RU2135261C1 - Filtering material - Google Patents

Abstract

FIELD: filtration technics. SUBSTANCE: invention relates to gas-treatment filtering materials and can find use in air cleanup systems for residential and industrial food cooking rooms. Material is composed of bioproduct (0.01-30%) and carrier. The former consists of one or mixture of compounds selected from natural or synthetic porphyrins and the latter can be clay, fluoroplastic, peat, silica gel, alumina, nonwoven metal (mostly aluminum) fiber material, cellulose and its derivatives, graphite, wood sawdust, zeolites, inert organic or inorganic matrix, or polymer material. EFFECT: achieved safe and practically complete removal of heavy metal complexes, fats, organic resins, and other injurious substances. 5 cl, 1 tbl, 16 ex

Description

Изобретение относится к изготовлению фильтрующих материалов для очистки газов и может быть использовано в системах для очистки воздушного бассейна жилых и производственных помещений при приготовлении пищи. The invention relates to the manufacture of filtering materials for gas purification and can be used in systems for cleaning the air basin of residential and industrial premises during cooking.

Известен биологический фильтровальный материал, содержащий микроорганизмы, использование которого экономично при эксплуатации малогабаритных фильтрующих установок. Known biological filter material containing microorganisms, the use of which is economical in the operation of small filter systems.

Недостатком материал являются невысокая сорбционная способность по тяжелым металлам, углеводородам, дефицитность исходного сырья. The disadvantage of the material is its low sorption capacity for heavy metals, hydrocarbons, and the scarcity of feedstock.

Известен фильтрующий материал, который содержит биопродукт морского происхождения, полученный из морских водорослей, мокрого известнякового песка в смеси с известными применяемыми в подобных случаях материалами, такими как торф, компост, древесная щепа. Фильтрующий материал применяется для очистки отходящих газов. Known filter material that contains a biological product of marine origin obtained from seaweed, wet limestone sand in a mixture with known materials used in such cases, such as peat, compost, wood chips. The filter material is used for cleaning exhaust gases.

Недостатком материала являются также дефицитность исходного сырья и неполное извлечение вредных соединений. The lack of material is also the scarcity of the feedstock and the incomplete extraction of harmful compounds.

Известен микробиологический фильтр, состоящий из трех расположенных друг на друге слоев, считая снизу вверх, обрезков коры лиственных пород, затем хвойных веток и торфяной пыли. Known microbiological filter, consisting of three layers located on each other, counting from the bottom up, scraps of hardwood bark, then coniferous branches and peat dust.

Недостатком материала фильтра является неполное извлечение тяжелых металлов и органических соединений, торфяная пыль может увеличить запыленность очищаемого воздуха. The disadvantage of the filter material is the incomplete extraction of heavy metals and organic compounds, peat dust can increase the dust content of the cleaned air.

Наиболее близким решением к заявляемому является волокнистый материал для поглощения масел, представляющий собой округлые гранулы термомеханической целлюлозы, содержащей не менее 2%, считая на древесину, природных экстрактивных компонентов, которые используют для придания материалу гидрофобности и способности поглощать масла путем его искусственного "копчения" при температуре более 100^oC в течение 5 минут.The closest solution to the claimed is a fibrous material for the absorption of oils, which is a rounded granule of thermomechanical cellulose containing at least 2%, counting on wood, natural extractive components that are used to give the material hydrophobicity and the ability to absorb oil by artificial "smoking" when temperature over 100 ^o C for 5 minutes.

Недостатком материала является то, что не в полной мере удаляют тяжелые металлы и углеводороды. The disadvantage of the material is that heavy metals and hydrocarbons are not completely removed.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в создании эффективного фильтрующего материала, в частности, для кухонных вытяжных зонтов, использование для его изготовления экологически безвредных материалов, имеющих такое строение, которое обеспечивает практически полное поглощение комплексов тяжелых металлов, жиров, органических смол, углеводородов, окислов азота и других вредных веществ. The problem solved by the claimed invention is to create an effective filtering material, in particular for kitchen hoods, using environmentally friendly materials for its manufacture, having such a structure that provides almost complete absorption of complexes of heavy metals, fats, organic resins, hydrocarbons, oxides nitrogen and other harmful substances.

