СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЕМОСОРБЦИОННОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, ХЕМОСОРБЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И РЕСПИРАТОР НА ЕГО ОСНОВЕ
METHOD OF OBTAINING HEMOSORPTION FILTERING MATERIAL, HEMOSORPTION MATERIAL AND RESPIRATOR BASED ON IT

Изобретение относится к технологии получения хемосорбционных материалов и может быть использовано в химической промышленности, а именно при производстве материалов, используемых в фильтрующих устройствах средств защиты, в технических устройствах инженерной экологии.
Известен способ получения хемосорбционного материала по патенту US 2258716, заключающийся в обработке карбоксилсодержащего хемосорбента в Na-форме сначала 0,5-1,0%-ным раствором кислоты при соотношении массы хемосорбционного материала к объему раствора кислоты, равном 1:30, в течение 0,5-1,0 ч для перевода в Н-форму, а затем 0,5-1,0-ным раствором гидроксида калия при таком же соотношении компонентов в течение такого же времени для превращения хемосорбента в К-форму с промывкой умягченной водой после каждой стадии.
Недостатком хемосорбционного материала, полученного данным способом, является невысокая реакционная способность к аммиаку.
Известен способ получения хемосорбционного материала ВИОН АН-1, описанный в книге М.П.Зверева «Хемосорбционные волокна», Москва, Химия, 1981, стр.130-131,181, включающий гидразидирование полиакрилонитрильных волокон. Волокно, полученное по данному способу в Н-форме, применяется для хемосорбции аммиака, но волокна, полученные по данному способу, не могут быть использованы в фильтрующих устройствах средств защиты, в том числе для изготовления фильтровальных изделий определенной формы.
Известен адсорбирующий материал по патенту US 429410 (опубл. 27.10.81), содержащий нетканый материал с нанесенным на его поверхность слоем порошкового материала. Закрепление частиц адсорбента производится с помощью термопластичных полиолефиновых волокон, содержащихся в нетканом материале за счет их подплавления при нагревании.
Недостатком этого адсорбирующего материала, полученного по способу, описанному в описании к патенту US 429410, является его жесткость, при технологической переработке данного материала сорбент частично выкрашивается, что создает определенные трудности при конструировании средств индивидуальной защиты органов дыхания.
Известен респиратор для защиты органов дыхания по а.с. 199670 (опубл. 13.07.1967). Он содержит коническую фильтрующую полумаску, пленочную полумаску, выполненную из тонкой пленки, систему клапанов вдоха и выдоха, жгут из пористого материала, размещенный в полосе обтюрации и разделяющий фильтрующую и пленочные части полумаски, и приспособление для крепления.
Недостатком данной конструкции является то, что респиратор не защищает органы дыхания от паров аммиака и аминов, а также имеет малое время защитного действия по парам низкокипящих органических веществ.
Известен респиратор по патенту №2128068 (опубл. 27.03.1999), содержащий каркас, обтюратор, оголовье с элементами крепления, полумаску, выполненную из плоской заготовки с фильтрующим и сорбционно-поглощающим слоями, клапан выдоха с защитным экраном и носовой зажим, сорбционно-поглощающий слой размещен между фильтрующими слоями, снаружи полумаски размещен слой покрывного материала, а внутри - полуэластичный каркас.
Недостатком данной конструкции является то, что респиратор не защищает органы дыхания от паров аммиака и аминов, а также имеет малое время защитного действия по парам низкокипящих органических веществ.
Предлагаемым изобретением решается задача создания хемосорбционного материала и технологичного способа получения хемосорбционных материалов, предназначенных для использования в фильтрующих устройствах средств защиты, в технических устройствах инженерной экологии, позволяющего осуществлять эффективную защиту от парогазообразных и аэрозольных (пыль, дым, туман) АХОВ в концентрациях 10-20 ПДК этих веществ в воздухе рабочей зоны.
Для достижения указанного технического результата в способе получения хемосорбционного фильтрующего материала, заключающемся в пропитке активированного нетканого полотна с последующим вылеживанием и сушкой, пропитку активированного нетканого полотна ведут в 5-9% растворе хлорида алюминия гидролизованного с дополнительным введением в раствор пластифицирующей добавки - этиленгликоля в количестве - 60-90 мл на 1000 мл раствора.
2
Поставленная задача решается также созданием хемосорбционного материала, содержащего рабочий слой из волокон нетканого полотна, полученный пропиткой раствором описанного выше состава, при этом материал имеет поверхностную плотность 180-220 г/м.
Поставленная задача решается также созданием респиратора фильтрующего универсального, содержащего каркас, обтюратор, оголовье с элементами крепления, полумаску, выполненную из плоской заготовки с фильтрующим и сорбционно-поглощающим слоями, клапан выдоха и носовой зажим, в качестве сорбционно-поглощающего материала содержит материал, описанный выше.
