RU2357784C2 - Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения - Google Patents
Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2357784C2 RU2357784C2 RU2007106433/15A RU2007106433A RU2357784C2 RU 2357784 C2 RU2357784 C2 RU 2357784C2 RU 2007106433/15 A RU2007106433/15 A RU 2007106433/15A RU 2007106433 A RU2007106433 A RU 2007106433A RU 2357784 C2 RU2357784 C2 RU 2357784C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polyethylene
- open
- porous
- solution
- silver
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фильтрующим материалам. Материал из открыто-пористого порошкообразного полиэтилена низкого давления, получен методом его формирования и пропитки водно-органическим раствором, содержащим наноразмерные частицы серебра, полученные радиационно-химическим методом, с последующей промывкой и сушкой. Техническим результатом является обеспечение возможности получения материала с улучшенными сорбционными, бактерицидными и каталитическими свойствами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологическим процессам получения высокопористых полимерных материалов и изделий, в частности к способам получения и модифицирования фильтрующих элементов, обладающих полифункциональной активностью, бактерицидной и каталитической.
Фильтрующие элементы на основе порошкообразного полиэтилена низкого давления, которые используются для очистки воды, воздуха, технологических жидкостей от механических примесей, обеспечивают достаточно высокую производительность процессов фильтрации. Спекание при высоких температурах облученного порошка ПЭНД позволяет получать открытопористый материал с размером пор от 1 до 100 мкм. К недостаткам этих фильтрующих материалов можно отнести то, что при длительной эксплуатации и в статическом режиме на материале развиваются колонии патогенных микроорганизмов, вызывающих так называемое «обрастание» и снижение фильтрующей способности фильтров.
В последнее время усилился интерес к особым состояниям материалов, так называемым металлическим наноагрегатам. Агрегаты представляют собой коллоидные частицы металлов наноструктурных размеров и обладают особыми свойствами, отличными как от свойств изолированных атомов, так и от массивного металла. Стабильные наноструктурные частицы серебра обладают высокой бактерицидной активностью и представляют интерес для создания на их основе эффективных бактерицидных фильтрующих элементов для очистки воды, обеспечивающих эффективную очистку воды как от механических примесей, так и болезнетворных микроорганизмов. Кроме того, изделия из такого открыто пористого материала обладают высокой каталитической активностью, например, в реакциях окисления серусодержащих соединений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ модифицирования фильтровального элемента, состоящий в том, что заполняют резервуар модифицирующим составом, представляющим собой водно-органический раствор наноструктурных частиц серебра, выдерживают заготовку фильтровального элемента в растворе в течение времени, необходимого для адсорбции наночастиц серебра в количестве не менее 40-45% (по изменению оптической плотности раствора), извлекают заготовку, промывают несколько раз 20%-ным раствором спирта в воде и дистиллированной водой, сушат материал и производят оценку бактерицидной активности полученного фильтрующего материала (патент Российской Федерации 2135262 С1 по кл. B01D 39/08 от 30.07.98 г.).
Однако недостатком указанного способа является то, что он относится к фильтрующим элементам из нетканых углеродных материалов, которые не могут быть использованы во многих способах фильтрации, где требуются жесткие картриджи.
Близкой по технической сущности к достигаемому техническому результату является Полезная модель «фильтровального материала для очистки жидких и газообразных веществ и бактерицидное устройство» (патент Российской Федерации 54811 U1 по кл. B01D 39/08 от 21.02.2006 г.). Описанный фильтровальный материал включает пористую основу с дискретным слоем из наноструктурных частиц серебра, отличается тем, что пористая основа выполнена из полимерного материала с добавлением углерода.
Недостатком указанной Полезной модели является то, что фильтровальный материал представлен в виде пористой основы из полимерного материала с высоким содержанием от 4 до 10% углерода, содержащего только дискретный слой из наноструктурных частиц серебра, без внедрения в объем пор наноразмерных частиц серебра, отвечающих за бактерицидные свойства изделий. Кроме того, высокое содержание в полимере углерода, более 4%, может приводить к ухудшению прочностных свойств фильтрующих элементов из этого материала, поскольку не позволяет пропускать через них очищаемую жидкость под повышенным напором.