Поставленная задача решается с помощью фильтрующего материала, содержащего биопродукт и носитель, в качестве биопродукта используют по крайней мере одно соединение из порфиринов природного происхождения или полученных искусственным путем в виде комплексов с носителем, в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающей глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производных, уголь, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
По крайней мере одно соединение из порфиринов - 0,01 - 30
Носитель - Остальное
Носитель предпочтительно имеет форму гранул, черенков, листов, формованных блоков, например, в виде элементов сотовой структуры.The problem is solved using a filter material containing a bioproduct and a carrier, at least one compound from natural porphyrins or obtained artificially in the form of complexes with a carrier is used as a bioproduct, the filter material contains a compound selected from the group consisting of clay as a carrier , fluoroplastic, peat, silica gel, alumina, non-woven material made from metal fibers, cellulose and its derivatives, coal, graphite, sawdust, zeol ites, inert inorganic material, polymeric material, in the following ratio of components, wt.%:
At least one porphyrin compound is 0.01-30
Media - Other
The carrier is preferably in the form of granules, cuttings, sheets, molded blocks, for example, in the form of honeycomb elements.

Носитель содержит добавку углеродсодержащих соединений до 10 мас.%. The carrier contains an additive of carbon-containing compounds up to 10 wt.%.

Предпочтительно используют носитель покрытого типа. Preferably, a coated type carrier is used.

Носитель представляет собой натканый материал из металлических волокон алюминия. The carrier is a woven material of metal aluminum fibers.

Развитая структура поверхности биопродукта, предлагаемого для получения фильтрующего материала, способствует полному улавливанию тяжелых металлов, жиров. Окислы азота, серы и монооксида углерода взаимодействуют непосредственно с центральным ионом магния, содержащимся в биопродуктах. The developed surface structure of the bioproduct proposed for obtaining filter material contributes to the complete capture of heavy metals and fats. Oxides of nitrogen, sulfur and carbon monoxide interact directly with the central magnesium ion contained in organic foods.

С помощью спектров комбинационного рассеяния (- λ 441,6 нм) и инфракрасных спектров авторы проанализировали фильтр, пропитанный хлорофиллом, до начала и после работы в течение 3 месяцев. В области ≈900 - 1700 см^-1 выделено несколько линий с валентными связями, частоты которых зависят от типа металла. Это обусловлено изменением расстояния от центра хлоринного кольца до атома пиррольного кольца при замене магния на тяжелый металл, извлекаемый из очищаемого воздуха (аналогичная картина имеет место в металлопорфиринах).Using Raman spectra (- λ 441.6 nm) and infrared spectra, the authors analyzed a filter impregnated with chlorophyll before and after 3 months of operation. In the region ≈900 - 1700 cm ^-1 , several lines with valence bonds are selected, the frequencies of which depend on the type of metal. This is due to a change in the distance from the center of the chlorine ring to the atom of the pyrrole ring when replacing magnesium with a heavy metal extracted from purified air (a similar picture occurs in metalloporphyrins).

Авторы изобретения нашли, что хлорофилл, закрепленный на носителях, известных и применяемых для этих целей, обладает способностью поглощать тяжелые металлы, жир и другие вредные соединения, такие как CO, CO₂, NO_х.The inventors found that chlorophyll, mounted on carriers known and used for these purposes, has the ability to absorb heavy metals, fat and other harmful compounds, such as CO, CO ₂ , NO _x .

Смолообразные органические вещества CO, NO_x комплексуются как с магнием, так и с поглощенными тяжелыми металлами, и в итоге обеспечивается большая поглощающая способность фильтрующего материала.The resinous organic substances CO, NO _x combine with both magnesium and absorbed heavy metals, and as a result, a large absorption capacity of the filter material is ensured.

