеприведенном количестве позволяет создать в приповерхностном слое волокна за счет гидрофобности и пористости покрытия из диоксида кремния дренирующую подложку, создающую благоприятные условия для доступа очищаемой жидкости к поверхности волокна и ускорения кинетики сорбции вредных примесей из растворов. The presence of silicon dioxide in the above amount allows creating a draining substrate in the surface layer of the fiber due to the hydrophobicity and porosity of the silicon dioxide coating, which creates favorable conditions for the liquid being cleaned to reach the fiber surface and accelerating the kinetics of sorption of harmful impurities from solutions.

Кроме того, наличие диоксида кремния приводит к каталитическому эффекту сорбции тяжелых металлов. In addition, the presence of silicon dioxide leads to the catalytic effect of sorption of heavy metals.

В фильтрующем материале объем сорбционных пор моноволокна может составлять:
микропор 0,13 - 0,67 см³/г или
мезопор 0,15 - 1,5 см³/г.In the filter material, the sorption pore volume of the monofilament can be:
micropores 0.13 - 0.67 cm ³ / g or
mesopore 0.15-1.5 cm ³ / g.

Моноволокна, содержащие такие количества микро- и мезопор, обладают повышенными сорбционными характеристиками по широкому спектру загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов, что позволяет проводить глубокую очистку от загрязнителей высокой концентрации, в случае их аварийных выбросов. Monofilaments containing such amounts of micro- and mesopores have enhanced sorption characteristics for a wide range of pollutants, including heavy metals, which allows for deep cleaning of high concentration pollutants in case of accidental emissions.

Для очистки воды объем сорбционных пор моноволокна может составлять:
микропор 0,19 - 0,67 см³/г или
мезопор 0,23 - 1,15 см³/г,
а для очистки воздуха объем сорбционных пор моноволокна может составлять:
микропор 0,13 - 0,55 см³/г или
мезопор 0,15 - 0,73 см³/г.For water purification, the volume of sorption pores of a monofilament can be:
micropores 0.19 - 0.67 cm ³ / g or
mesopore 0.23 - 1.15 cm ³ / g,
and for air purification, the volume of sorption pores of a monofilament can be:
micropores 0.13 - 0.55 cm ³ / g or
mesopore 0.15 - 0.73 cm ³ / g.

Благодаря такому объему сорбционных пор моноволокна захватывается большой диапазон сорбируемых из жидких и газообразных сред веществ, включая вещества с низкой, средней и высокой молекулярными массами, причем объем сорбируемых веществ на единицу массы сорбента не имеет аналогов среди существующих типов активированных углей, включая и углеволокнистые. Due to such a volume of sorption pores of a monofilament, a wide range of substances adsorbed from liquid and gaseous media is captured, including substances with low, medium and high molecular weights, and the volume of adsorbed substances per unit mass of the sorbent has no analogues among existing types of activated carbons, including carbon fiber.

Указанные моноволокна можно формировать в комплексную нить с минимальной плотностью по меньшей мере 120 текс и числом моноволокон по меньшей мере 1050 штук, либо из таких же нитей можно выполнить плетеный шнур. These monofilaments can be formed into a multifilament yarn with a minimum density of at least 120 tex and a number of monofilaments of at least 1050, or a braided cord can be made from the same filaments.

Выполнение сорбента в виде углеродной нити или шнура дает новые возможности формирования конструкции фильтрующего слоя, так как, например, в намоточном варианте такой слой (или слои) может в точности повторить любую конфигурацию каркаса. Это особенно важно, когда речь идет о создании фильтрующего устройства в аппаратах и агрегатах, где нет возможности использовать стандартные (серийные) фильтры, например, в радиоаппаратуре, в космических приборах либо в тонких химических технологиях. The implementation of the sorbent in the form of a carbon fiber or cord gives new opportunities for the formation of the design of the filter layer, since, for example, in the winding version, such a layer (or layers) can exactly repeat any configuration of the frame. This is especially important when it comes to creating a filtering device in apparatuses and units where it is not possible to use standard (serial) filters, for example, in radio equipment, in space devices or in fine chemical technologies.

Указанные моноволокна можно сформировать в ткань, поверхностная плотность которой находится в пределах 80 - 240 г/м².These monofilaments can be formed into tissue, the surface density of which is in the range of 80 - 240 g / m ² .

Это дает возможность за счет наличия в материале наряду с сорбционными порами волокна создать разветвленную сеть межволоконных и межжгутовых пор, объем которых составляет дополнительно по меньшей мере 1,2 см³/г, осуществлять сорбцию из очищаемых сред также бактерий и других микроорганизмов.This makes it possible, due to the presence of fiber along with sorption pores in the material, to create a branched network of interfiber and inter-bundle pores, the volume of which is at least 1.2 cm ³ / g, to sorb bacteria and other microorganisms from the media being cleaned.

В то же время это позволяет существенно улучшить гидродинамические характеристики и воздухопроницаемость фильтров, значительно повысить качество и увеличить ресурс их работы. At the same time, this allows to significantly improve the hydrodynamic characteristics and air permeability of the filters, significantly improve the quality and increase the resource of their work.

Кроме того, ткань с такой поверхностной плотностью позволяет выполнить техническую компоновку фильтра с использованием разнообразнейших вариантов укладки материала. In addition, a fabric with such a surface density makes it possible to carry out the technical layout of the filter using a variety of material packing options.

Для очистки воды поверхностную плотность ткани можно выбирать в пределах 80 - 210 г/м², а для очистки воздуха поверхностную плотность ткани можно выбирать в пределах 115 - 240 г/м².For water purification, the surface density of the fabric can be selected in the range of 80 - 210 g / m ² , and for air purification, the surface density of the fabric can be selected in the range of 115 - 240 g / m ² .

Благодаря выбору ткани с указанной поверхностной плотностью создаются наилучшие условия для осуществления процесса фильтрации (очистки) воды и воздуха: высокая степень очистки при высокой производительность фильтра как воды, так и воздуха. By choosing a fabric with a specified surface density, the best conditions are created for the process of filtering (purifying) water and air: a high degree of purification with a high filter capacity of both water and air.

Фильтрующий материал может содержать серебро (Ag) в количестве 0,05 - 0,96% от массы волокна. The filter material may contain silver (Ag) in an amount of 0.05-0.96% by weight of the fiber.

Это позволяет создать гарантированно бактерицидный сорбционный материал, позволяющий не только сорбировать и удерживать, как это наблюдается на патентуемом углеродном волокне без серебра, но и уничтожать вредные микробы, бактерии и вирусы при любой встречающейся в реальных условиях их концентрации в зараженной жидкой или газовой среде. This allows you to create a guaranteed bactericidal sorption material that allows not only sorbing and retaining, as is observed on patented carbon fiber without silver, but also destroying harmful microbes, bacteria and viruses at any concentration encountered in real conditions in an infected liquid or gas environment.

Эта задача решается также тем, что в способе получения фильтрующего материала для очистки жидких и газообразных веществ, заключающемся в том, что подлежащее обработке волокно предварительно пропитывают катализирующим агентом, сушат, а затем активируют в газообразной окислительной среде, согласно изобретению в качестве подлежащего обработке волокна используют гидратцеллюлозное волокно, а в качестве катализирующего агента используют кремнийорганический полимер, затем сушат на воздухе при 105 - 140^oC, далее катализируют в защитной газовой среде при 550 - 985^oC, после чего активируют в окисленной газовой среде при 855 - 960^oC.This problem is also solved by the fact that in the method of obtaining filter material for cleaning liquid and gaseous substances, which consists in the fact that the fiber to be treated is pre-impregnated with a catalytic agent, dried, and then activated in a gaseous oxidizing medium, according to the invention, the fibers to be treated are used cellulose fiber, and an organosilicon polymer is used as a catalytic agent, then dried in air at 105 - 140 ^o C, then catalyzed in a protective gas medium at 550 - 985 ^o C, after which they are activated in an oxidized gas medium at 855 - 960 ^o C.

В качестве кремнийорганического полимера можно использовать раствор полиорганосилоксана или полиорганофенилсилоксана в органических растворителях. As the organosilicon polymer, a solution of polyorganosiloxane or polyorganophenylsiloxane in organic solvents can be used.

Это позволяет на стадии пропитки и последующей карбонизации исходного гидратцеллюлозного материала создать такое покрытие на волокне и обеспечить такие его каталитические свойства, которые за счет ряда сложных реакций в процессе пиролиза гидратцеллюлозы обеспечивают протекание процесса коксования в условиях, позволяющих получить максимальный выход углерода и при этом достичь повышенной прочности углеродного волокна. This makes it possible to create such a coating on the fiber at the stage of impregnation and subsequent carbonization of the initial hydrated cellulose material and to provide its catalytic properties, which, due to a number of complex reactions during the pyrolysis of hydrated cellulose, ensure the coking process in conditions that allow to obtain the maximum carbon yield and at the same time achieve an increased carbon fiber strength.

Для пропитки гидратцеллюлозного волокна кремнийорганические полимеры можно дополнительно растворить в органическом растворителе до получения раствора, содержащего 0,8 - 4,2 мас.% этого соединения. For impregnation of hydrated cellulose fiber, organosilicon polymers can be further dissolved in an organic solvent to obtain a solution containing 0.8 to 4.2 wt.% Of this compound.

Такое процентное содержание кремнийорганического полимера в растворе обеспечивает, с одной стороны, получение раствора с необходимой вязкостью, что позволяет получить покрытие заданной толщины на каждом моноволокне, с другой стороны создает наилучшие условия протекания процесса пиролиза гидратцеллюлозного волокна. Such a percentage of the organosilicon polymer in the solution provides, on the one hand, a solution with the required viscosity, which makes it possible to obtain a coating of a given thickness on each monofilament, on the other hand, creates the best conditions for the pyrolysis of hydrated cellulose fiber.

Пропитку гидратцеллюлозного волокна можно осуществлять при комнатной температуре в течение 2,5 - 15,0 мин. The impregnation of hydrated cellulose fiber can be carried out at room temperature for 2.5 - 15.0 minutes

Такая продолжительность сушки позволяет получить покрытие на исходном гидратцеллюлозном моноволокне, которое обеспечивает в процессе последующей его переработки содержание диоксида кремния в покрытии на активированном волокне в необходимом количестве. This drying time allows you to get a coating on the original hydrated cellulose monofilament, which provides in the process of its subsequent processing the content of silicon dioxide in the coating on the activated fiber in the required amount.

Целесообразно сушку осуществлять при 105 - 140^oC.It is advisable to carry out drying at 105 - 140 ^o C.

Такая температура сушки дает возможность наряду с удалением из материала растворителя осуществить предварительную сшивку кремнийорганического соединения, получить покрытие, обладающее хорошим сочетанием прочности, его связи с моноволокном при достаточной эластичности. This drying temperature makes it possible, along with removing the solvent from the material, to pre-crosslink the organosilicon compound and obtain a coating with a good combination of strength, its bond with the monofilament with sufficient elasticity.

Карбонизацию гидратцеллюлозного волокна возможно осуществлять в среде защитного газа в отсутствии кислорода, а в качестве защитного газа целесообразно использовать газ следующего состава ( об.%):
водород (H₂) - 73-74
моноокись углерода (CO) - 20-21
двуокись углерода (CO₂) - 2,7-3,2
метан (CH₄) - 1,2-1,5
влага (H₂O) - остальное
Использование защитного газа такого состава при карбонизации гидратцеллюлозного волокна позволяет провести процесс пиролиза исходного материала в равновесных условиях, без избыточного окисления его на всех стадиях получения, а, следовательно, без самовозгорания и разупрочнения, как это обычно имеет место в присутствии кислорода или избытке других окислителей.It is possible to carbonize hydrated cellulose fiber in a shielding gas medium in the absence of oxygen, and it is advisable to use a gas of the following composition (vol.%) As a shielding gas:
hydrogen (H ₂ ) - 73-74
carbon monoxide (CO) - 20-21
carbon dioxide (CO ₂ ) - 2.7-3.2
methane (CH ₄ ) - 1.2-1.5
moisture (H ₂ O) - the rest
The use of a protective gas of this composition during carbonization of hydrated cellulose fiber allows the pyrolysis of the starting material to be carried out under equilibrium conditions, without excessive oxidation at all stages of production, and, therefore, without spontaneous combustion and softening, as is usually the case in the presence of oxygen or an excess of other oxidizing agents.

