RU2297269C1 - Способ получения фильтрующего материала - Google Patents
Способ получения фильтрующего материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2297269C1 RU2297269C1 RU2005139266/15A RU2005139266A RU2297269C1 RU 2297269 C1 RU2297269 C1 RU 2297269C1 RU 2005139266/15 A RU2005139266/15 A RU 2005139266/15A RU 2005139266 A RU2005139266 A RU 2005139266A RU 2297269 C1 RU2297269 C1 RU 2297269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- particles
- aluminum
- fibers
- hours
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству фильтрующих материалов с высокими адсорбирующими и фильтрующими свойствами. В предлагаемом способе получения фильтрующего материала на основе нетканого полимерного материала для модифицирования его волокон заряженными частицами гидроксида алюминия осуществляют пропитку при повышенной температуре нетканого полимерного материала в растворе, содержащем соли алюминия, и дополнительно карбоновую и/или оксикарбоновую кислоты и/или их соли. В процессе пропитки образуются и закрепляются на волокнах нетканого полимерного материала частицы гидрата окиси алюминия несферической формы. Способ позволяет изготовить фильтрующий материал, обладающий сорбционными свойствами, в результате повышения числа закрепившихся на волокнах нетканого полимерного материала наноразмерных частиц гидрата окиси алюминия несферической формы. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к производству фильтрующих материалов с высокими адсорбирующими и фильтрующими свойствами, пригодных для очистки и обеззараживания воды, водных растворов и других жидкостей, и может быть использовано также в медицине и микробиологии для стерилизующей фильтрации инъекционных и других растворов, концентрирования биомолекул в физиологических жидкостях, концентрирования и извлечения вирусов, приготовления апирогенной воды, в биокаталитических мембранных реакторах.
Известны нетканые материалы из тонких полимерных волокон, полученных методом электроформования, так называемые ткани (фильтры) Петрянова, назначение которых - фильтрование газов, жидкостей, бактериальная очистка газов [Высокоэффективная очистка газов от аэрозолей фильтрами Петрянова /П.И.Басманов, В.И.Кириченко, Ю.Н.Филатов, Ю.Л.Юров; отв. ред. В.И.Кириченко. - М.: Наука, 2003. - 271 с.].
Их свойства основаны на адгезии частиц нежелательных компонентов в жидкости или газе на волокнах фильтра при их столкновении. Однако они малоэффективны при очистке воды от патогенной флоры по причине слабой адгезии микрорганизмов к волокнам фильтра в водной среде.
Известен способ очистки воды от вирусов [SU 1066942 А С02,F 1/28 1982], в котором для очистки воды от энтеровирусов с размером частиц 20-30 нм используют неорганический адсорбент, а именно моногидроксид алюминия AlOOH (бемит) с размером пор 60-90 нм, предварительно подвергнутый гидротермальной обработке. Способ позволяет достичь 100%-ной очистки при концентрации вирусов в воде, равной 1,5-6,28 lg ТЦД50/мл и при рН среды в пределах 7,0-7,5.
Недостатком данного способа является необходимость длительного контакта (2-6 часов) содержащей вирусы воды с адсорбентом.
Известен электропозитивный сорбент, состоящий из смеси несферических частиц оксида алюминия и второго твердого компонента, в котором вышеуказанный электропозитивный сорбент поглощает, по крайней мере, одну электроотрицательную частицу из жидкости [US 6838005 В, 2005].
В патенте описан способ получения сорбента, включающий смешивание несферических частиц оксида алюминия либо источника алюминия, который затем реагирует с водным раствором с образованием несферических частиц оксида алюминия со вторым твердым компонентом - частицами волокнистого материала. Из полученной смеси по «бумажной» технологии формируется фильтровальный материал.