Таким образом, существенными отличительными признаками фильтрующего материала являются: в качестве биопродукта фильтрующий материал содержит по крайней мере одно соединение из порфиринов в виде комплексов с носителем; в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающий глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производные, угол, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал; фильтрующий материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
По крайней мере одно соединение порфиринов - 0,01 - 30
Носитель - Остальное
Фильтрующий материал получают различными способами (смешение исходных веществ, пропитка и др.) в зависимости от используемого носителя, который отвечает следующим требованиям: высокой воздухопроницаемости; развитой поверхности, от 3 до 1500 м²/г; высокой степени пористости; малому сопротивлению газовому потоку; высокой прочности; отсутствию пылеобразования. Используемый носитель имеет различную форму, например гранул, черенков, формованных блоков, листов различной формы. Кроме использования носителей различной формы фильтрующий материал может иметь различную форму, которая зависит от условий его получения, например носитель, смешанный с биопродуктом, продавливают через фильеру шнек-пресса и получают черенки определенного диаметра.Thus, the essential distinguishing features of the filter material are: as a biological product, the filter material contains at least one compound of porphyrins in the form of complexes with a carrier; as a carrier, the filter material contains a compound selected from the group including clay, fluoroplastic, peat, silica gel, alumina, non-woven material made from metal fibers, cellulose and its derivatives, angle, graphite, sawdust, zeolites, inert inorganic material, polymeric material; the filter material has the following ratio of components, wt.%:
At least one porphyrin compound - 0.01-30
Media - Other
The filter material is obtained in various ways (mixing of the starting materials, impregnation, etc.), depending on the carrier used, which meets the following requirements: high air permeability; developed surface, from 3 to 1500 m ² / g; high degree of porosity; low resistance to gas flow; high strength; lack of dust formation. The carrier used has a different shape, for example, granules, cuttings, molded blocks, sheets of various shapes. In addition to using media of various shapes, the filter material may have a different shape, which depends on the conditions for its preparation, for example, a carrier mixed with a biological product is pressed through a die of a screw press and cuttings of a certain diameter are obtained.

Биопродукт используют как природного происхождения, так и полученный искусственным путем. Один из способов выделения хлорофилла следующий: экстрагент - 2%-ный водный NaOH, соотношение сырья и экстрагента 1:10 (хвоя лиственных растений), сырье измельчают до размера частиц от 0,1 - 2 мм, температура экстракции 100^oC. Получают водорастворимые производные хлорофилла необходимой концентрации. Выделенную суспензию хлорофилла в количестве 0,01 - 30% от массы носителя наносят на соответствующий носитель с проведением последующей обработки сушкой.The bioproduct is used both of natural origin and obtained artificially. One of the methods for the isolation of chlorophyll is as follows: extractant - 2% aqueous NaOH, ratio of raw materials and extractant 1:10 (needles of deciduous plants), the raw materials are ground to a particle size of 0.1 - 2 mm, the extraction temperature is 100 ^o C. Get water-soluble chlorophyll derivatives of the required concentration. An isolated suspension of chlorophyll in an amount of 0.01-30% by weight of the carrier is applied to the appropriate carrier, followed by drying.

Величину адсорбции пигмента определяют спектрофотометричеки по разности концентраций в исходном и равновесном растворе с использованием спектрофотометра СФ - 10. The pigment adsorption value is determined spectrophotometrically by the difference in concentrations in the initial and equilibrium solution using an SF-10 spectrophotometer.

Анализ на эффективность очистки газа проводят на хроматографе марки "цвет". Analysis of the effectiveness of gas purification is carried out on a chromatograph brand "color".

Полученный фильтрующий материал испытывают в системе фильтрации воздуха кухонных вытяжных зонтов, которая состоит из фильтра для грубой очистки, затем фильтра, изготовленного из заявляемого фильтрующего материала. Фильтр грубой очистки
Примеры приготовления фильтрующего материала.The resulting filter material is tested in the air filtration system of kitchen hoods, which consists of a filter for rough cleaning, then a filter made of the inventive filter material. Coarse filter
Examples of the preparation of filter material.