Гидратцеллюлозное волокно возможно активировать в среде водяного пара, а активирование производить в течение 3 - 55 мин. Cellulose fiber can be activated in a medium of water vapor, and activation is carried out within 3 - 55 minutes.

Активирование в среде водяного пара в течение указанного времени обеспечивает стабильность процесса окисления углеродного волокна и получение требуемой пористости структуры. Activation of water vapor in the medium during the specified time ensures the stability of the carbon fiber oxidation process and obtaining the required porosity of the structure.

Водяной пар создает мягкий режим активирования, при котором наблюдается равномерное формирование пор, а качество получаемого материала высокое. Отсутствуют участки непроактивированного материала, отсутствуют прогары, обрывы волокна и т.д. Water vapor creates a mild activation mode in which uniform pore formation is observed, and the quality of the resulting material is high. There are no areas of unactivated material, no burnouts, fiber breaks, etc.

На фиг. 1 изображен фильтрующий элемент для очистки жидких и газообразных веществ (в разрезе) с горизонтально расположенными один над другим слоями фильтрующего материала согласно изобретению; на фиг. 2 - фильтрующий элемент (в разрезе), в котором слои фильтрующего материала смотаны в рулон вокруг полого стержня согласно изобретению; на фиг. 3 - фильтрующее устройство для очистки жидких и газообразных веществ с горизонтально расположенными один над другим слоями фильтрующего материала согласно изобретению; на фиг. 4 - вариант конструктивного выполнения фильтрующего устройства для очистки жидких и газообразных веществ согласно изобретению. In FIG. 1 shows a filter element for cleaning liquid and gaseous substances (in section) with horizontally arranged one above the other layers of filter material according to the invention; in FIG. 2 is a filter element (sectional view) in which layers of filter material are wound around a hollow rod according to the invention; in FIG. 3 - a filtering device for cleaning liquid and gaseous substances with horizontally arranged one above the other layers of filtering material according to the invention; in FIG. 4 is an embodiment of a filtering device for purifying liquid and gaseous substances according to the invention.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - слои фильтрующего материала, 3 - торцы слоя 2 фильтрующего материала, 4 - боковая стенка корпуса 1 (фиг. 1), 5 - торцевая стенка корпуса 1 (фиг. 2), 6 - торцевая стенка корпуса 1 (фиг. 2), 7 - трубка, 8 - перфорация, 9 - слои разделительного материала, 10 - фильтрующий элемент в устройстве (фиг. 3), 11 - кожух фильтрующего устройства, 12 - резиновая прокладка, 13 - крышка, 14 - отверстие в крышке 13, 15 - отверстие в нижней стенке кожуха 11, 16 - днище кожуха 11, 17 - фильтрующий элемент в устройстве (фиг. 4), 18 - резиновое кольцо, 19 - фильтр предварительной очистки, 20 - заглушка, 21 - выходной штуцер, 22 - входное отверстие. In FIG. 1-4, the following designations are adopted: 1 - housing, 2 - layers of filter material, 3 - ends of layer 2 of filter material, 4 - side wall of housing 1 (Fig. 1), 5 - end wall of housing 1 (Fig. 2), 6 - end wall of the housing 1 (Fig. 2), 7 - tube, 8 - perforation, 9 - layers of separation material, 10 - filter element in the device (Fig. 3), 11 - casing of the filter device, 12 - rubber gasket, 13 - cover, 14 - hole in the cover 13, 15 - hole in the bottom wall of the casing 11, 16 - bottom of the casing 11, 17 - filter element in the device (Fig. 4), 18 - rubber ring, 19 - filter pr digestive cleaning, 20 - plug, 21 - outlet fitting, 22 - inlet.

Лучший способ осуществления изобретения. The best way to implement the invention.

Патентуемый фильтрующий материал для очистки жидких и газообразных веществ выполнен на основе активированных углеродных волокон. Каждое моноволокно представляет собой непрерывное углеродное пористое волокно с диаметром в пределах 4 - 10 мкм. Волокно с диаметром менее 4 мкм имеет низкую прочность, что не позволяет получить на его основе материал с требуемыми свойствами. Волокно с диаметром более 10 мкм использовать нецелесообразно ввиду значительного снижения скорости сорбции на нем вредных веществ. Patented filter material for cleaning liquid and gaseous substances is based on activated carbon fibers. Each monofilament is a continuous carbon porous fiber with a diameter in the range of 4 to 10 microns. A fiber with a diameter of less than 4 μm has a low strength, which does not allow to obtain a material with the required properties on its basis. A fiber with a diameter of more than 10 μm is not practical to use due to a significant decrease in the rate of sorption of harmful substances on it.

Волокно может содержать (помимо углерода C) внедренные в его структуру примеси в виде оксидов магния (MgO), железа (Fe₂O₃), никеля (Ni₂O₃), алюминия (Al₂O₃), кальция (CaO), меди (CuO), цинка (ZnO), суммарное количество которых составляет не более 0,3 мас.%, и около 0,9 мас.% водорода (H₂), эти примеси вносят в волокно с исходным природным материалом в процессе технологической переработки, однако они являются дополнительными катализаторами процесса сорбции на волокне различных веществ.The fiber may contain (in addition to carbon C) impurities embedded in its structure in the form of oxides of magnesium (MgO), iron (Fe ₂ O ₃ ), nickel (Ni ₂ O ₃ ), aluminum (Al ₂ O ₃ ), calcium (CaO), copper (CuO), zinc (ZnO), the total amount of which is not more than 0.3 wt.%, and about 0.9 wt.% hydrogen (H ₂ ), these impurities are introduced into the fiber with the original natural material during technological processing However, they are additional catalysts for the sorption process of various substances on the fiber.

Структура углерода (C) характеризуется межслоевым расстоянием 0,375 - 0,378 нм, (нанометров), что свидетельствует о значительной неупорядочности его кристаллической решетки, а, следовательно, о высокой реакционной способности углерода (C) как в процессе сорбции, так и катализа на волокнах. The carbon (C) structure is characterized by an interlayer distance of 0.375 - 0.378 nm, (nanometers), which indicates a significant disorder of its crystal lattice, and, therefore, a high reactivity of carbon (C) both during sorption and catalysis on the fibers.

На поверхности волокна имеется пористое покрытие из диоксида кремния (SiO₂), причем его пористость составляет 30 - 80% от объема покрытия. Такая пористость покрытия обусловлена тем, что при содержании пор менее 30% от объема покрытия, снижается его газо- и водопроницаемость, а при содержании пор выше 80% от объема покрытия оно состоит из разрозненных, слабо связанных между собой и с волокнами блоков.On the surface of the fiber there is a porous coating of silicon dioxide (SiO ₂ ), and its porosity is 30 - 80% of the coating volume. This porosity of the coating is due to the fact that when the pore content is less than 30% of the volume of the coating, its gas and water permeability decreases, and when the pore content is above 80% of the volume of the coating, it consists of disparate blocks that are weakly bonded to each other and to fibers.

Благодаря наличию пористого покрытия диоксида кремния (SiO₂) меняется кинетика сорбции волокном вредных веществ. Покрытие выполняет функции дренирующей подложки, которая рассекает микропоток очищаемой жидкости или газа и направляет его к сорбционным порам волокна, ускоряя и облегчая тем самым процесс сорбции на нем загрязняющих веществ. Наличие покрытия из диоксида кремния (SiO₂) на волокне увеличивает его сорбционные характеристики, особенно по веществам с большой молекулярной массой и микроорганизмам. Такое увеличение может составлять 15 - 30 мас.% по сравнению с волокном без покрытия диоксида кремния (SiO₂). При наличии покрытия из диоксида кремния (SiO₂) отмечается также увеличение сорбционной емкости волокна по тяжелым металлам, особенно по свинцу (Pb).Due to the presence of a porous coating of silicon dioxide (SiO ₂ ), the kinetics of sorption of harmful substances by the fiber changes. The coating functions as a draining substrate, which cuts the microflow of the liquid or gas being cleaned and directs it to the sorption pores of the fiber, accelerating and facilitating the process of sorption of pollutants on it. The presence of a coating of silicon dioxide (SiO ₂ ) on the fiber increases its sorption characteristics, especially for substances with a high molecular weight and microorganisms. Such an increase can be 15-30 wt.% Compared with a fiber without a coating of silicon dioxide (SiO ₂ ). In the presence of a coating of silicon dioxide (SiO ₂ ) there is also an increase in the sorption capacity of the fiber for heavy metals, especially for lead (Pb).

Углеродное волокно характеризуется величиной удельной площади его поверхности 590 - 2550 м²/г.Carbon fiber is characterized by a specific surface area of 590 - 2550 m ² / g.

Волокно с удельной площадью поверхности менее 590 м²/г имеет сорбционную емкость, недостаточную для эффективного улавливания вредных веществ как из воды, так и из воздуха.A fiber with a specific surface area of less than 590 m ² / g has a sorption capacity insufficient for the efficient capture of harmful substances from both water and air.

Волокно же с величиной удельной поверхности более 2550 м²/г практически не имеет механической прочности, необходимой при использовании его в фильтрующем устройстве.A fiber with a specific surface area of more than 2550 m ² / g practically does not have the mechanical strength required when using it in a filtering device.

Суммарный объем сорбционных пор волокна, определенный по сорбции паров бензола, составляет 0,63 - 1,82 см³/г. При суммарном объеме сорбционных пор менее 0,63 см³/г углеродное волокно может сорбировать практически все вещества - загрязнители, однако сорбционная емкость волокна по этим веществам небольшая. При аварийном выбросе вредных веществ волокно может оказаться недостаточно эффективным в фильтрующих устройствах. Волокно с суммарным объемом сорбционных пор более 1,82 см³/г имеет низкую механическую прочность и может разрушаться при воздействии потока воды или воздуха.The total volume of sorption pores of the fiber, determined by the sorption of benzene vapors, is 0.63 - 1.82 cm ³ / g. With a total sorption pore volume of less than 0.63 cm ³ / g, carbon fiber can absorb almost all pollutant substances, but the sorption capacity of the fiber for these substances is small. In case of emergency release of harmful substances, the fiber may not be effective enough in filtering devices. A fiber with a total sorption pore volume of more than 1.82 cm ³ / g has a low mechanical strength and can be destroyed when exposed to a stream of water or air.

Количество диоксида кремния (SiO₂) на волокне составляет 0,8 - 9,8 мас.% от массы волокна. При содержании диоксида кремния (SiO₂) менее 0,8 мас.% толщина покрытия уменьшается настолько, что оно не выполняет функцию дренирующей прослойки. При количестве же диоксида кремния (SiO₂) более 9,8 мас.% покрытие становится рыхлым и непрочным, оно легко разделяется на отдельные фрагменты.The amount of silicon dioxide (SiO ₂ ) on the fiber is 0.8 to 9.8 wt.% By weight of the fiber. When the content of silicon dioxide (SiO ₂ ) is less than 0.8 wt.%, The thickness of the coating decreases so that it does not fulfill the function of a draining layer. When the amount of silicon dioxide (SiO ₂ ) more than 9.8 wt.% The coating becomes loose and fragile, it is easily divided into separate fragments.

Объем сорбционных пор в волокне состоит из объема, образованного микро- и мезопорами, причем объем микропор может составлять 0,13 - 0,65 см³/г, а мезопор 0,15 - 1,15 см³/г. Волокно с объемом микропор менее 0,13 и мезопор менее 0,15 см³/г имеет низкие сорбционные характеристики по большинству веществ. Волокно с объемом микропор более 0,65 см³/г и мезопор более 1,15 см³/г получить практически невозможно.The volume of sorption pores in the fiber consists of the volume formed by micro- and mesopores, and the volume of micropores can be 0.13 - 0.65 cm ³ / g, and the mesopore 0.15 - 1.15 cm ³ / g. A fiber with a micropore volume of less than 0.13 and mesopore less than 0.15 cm ³ / g has low sorption characteristics for most substances. A fiber with a micropore volume of more than 0.65 cm ³ / g and mesopore more than 1.15 cm ³ / g is practically impossible to obtain.