Техническим результатом, на достижение которого направлен заявляемый способ, является расширение областей применения получаемых изделий, повышение адсорбционной емкости используемых полимерных материалов за счет предварительного введения перед спеканием в порошкообразный радиационно-модифицированный полиэтилен низкого давления марки 273 активированного угля ОУА, но не более 4 вес.%, или суспензионного ПЭНД марки 20108-001, а также применение новых методов модифицирования фильтрующих элементов наночастицами серебра (Система радиационно-химического способа модифицирования образцов наночастицами металлов, Патент РФ №2212268 по кл. С2 от 10.08.2001 г.). Модифицирование материалов и изделий проводится в химическом реакторе непосредственно в момент синтеза наночастиц металлов, что позволяет не только сократить время процесса, но и повысить эффективность объемного внедрения наночастиц в поры материала, благодаря тому, что в мелкие поры легко проникают ионы металлов, которые в момент облучения восстанавливаются и агрегируют до наночастиц. Получаемые изделия и материалы из открыто пористого ПЭНД, модифицированные наноразмерными частицами серебра, обладают высокой фильтрующей способностью и бактерицидной активностью для очистки воды, технических и пищевых жидкостей и газов от различных примесей, включая патогенные микроорганизмы, а также каталитической активностью в реакциях окисления некоторых растворенных химических соединений.
Вариант 1. Для достижения указанного технического результата изделия из спеченного порошкообразного полиэтилена загружают в резервуар, заливают определенным количеством водно-органического раствора наноструктурных частиц серебра (использован радиационно-химический синтез наночастиц - Патент РФ №2212268 по кл. С2 от 10.08.2001 г.), производят глубокую пропитку изделия этим раствором, выдерживая его в растворе при температуре 15-25°С до снижения оптической плотности не менее чем на 30%. Для контроля используют спектрофотометр, производят замеры оптической плотности раствора, изменяющейся с течением времени за счет адсорбции из раствора наноструктурных частиц серебра высокопористым изделием из полиэтилена. После этого извлекают полученный фильтрующий элемент из раствора, промывают его 40 об.%-ным раствором спирта в воде, затем дистиллированной водой, сушат в течение нескольких часов и производят оценку бактерицидной активности модифицированного наночастицами серебра фильтрующего изделия.
Слитый водно-органический раствор наночастиц серебра из реактора после модифицирования фильтровальных элементов с оптической плотностью не менее 0.6-0.8 используют повторно для проведения обработки следующей партии образцов и изделий (в том же режиме модифицирования). Результаты изменения оптической плотности за счет адсорбции наночастиц серебра из повторно используемого раствора образцами ПЭНД представлены на фиг.1.
Вариант 2. Для повышения адсорбционной емкости фильтрующих изделий из порошкообразного полиэтилена низкого давления марки 273 (газофазный) к нему перед спеканием добавляют активированный уголь марки ОУА. На фиг.1 приведены данные по изменению спектра оптической плотности мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра в процессе адсорбции на фильтрующих элементах из ПЭНД газофазного, содержащих ОУА не выше 4 вес.%. Содержание наночастиц в порах материала составляло более 40% от исходной концентрации наночастиц в растворе.
Вариант 3. С целью повышения адсорбционной емкости фильтрующих изделий из порошкообразного полиэтилена низкого давления марки 273 (газофазный) к нему перед спеканием был добавлен суспензионный ПЭНД. При введении в газофазный ПЭНД 30 вес.% суспензионного ПЭНД адсорбция наноструктурных частиц серебра составляет более 47%.
Вариант 4. Модифицирование материалов из ПЭНД, содержащих активированный уголь не более 4 вес.% или суспензионный ПЭНД 30 вес.%, наночастицами металлов в соответствии с предложенным методом (Патент РФ №2212268 по кл. С2 от 10.08.2001 г.) происходит в момент радиационно-химического синтеза наночастиц. За счет внедрения ионов серебра даже в мелкие поры и их локального радиационно-химического восстановления происходит объемное модифицирование поверхности пор полиэтилена наночастицами серебра. В этом варианте после извлечения из раствора модифицированных наночастицами изделий или элементов необходима только их отмывка водным 40 об.%-ным раствором спирта и далее, как в предыдущих вариантах, дистиллированной водой, просушка в течение нескольких часов и оценка их бактерицидной активности.