Способ получения хемосорбционного фильтрующего материала заключается в пропитке активированного нетканого полотна с последующим вылеживанием и сушкой, причем пропитку активированного нетканого полотна ведут в 5-9% растворе хлорида алюминия гидролизованного с дополнительным введением в раствор пластифицирующей добавки - этиленгликоля в количестве - 60-90 мл на 1000 мл раствора.
Отличительными признаками предлагаемого способа от наиболее близкого, описанного выше, является то, что пропитку активированного нетканого полотна ведут в 5-9% растворе хлорида алюминия гидролизованного с дополнительным введением в раствор пластифицирующей добавки - этиленгликоля - в количестве 60-90 мл на 1000 мл раствора.
2
Отличительными признаками предлагаемого хемосорбционного материала от наиболее близкого, описанного выше, является то, что материал получают пропиткой раствором описанного выше состава, при этом материал имеет поверхностную плотность 180-220 г/м.
Отличительными признаками предлагаемого респиратора фильтрующего универсального от наиболее близкого, описанного выше, является то, что в качестве сорбционно-поглощающего материала содержит материал, описанный выше.
n
6-n
С целью удешевления хемосорбционного материала и упрощения приготовления пропиточного раствора в качестве последнего используют отработанный в нефтехимическом синтезе катализатор - хлорид алюминия гидролизованый (ТУ2152-06-535057-11-02) - AL(OH) CL, где n=0.5-1.5.
Данное соединение представляет гидрооксокомплекс, который при взаимодействии с парами аммиака образует другое комплексное соединение - аммиакаты хлорида алюминия.
3
3
3
Получаемый как отход нефтехимического производства раствор хлорида алюминия гидролизованый имеет плотность в пределах 1,215-1,247 г/см, что соответствует концентрации AL СL в пределах 250-300 г/дм соответственно.
Данный раствор также включает некоторые механические примеси в виде сажи, мелких сгустков нефти.
Для приготовления пропиточного раствора исходный раствор фильтруют и затем разводят очищенной водой в соотношении 1:4-1:20, что соответствует концентрации раствора 5,4-9,0%. Для придания хемосорбционному материалу впоследствии пластических свойств в пропиточный раствор дополнительно вводят пластифицирующую добавку - этиленгликоль - в количестве 60-90 мл на 1000 мл раствора.
Нетканое активированное полотно погружают в приготовленный таким образом пропиточный раствор при температуре последнего 40-50°С, выдерживают в течение 20-30 мин. Затем пропитанное полотно достают из раствора, дают стечь избытку раствора и помещают материал на сетчатый поддон для вылеживания при комнатной температуре в течение 6-8 часов. Затем материал высушивают при t=110-120°С в течение 40-60 мин до остаточной влажности материала 9-12% (мас.). Материал охлаждают и помещают в плотно закрытый контейнер. Из полученного материала производят выкройку заготовок фильтрующего респиратора необходимой конструкции.
2
Для определения времени защитного действия по парам аммиака вырезают заготовки ⌀ 17 см с рабочей поверхностью ~180 см. Испытание материала производят при следующих условиях: начальная концентрация аммиака 0,20 мг/л (10 ПДК), объемная скорость 30 л/мин, относительная влажность газовоздушного потока 50%, температура 18-22°С. При этих условиях контрольное время защитного действия должно быть не менее 30 мин.
2
3
Для получения нового хемосорбционного материала использовали нетканое активированное полотно «карбон β-актив» (ТУ РБ400031289.104.2000) с поверхностной плотностью ~200 г/м и суммарным объемом пор 1,0±0,1 cм/г. Варианты изготовления материала и результаты испытаний по аммиаку приведены в таблице 1.
3
При концентрации пропиточного раствора менее 5,0 мас.% время защитного действия менее контрольного (30 мин), а в случае варианта 7 (таблицы 1), когда пропиточный раствор более 9 мас.%, происходит кристаллизация AL СL в массе материала и материал теряет свою эластичность и технологичность.
Этиленгликоль является пластифицирующей и гигроскопичной добавкой, которая удерживает определенное количество влаги, делая материал эластичным после сушки. Указанные пределы количества этиленгликоля 60-90 мл на 1000 мл раствора являются отличительными, т.к. ниже 60 мл материал становится после сушки хрупким, а более 90 мл - слишком увлажненным. Зависимость времени защитного действия от поверхностной плотности активного материала приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ образца
поверхностная плотность,г/м<sup>2</sup>
обгар материала,%
пропитка AL СL<sub>3</sub> гидролиз.
*ВЗД по аммиаку, мин
1
290
Исходный карбонизированный материал
8% р-р
3,4
2
220
24,0
8% р-р
30,32
3
200
31,0
8% р-р
62,64
4
180
38,0
8% р-р
65,66
5
160
45,0
8% р-р
**
* при стандартных условиях исследования
** материал теряет прочность из-за переактивирования
Все варианты испытанных материалов имели хорошую эластичность и могли применяться в изделиях различной конструкции.