Известен сорбент из несферических частиц оксида алюминия и частиц волокнистого материала, содержащий компонент с отрицательным зарядом поверхности и модификатор, выбранный из ряда оксид или гидроксид магния, кремния или их смеси [RU 2242276, С1]. Способ получения сорбента заключается в смешивании несферических частиц оксида алюминия с частицами волокнистого материала. Перед смешиванием к волокнистому материалу добавляют компонент с отрицательным зарядом поверхности, после смешивания всех трех компонентов к смеси добавляют модификатор. Кроме того, в процессе смешивания первых трех компонентов проводят активацию смеси электрическим током или ультразвуком. Затем из полученной смеси формируют фильтровальный материал по «бумажной» технологии. Сорбент отличается увеличенным сроком службы и сохранением эффективности в широком интервале рН, вплоть до 9,5.
Основным недостатком сорбентов [US 6838005 В, 2005 и RU 2242276, С1] является их формирование из смеси частиц, что предполагает использование второго твердого компонента или частиц волокнистого материала в виде суспензии отдельных мелких частиц. Это ограничивает область материалов, которые можно использовать в качестве второго твердого компонента. Так, при использовании волокон из полимерных материалов диаметром менее 2 мкм чрезвычайно сложно получить механически прочный фильтрующий материал по «бумажной» технологии. В то же время именно эти материалы обладают качествами, предпочтительными при создании фильтрующих материалов.
Кроме того, сорбент [US 6838005 2005, В] предназначен только для удерживания отрицательно заряженных частиц, к которым не относятся нефтепродукты, фенолы, ионы тяжелых металлов, что не позволяет использовать материал в комплексной очистке воды.
Существенным недостатком способа получения сорбента [RU 2242276, С1] является необходимость активации смеси электрическим током или ультразвуком, что усложняет и удорожает технологию получения сорбента.
Известен способ модифицирования фильтровального элемента [RU 2135262 С1], включающий пропитку заготовки фильтровального элемента, образованную углеродным нетканым полотном, модифицирующим составом, представляющим собой водно-органический раствор наноструктурных частиц серебра. Фильтровальный элемент, полученный данным способом, позволяет отфильтровывать содержащиеся в воде микробиологические примеси.
Как указано в описании, после обработки материала из углеродного волокна раствором серебра, жизнеспособных бактериальных клеток в фильтрате остается, по крайней мере, на 2 порядка меньше, чем при использовании необработанного материала.
В настоящее время такая эффективность считается недостаточной, требуется снижение концентрации бактерий и вирусов по крайней мере на 4-5 порядков.
Основной недостаток данного фильтра - использование известных адсорбентов, не всегда достаточно эффективных. Так, использование для удерживания бактерий волокнистого материала с модифицированным зарядом не обеспечивает полного обеззараживания воды уже при начальной концентрации бактерий в воде 5,5·106 CFU/мл.
Известен способ получения фильтрующего материала для жидкости [JP 60225619, 1985], предназначенного для электростатической адсорбции и удаления мелких частиц, в котором предварительно получают перфорированный материал методом спекания волокон полиэстера, а затем осаждают заряженное вещество, такое как гидроксид алюминия, оксид железа или высокомолекулярный флокулянт. При использовании гидроксида алюминия перфорированный материал пропитывают с 1-10% раствором хлорида алюминия, после пропитывания дегидрируют, чтобы убрать 200% указанного раствора, проводят нейтрализацию карбонатом натрия, чтобы сформировать частицы гидроксида алюминия, прикрепленные к поверхности волокон, за счет их заряда.
К недостаткам прототипа можно отнести операцию по подготовке перфорированного материала на основе волокон полиэстера, проведение операции упаривания, достаточно энергоемкая стадия в процессе, при этом идет неконтролируемое образование гидроксида алюминия, большая часть которого не закрепляется на волокне.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего при минимальных энергетических и материальных затратах изготовить фильтрующий материал, обладающий сорбционными свойствами.
Технический результат - повышение числа закрепившихся на волокнах нетканого полимерного материала наноразмерных частиц гидрата окиси алюминия несферической формы.
Поставленная задача достигается тем, что как и в известном, в предлагаемом способе получения фильтрующего материала на основе нетканого полимерного материала для модифицирования его волокон заряженными частицами гидроксида алюминия осуществляют пропитку нетканого полимерного материала в растворе, содержащем соли алюминия.