Пример 1. Триацетат целлюлозы, имеющий форму листа, опускают в раствор хлорофилла определенной концентрации до содержания его в количестве 30 мас.% после проведения сушки. Example 1. The cellulose triacetate, in the form of a sheet, is immersed in a solution of chlorophyll of a certain concentration until its content in an amount of 30 wt.% After drying.

Пример 2. В качестве носителя используют гранулы из фторопласта, содержащие 10 мас.% углерода, пропитывают суспензией натрийсодержащего хлорофилла до содержания его 2 мас.%, сушат. Example 2. As a carrier, fluoroplastic granules containing 10 wt.% Carbon are used, impregnated with a suspension of sodium-containing chlorophyll to its content of 2 wt.%, Dried.

Пример 3. Древесные опилки пропитывают хлорофиллом в фосфатном буфере до содержания его 0,01 мас.%, сушат. Example 3. Wood chips are impregnated with chlorophyll in phosphate buffer to a content of 0.01 wt.%, Dried.

Пример 4. Оксид алюминия смешивают с золем кремниевой кислоты с концентрацией 2% по SiO₂, затем вводят суспензию порфирина до содержания его 5 мас. %, сушат.Example 4. Alumina is mixed with a silica sol with a concentration of 2% SiO ₂ , then a suspension of porphyrin is added to its content of 5 wt. %, dried.

Пример 5. Гранулированный активный уголь заливают золем кремниевой кислоты в количестве 5% по SiO₂, пропитыавают хлорофиллом до содержания 30 мас. %, затем полученной суспензией пропитывают алюминиевые волокна, сушат.Example 5. Granular activated carbon is poured with silica sol in an amount of 5% SiO ₂ , impregnated with chlorophyll to a content of 30 wt. %, then the resulting suspension is impregnated with aluminum fibers, dried.

Пример 6. К техническому торфу с влажностью 49,9% добавляют 2% силиконового полимера, смешивают с раствором хлорофилла с эфире (20% по массе). Полученную массу продавливают через фильеру с диаметром отверстий 2 мм на шнек-прессе ПФШ-100, затем сушат при комнатной температуре. Example 6. To technical peat with a moisture content of 49.9% add 2% silicone polymer, mixed with a solution of chlorophyll with ether (20% by weight). The resulting mass is pressed through a die with a hole diameter of 2 mm on a PFSh-100 screw press, then dried at room temperature.

Механическая прочность, определенная по ГОСТу 16188-70, составляет ≈89%. Mechanical strength, determined according to GOST 16188-70, is ≈89%.

Пример 7. Силикагель пропитывают суспензий хлорофилла в эфире до содержания 10 мас.%. Example 7. Silica gel is impregnated with suspensions of chlorophyll in ether to a content of 10 wt.%.

Пример 8. Инертные гранулы стекла 90 мас.% смешивают с жидким натриевым стеклом 10 мас.%, затем вводят производное порфирина с заместителем C₂H₅ в растворе спирта и воды в количестве 10 мас.%, тщательно перемешивают, выдерживают 2 часа, сушат в вакууме.Example 8. Inert granules of glass of 90 wt.% Are mixed with liquid sodium glass of 10 wt.%, Then the porphyrin derivative with the substituent C ₂ H ₅ in a solution of alcohol and water in an amount of 10 wt.% Is introduced, thoroughly mixed, incubated for 2 hours, dried in a vacuum.

Пример 9. Блок, состоящий в основном из поливинилхлорида, выдерживают в эфирном растворе натрийсодержащего хлорофиллового замещенного соединения в течение 5 часов, сушат. Example 9. The block, consisting mainly of polyvinyl chloride, is kept in an ether solution of sodium-containing chlorophyll substituted compound for 5 hours, dried.

Пример 10. К алюмосиликатному цеолиту добавляют ацетобутират целлюлозы в количестве 5 мас. %, выдерживают в течение часа при температуре от 20 до 40^oC, затем добавляют Mg-содержащимй комплекс порфирина в количестве 5 мас. %, сушат.Example 10. To aluminosilicate zeolite add cellulose acetate butyrate in an amount of 5 wt. %, incubated for an hour at a temperature of from 20 to 40 ^o C, then add Mg-containing complex of porphyrin in an amount of 5 wt. %, dried.