В таблице (Фиг.2) представлены результаты проведенных испытаний микробиологической стойкости фильтрующих элементов из пористого полиэтилена на основе смеси газофазного ПЭНД и активированного угля (менее 4%), модифицированных наноструктурными частицами серебра. Исследуемые образцы инфицировали ассоциацией тест-бактерий, выдерживали в условиях, благоприятных для развития микроорганизмов (Т=37°С, влажность 90%). Для оценки биологической стойкости использовали бактериальные культуры: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus licheniformis. Модифицированные наночастицами серебра контрольные образцы фильтрующих элементов, инфицированные тест-микроорганизмами, выдерживали в условиях, благоприятных для развития бактерий. На 5-е и 10-е сутки эксперимента проводили оценку содержания бактерий на образцах. Проведенные эксперименты (ГНЦ РФ ИМБП РАН) подтвердили не только микробиологическую стойкость пористого полиэтилена, но и высокую бактерицидную активность. Проверка бактерицидной активности этих образцов, подвергнутых испытаниям в условиях ускоренного старения, УКИ показала, что на всех опытных элементах с наночастицами серебра бактерии полностью отмирали, в то время как на контрольных образцах численность жизнеспособных микроорганизмов даже возрастала. На основании этих результатов были сделаны выводы, что фильтр-элементы из открыто пористого полиэтилена не только проявляют высокую бактерицидную активность, но и могут сохранять ее в течение длительного времени (не менее 5 лет).
Вариант 5. Благодаря адсорбции наночастиц серебра пористые полимерные материалы приобретают не только высокие бактерицидные свойства, но и каталитическую активность в реакциях окисления. Для сравнения каталитической активности модифицированных наночастицами серебра и контрольных элементов из пористого полиэтилена была выбрана реакция окисления серусодержащих соединений на примере диоксида серы, растворенного в воде и водно-органических смесях. Хроматографический анализ продуктов реакции и измерение изменения pH растворов в ходе реакции позволили сделать вывод о том, что окисление диоксида серы при пропускании водного раствора определенной концентрации диоксида серы, S(IV) через фильтровальный элемент из высокопористого полиэтилена, содержащего наночастицы серебра, протекает в каталитическом режиме до серной кислоты без образования других промежуточных продуктов.
Таким образом, настоящее изобретение может быть использовано для получения модифицированных наноразмерными частицами серебра фильтровальных элементов из пористого полиэтилена, обладающих бифункциональной активностью - бактерицидной и каталитической, для очистки воды, воздуха, технологических жидкостей от механических, химических и микробиологических примесей.
Claims (7)
1. Способ получения материала с бифункциональной активностью из открыто-пористого порошкообразного полиэтилена низкого давления, содержащего наночастицы серебра, включающий формирование материала из открыто-пористого полиэтилена путем спекания, модифицирование материала наночастицами серебра, предварительно синтезированными радиационно-химическим методом, отличающийся тем, что модифицирование материала осуществляют путем пропитки водно-органическим раствором наночастиц с концентрацией серебра не менее 600 мкг/л с оптической плотностью раствора в максимуме полосы оптического поглощения наночастиц серебра не менее 1,5, и выдержки в модифицирующем растворе материала при Т=15-25°С до снижения оптической плотности на 25-40%, полученный модифицированный наночастицами материал промывают водным 40 об.% раствором спирта и дистиллированной водой, сушат в темноте, а слитый раствор после модифицирования первой партии используют для пропитки следующих трех партий материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модифицирование пористого полиэтиленового материала наночастицами серебра проводят в реакторе с реакционной смесью в момент синтеза наночастиц в обратно-мицеллярном растворе.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование материала проводят из открыто-пористого радиационно-модифицированного порошкообразного полиэтилена.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве открыто-пористого порошкообразного полиэтилена низкого давления используют ПЭНД газофазный марки 273 или его смесь с полиэтиленом суспензионным марки 20108-001, взятым в количестве не более 50 об.%.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в порошкообразный полиэтилен перед спеканием добавляют активированный уголь в количестве не более 4 мас.%, или активированный уголь, предварительно модифицированный наночастицами серебра, синтезированными радиационно-химическим способом.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что суспензионный полиэтилен предварительно модифицирован наночастицами серебра, синтезированными радиационно-химическим способом.