Для очистки воды объем сорбционных пор моноволокна следует выбирать в диапазоне:
микропор 0,19 - 0,65 см³/г или
мезопор 0,23 - 1,15 см³/г.For water purification, the volume of sorption pores of the monofilament should be selected in the range of:
micropores 0.19 - 0.65 cm ³ / g or
mesopore 0.23 - 1.15 cm ³ / g.

Волокна с содержанием микропор менее 0,19 см³/г и мезопор менее 0,23 см³/г имеют низкие сорбционные характеристики по веществам-загрязнителям воды, а волокна с содержанием микропор более 0,65 см³/г и мезопор более 1,15 см³/г не могут эффективно использоваться из-за низких прочностных характеристик.Fibers with a micropore content of less than 0.19 cm ³ / g and mesopores less than 0.23 cm ³ / g have low sorption characteristics for water pollutants, and fibers with a micropore content of more than 0.65 cm ³ / g and mesopores more than 1, 15 cm ³ / g cannot be used effectively due to low strength characteristics.

Для очистки воздуха объем сорбционных пор волокна следует выбирать в диапазоне:
микропор 0,13 - 0,55 см³/г или
мезопор 0,15 - 0,73 см³/г.For air purification, the sorption pore volume of the fiber should be selected in the range:
micropores 0.13 - 0.55 cm ³ / g or
mesopore 0.15 - 0.73 cm ³ / g.

При очистке воздуха материалом, содержащим волокна с объемом микропор менее 0,13 см³/г и мезопор менее 0,15 см³/г, его эффективность по многим веществам, особенно с низкой молекулярной массой, недостаточна. Использование же волокон, содержащих более 0,55 см³/г микропор и более 0,73 см³/г мезопор, для очистки воздуха нецелесообразно, так как волокна даже с указанными выше удельными объемами пор дают прекрасный результат по очистке всех исследованных загрязняющих веществ.When cleaning air with a material containing fibers with a micropore volume of less than 0.13 cm ³ / g and mesopore less than 0.15 cm ³ / g, its effectiveness in many substances, especially with a low molecular weight, is insufficient. The use of fibers containing more than 0.55 cm ³ / g of micropores and more than 0.73 cm ³ / g of mesopores is not practical for air purification, since the fibers even with the specific pore volumes indicated above give an excellent result in cleaning all the pollutants studied.

Фильтрующий материал для очистки воды или воздуха может быть сформирован в виде комплексной нити с линейной плотностью более 120 текс и числом моноволокон более 1050 штук. Нить с линейной плотностью менее 120 текс и числом моноволокон менее 1050 является слишком тонкой и имеет низкую прочность, что не позволяет использовать ее в конструкции фильтрующего устройства. Filtering material for water or air purification can be formed in the form of a multifilament yarn with a linear density of more than 120 tex and a number of monofilaments of more than 1050 pieces. A thread with a linear density of less than 120 tex and a number of monofilaments of less than 1050 is too thin and has low strength, which does not allow its use in the design of the filtering device.

Фильтрующий материал может быть выполнен также из плетеного шнура, причем количество комплексных нитей, используемых при его изготовлении, должно быть по меньшей мере не менее трех. The filter material can also be made of braided cord, and the number of multifilament yarns used in its manufacture must be at least three.

Фильтрующий материал может быть изготовлен и в виде трикотажа, а также ткани с поверхностной плотностью 80 - 240 г/м². Ткань с поверхностной плотностью менее 80 г/м² имеет низкую прочность, а при поверхностной плотности более 240 г/м² имеет пониженную воздухопроницаемость. Ткань для очистки воды может иметь поверхностную плотность 80 - 210 г/м². Ткань с поверхностной плотностью менее 80 г/м² из-за низкой прочности трудно использовать в фильтрующем устройстве. Ткань же с поверхностной плотностью более 210 г/м² создает в фильтрующем устройстве очистки воды высокое сопротивление потоку воды, то есть вызывает резкое увеличение гидравлического сопротивления.The filtering material can also be made in the form of knitwear, as well as fabrics with a surface density of 80 - 240 g / m ² . A fabric with a surface density of less than 80 g / m ² has a low strength, and with a surface density of more than 240 g / m ² has a lower breathability. The fabric for water treatment can have a surface density of 80 - 210 g / m ² . A fabric with a surface density of less than 80 g / m ^{2 is} difficult to use in a filter device due to its low strength. A fabric with a surface density of more than 210 g / m ² creates a high resistance to water flow in the water purification filter device, that is, it causes a sharp increase in hydraulic resistance.

Для очистки воздуха используют ткань на основе активированных углеродных волокон с поверхностной плотностью 120 - 240 г/м². Ткань с поверхностной плотностью менее 120 г/м² в фильтрах очистки воздуха применять нецелесообразно из-за травмирования ее и разрушения фрагментов потоком воздуха, особенно при больших расходах. Ткань же с поверхностной плотностью более 240 г/>м² характеризуется пониженной воздухопроницаемостью и, следовательно, повышенным сопротивлением воздушному потоку и гидравлическим сопротивлением.For air purification using a fabric based on activated carbon fibers with a surface density of 120 - 240 g / m ² . It is impractical to use a fabric with a surface density of less than 120 g / m ² in air purification filters due to its injury and destruction of fragments by air flow, especially at high costs. A fabric with a surface density of more than 240 g /> m ^{2 is} characterized by reduced air permeability and, therefore, increased resistance to air flow and hydraulic resistance.

Фильтрующий материал в виде ткани из активированных углеродных волокон может также содержать серебро (Ag) в количестве примерно 0,05 - 0,96% от массы волокна. The filter media in the form of activated carbon fiber fabric may also contain silver (Ag) in an amount of about 0.05-0.96% by weight of the fiber.

Содержание серебра (Ag) в фильтрующем материале в количестве менее 0,05% не оказывает выраженного бактерицидного эффекта, а увеличение содержания серебра выше 0,96% существенно увеличивает стоимость материала и самого фильтра. The silver (Ag) content in the filter material in an amount of less than 0.05% does not have a pronounced bactericidal effect, and an increase in silver content above 0.96% significantly increases the cost of the material and the filter itself.

Патентуемый способ получения описанного выше фильтрующего материала для очистки жидких и газообразных веществ заключается в следующем. A patented method for producing the above filter material for the purification of liquid and gaseous substances is as follows.

Гидратцеллюлозное волокно, используемое в патентуемом способе в качестве подлежащего обработке материала, сначала пропитывают катализирующим агентом. The cellulose hydrate used in the patented method as the material to be treated is first impregnated with a catalytic agent.

В качестве гидратцеллюлозных волокон могут быть использованы волокна, полученные из любого материала, например, древесины, бамбука, хлопка, а также вискозного шелка и других. As hydrated cellulose fibers can be used fibers obtained from any material, for example, wood, bamboo, cotton, as well as viscose silk and others.

Катализирующим агентом могут служить кремнийорганические соединения, в частности полиметилсилоксаны в виде их раствора в органическом растворителе, например ацетоне, толуоле, четыреххлористом углероде и других. Organosilicon compounds, in particular polymethylsiloxanes in the form of their solution in an organic solvent, for example acetone, toluene, carbon tetrachloride and others, can serve as a catalyzing agent.

Перед пропиткой гидратцеллюлозное волокно или материал на его основе следует очистить от возможных загрязнений (замасливания, авиважа), для чего можно использовать органические растворители, в частности ацетон, толуол, четыреххлористый углерод и другие. Очистку проводить при комнатной температуре преимущественно путем окунания. Пропитку целесообразно проводить путем окунания исходного гидратцеллюлозного волокна в ванну с раствором кремнийорганического соединения в растворителе лучше непрерывным способом. Before impregnation, hydrated cellulose fiber or a material based on it should be cleaned of possible contaminants (oiling, avivage), for which organic solvents, in particular acetone, toluene, carbon tetrachloride and others, can be used. Cleaning is carried out at room temperature mainly by dipping. It is advisable to carry out the impregnation by dipping the initial hydrated cellulose fiber in a bath with a solution of organosilicon compounds in a solvent, preferably in a continuous manner.

Для получения на углеродном волокне или материале на его основе покрытия из диоксида кремния (SiO₂) с требуемыми параметрами исходный гидратцеллюлозный материал пропитывают раствором кремнийорганического полимера в органическом растворителе при концентрации этого соединения 0,8 - 4,2 мас.%.To obtain coatings of silicon dioxide (SiO ₂ ) with the required parameters on a carbon fiber or a material based on it, the initial hydrated cellulosic material is impregnated with a solution of an organosilicon polymer in an organic solvent at a concentration of 0.8 to 4.2 wt.% Of this compound.

Если концентрация кремнийорганического полимера меньше 0,8 мас.%, то кремнийорганическое покрытие на гидратцеллюлозном волокне не выполняет своей функции катализатора процесса гидролиза целлюлозы, соответственно свойства патентуемого материала оказываются заниженными. При концентрации кремнийорганического полимера в растворе свыше 4,2 мас.% на пропитываемом гидратцеллюлозном волокне образуется слишком толстая пленка этого соединения, которая при этом имеет низкую прочность сцепления с волокном. Поэтому качество активированного углеродного волокна и материала на его основе оказывается низким. If the concentration of the organosilicon polymer is less than 0.8 wt.%, Then the organosilicon coating on the cellulose hydrate fiber does not fulfill its function as a catalyst for the process of cellulose hydrolysis, respectively, the properties of the patented material are underestimated. When the concentration of the organosilicon polymer in the solution exceeds 4.2 wt.%, An excessively thick film of this compound is formed on the cellulose hydrated fiber, which at the same time has a low adhesion to the fiber. Therefore, the quality of activated carbon fiber and material based on it is low.

Пропитку проводят в течение 2,5 - 15 мин. Продолжительность пропитки в течение менее 2,5 мин не позволяет получить пленку кремнийорганического соединения на волокне необходимой толщины, а пропитка более 15 мин, наоборот, приводит к получению толстой и рыхлой пленки, слабо соединенной с волокном. Impregnation is carried out for 2.5 to 15 minutes. The duration of the impregnation for less than 2.5 minutes does not allow to obtain a film of organosilicon compounds on the fiber of the required thickness, and the impregnation of more than 15 minutes, on the contrary, leads to a thick and loose film, weakly connected to the fiber.

После пропитки гидратцеллюлозное волокно подлежит сушке при 105 - 140^oC в воздушной среде, например, путем обдува нагретым воздухом. Сушка волокна при температуре ниже 105^oC удлиняет процесс сушки и при этом снижается прочность пленки кремнийорганического соединения на волокне. При температуре сушки свыше 140^oC получается слишком жесткое и хрупкое покрытие кремнийорганического соединения на волокне, к тому же возможно самовозгорание паров растворителя.After impregnation, the hydrated cellulose fiber should be dried at 105 - 140 ^o C in air, for example, by blowing with heated air. Drying the fiber at a temperature below 105 ^o C lengthens the drying process and thus reduces the strength of the film of organosilicon compounds on the fiber. At a drying temperature above 140 ^o C, a too hard and brittle coating of the organosilicon compound on the fiber is obtained, moreover, spontaneous combustion of the solvent vapor is possible.

Затем волокно карбонизируют в защитной газовой среде, например, азоте, аргоне, либо других газах, преимущественно в среде газов следующего состава (об.%):
водород (H₂) - 73-74
моноокись углерода (CO) - 20-21
двуокись углерода (CO₂) - 2,7-3,2
метан (CH₄) - 1,2-1,5
влага (H₂O) - остальное
Температура карбонизации составляет 550 - 985^oC. Карбонизация волокна при температуре ниже 550^oC не приводит к достаточно полному гидролизу гидратцеллюлозы, а термообработка его при температуре выше 985^oC сопровождается образованием упорядоченной структуры углерода (C). И в том и в другом случае углеродсодержащее волокно мало пригодно для получения из него активированного волокна с высокими характеристиками.Then the fiber is carbonized in a protective gas environment, for example, nitrogen, argon, or other gases, mainly in the atmosphere of gases of the following composition (vol.%):
hydrogen (H ₂ ) - 73-74
carbon monoxide (CO) - 20-21
carbon dioxide (CO ₂ ) - 2.7-3.2
methane (CH ₄ ) - 1.2-1.5
moisture (H ₂ O) - the rest
The carbonization temperature is 550 - 985 ^o C. The carbonization of the fiber at a temperature below 550 ^o C does not lead to a sufficiently complete hydrolysis of cellulose hydrate, and its heat treatment at a temperature above 985 ^o C is accompanied by the formation of an ordered carbon structure (C). In both cases, the carbon-containing fiber is not very suitable for producing activated fiber with high characteristics from it.