По предлагаемому способу получен хемосорбционный материал, обладающий высокими защитными свойствами по парам аммиака и хорошими эластичными свойствами, что необходимо при конструировании новых образцов фильтрующих респираторов.
Предлагаемая конструкция респиратора универсального иллюстрируется фиг.1, 2
На фиг.1 показан корпус респиратора и сечение по А-А.
На фиг.2 показан общий вид респиратора
Корпус респиратора выполнен из пакета фильтрующих материалов, включающих по ходу вдыхаемого воздуха наружную защитную сетчатую оболочку 1, оболочку из фильтр-полотна Петрянова 2 марки ФПП-15-1,5 (1,0), двойную сорбирующую оболочку из тонкого композиционного фильтр-картона 3, содержащую тонкодисперсный (менее 100 мк) уголь - катализатор КТ-1, оболочку из нетканого активированного полотна 4, пропитанного в 5-9% растворе хлорида алюминия гидролизованного с дополнительным введением в раствор пластифицирующей добавки - этиленгликоля - в количестве 60-90 мл на 1000 мл раствора, и замыкающего слоя 5 оболочки из микалентной (тампонной) бумаги.
Каркас выполнен из двойной сорбирующей оболочки из тонкого композиционного фильтр-картона 3, сорбционно-поглощающие слои состоят из наружной защитной сетчатой оболочки 1, оболочки из фильтр-полотна Петрянова 2, расположенной на каркасе с наружной его стороны, и оболочки из нетканого активированного полотна 4, пропитанного хлоридом алюминия гидролизованного, и оболочки из миколентной бумаги 5, расположенной на каркасе с внутренней его стороны, причем сорбционно-поглощающие слои размещены с двух сторон каркаса в приведенной последовательности.
Функционально каждая из оболочек защищает от определенного класса АХОВ: сетчатая оболочка 1 отфильтровывает грубодисперсные аэрозоли, оболочка из фильтр полотна Петрянова 2 фильтрует воздух от тонкодисперсных и радиоактивных аэрозолей, двойная сорбирующая оболочка из тонкого композиционного фильтркартона 3 поглощает кислые газы и частично органические пары, оболочка из нетканого активированного полотна 4 хемосорбирует пары аммиака, аминов, пары органических веществ и пары ртути ртутьорганических веществ, замыкающий слой 5 является подмасочником.
Корпус респиратора выполняется из пакета фильтрующих материалов, который вырезается по шаблону и при свертывании образует конус корпуса 6 (фиг.2) респиратора. Конусы прошиваются и укладываются друг в друга в порядке, указанном выше. К нижнему краю корпуса 6 вшивается обтюратор 7 и оголовье 8, во внутренний край (меньшего диаметра) вставляется седловина 9 с клапаном выдоха 10. Материал на внешнем диаметре седловины фиксируется и закрепляется проволокой, и затем на него надевается защитный экран 11. В верхней части корпуса респиратора крепится носовой зажим 12. В соответствии с заданным ассортиментом шаблон-раскрой изготавливается 3-х ростов.
Оценка защитных свойств респиратора проводилась при объемной скорости 30 л/мин, φ=50%, t=18-22°С и концентрациях, указанных в таблице 3, где указано время защитного действия респиратора по различным видам АХОВ.
Таблица 3
Наименование вредного вещества
Концентрация вредного вещества
Время защитного действия (мин)
Фактическое или оценочное (мин)
Норма по ТЗ не менее (мин)
Аммиак
0,2±0,02
53 мин
30
Сернистый ангидрид
0,1±0,01
50 мин
30
Сероводород
0,1±0,01
34 мин
30
Хлор
0,01±0,001
132 мин
30
Синильная кислота
0,03±0,003
326 мин
30
Бензол
0,1±0,01
15 мин
Требование не предъявлено
Диметиламин
0,01±0,001
Не менее 10 часов
30
Сероуглерод
0,01±0,001
Не менее 9 часов
30
Фосген
0,005±0,0005
Не менее 15 часов
30
Хлорпикрин
0,005±0,0005
Не менее 15 часов
30
Данный респиратор имеет массу не более 100 г, сопротивление на вдохе 8,0-10,0 мм возд. ст., на выдохе не более 6,0 мм возд. ст. Коэффициент проницаемости по пыли М-5 не более 0,05%, и коэффициент подсоса стандартного масляного тумана не более 0,5%.
Ростовочный ассортимент позволяет осуществлять защиту 98% населения страны. По своим аэрономическим показателям респиратор удобен в эксплуатации, не вызывает наминов кожи лица и раздражения кожи в местах соприкосновения и попадания вредных веществ, обладающих агрессивностью.
Предлагаемый респиратор универсальный позволяет осуществлять эффективную защиту от парогазообразных и аэрозольных (пыль, дым, туман) АХОВ в концентрациях 10-20ПДК этих веществ в воздухе рабочей зоны.