Пример 11. К активированному углю, имеющему форму гранул, добавляют водный раствор карбоксиметилцеллюлозы в количестве 5%, выдерживают в течение 4 часов и добавляют 5 мас.% хлорофилла, сушат в течение 10 часов. Example 11. To activated carbon in the form of granules, add an aqueous solution of carboxymethyl cellulose in an amount of 5%, incubated for 4 hours and add 5 wt.% Chlorophyll, dried for 10 hours.

Пример 12. К блоку сотовой структуры из полипропилена добавляют раствор метилцеллюлозы в количестве 10 мас.%, затем добавляют смесь хлорофилла и порфирина в количестве 10 мас.%, выдерживают в течение 1 часа при температуре 30^oC с последующим удалением влаги.Example 12. To a block of honeycomb structure made of polypropylene, a solution of methyl cellulose in an amount of 10 wt.% Is added, then a mixture of chlorophyll and porphyrin in an amount of 10 wt.% Is added, kept for 1 hour at a temperature of 30 ^o C, followed by removal of moisture.

Пример 13. Лист из минеральных волокон, состоящий из стекловаты, пропитывают хлорофиллом, полученным синтетическим путем, до содержания в фильтрующем материале 10 мас.% после сушки. Example 13. A sheet of mineral fibers, consisting of glass wool, is impregnated with chlorophyll obtained synthetically, until the content in the filter material of 10 wt.% After drying.

Пример 14. Глину перемешивают с натрийсодержащим хлорофилловым замещенным и порфирином в эфире при соотношении их 1:2, полученную массу продавливают через фильеру с диаметром отверстий 3 мм на шнек-прессе, затем сушат при комнатной температуре. Содержание биопродукта в фильтрующем материале 15 мас.%. Example 14. Clay is mixed with substituted sodium chlorophyll and porphyrin in ether at a ratio of 1: 2, the resulting mass is forced through a die with a hole diameter of 3 mm on a screw press, then dried at room temperature. The bioproduct content in the filter material is 15 wt.%.

Пример 15. Графит пропитывают смесью хлорофилла и порфирина в эфире при соотношении их 1:1 до содержания биопродукта в фильтрующем материале 5 мас.% после сушки. Example 15. Graphite is impregnated with a mixture of chlorophyll and porphyrin in ether at a ratio of 1: 1 to the content of the biological product in the filter material 5 wt.% After drying.

Пример 16 (прототип). Из измельченной лиственной древесины и коры экстрагируют природные компоненты, включающие гуминовую кислоту и другие вещества. Example 16 (prototype). Natural components, including humic acid and other substances, are extracted from crushed hardwood and bark.

Полученным природным экстрактом обрабатывают целлюлозу до содержания 5%, получая гидрофобный материал. The resulting natural extract is treated with cellulose to a content of 5%, obtaining a hydrophobic material.

Как видно из приведенных примеров и таблицы, полученный фильтрующий материал обеспечивает высокую поглощающую способность тяжелых металлов и других веществ. As can be seen from the above examples and the table, the resulting filter material provides a high absorption capacity of heavy metals and other substances.

Адсорбция хлорофилла на носителях осуществляется преимущественно за счет образования донорно-акцепторных комплексов между координационно ненасыщенным атомом магния хлорофилла и поверхностными группами носителя. Скорость комплексообразования может быть увеличена за счет модифицирования поверхности носителей, например, увеличением количества гидроксильных групп. Chlorophyll adsorption on carriers is carried out mainly due to the formation of donor – acceptor complexes between the coordinatively unsaturated chlorophyll magnesium atom and the surface groups of the carrier. The rate of complexation can be increased by modifying the surface of the carriers, for example, by increasing the number of hydroxyl groups.