Скорость нагрева гидратцеллюлозного волокна при карбонизации должна обеспечивать полноту процессов гидролиза и формирования углеродной структуры материала без его разрушения. The heating rate of cellulose hydrate fiber during carbonization should ensure the completeness of the hydrolysis and formation of the carbon structure of the material without its destruction.

Карбонизированное волокно активируют одним из окисляющих газов, преимущественно водяным паром при 855 - 960^oC. При температуре активирования ниже 855^oC интенсивное окисления углерода (C) возможно кислородом (O₂), но этот процесс неустойчив, поэтому качественное активирование волокна получить трудно. Скорость же реакции углерода (C) с водяным паром (H₂O) при этих условиях невелика и возможно получение только малоактивных углей. Активирование карбонизированного волокна при температуре выше 960^oC может привести к неравномерному его окислению.Carbonized fiber is activated by one of the oxidizing gases, mainly water vapor at 855 - 960 ^o C. At an activation temperature below 855 ^o C, intense oxidation of carbon (C) is possible with oxygen (O ₂ ), but this process is unstable, therefore it is difficult to obtain high-quality activation of the fiber. The rate of reaction of carbon (C) with water vapor (H ₂ O) under these conditions is low and only low-activity coals can be obtained. Activation of carbonated fiber at temperatures above 960 ^o C can lead to uneven oxidation.

Активирование карбонизированного волокна проводят в течение 3 - 55 мин. При активировании волокна даже с использованием температуры 960^oC и продолжительности активирования в течение менее 3 мин не достигаются требуемые сорбционные характеристики сорбента. Активация же волокна в течение более 55 мин нецелесообразна как в связи с ухудшением пористой структуры волокна, так и с потерей им прочности.Activation of carbonated fiber is carried out for 3 to 55 minutes When activating the fiber even using a temperature of 960 ^° C. and a duration of activation of less than 3 minutes, the required sorption characteristics of the sorbent are not achieved. Activation of the fiber for more than 55 minutes is impractical both in connection with the deterioration of the porous structure of the fiber, and with the loss of its strength.

Активированное пористое волокно может быть дополнительно наполнено серебром (Ag) в количестве 0,05 - 0,96% от массы волокна. The activated porous fiber can be further filled with silver (Ag) in an amount of 0.05-0.96% by weight of the fiber.

Для этого волокно пропитывают соответствующим водным раствором азотнокислого серебра (AgNO₃) при 25^oC в течение 40 мин, а затем отжигают на воздухе при 220^oC в течение 20 - 55 мин.For this, the fiber is impregnated with an appropriate aqueous solution of silver nitrate (AgNO ₃ ) at 25 ^° C for 40 minutes, and then annealed in air at 220 ^° C for 20 - 55 minutes.

Пример 1. Фильтрующий материал для очистки воды, содержащий моноволокно диаметром 4 мкм, имеющее на поверхности 9,8 мас.% диоксида кремния (SiO²) с удельной площадью поверхности 590 м₂/г, объемом сорбционных пор 0,63 см³/г, в том числе объемом микропор 0,19 см³/г, объемом мезопор 0,44 см³/г, выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 210 г/м², получали следующим образом.Example 1. Filtering material for water treatment, containing a monofilament with a diameter of 4 μm, having on the surface 9.8 wt.% Silicon dioxide (SiO ² ) with a specific surface area of 590 m ₂ / g, sorption pore volume of 0.63 cm ³ / g , including a micropore volume of 0.19 cm ³ / g, a mesopore volume of 0.44 cm ³ / g, made in the form of tissue with a surface density of 210 g / m ² , was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозных волокон пропитывали путем окунания в 4,2% растворе полиметилсилоксана в толуоле в течение 2,5 мин, сушили в воздушной среде при 105^oC в течение 3 мин, карбонизировали в среде защитного газа в составе (об.%):
водород (H₂) - 73-74
моноокись углерода (CO) - 20-21
двуокись углерода (CO₂) - 2,7-3,2
метан (CH₄) - 1,2-1,5
влага (H₂O) - остальное
при температуре 550^oC, а затем активировали в среде водяного пара при 850^oC в течение 55 мин.The fabric of hydrated cellulose fibers was impregnated by dipping in a 4.2% solution of polymethylsiloxane in toluene for 2.5 min, dried in air at 105 ^o C for 3 min, carbonized in a protective gas medium in the composition (vol.%):
hydrogen (H ₂ ) - 73-74
carbon monoxide (CO) - 20-21
carbon dioxide (CO ₂ ) - 2.7-3.2
methane (CH ₄ ) - 1.2-1.5
moisture (H ₂ O) - the rest
at a temperature of 550 ^o C, and then activated in a medium of water vapor at 850 ^o C for 55 minutes

После чего ткань подвергали испытаниям на способность сорбировать вещества-маркеры из водных растворов. After that, the fabric was tested for the ability to adsorb marker substances from aqueous solutions.

Испытания проводили в статических и динамических условиях. The tests were carried out under static and dynamic conditions.

В статических условиях определяли адсорбционную активность по метиленовому голубому, йоду, креатинину и витамину B₁₂.Under static conditions, adsorption activity was determined by methylene blue, iodine, creatinine and vitamin B ₁₂ .

Адсорбционную активность по метиленовому голубому или йоду проводили из водных растворов, содержащих по 150 мг/дм³ вещества каждый. Навеска углеродного волокна составляла 0,05 г, а объем раствора составлял 25 см³. После встряхивания волокна в растворе в течение 20 мин отфильтрованный от волокна раствор испытывали на остаточное содержание метиленового голубого или йода.Adsorption activity by methylene blue or iodine was carried out from aqueous solutions containing 150 mg / dm ^{3 of} substance each. A portion of the carbon fiber was 0.05 g, and the volume of the solution was 25 cm ³ . After shaking the fibers in the solution for 20 minutes, the solution filtered from the fiber was tested for residual methylene blue or iodine.

Аналогичным образом определяли адсорбционную активность по другим веществам. Отличие состояло в исходных концентрациях этих веществ. Исходная концентрация креатинина составляла 150 мг/дм³, а витамина B₁₂ - 330 мг/дм³.Similarly, the adsorption activity of other substances was determined. The difference was in the initial concentrations of these substances. The initial concentration of creatinine was 150 mg / dm ³ , and vitamin B ₁₂ - 330 mg / dm ³ .

В отношении сорбции бактерий испытания волокна или материала проводили следующим образом. With respect to sorption of bacteria, testing of the fiber or material was carried out as follows.

Брали водную суспензию, содержащую около 1 • 10⁹ клеток золотистого стафилококка в 1 мл воды, прибавляли к ней испытуемое волокно в количестве 20 мг/дм³ суспензии, выдерживали при комнатной температуре в течение 15 мин, при этом через каждые 5 мин отбирали контрольные пробы суспензии на содержание клеток стафилококка.An aqueous suspension was taken containing about 1 • 10 ⁹ cells of Staphylococcus aureus in 1 ml of water, the test fiber was added to it in an amount of 20 mg / dm ^{3 of the} suspension, kept at room temperature for 15 minutes, and control samples were taken every 5 minutes suspension for staphylococcus cells.

В динамических условиях испытания волокна или материала на его основе проводили по хлору. Фильтрующий материал для очистки воды испытывали следующим образом. Under dynamic conditions, tests of the fiber or material based on it were carried out on chlorine. Filtering material for water purification was tested as follows.

Брали сорбционную колонну, имеющую следующие размеры: диаметр 70 мм, а толщину слоя волокна или материала изменяли от 5 до 30 мм. They took a sorption column having the following dimensions: diameter 70 mm, and the thickness of the fiber or material layer was changed from 5 to 30 mm.

Водный раствор, содержащий активный хлор с концентрацией 50 мг/дм³, введенный в воду путем растворения в ней соответствующего количества гипохлорита кальция, фильтровали с расходом 10 дм³/ч через сорбционную колонку с испытуемым углеродным волокном при толщине слоя материала 5, 10, 15, 20, 25 и 30 мм.An aqueous solution containing active chlorine with a concentration of 50 mg / dm ³ , introduced into water by dissolving an appropriate amount of calcium hypochlorite in it, was filtered with a flow rate of 10 dm ³ / h through a sorption column with a test carbon fiber at a material layer thickness of 5, 10, 15 , 20, 25 and 30 mm.

После каждых 0,5 ч фильтрации воды через слой материала с фиксированной толщиной определяли содержание хлора в фильтрате. After every 0.5 hours of filtering water through a layer of material with a fixed thickness, the chlorine content in the filtrate was determined.

Испытания проводили до появления в фильтрате активного хлора с концентрацией свыше предельно допустимой (0,8 мг/дм³).Tests were carried out until the appearance of active chlorine in the filtrate with a concentration above the maximum permissible (0.8 mg / dm ³ ).

По полученным данным строили зависимость времени защитного действия (ч) от толщины слоя материала (см). Из данных графика получили значение коэффициента K₃ (ч/см) защитного действия материала при данной скорости фильтрации (25 дм³/ч), как тангенс угла наклона прямой зависимости в координатах: толщина слоя фильтрующего материала - время защитного действия.According to the obtained data, the dependence of the protective action time (h) on the thickness of the material layer (cm) was built. From the graph data, we obtained the value of the coefficient K ₃ (h / cm) of the protective action of the material at a given filtration rate (25 dm ³ / h), as the slope of the direct dependence in the coordinates: layer thickness of the filter material - time of the protective effect.

Задерживающую способность фильтрующего материала для очистки воздуха от газообразного хлора определяли по коэффициенту его защитного действия. Чем больше коэффициент K₃ защитного действия, тем больше ресурс работы фильтрующего материала.The holding capacity of the filter material for air purification from chlorine gas was determined by the coefficient of its protective effect. The greater the coefficient of K ₃ protective action, the greater the service life of the filter material.

Через пакет фильтрующего материала диаметром 70 мм толщиной 5 - 30 мм пропускали поток воздуха, содержащего 50 мг/м³ газообразного хлора. Скорость фильтрования составляла 10 м³/ч. Через каждые 0,5 ч фильтрования определяли концентрацию хлора в очищенном воздухе. Испытания проводили до появления в очищенном воздухе с концентрацией более предельно-допустимой (свыше 1 мг/м³). По полученным данным строили графическую зависимость в координатах: толщина слоя фильтрующего материала - время защитного действия. Коэффициент K₃ защитного действия (ч/см) фильтрующего материала определяли как тангенс угла наклона прямой на вышеприведенном графике.A stream of air containing 50 mg / m ^{3 of} gaseous chlorine was passed through a packet of filter material with a diameter of 70 mm, a thickness of 5-30 mm. The filtration rate was 10 m ³ / h. After every 0.5 hours of filtration, the concentration of chlorine in the purified air was determined. The tests were carried out until the appearance in purified air with a concentration of more than the maximum permissible (over 1 mg / m ³ ). Based on the data obtained, a graphical dependence was constructed in the coordinates: the layer thickness of the filter material is the time of the protective action. The coefficient of K ₃ protective action (h / cm) of the filter material was determined as the tangent of the angle of inclination of the straight line in the above graph.

Любым известным способом определяли также разрывную нагрузку полоски материала шириной 50 мм длиной 100 мм в направлении основных и уточных нитей. By any known method, the breaking load of a strip of material 50 mm wide and 100 mm long in the direction of the warp and weft threads was also determined.

Материал согласно приведенному примеру имеет адсорбционную активность по метиленовому голубому 270 мг/г, по йоду 1660 мг/г, по креатинину 110 мг/г, по витамину B₁₂ 52 мг/г. Коэффициент K₃ защищенного действия по хлору 30,4 ч/см. Разрывная нагрузка полоски материала шириной 50 мм составляла по основе 42,7 кгс, по утку 33,4 кгс.The material according to the given example has adsorption activity on methylene blue 270 mg / g, on iodine 1660 mg / g, on creatinine 110 mg / g, on vitamin B ₁₂ 52 mg / g. The K ₃ coefficient of chlorine protected action is 30.4 h / cm. The breaking load of a strip of material with a width of 50 mm was 42.7 kgf on the basis, 33.4 kgf on the weft.