Новым является то, что раствор соли алюминия дополнительно содержит карбоновую и/или оксикарбоновую кислоты и/или их соли, а пропитку ведут при повышенной температуре, в ходе которой образуются и закрепляются на волокнах нетканого полимерного материала частицы гидрата окиси алюминия несферической формы.
Кроме того, в качестве нетканого волокнистого полимерного материала используют ацетат целлюлозы или полисульфон с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм.
Кроме того, нагрев осуществляют в течение 1-48 час, предпочтительно 3-6 часов, при температуре 60-80°С
Кроме того, в качестве соли алюминия используют сульфат, нитрат или хлорид алюминия.
Кроме того, что в качестве карбоновых и/или оксикарбоновых кислот используют кислоты, выбранные из группы, содержащей уксусную, салициловую, винную, лимонную кислоты или их комбинации двух или более из них.
Кроме того, раствор соли алюминия доводят до величины рН 6-12 добавлением раствора карбамида и/или раствора щелочи.
Кроме того, после пропитки нетканый полимерный материал промывают водой для удаления не закрепившихся на полимерном материале частиц гидрата окиси алюминия и добавок реагентов.
Кроме того, фильтрующий материал сушат при температуре 80-140°С, предпочтительно 100-120°С, в течение 1-24 часов, предпочтительно 4-6 часов.
Преимуществом материалов из полимерных волокон является их химическая и биологическая инертность, способность сохранять механическую прочность даже после длительного нахождения в воде. Эти материалы не подвергаются микробиологическому разложению, что является очень важным при производстве фильтров для очистки воды. Существующий уровень развития техники позволяет получать из полимерных волокон высокопористые нетканые материалы с низким аэродинамическим и гидродинамическим сопротивлением, пригодные для очистки газов и жидкостей. В качестве основы в предлагаемом изобретении использован листовой нетканый полимерный волокнистый материал, полученный методом электроформования, предпочтительно ацетат целлюлозы или полисульфон с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм. Такой материал не требует специальной подготовки в сравнении с материалом, предлагаемым в прототипе (материал на основе волокон полиэстера).
Для придания такому полимерному материалу сорбционных свойств используют модифицирование его волокон заряженными (электроположительный заряд) наноразмерными частицами. В настоящем изобретении предложен метод осаждения наноразмерных частиц гидрата окиси алюминия несферической формы из солей алюминия. При использовании раствора солей алюминия гидролиз соединения алюминия протекает во всем объеме раствора, это приводит к более равномерному осаждению образующихся при гидролизе наноразмерных частиц в виде волокон на поверхности полимера, к тому же гидролиз соли алюминия идет медленно, что позволяет в широких пределах контролировать условия осаждения гидрата окиси алюминия, изменять количество закрепленного гидроксида алюминия, размер и форму его частиц.
Кроме того, используемые соединения алюминия более доступны и дешевы по сравнению, например, с ультрадисперсными порошками алюминия, а также позволяют создать намного большую концентрацию соединения алюминия в рабочем растворе.
Добавление в раствор соли алюминия карбоновых и/или оксикарбоновых кислот и/или их солей обусловлено их структурорегулирующими свойствами, оказывающими влияние на форму и размер образующихся наноразмерных частиц гидрата окиси алюминия, кроме того, они замедляют скорость гидролиза соединения алюминия, что позволяет регулировать ход процесса.
Доведение рН раствора до необходимой величины, обеспечивающей образование гидрата окиси алюминия, осуществляется добавлением раствора карбамида. При температуре выше 60°С происходит гидролиз карбамида, при котором величина рН рабочего раствора повышается и тем самым создаются условия образования частиц гидрата окиси алюминия. Медленное повышение величины рН рабочего раствора позволяет проводить образование гидрата окиси алюминия требуемой формы и размера в контролируемых условиях.
Несферические частицы гидрата окиси алюминия, закрепившиеся на волокнах полимерного материала по предлагаемому способу, имеют размер 0,2-50 мкм и удельную поверхность 100-500 м2/г, пористость 0,5-0,95. Частицы закреплены как на поверхности, так и в объеме ткани.
Дополнительным преимуществом способа является количество частиц гидрата оксида алюминия, закрепленных на волокнах ацетата целлюлозы или полисульфона, оно составляет 5-75 мас.%.