7. Материал из открыто-пористого порошкообразного полиэтилена низкого давления с бифункциональной активностью для фильтрации воды, газов и технологических жидкостей от примесей, отличающийся тем, что он получен способом, охарактеризованным в пп.1-6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007106433/15A RU2357784C2 (ru) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007106433/15A RU2357784C2 (ru) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2357784C2 true RU2357784C2 (ru) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007106433/15A RU2357784C2 (ru) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2357784C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648078C1 (ru) * | 2016-11-25 | 2018-03-22 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления фильтрующего микропористого нанокомпозитного материала и фильтрующий материал |
RU2680960C2 (ru) * | 2016-12-23 | 2019-03-01 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения |
US20210107804A1 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-15 | Geraldo Roberto Silveira | Waste water filtration compositions, systems and methods |
-
2007
- 2007-12-17 RU RU2007106433/15A patent/RU2357784C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648078C1 (ru) * | 2016-11-25 | 2018-03-22 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления фильтрующего микропористого нанокомпозитного материала и фильтрующий материал |
RU2680960C2 (ru) * | 2016-12-23 | 2019-03-01 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Автоматизированное устройство для очистки природных и сточных вод, содержащих радиоактивные загрязнения |
US20210107804A1 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-15 | Geraldo Roberto Silveira | Waste water filtration compositions, systems and methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mariyam et al. | Efficient batch and Fixed-Bed sequestration of a basic dye using a novel variant of ordered mesoporous carbon as adsorbent | |
JP6501033B2 (ja) | 固形化された多孔質炭素材料及びその製造方法 | |
Santhi et al. | Kinetics and isotherm studies on cationic dyes adsorption onto annona squmosa seed activated carbon | |
Bhattacharyya et al. | Adsorption characteristics of the dye, Brilliant Green, on Neem leaf powder | |
Kouakou et al. | Adsorption of iron and zinc on commercial activated carbon | |
Paliulis | Removal of formaldehyde from synthetic wastewater using natural and modified zeolites | |
Mahmoud et al. | Comparative study of single and multiple pollutants system using Ti–Fe chitosan LDH adsorbent with high performance in wastewater treatment | |
AU2012243079B2 (en) | Water purification unit | |
Vîrlan et al. | Studies on adsorption capacity of cationic dyes on several magnetic nanoparticles | |
DE102014107489A1 (de) | Adsorptive Filtereinheit mit verlängerter Einsatz- und/oder Standzeit | |
Harrachea et al. | Modeling of adsorption isotherms of (5, 5’-disodium indigo sulfonate) from aqueous solution onto activated carbon: equilibrium, thermodynamic studies, and error analysis | |
Gopal et al. | Continuous fixed bed adsorption studies of Rhodamine-B dye using polymer bound adsorbent | |
RU2357784C2 (ru) | Материал с полифункциональной активностью на основе открыто-пористого полиэтилена, содержащий наночастицы серебра, и способ его получения | |
Das | Characterization of activated carbon of coconut shell, rice husk and Karanja oil cake | |
Aghaei et al. | Green synthesize of nano-MOF-ethylcellulose composite fibers for efficient adsorption of Congo red from water | |
RU2426557C1 (ru) | Сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент | |
Fan et al. | Selective adsorption of the cationic dye rhodamine-6G from aqueous solution by phosphotungstic acid@ MOF-199 composites | |
Hanoon et al. | Adsorption of methyl orange from wastewater by using biochar | |
Altintig et al. | Prepared activated carbon from hazelnut shell where coated nanocomposite with Ag+ used for antibacterial and adsorption properties | |
WO2020081771A1 (en) | Removal of water contaminants using enhanced ceramic filtration materials | |
Termoul et al. | Removal of phenol and 4-chlorophenol from aqueous solutions by olive stone-based activated carbon | |
Tan et al. | Removal of crystal violet dye from aqueous solutions using rubber (hevea brasillensis) seed shell-based biosorbent | |
Lin et al. | The adsorption mechanism of modified activated carbon on phenol | |
Ramos et al. | Sustainable alternative for removing pesticides in water: Nanomodified activated carbon produced from yeast residue biomass | |
Samal | Characterization of activated carbon and study of adsorption of methylene blue dye using activated carbon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191218 |