Пример 2. Фильтрующий материал для очистки воздуха, содержащий моноволокно диаметром 10 мкм, имеющее на поверхности 0,8 мас.% диоксида кремния с удельной площадью поверхности 1550 м²/г, объемом сорбционных пор 0,8 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,3 см³/г,
объемом мезопор 0,5 см³/г,
выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 155 см²/г, получали следующим образом.Example 2. Filtering material for air purification, containing a monofilament with a diameter of 10 μm, having on the surface 0.8 wt.% Silicon dioxide with a specific surface area of 1550 m ² / g, sorption pore volume of 0.8 cm ³ / g, including :
micropore volume 0.3 cm ³ / g,
the mesopore volume of 0.5 cm ³ / g,
made in the form of a fabric with a surface density of 155 cm ² / g, was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозного волокна пропитывали путем окунания в 0,8%-ном растворе полиметилфенилсилоксана в ацетоне в течение 7 мин, сушили при 140^oC в течение 1 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 985^oC и активировали в среде водяного пара при 990^oC в течение 3 мин.The cellulose fiber tissue was impregnated by dipping in a 0.8% solution of polymethylphenylsiloxane in acetone for 7 minutes, dried at 140 ^° C for 1 minute, carbonized in a protective gas at 985 ^° C and activated in water at 990 ^o C for 3 minutes

Материал имел следующие свойства. The material had the following properties.

Разрывная нагрузка полоски материала шириной 50 мм составляла по основе 25,4 кгс, по утку 21,3 кгс. The breaking load of a strip of material with a width of 50 mm was 25.4 kgf on the basis, 21.3 kgf on the weft.

Коэффициент K₃ защитного действия по хлору из воздуха составлял 45,3 ч/см.The K ₃ coefficient _of protective action for chlorine from the air was 45.3 h / cm.

Воздухопроницаемость материала составляла 160 дм³/м² в секунду.The air permeability of the material was 160 dm ³ / m ² per second.

Пример 3. Фильтрующий материал для очистки воды содержит моноволокно диаметром 6,0 мкм, имеющее на поверхности 9,8 мас.% диоксида кремния с удельной площадью поверхности 2550 м²/г, объемом сорбционных пор 1,82 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,67 см³/г,
объемом мезапор 1,15 см³/г,
выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 80 г/м², получали следующим образом.Example 3. The filtering material for water purification contains a monofilament with a diameter of 6.0 μm, having on the surface 9.8 wt.% Silicon dioxide with a specific surface area of 2550 m ² / g, sorption pore volume of 1.82 cm ³ / g, including including:
micropore volume of 0.67 cm ³ / g,
mezopor volume of 1.15 cm ³ / g,
made in the form of a fabric with a surface density of 80 g / m ² was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозных волокон пропитывали 2%-ным раствором полиметилфенилсилоксана в ацетоне в течение 15 мин, сушили 2 мин при 120^oC, карбонизировали при 950^oC и активировали при 940^oC в течение 25 мин.The cellulose fiber tissue was impregnated with a 2% solution of polymethylphenylsiloxane in acetone for 15 minutes, dried for 2 minutes at 120 ^° C, carbonized at 950 ^° C and activated at 940 ^° C for 25 minutes.

Материал имеет адсорбционную активность по метиленовому голубому 455 мг/г, по йоду 2940 мг/г, по креатинину 265 мг/г, по витамину B₁₂ - 122 мг/г. Коэффициент K₃ защитного действия по хлору 65,3 ч/см.The material has an adsorption activity of 455 mg / g for methylene blue, 2940 mg / g for iodine, 265 mg / g for creatinine, and 122 mg / g for vitamin B ₁₂ . The K ₃ coefficient of chlorine protective action is 65.3 h / cm.

Разрывная нагрузка полоски материала шириной 50 мм составляет 1,7 кг (по основе). The breaking load of a strip of material with a width of 50 mm is 1.7 kg (based).

Количество клеток золотистого стафилококка в суспензии с исходной концентрацией около 1 • 10⁹ клеток в мл воды после контакта с фильтрующим материалом в количестве 20 мг/мл составило: через 5 мин - 56 клеток в мл, через 10 мин - 8 клеток в мл, через 15 мин - 2 клетки в мл.The number of Staphylococcus aureus cells in suspension with an initial concentration of about 1 • 10 ⁹ cells in ml of water after contact with filter material in an amount of 20 mg / ml was: after 5 minutes - 56 cells per ml, after 10 minutes - 8 cells per ml, through 15 min - 2 cells per ml.

Пример 4. Фильтрующий материал для очистки воды и воздуха, содержащий моноволокно диаметром 10 мкм, имеющее на поверхности 8,5 мас.% диоксида кремния, с удельной площадью поверхности 800 м²/ч, сорбционным объемом пор 0,7 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,25 см³/г,
объемом мезопор 0,45 см³/г,
выполненный в виде комплексной крученой нити с линейной плотностью 190 текс, содержащий около 4000 моноволокон.Example 4. Filtering material for water and air purification, containing a monofilament with a diameter of 10 μm, having on the surface 8.5 wt.% Silicon dioxide, with a specific surface area of 800 m ² / h, sorption pore volume of 0.7 cm ³ / g, including:
micropore volume of 0.25 cm ³ / g,
the mesopore volume of 0.45 cm ³ / g,
made in the form of a complex twisted yarn with a linear density of 190 tex, containing about 4000 monofilaments.

Этот материал получили следующим образом. This material was obtained as follows.

Нить, содержащую гидратцеллюлозные волокна, пропитывали 3%-ным раствором полиорганосилоксана в толуоле в течение 15 мин, сушили при 140^oC в течение 1 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 550^oC и активировали при 990^oC в течение 3 мин.The yarn containing cellulose hydrated fibers was impregnated with a 3% solution of polyorganosiloxane in toluene for 15 minutes, dried at 140 ^° C for 1 minute, carbonized in a protective gas medium at 550 ^° C and activated at 990 ^° C for 3 minutes.

Материал имел следующие характеристики сорбции: адсорбционную активность по метиленовому голубому 310 мг/г, по йоду 1820 мг/г, по креатинину 133 мг/г, по витамину B₁₂ - 65 мг/г. Коэффициент K₃ защитного действия по хлору 47,1 ч/см.The material had the following sorption characteristics: adsorption activity for methylene blue 310 mg / g, for iodine 1820 mg / g, for creatinine 133 mg / g, for vitamin B ₁₂ - 65 mg / g. The K ₃ coefficient of chlorine protective action is 47.1 h / cm.

Разрывная нагрузка нити 2,8 гс/текс. The breaking load of the filament is 2.8 g / tex.

Пример 5. Фильтрующий материал для очистки воды и воздуха, содержащий моноволокно диаметром 8,0 мкм, имеющее на поверхности 1,5 мас.% диоксида кремния, с удельной площадью поверхности 1020 м²/г, объемом сорбционных пор 0,75 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,28 см³/г,
объемом мезопор 0,47 см³/г,
выполненный в виде плетеного шнура, содержащего комплексные нити с общим количеством моноволокон около 65000, получали следующим образом.Example 5. Filtering material for water and air purification, containing a monofilament with a diameter of 8.0 μm, having on the surface 1.5 wt.% Silicon dioxide, with a specific surface area of 1020 m ² / g, sorption pore volume of 0.75 cm ³ / g, including:
micropore volume of 0.28 cm ³ / g,
the mesopore volume of 0.47 cm ³ / g,
made in the form of a braided cord containing complex threads with a total number of monofilaments of about 65,000, was obtained as follows.

Плетеный шнур из гидратцеллюлозных волокон пропитывали 0,8%-ным раствором полиметилфенилсилоксана в четыреххлористом углероде в течение 3 мин, сушили при 105^oC в течение 5 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 985^oC и активировали при 850^oC в течение 25 мин.The braided cord of cellulose hydrated fibers was impregnated with a 0.8% solution of polymethylphenylsiloxane in carbon tetrachloride for 3 minutes, dried at 105 ^° C for 5 minutes, carbonized in a protective gas at 985 ^° C and activated at 850 ^° C for 25 min

Материал имел следующие свойства: адсорбционную активность по метиленовому голубому 365 мг/г, по йоду 1880 мг/г, по креатинину 145 мг/г, по витамину B₁₂ - 72 мг/г, коэффициент K₃ защитного действия по хлору 50,3 ч/см.The material had the following properties: adsorption activity for methylene blue 365 mg / g, for iodine 1880 mg / g, for creatinine 145 mg / g, for vitamin B ₁₂ - 72 mg / g, coefficient of K ₃ protective effect on chlorine 50.3 h /cm.

Разрывная нагрузка материала 4,3 гс/текс. Breaking load of material 4.3 gf / tex.

Пример 6. Фильтрующий материал для очистки воды, содержащий моноволокно диаметром 50 мкм, имеющее на поверхности 7,0 мас.% диоксида кремния, с удельной площадью поверхности 2100 м²/г, объемом сорбционных пор 1,42 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,52 см³/г,
объемом мезопор 0,90 см³/г,
выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 92 г/м², получали следующим образом.Example 6. Filtering material for water purification, containing a monofilament with a diameter of 50 μm, having on the surface 7.0 wt.% Silicon dioxide, with a specific surface area of 2100 m ² / g, sorption pore volume of 1.42 cm ³ / g, including including:
micropore volume of 0.52 cm ³ / g,
the mesopore volume of 0.90 cm ³ / g,
made in the form of a fabric with a surface density of 92 g / m ² was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозных волокон пропитывали в 4,2%-ным раствором полиметилсилоксана в толуоле в течение 8 мин, сушили при 130^oC в течение 3 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 935^oC и активировали в среде водяного пара при 930^oC в течение 55 мин.The cellulose fiber tissue was impregnated in a 4.2% solution of polymethylsiloxane in toluene for 8 minutes, dried at 130 ^° C for 3 minutes, carbonized in protective gas at 935 ^° C and activated in water vapor at 930 ^° C within 55 minutes

Ткань имела адсорбционную активность по метиленовому голубому 730 мг/г, по йоду 2520 мг/г, по креатинину 235 мг/г, по витамину B₁₂ - 114 мг/г. Коэффициент K₃ защитного действия по хлору 54,1 ч/см.The tissue had an adsorption activity of 730 mg / g for methylene blue, 2520 mg / g for iodine, 235 mg / g for creatinine, and 114 mg / g for vitamin B ₁₂ . Coefficient of K ₃ protective action on chlorine 54.1 h / cm.

Разрывная нагрузка полоски 50 мм составила 2,5 кгс по основе. The breaking load of a strip of 50 mm was 2.5 kgf on the basis.

Пример 7. Фильтрующий материал для очистки воды, содержащий моноволокно диаметром 8 мкм, имеющее на поверхности 3,1 мас.% диоксида кремния, с удельной площадью поверхности 860 м²/г, объемом сорбционных пор 0,71 см³/г, в том числе:
объемом микропор 0,13 см³/г,
объемом мезопор 0,58 см³/г,
выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 190 г/м², получали следующим образом.Example 7. Filtering material for water purification, containing a monofilament with a diameter of 8 μm, having on the surface 3.1 wt.% Silicon dioxide, with a specific surface area of 860 m ² / g, sorption pore volume of 0.71 cm ³ / g, including including:
micropore volume of 0.13 cm ³ / g,
the mesopore volume of 0.58 cm ³ / g,
made in the form of a fabric with a surface density of 190 g / m ² was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозных волокон пропитывали 2,5%-ным раствором полиметилфенилсилоксана в ацетоне в течение 4 мин, сушили на воздухе при 130^oC в течение 1,5 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 720^oC и активировали в среде водяного пара при 885^oC в течение 10 мин.The cellulose fiber tissue was impregnated with a 2.5% solution of polymethylphenylsiloxane in acetone for 4 minutes, dried in air at 130 ^° C for 1.5 minutes, carbonized in a protective gas at 720 ^° C and activated in water vapor at 885 ^o C for 10 minutes

Материал имел адсорбционную активность по метиленовому голубому 282 мг/г, по йоду 1750 мг/г, по креатинину 154 мг/г, по витамину B₁₂ - 85 мг/г. Коэффициент K₃ защитного действия по хлору 42,3 ч/см.The material had an adsorption activity of 282 mg / g for methylene blue, 1750 mg / g for iodine, 154 mg / g for creatinine, and 85 mg / g for vitamin B ₁₂ . The K ₃ coefficient of chlorine protective action is 42.3 h / cm.