Стабилизации поверхностных ассоциатов способствует гидрофобный характер поверхности носителя. Предпочтительно носитель предварительно обрабатывают веществами, которые придают высокую гидрофобность носителю, например силиконовым полимером (пример 6). Хлорофилл в воде присутствует в виде гидратированных агрегатов ХЛ•2H₂O, содержащих 5-координированные атомы магния, и имеется межмолекулярное взаимодействие хлорофилла, поэтому предпочтительно для ослабления межпигментных взаимодействий вводить в адсорбционную систему дополнительные вещества, способные образовать с пигментами прочные молекулярные комплексы, и тем самым ограничить его самоассоциацию. Такими веществами являются поверхностно-активные вещества, которые оказывают на пигмент дезагрегирующее действие. Предпочтительно использование растворителя, содержащего, например, воду, спирт, эфир.The stabilization of surface associates is facilitated by the hydrophobic nature of the surface of the carrier. Preferably, the carrier is pretreated with substances that impart high hydrophobicity to the carrier, for example, silicone polymer (Example 6). Chlorophyll in water is present in the form of hydrated CL • 2H ₂ O aggregates containing 5-coordinated magnesium atoms, and there is an intermolecular interaction of chlorophyll, therefore it is preferable to introduce additional substances into the adsorption system that can form strong molecular complexes with pigments, and thus to limit his self-association. Such substances are surfactants that have a disaggregating effect on the pigment. It is preferable to use a solvent containing, for example, water, alcohol, ether.

Использование носителей покрытого типа, например проведение обработки носителя предварительно золем кремниевой кислоты (пример 4), ацетобутиратом целлюлозы (пример 10), позволяет увеличить срок службы фильтрующего материала. The use of coated media, for example, pre-treatment of the carrier with silica sol (Example 4), cellulose acetate butyrate (Example 10), allows to increase the service life of the filter material.

Таким образом, применение предлагаемого фильтрующего материала в системах фильтрации воздуха для кухонных вытяжных зонтов позволяет в течение незначительного времени очистить воздух от вредных веществ и масляного дыма, возникающего при приготовлении пищи. При этом степень очистки воздуха не менее 98%. Thus, the use of the proposed filter material in air filtration systems for kitchen hoods allows for a short time to clear the air of harmful substances and oil smoke arising from cooking. Moreover, the degree of air purification is not less than 98%.

Claims (4)

1. Фильтрующий материал, содержащий биопродукт и носитель, отличающийся тем, что в качестве биопродукта фильтрующий материал содержит по крайней мере одно соединение из порфиринов природного происхождения или полученных искусственным путем в виде комплексов с носителем, в качестве носителя фильтрующий материал содержит соединение, выбранное из группы, включающей глину, фторопласт, торф, силикагель, оксид алюминия, нетканый материал, изготовленный из металлических волокон, целлюлозу и ее производные, уголь, графит, древесные опилки, цеолиты, инертный неорганический материал, полимерный материал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
По крайней мере одно соединение из порфиринов - 0,01-30
Носитель - Остальное
2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что носитель имеет форму гранул, черенков, листов, формованных блоков, например, в виде элементов сотовой структуры.1. Filter material containing a bioproduct and a carrier, characterized in that as a bioproduct, the filter material contains at least one compound of porphyrins of natural origin or obtained artificially in the form of complexes with a carrier, as a carrier, the filter material contains a compound selected from the group including clay, fluoroplastic, peat, silica gel, alumina, non-woven material made from metal fibers, cellulose and its derivatives, coal, graphite, sawdust, zeol ites, inert inorganic material, polymeric material in the following ratio of components, wt.%:
At least one compound of porphyrins - 0.01-30
Media - Other
2. The filter material according to claim 1, characterized in that the carrier is in the form of granules, cuttings, sheets, molded blocks, for example, in the form of elements of a honeycomb structure. 3. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что носитель содержит добавку углеродсодержащих соединений до 10 мас.%. 3. The filter material according to claim 1, characterized in that the carrier contains an additive of carbon-containing compounds up to 10 wt.%. 4. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что используют носитель покрытого типа. 4. The filter material according to claim 1, characterized in that they use a coated type carrier. 5. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве носителя фильтрующий материал содержит нетканый материал из металлических волокон алюминия. 5. The filter material according to claim 1, characterized in that, as a carrier, the filter material contains a non-woven material of aluminum metal fibers.

Images