В дальнейшем изобретение поясняется чертежом, на котором представлена микрофотография волокон ткани ФПА-15-2,0, модифицированных пористыми частицами гидрата окиси алюминия.
Способ получения материала осуществляется следующим образом.
Заготовку фильтрующего материала из фильтра Петрянова марки ФПА-15-2,0 весом 1,02 г помещают в резервуар с раствором, содержащием 4,80 г нитрата алюминия и 5,20 г ацетата натрия в 150 мл воды. Добавляли 50 мл раствора карбамида с концентрацией 130 г/л. Смесь нагревали при температуре 80°С (рН смеси 7), затем добавляли 10 мл раствора гидроокиси натрия с концентрацией 40 г/л. Ткань затем промывают и высушивают при 120°С в течение 5 часов.
Получили ткань с количеством осажденных частиц гидрата окиси алюминия 15 мас.%. Кроме того, частицы гидрата окиси алюминия имеют диаметр 20-50 нм и длиной 200-500 нм и удельную поверхность 250 м2/г.
Фильтр формируют складыванием 15 слоев фильтрующего материала и тестируют на поглощение вирусов. Результаты приведены в таблице.
Образцы были испытаны на титрование бактериофага MS2. Бактериофаг MS2 представляет собой безвредный для человека микроорганизм, имитирующий патогенные вирусы. Каждый образец помещался между двумя мембранами Millipore (0,45 μм) и зажимался в экспериментальной ячейке. Затем через ячейку с образцом фильтрующего материала пропускается 2 мл суспензии бактериофага MS2. Контролируются концентрации бактериофага на входе в ячейку и выходе. За результат принимается среднее арифметическое трех анализов.
Таблица | |
Концентрация MS2 в исходной суспензии, БОЕ/мл | Удержано MS2, % |
1,55×104 | 100% |
2,50×105 | 100% |
3,75×106 | 100% |
2,0×107 | 99,9998% |
Claims (8)
1. Способ получения фильтрующего материала на основе нетканого волокнистого полимерного материала, в котором осуществляют модифицирование основы заряженными наноразмерными частицами несферической формы, отличающийся тем, что для модифицирования нетканого полимерного материала его размещают в растворе, содержащем соли алюминия и карбоновые и/или оксикарбоновые кислоты и/или их соли, доводят раствор до значения рН 6-12 и затем осуществляют нагрев раствора до 60-80°С, в ходе которого образуются и закрепляются на волокнах нетканого полимерного материала частицы гидрата окиси алюминия несферической формы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нетканого волокнистого полимерного материала используют ацетат целлюлозы или полисульфон с диаметром волокон 1,0-3,0 мкм.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве солей алюминия используют сульфат, нитрат или хлорид алюминия.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве карбоновых и/или оксикарбоновых кислот используют кислоты, выбранные из группы содержащей уксусную, салициловую, винную, лимонную кислоты.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в течение 1-48 ч, предпочтительно 3-6 ч.