Разрывная нагрузка полоски 50 мм материала составляла 39,4 кгс по основе. The breaking load of a strip of 50 mm of material was 39.4 kgf on the basis.

Пример 8. Фильтрующий материал для очистки воздуха, содержащий моноволокно с диаметром 10,0 мкм, имеющее на поверхности 4,2 мас.% диоксида кремния, с удельной площадью поверхности 620 м²/г, объемом сорбционных пор 0,63 см³/г, в том числе
объемом микропор 0,48 см³/г,
объемом мезопор 0,15 см³/г,
выполненный в виде ткани с поверхностной плотностью 240 г/м², получали следующим образом.Example 8. Filtering material for air purification, containing a monofilament with a diameter of 10.0 μm, having on the surface 4.2 wt.% Silicon dioxide, with a specific surface area of 620 m ² / g, sorption pore volume of 0.63 cm ³ / g , including
micropore volume of 0.48 cm ³ / g,
a mesopore volume of 0.15 cm ³ / g,
made in the form of a fabric with a surface density of 240 g / m ² was obtained as follows.

Ткань из гидратцеллюлозных волокон пропитывали 1,3%-ным раствором полиметилсилоксана в четыреххлористом углероде в течение 2,5 мин, сушили при 120^oC в течение 1 мин, карбонизировали в среде защитного газа при 830^oC и активировали в среде водяного пара при 990^oC в течение 5 мин.The cellulose fiber tissue was impregnated with a 1.3% solution of polymethylsiloxane in carbon tetrachloride for 2.5 minutes, dried at 120 ^° C for 1 minute, carbonized in protective gas at 830 ^° C and activated in water vapor at 990 ^o C for 5 minutes

Материал имел следующие характеристики: коэффициент K₃ защитного действия по хлору из воздуха 28,2 ч/см. Разрывная нагрузка полоски шириной 50 мм по основе 51,3 кгс. Воздухонепроницаемость материала составила 105 дм³/м² в секунду.The material had the following characteristics: K ₃ coefficient _of protective action for chlorine from air 28.2 h / cm. The breaking load of a strip 50 mm wide on the basis of 51.3 kgf. The air impermeability of the material was 105 dm ³ / m ² per second.

Далее все примеры сведены в таблицы. Further, all examples are summarized in tables.

В табл. 1 приведены конкретные физические характеристики и характеристики пористой структуры фильтрующих материалов, предназначенных для очистки жидких и газообразных веществ. In the table. 1 shows the specific physical characteristics and characteristics of the porous structure of filtering materials intended for the purification of liquid and gaseous substances.

В табл. 2 указаны конкретные условия и режимы, позволяющие получить характеристики фильтрующих материалов для очистки жидких и газообразных веществ, приведенные в табл. 1. In the table. Table 2 shows the specific conditions and modes that allow to obtain the characteristics of filtering materials for cleaning liquid and gaseous substances, are given in table. one.

В табл. 3 приведены сорбционные свойства и характеристики защитных свойств фильтрующих материалов для очистки жидких и газообразных веществ, указанных в табл. 1. In the table. 3 shows the sorption properties and characteristics of the protective properties of filter materials for cleaning liquid and gaseous substances specified in table. one.

Обладая огромной удельной площадью поверхности и высокоразвитой структурой сорбционных пор, фильтрующий материал способен производить глубокую очистку как водопроводной, так и любой другой загрязненной воды до норм, значительно превышающих по качеству требования соответствующих стандартов. Особенно он эффективен при аварийных выбросах в воду вредных веществ, когда содержание загрязнителей увеличивается на порядок и более. Possessing a huge specific surface area and highly developed sorption pore structure, the filter material is able to deeply purify both tap water and any other contaminated water to norms significantly exceeding the quality requirements of the relevant standards. It is especially effective in case of emergency releases of harmful substances into the water, when the content of pollutants increases by an order of magnitude or more.

Хотя в приведенном выше описании и примерах патентуемый фильтрующий материал рассмотрен применительно к очистке воды и воздуха, однако он с успехом применяется также для очистки и разделения самых разнообразных жидкостей и газов, а также при синтезе и разложении химических веществ. Although the patented filter material in the above description and examples is considered in relation to the purification of water and air, it is also successfully used for purification and separation of a wide variety of liquids and gases, as well as in the synthesis and decomposition of chemicals.

Выполнение фильтрующего материала, содержащего активированные волокна в различных видах (нити, шнуры, ткань, трикотаж и т.д.), а также широкий спектр пористой структуры, обеспечивающей уникальные сорбционные свойства материала, высокую прочность, химическую, термическую, радиационную стойкость, наличие электропроводимости, которая может регулироваться в широких пределах, высокие теплозащитные характеристики и т.п. делают патентуемый фильтрующий материал, широко применимым в самых различных областях. The implementation of the filter material containing activated fibers in various forms (threads, cords, fabric, knitwear, etc.), as well as a wide range of porous structures that provide unique sorption properties of the material, high strength, chemical, thermal, radiation resistance, electrical conductivity which can be regulated within wide limits, high heat-shielding characteristics, etc. make patented filter media widely applicable in a wide variety of fields.

Так, например, в химической промышленности и металлургии патентуемый материал находит применение для улавливания и утилизации вредных газов, паров и аэрозолей, а также для очистки различных жидкостей от растворенных в них примесей. Он служит отличным носителем катализаторов и обеспечивает выполнение самых тонких технологий. So, for example, in the chemical industry and metallurgy, patented material is used for trapping and utilizing harmful gases, vapors and aerosols, as well as for cleaning various liquids from impurities dissolved in them. It serves as an excellent catalyst carrier and ensures the implementation of the most sophisticated technologies.

Вышеописанный фильтрующий материал находит применение также в защитной одежде в качестве сорбирующего слоя, в респираторах и противогазах. Он эффективен также при очистке биологических сред, в устройствах сточных вод и газов любой степени загрязнения. The above filter material is also used in protective clothing as an absorbent layer, in respirators and gas masks. It is also effective in the purification of biological media, in wastewater and gas devices of any degree of pollution.

Патентуемый фильтрующий элемент содержит корпус 1 (фиг. 1, 2), внутри которого размещены один за другим слои 2 фильтрующего материала для очистки жидких и газообразных веществ. Торцы 3 каждого слоя 2 могут быть жестко соединены, например, припаяны к боковым стенкам 4 (фиг. 1) или к верхней торцевой стенке 5 (фиг. 2) и нижней 6, которые выполняются сплошными. Эти слои 2 могут располагаться один за другим, как показано на фиг. 1, либо могут быть смотаны непрерывной спиралью в рулон вокруг трубки 7, как показано на фиг. 2. Patented filter element contains a housing 1 (Fig. 1, 2), inside of which are placed one after another layers 2 of filter material for cleaning liquid and gaseous substances. The ends 3 of each layer 2 can be rigidly connected, for example, soldered to the side walls 4 (Fig. 1) or to the upper end wall 5 (Fig. 2) and the lower 6, which are solid. These layers 2 can be arranged one after another, as shown in FIG. 1, or can be wound with a continuous spiral into a roll around the tube 7, as shown in FIG. 2.

Для подвода (стрелка А) очищаемой жидкости или газа и отвода (стрелка В) очищенной жидкости либо газа верхняя 5 (фиг. 1) и нижняя 6 стенки корпус 1 имеют перфорацию 8, а в конструкции, показанной на фиг. 2, перфорацией 8 снабжены боковые стенки 4 корпуса 1 и трубки 7. For the supply (arrow A) of the cleaned liquid or gas and the outlet (arrow B) of the cleaned liquid or gas, the upper 5 (Fig. 1) and lower 6 walls of the housing 1 have a perforation 8, and in the design shown in FIG. 2, perforation 8 is provided with side walls 4 of the housing 1 and the tube 7.

Поток фильтруемой жидкости, например воды, либо газа, схематично изображенный на фиг. 1, 2 стрелкой А, проходит через перфорацию 8 в верхней стенке 5 (фиг. 1) или боковой стенке А (фиг. 2) корпуса 1 и, последовательно просачиваясь (проникая) через слои 2 вышеописанного материала, освобождается от вредных примесей, высокотоксичных химических соединений типа хлора и хлорорганики, солей тяжелых металлов, фенола, нефтепродуктов, пестицидов, детергентов и т.п. Очищенная вода через перфорацию 8 в нижней стенке 6 (фиг. 1) или в трубке 7 (фиг. 2) выводится наружу, как показано стрелкой B (фиг. 1, 2). The flow of filtered fluid, such as water or gas, is schematically shown in FIG. 1, 2 by arrow A, passes through the perforation 8 in the upper wall 5 (Fig. 1) or side wall A (Fig. 2) of the housing 1 and, sequentially seeping (penetrating) through layers 2 of the above material, is freed from harmful impurities, highly toxic chemical compounds such as chlorine and organochlorine, salts of heavy metals, phenol, petroleum products, pesticides, detergents, etc. The purified water through the perforation 8 in the bottom wall 6 (Fig. 1) or in the tube 7 (Fig. 2) is discharged outward, as shown by arrow B (Fig. 1, 2).

Для уменьшения гидродинамического сопротивления фильтрующего элемента потоку очищаемой жидкости или газа между слоями 2 фильтрующего материала располагают слои 9 разделительного материала, выполненные из пористого либо сетчатого материала, например, полиамидной сетки, любого другого материала. To reduce the hydrodynamic resistance of the filter element to the flow of the liquid or gas being cleaned, layers 9 of separation material made of a porous or mesh material, for example, a polyamide mesh, of any other material are arranged between the layers 2 of the filter material.

Как указывалось выше, слои 2 (фиг. 2) фильтрующего материала могут быть смотаны в рулон вокруг трубки 7. Эту трубку 7 целесообразно выполнить перфорированной так же, как и боковые стенки 4 корпуса 1. В этом случае поток жидкости или газа следует подавать сбоку, как показано по стрелке А. As indicated above, the layers 2 (Fig. 2) of the filter material can be wound around a tube 7. This tube 7 is expediently perforated in the same way as the side walls 4 of the housing 1. In this case, the flow of liquid or gas should be supplied from the side, as shown by arrow A.

Проходя последовательно через перфорации 8 в стенке 4 корпуса 1 и далее через слои 2 и 9 соответственно фильтрующего и разделительного материалов, затем через перфорацию 8 в стенке трубки 7, этот поток попадает во внутреннюю полость трубки 7 и выводится из фильтрующего элемента, как показано стрелкой B. Оси ОО¹ трубки 7 и корпуса 1 могут совпадать, как это показано на фиг. 2.Passing sequentially through the perforations 8 in the wall 4 of the housing 1 and further through the layers 2 and 9 of filtering and separation materials, respectively, then through the perforation 8 in the wall of the tube 7, this flow enters the internal cavity of the tube 7 and is removed from the filter element, as shown by arrow B The axis OO ^{1 of the} tube 7 and the housing 1 may coincide, as shown in FIG. 2.

Корпус 1 фильтрующего элемента может быть выполнен как из пластмассы, так и из металла. The housing 1 of the filter element can be made of both plastic and metal.

Целесообразно для увеличения площади поверхности контакта жидкости или газа с фильтрующим материалом корпус 1 фильтрующего элемента и трубку 7 выполнить в виде тел вращения, например соосно расположенных цилиндров. В этом случае смотанные в рулон слои фильтрующего 2 и разделительного 9 материалов компактно размещены между корпусом 1 и трубкой 7. It is advisable to increase the contact surface area of the liquid or gas with the filtering material, the housing 1 of the filtering element and the tube 7 can be made in the form of bodies of revolution, for example, coaxially arranged cylinders. In this case, the coiled layers of filter 2 and separation 9 materials are compactly placed between the housing 1 and the tube 7.

Когда слои 2 (фиг. 1) фильтрующего материала располагаются один над другим, корпус 1 фильтрующего элемента может быть выполнен в виде усеченного конуса (этот вариант выполнения на чертеже не показан), расширяющегося навстречу потоку фильтруемой жидкости либо газа, то есть в виде воронки, при этом верхняя 5 и нижняя 6 стенки конуса имеют перфорацию 8 для подвода очищаемой жидкости, либо газообразной среды и отвода очищенной. When the layers 2 (Fig. 1) of the filter material are located one above the other, the housing 1 of the filter element can be made in the form of a truncated cone (this embodiment is not shown in the drawing), expanding towards the flow of the filtered liquid or gas, that is, in the form of a funnel, while the upper 5 and lower 6 walls of the cone have a perforation 8 for supplying a cleaned liquid or a gaseous medium and drainage cleaned.

Один из вариантов выполнения патентуемого фильтрующего устройства (фиг. 3) с использованием вышеописанного фильтрующего элемента 10, представленного на фиг. 1, содержит кожух 11, в котором, например, с помощью резиновой прокладки 12 и крышки 13 герметично устанавливается фильтрующий элемент 10, изображенный на фиг. 1. Подлежащая очистке жидкость либо газ подается через отверстие 14 в крышке 13, как показано стрелкой А, а очищенная жидкость либо газ отводится через отверстие 15 в днище 16 кожуха 11. One embodiment of the patented filter device (FIG. 3) using the above-described filter element 10 shown in FIG. 1, comprises a casing 11, in which, for example, with the help of a rubber gasket 12 and a cover 13, the filter element 10 shown in FIG. 1. The liquid or gas to be cleaned is supplied through the hole 14 in the cover 13, as shown by arrow A, and the purified liquid or gas is discharged through the hole 15 in the bottom 16 of the casing 11.

Другое фильтрующее устройство (фиг. 4) может иметь фильтрующий элемент 17 (фиг. 2), не связанный жестко с днищем 16 (фиг. 4) кожуха 11. В этом случае крышка 13 может быть выполнена съемной, а уплотнение ее с кожухом 11 происходит с помощью, например, резинового кольца 18, причем сам фильтрующий элемент 17 может быть герметично закреплен на крышке 13 с помощью, например, клея либо резьбового адаптера. Another filtering device (Fig. 4) may have a filtering element 17 (Fig. 2), not rigidly connected to the bottom 16 (Fig. 4) of the casing 11. In this case, the cover 13 can be removable, and its seal with the casing 11 using, for example, a rubber ring 18, wherein the filter element 17 itself can be hermetically fixed to the cover 13 using, for example, glue or a threaded adapter.

Благодаря этому в фильтрующем устройстве быстро и без специальных навыков можно заменить фильтрующий элемент, отработавший свой срок. Due to this, in the filtering device, quickly and without special skills, you can replace the filter element that has expired.

Для предотвращения засорения фильтрующего элемента крупнодисперсными примесямии, например ржавчиной, солями кальция, песчинками, пылью и т.п., и тем самым для увеличения срока его службы целесообразно применять фильтр 19 предварительной грубой очистки. In order to prevent clogging of the filter element by coarse impurities, for example, rust, calcium salts, grains of sand, dust, etc., and thus, to increase its service life, it is advisable to use a preliminary rough filter 19.

Он может быть установлен как вне кожуха 11 фильтрующего устройства, например в насадке (на чертеже не показана), применяемой для подсоединения фильтрующего устройства, например, к водопроводному крану, так и внутри кожуха 11 в виде стакана на перфорированной поверхности боковой стенки 4 (фиг. 2) корпуса 1. It can be installed both outside the casing 11 of the filter device, for example, in a nozzle (not shown in the drawing) used to connect the filter device, for example, to a water tap, and inside the casing 11 in the form of a glass on the perforated surface of the side wall 4 (Fig. 2) housing 1.

Фильтр 19 грубой очистки может изготавливаться из различных синтетических и природных материалов, таких как полипропилен, капрон, либо войлок, фетр и т.д. The coarse filter 19 can be made of various synthetic and natural materials, such as polypropylene, nylon, or felt, felt, etc.

На фиг. 4 показан пример конструктивного исполнения фильтрующего элемента 17, выполненный из патентуемого фильтрующего материала с размещенным на его наружной поверхности сменным фильтром 19 грубой очистки, выполненным в виде бандажа. In FIG. 4 shows an example of the design of the filter element 17, made of patentable filter material with a removable coarse filter 19 located on its outer surface, made in the form of a bandage.

Наличие легко заменяемого бандажа, выполненного, например, из углеродного волокнистого нетканого материала, позволяет значительно повысить качество очистки и ресурс работы фильтрующего элемента за счет эффективного улавливания этим материалом взвешенных загрязнителей в очищаемой жидкости либо газе. Обладая развитой системой межволоконных капилляров и транспортных пор, углеродный волокнистый нетканый материал способен накапливать в 5 - 10 раз больше взвешенных частиц, чем фильтрующие стенки, полотняные или трикотажные фильтрующие материалы. К тому же нетканые углеродные материалы весьма стойки в водных средах, они не подвержены гниению и деструкции. The presence of an easily replaceable bandage made, for example, of carbon fiber non-woven material, can significantly improve the quality of cleaning and the service life of the filter element due to the effective capture of suspended pollutants by this material in the liquid or gas being cleaned. Having a developed system of interfiber capillaries and transport pores, carbon fiber nonwoven material is able to accumulate 5-10 times more suspended particles than filter walls, linen or knitted filter materials. In addition, non-woven carbon materials are very resistant in aqueous media; they are not susceptible to decay and destruction.

В процессе фильтрования межволоконное пространство углеродного волокнистого нетканого материала бандажа заполняется взвешенными частицами, при этом гидродинамические характеристики фильтрующего устройства постепенно ухудшаются. Когда гидравлическое сопротивление фильтрующего устройства потоку воды превысит 0,3 МПа, необходимо произвести замену бандажа. Тем самым значительно увеличивается ресурс эксплуатации фильтрующего устройства в целом. During the filtering process, the interfiber space of the carbon fibrous nonwoven bandage material is filled with suspended particles, while the hydrodynamic characteristics of the filtering device gradually deteriorate. When the hydraulic resistance of the filter device to the water flow exceeds 0.3 MPa, it is necessary to replace the bandage. This significantly increases the service life of the filtering device as a whole.

При самом первом запуске фильтрующего устройства в исходном положении фильтрующий элемент 17 устанавливается в кожухе 11 фильтрующего устройства в вертикальном положении, причем нижнее отверстие трубки 7 (фиг. 2) фильтрующего элемента 17 закрывается заглушкой 20 (фиг. 5), а верхняя крышка 5 фильтрующего элемента 17 прижимается к нижнему концу выводного штуцера 21, жестко установленного в крышке 13. At the very first start-up of the filter device in the initial position, the filter element 17 is installed in the casing 11 of the filter device in a vertical position, and the lower hole of the tube 7 (Fig. 2) of the filter element 17 is closed by a plug 20 (Fig. 5), and the upper cover 5 of the filter element 17 is pressed against the lower end of the outlet fitting 21, rigidly mounted in the cover 13.

Очищаемая среда подается в кожух 11 снизу через отверстие 22 (по стрелке А) и по мере заполнения кожуха 11 сначала фильтруется фильтром 19 грубой очистки, затем фильтрующим элементом 17, а очищенная среда выводится из внутренней полости трубки 7 через штуцер 21 (по стрелке В). The medium to be cleaned is fed into the casing 11 from below through the opening 22 (in the direction of arrow A) and, as the casing 11 is filled, it is first filtered by a coarse filter 19, then by the filtering element 17, and the cleaned medium is discharged from the inner cavity of the tube 7 through the nozzle 21 (in the direction of arrow B) .

После замены фильтра 19 грубой очистки, например, при выработке его ресурса одновременно меняют положение фильтрующего элемента 17 в устройстве таким образом, что нижняя сторона 6 фильтрующего элемента 17 становится верхней - 5, а верхняя сторона 5 становится нижней - 6 и соответствующей перестановкой заглушки 20, т. е. переворачивают фильтрующий элемент 17 на 180^oC.After replacing the coarse filter 19, for example, when working out its resource, the position of the filter element 17 in the device is simultaneously changed so that the lower side 6 of the filter element 17 becomes upper 5 and the upper side 5 becomes lower 6 and the corresponding rearrangement of the plug 20, that is, the filter element 17 is turned over 180 ^o C.

Применение такого приема повторяют столько раз, сколько раз производится смена бандажа вплоть до выработки ресурса работы фильтрующего элемента. The application of this technique is repeated as many times as the number of times the band is changed up to the exhaustion of the service life of the filter element.

Приведенный выше прием позволяет увеличить общий ресурс работы фильтрующего элемента во много раз и соответственно снизить стоимость производства, например, чистой питьевой воды. The above technique allows you to increase the overall resource of the filter element many times and, accordingly, reduce the cost of production, for example, clean drinking water.

Условия фильтрации жидкости либо газа по высоте фильтрующего устройства не одинаковы. Можно выделить две основные зоны фильтрации: верхнюю зону (1) усиленной фильтрации и нижнюю зону (II) относительного застоя. The conditions for filtering liquid or gas along the height of the filter device are not the same. Two main filtration zones can be distinguished: the upper zone (1) of enhanced filtration and the lower zone (II) of relative stagnation.

При интенсивном фильтровании быстрее вырабатывается ресурс той части фильтрующего устройства, которая больше всего нагружена, т.е. верхней зоны (I). Фактически обычный, наблюдаемый в общепринятых условиях эксплуатации фильтрующего устройства, ресурс является минимальным. With intensive filtering, the resource of that part of the filtering device that is most loaded, i.e. upper zone (I). In fact, the usual resource observed under the generally accepted operating conditions of the filter device is the minimum.

Та же часть фильтрующего устройства, которая относится к нижней зоне (II) не реализует полностью своего ресурса. Включение этой зоны (II) в работу может быть осуществлено приведенным выше способом, т.е. путем переворачивания его примерно на 180^o.The same part of the filtering device that relates to the lower zone (II) does not fully realize its resource. The inclusion of this zone (II) in the work can be carried out by the above method, i.e. by turning it about 180 ^o .

Патентуемый фильтрующий элемент, выполненный на основе вышеописанного фильтрующего материала, и фильтрующее устройство, использующее вышеописанный фильтрующий элемент по совокупности потребительских свойств таких как:
- глубина очистки от широкого спектра вредных примесей;
- большой ресурс работы фильтрующего устройства;
- надежность, отсутствие эффекта "залпового сброса" адсорбируемых примесей в очищенную воду и пристеночного эффекта, в результате которого вблизи стенок фильтрующего устройства возможен проскок вредных химических соединений;
- удобство эксплуатации, простота обслуживания и др. позволяют получить воду, по своим органолептическим и химикобактериологическим показателям максимально приближенную к природному эталону.Patented filter element made on the basis of the above filter material, and a filter device using the above filter element for the combination of consumer properties such as:
- the depth of cleaning from a wide range of harmful impurities;
- a large service life of the filtering device;
- reliability, the absence of the effect of "volley discharge" of adsorbed impurities in purified water and a wall effect, as a result of which a breakthrough of harmful chemical compounds is possible near the walls of the filtering device;
- ease of use, ease of maintenance, etc. allow you to get water, according to its organoleptic and chemical-bacteriological indicators as close as possible to the natural standard.

Благодаря этому набору потребительских качеств фильтрующие устройства данного типа становятся незаменимыми для обеспечения чистой, полезной для здоровья человека, вкусной питьевой водой в быту, в условиях городской квартиры, загородного дома, в столовых и ресторанах, кемпингах, домах отдыха, в детских дошкольных учреждениях, школах, больницах и т.д. Thanks to this set of consumer qualities, filtering devices of this type become indispensable for providing clean, healthy for human, tasty drinking water in everyday life, in the conditions of a city apartment, a country house, in canteens and restaurants, campsites, rest houses, in kindergartens, schools hospitals etc.

Фильтрующие устройства, использующие патентуемый фильтрующий материал, описанный выше, благодаря своим высоким защитным свойствам способны производить глубокую очистку природной воды из поверхностных и подземных источников с высокой (1000-кратным превышением предварительно допустимых концентраций) исходной зараженностью ядохимикатами и, обладая высокой сорбционной емкостью по отношению к микробным телам и бактериальным токсинам, фильтрующий материал способен значительное время обеспечивать нормальный бактериальный фон в очищенной питьевой воде. Filtering devices using the patented filtering material described above, due to their high protective properties, are capable of deep purification of natural water from surface and underground sources with a high (1000-fold excess of previously permissible concentrations) initial infection with toxic chemicals and, having a high sorption capacity with respect to to microbial bodies and bacterial toxins, the filtering material is capable of providing a normal bacterial background for a considerable time drinking water.