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что доведение рН раствора до необходимой величины осуществляют добавлением раствора карбамида и/или раствора щелочи.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания гидролиза нетканый волокнистый полимерный материал промывают водой для удаления не закрепившихся на полимерном материале частиц гидрата окиси алюминия и добавок реагентов.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий материал сушат при температуре 80-140°С, предпочтительно 100-120°С, в течение 1-24 ч, предпочтительно 4-6 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139266/15A RU2297269C1 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Способ получения фильтрующего материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139266/15A RU2297269C1 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Способ получения фильтрующего материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2297269C1 true RU2297269C1 (ru) | 2007-04-20 |
Family
ID=38036781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005139266/15A RU2297269C1 (ru) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Способ получения фильтрующего материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2297269C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1923117A2 (de) * | 2005-08-08 | 2008-05-21 | Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | Filtermaterial und verfahren zu dessen herstellung, filter und filtrierverfahren |
WO2009031944A2 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-03-12 | Institute Of Strength Physics And Materials Science Siberian Branch Of The Russian Academy Of Sciences | Фильтрующий материал для газообразной среды |
WO2022161559A1 (de) * | 2021-01-28 | 2022-08-04 | Apodis Gmbh | Filterelement zur filterung von viren und/oder bakterien aus einem fluid |
-
2005
- 2005-12-15 RU RU2005139266/15A patent/RU2297269C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1923117A2 (de) * | 2005-08-08 | 2008-05-21 | Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | Filtermaterial und verfahren zu dessen herstellung, filter und filtrierverfahren |
EP1923117A4 (de) * | 2005-08-08 | 2011-06-01 | Inst Of Strength Physics And Materials Science Siberian Branch Of The Russian Academy Of Sciences | Filtermaterial und verfahren zu dessen herstellung, filter und filtrierverfahren |
WO2009031944A2 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-03-12 | Institute Of Strength Physics And Materials Science Siberian Branch Of The Russian Academy Of Sciences | Фильтрующий материал для газообразной среды |
WO2009031944A3 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-04-23 | Inst Of Strength Physics And M | Фильтрующий материал для газообразной среды |
WO2022161559A1 (de) * | 2021-01-28 | 2022-08-04 | Apodis Gmbh | Filterelement zur filterung von viren und/oder bakterien aus einem fluid |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2317843C2 (ru) | Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования | |
Li et al. | Highly efficient and sustainable carboxylated cellulose filters for removal of cationic dyes/heavy metals ions | |
Wang et al. | Nanofibrous microfiltration membranes capable of removing bacteria, viruses and heavy metal ions | |
Zhang et al. | Surface modification of electrospun polyacrylonitrile nanofiber towards developing an affinity membrane for bromelain adsorption | |
JP4726415B2 (ja) | 微孔性濾材、それを含有する濾過システム、その製造法および使用 | |
KR100917075B1 (ko) | 미공성 여과재, 이를 포함하는 여과 시스템, 및 제조 및사용 방법 | |
US6833075B2 (en) | Process for preparing reactive compositions for fluid treatment | |
JP5718309B2 (ja) | 超微細粉末又はナノサイズ粉末を組み込んだ不織媒体 | |
US20040178142A1 (en) | Integrated paper comprising fibrillated fibers and active particles immobilized therein | |
CA2752109C (en) | Microporous filter media with intrinsic safety feature | |
WO2012027242A1 (en) | High flux microfiltration membranes with virus and metal ion adsorption capability for liquid purification | |
JP4939212B2 (ja) | 微生物阻止能力が向上した濾材 | |
JP2004507339A (ja) | 膨張性物質を有する複合材料の形成 | |
Barhoum et al. | Nanocelluloses as sustainable membrane materials for separation and filtration technologies: Principles, opportunities, and challenges | |
RU2297269C1 (ru) | Способ получения фильтрующего материала | |
Xu et al. | Preparation of underwater superoleophobic ZIF-67 composite membrane with high antibacterial activity and emulsion separation efficiency | |
Yu et al. | Synthesis of Ag–SiO2–APTES Nanocomposites by blending poly (Vinylidene Fluoride) Membrane with potential applications on dye wastewater treatment | |
RU2398628C2 (ru) | Фильтрующая среда для очистки жидкости и газа, способ ее получения и способ фильтрования | |
Jadoo et al. | Adsorption thermodynamic study of Congo red dye on electrospun nanofibers mat of polyacrylonitrile | |
Darzipour et al. | Antibacterial dynamic membranes loaded by cephalexin/amine-functionalized SBA_15 for Pb (II) ions removal | |
Borhani et al. | Preparation and characterization of PAN nanofibers containing boehmite nanoparticles for the removal of microbial contaminants and cadmium ions from water | |
Sethy et al. | Advances in Membrane Technology Used in the Wastewater Treatment Process | |
Mathew et al. | Nanocellulose-Based Membranes for Water Purification: Fundamental Concepts and Scale-Up Potential | |
AMIN | FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF ELECTROSPUN CELLULOSE ACETATE/GRAPHENE OXIDE/SODIUM DODECYL SULPHATE NANOFIBER MEMBRANE FOR PHOSPHATE ION REMOVAL | |
KR970007055B1 (ko) | 세라믹 분리막 및 그의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091216 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120627 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131216 |