В связи с этим исключительно эффективным является применение данного фильтра в полевых условиях для обеспечения питьевой водой небольших групп людей, проживающих или работающих в удалении от коммунальных систем водоподготовки, например, фермеров, геологов, вахтовых бригад, чабанов, туристов и т. д., а также для обеспечения питьевых потребностей личного состава войсковых соединений. In this regard, it is extremely effective to use this filter in the field to provide drinking water to small groups of people living or working away from public water treatment systems, for example, farmers, geologists, shift teams, shepherds, tourists, etc., and also to ensure the drinking needs of the personnel of military units.

Эффективным является использование патентуемых фильтрующих устройств и в промышленности, например, в пищевой и фармацевтической промышленности, микроэлектронике и т. д., то есть там, где в техническом процессе используется вода со специальными вкусовыми или химическими свойствами. It is effective to use patentable filtering devices in industry, for example, in the food and pharmaceutical industries, microelectronics, etc., that is, where water with special taste or chemical properties is used in the technical process.

Claims (25)

1. Фильтрующий материал для очистки жидких и газообразных веществ, выполненный из активированного углеродного непрерывного пористого моноволокна диаметром 4 - 10 мкм, удельной поверхностью 590 - 2550 м²/г и объемом сорбционных пор 0,63 - 1,82 см³/г, поверхность которого покрыта пористой оболочкой диоксида кремния в количестве 0,8 - 9,8% от массы волокна, причем указанный материал изготовлен в виде нити, шнура или ткани.1. Filtering material for cleaning liquid and gaseous substances, made of activated carbon continuous porous monofilament with a diameter of 4-10 μm, a specific surface area of 590 - 2550 m ² / g and a sorption pore volume of 0.63 - 1.82 cm ³ / g, surface which is coated with a porous shell of silicon dioxide in an amount of 0.8 - 9.8% by weight of the fiber, and the specified material is made in the form of a thread, cord or fabric. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что объем микропор в объеме сорбционных пор составляет 0,13 - 0,67 см³/г, остальное - мезопоры или объем мезопор составляет 0,15 - 1,15 см³/г, остальное - микропоры.2. The material according to claim 1, characterized in that the volume of micropores in the volume of sorption pores is 0.13 - 0.67 cm ³ / g, the rest is mesopores or the volume of mesopores is 0.15 - 1.15 cm ³ / g, the rest is micropores. 3. Материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для очистки воды объем микропор 0,19 - 0,67 см³/г, остальное - мезопоры или объем мезопор 0,23 - 1,15 см³/г, остальное микропоры.3. The material according to claims 1 and 2, characterized in that for the purification of water the micropore volume is 0.19 - 0.67 cm ³ / g, the rest is mesopores or the mesopore volume is 0.23 - 1.15 cm ³ / g, the rest micropores. 4. Материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для очистки воздуха объем микропор 0,13 - 0,55 см³/г, остальное - мезопоры или объем мезопор 0,15 - 0,73 см³/г, остальное - микропоры.4. A material according to claim 1 or 2, characterized in that the air purification micropore volume of 0.13 - 0.55 cm ³ / g, the rest - mesopores or mesopores volume of 0.15 - 0.73 cm ³ / g, the rest - micropores. 5. Материал по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серебро в количестве 0,05 - 0,96% от массы волокна или ионообменные смолы. 5. The material according to claims 1 to 3, characterized in that it additionally contains silver in an amount of 0.05 - 0.96% by weight of the fiber or ion-exchange resins. 6. Материал по пп.1 - 5, отличающийся тем, что нить содержит не менее 1050 моноволокон и имеет плотность не менее 120 текс. 6. The material according to claims 1 to 5, characterized in that the thread contains at least 1050 monofilaments and has a density of at least 120 tex. 7. Материал по пп.1 - 6, отличающийся тем, что шнур выполнен не менее чем из трех нитей. 7. The material according to claims 1 to 6, characterized in that the cord is made of at least three threads. 8. Материал по пп.1 - 5, отличающийся тем, что ткань имеет поверхностную плотность 80 - 240 г/м².8. The material according to claims 1 to 5, characterized in that the fabric has a surface density of 80 - 240 g / m ² . 9. Материал по п.8, отличающийся тем, что для очистки воды ткань имеет поверхностную плотность 80 - 120 г/м².9. The material of claim 8, wherein the fabric has a surface density of 80-120 g / m ² for water treatment. 10. Материал по п. 8, отличающийся тем, что для очистки воздуха ткань имеет поверхностную плотность 115 - 240 г/м².10. The material according to p. 8, characterized in that for air purification the fabric has a surface density of 115 - 240 g / m ² . 11. Способ получения фильтрующего материала для очистки жидких и газообразных веществ, включающий пропитку гидратцеллюлозного волокна раствором кремнийорганического полимера в органическом растворителе с концентрацией 0,8 - 4,2 мас. % в течение 2,5 - 15 мин, его сушку на воздухе при 105 - 140^oC, карбонизацию при 550 - 985^oC в защитной газовой среде и активацию в окислительной среде при 855 - 960^oC в течение 3 - 55 мин.11. A method of obtaining a filter material for the purification of liquid and gaseous substances, including the impregnation of hydrated cellulose fiber with a solution of organosilicon polymer in an organic solvent with a concentration of 0.8 to 4.2 wt. % for 2.5 - 15 minutes, its drying in air at 105 - 140 ^o C, carbonization at 550 - 985 ^o C in a protective gas environment and activation in an oxidizing environment at 855 - 960 ^o C for 3 - 55 minutes 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического полимера используют полиорганосилоксан или полиорганофенилсилоксан. 12. The method according to claim 11, characterized in that the organosilicon polymer is polyorganosiloxane or polyorganophenylsiloxane. 13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что пропитку осуществляют при комнатной температуре. 13. The method according to p. 11, characterized in that the impregnation is carried out at room temperature. 14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве защитной среды используют смесь газов следующего состава, об.%:
Водород - 73 - 74
Моноокись углерода - 20 - 21
Двуокись углерода - 2,7 - 3,2
Метан - 1,2 - 1,5
Влага - Остальное.14. The method according to p. 11, characterized in that as a protective medium using a mixture of gases of the following composition, vol.%:
Hydrogen - 73 - 74
Carbon Monoxide - 20 - 21
Carbon Dioxide - 2.7 - 3.2
Methane - 1.2 - 1.5
Moisture - The rest. 15. Способ по п.11, отличающийся тем, что активацию выполняют в среде водяного пара. 15. The method according to claim 11, characterized in that the activation is performed in a water vapor environment. 16. Фильтрующий элемент для очистки жидких и газообразных веществ, содержащий корпус с боковыми и торцевыми стенками, в котором помещен фильтрующий материал в виде слоев, расположенных один за другим, выполненный из активаторного углеродного пористого волокна диаметром 4 - 10 мкм, удельной поверхностью 590 - 2550 м²/г, объемом сорбционных пор 0,63 - 1,82 см³/г, поверхность которого покрыта пористой оболочкой диоксида кремния, причем между слоями фильтрующего материала помещен по крайней мере один слой разделительного материала, при этом одни стенки корпуса выполнены перфорированными, а другие - сплошными, жестко соединенными с торцами каждого слоя указанного фильтрующего материала.16. The filter element for cleaning liquid and gaseous substances, comprising a housing with side and end walls, in which the filter material is placed in the form of layers arranged one after the other, made of activator carbon porous fiber with a diameter of 4-10 microns, specific surface area 590-2550 m ² / g, sorption pore volume 0.63 - 1.82 cm ³ / g, the surface of which is covered with a porous shell of silicon dioxide, and at least one layer of separation material is placed between the layers of filter material, with one wall the housings are perforated, and the others are solid, rigidly connected to the ends of each layer of the specified filter material. 17. Элемент по п.15, отличающийся тем, что перфорированными выполнены торцевые стенки корпуса. 17. The element according to clause 15, wherein the end walls of the housing are perforated. 18. Элемент по п.15, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен перфорированной внутренней трубкой, расположенной соосно с боковыми стенками корпуса, которые также выполнены перфорированными, а слои фильтрующего материала выполнены в виде рулона, смотанного вокруг внутренней трубки. 18. The element according to p. 15, characterized in that it is further provided with a perforated inner tube located coaxially with the side walls of the housing, which are also perforated, and the layers of filter material are made in the form of a roll wound around the inner tube. 19. Элемент по пп.15 - 17, отличающийся тем, что трубка или корпус выполнены из металла. 19. The element according to PP.15 to 17, characterized in that the tube or housing is made of metal. 20. Элемент по пп.15 - 17, отличающийся тем, что трубка или корпус выполнены из пластмассы. 20. The element according to PP.15 to 17, characterized in that the tube or housing is made of plastic. 21. Фильтрующее устройство для очистки жидких и газообразных веществ, включающее кожух с днищем и крышкой с отверстием, размещенный внутри кожуха фильтрующий элемент, в корпусе которого помещен фильтрующий материал в виде слоев, расположенных один за другим, выполненный из активированного углеродного пористого волокна диаметром 4 - 10 мкм, удельной поверхностью 590 - 2550 м²/г, объемом сорбционных пор 0,63 - 1,82 см³/г, поверхность которого покрыта оболочкой диоксида кремния, при этом крышка выполнена съемной, корпус фильтрующего элемента размещен так, что его стенки образуют зазор относительно стенок кожуха, а крышка герметично сообщена с кожухом и корпусом фильтрующего элемента.21. A filtering device for cleaning liquid and gaseous substances, including a casing with a bottom and a lid with a hole, a filter element located inside the casing, in the casing of which there is a filter material in the form of layers arranged one after another, made of activated carbon porous fiber with a diameter of 4 - 10 μm, specific surface area 590 - 2550 m ² / g, sorption pore volume 0.63 - 1.82 cm ³ / g, the surface of which is covered with a shell of silicon dioxide, while the lid is removable, the filter element housing is located so that its walls form a gap relative to the walls of the casing, and the lid is hermetically connected to the casing and the housing of the filter element. 22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено фильтром предварительной очистки, выполненным из натуральных, синтетических волокон или из нетканых материалов. 22. The device according to item 21, characterized in that it is additionally equipped with a pre-filter made of natural, synthetic fibers or non-woven materials. 23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что фильтр предварительной очистки размещен в насадке. 23. The device according to p. 22, characterized in that the pre-filter is placed in the nozzle. 24. Устройство по пп.21 - 23, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен с перфорированными торцевыми стенками, при этом фильтр предварительной очистки расположен между отверстием в крышке и перфорированной стенкой фильтрующего элемента, днище дополнительно снабжено отверстием для отвода очищенной жидкости, а крышка выполнена конусообразной. 24. The device according to PP.21 - 23, characterized in that the filter element is made with perforated end walls, while the pre-filter is located between the hole in the cover and the perforated wall of the filter element, the bottom is additionally equipped with an opening for draining the cleaned liquid, and the cover is made conical. 25. Устройство по пп.21 - 23, отличающееся тем, что фильтрующий элемент дополнительно снабжен внутренней перфорированной трубкой, нижний конец которой снабжен заглушкой, а верхний герметично соединен с отверстием в крышке, причем указанная трубка помещена соосно с боковыми стенками корпуса и кожуха, при этом первые выполнены также перфорированными, а слои фильтрующего материала смотаны в рулон вокруг внутренней трубки, а фильтр предварительной очистки выполнен в виде стакана и расположен соосно между кожухом и перфорированной стенкой фильтрующего элемента. 25. The device according to PP.21 - 23, characterized in that the filter element is additionally equipped with an inner perforated tube, the lower end of which is provided with a plug, and the upper one is hermetically connected to the hole in the cover, said tube being placed coaxially with the side walls of the housing and the casing, the first ones are also made perforated, and the layers of filter material are wound around a roll of the inner tube, and the preliminary filter is made in the form of a cup and is located coaxially between the casing and the perforated filter wall ruyuschego element.

Images