Фильтрующий и/или сорбирующий материал

Предложенное решение относится к области очистки жидкостей и газов и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для повышения качества фильтрации.
Известен фильтрующий материал из диатомита (патент на изобретение РФ № 2237510, МПК B01D 39/06, 2004 г.), реализуемый в виде порошка с размером частиц от 0,1 до 0,001 мм. Недостатком данного фильтрующего материала является малый размер частиц (что затрудняет его регенерацию из-за уноса частиц) и неправильная (несферическая) форма частиц, что снижает сыпучесть, порционирование и плотность упаковки фильтрующего материала.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является гранулированный фильтрующий материал, содержащий кембрийскую глину и молотый бой автоклавного пенобетона (патент на изобретение РФ № 2553896, МПК B01D 39/06, 2015 г.). Недостатком известного фильтрующего материала является его невысокие эксплуатационные свойства, т.е. низкое качество готового продукта, которое проявляется:
в недостаточной эффективности очистки из-за малого (не более 50%) содержания пористого материала (пенобетона) в гранулах;
в низкой сорбционной емкости пенобетона (в отличии, например, от природных сорбентов);
в малом сроке службы ввиду отсутствия возможности качественной промывки гранул.
Кроме того, известный материал не может применяться в многослойных фильтрах с обратной промывкой, т.к. отсутствует возможность регулирования гидравлической крупности гранул.
Технический результат предложенного решения заключается в повышении качества готового продукта и расширении сферы его применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтрующем и/или сорбирующем материале, состоящем из гранул, содержащих пористый материал, гранулы состоят из ядра и оболочки. Это позволяет придавать ядру и оболочке различные свойства, что повышает качество готового продукта. Например, если эквивалентный размер пор оболочки гранулы сделать больше эквивалентного размера пор ядра, то повысится время эксплуатации гранулы, поскольку ее поры не будут сразу забиваться мелкими частицами осадка в самом своем начале (на поверхности гранулы). Для повышения сферичности гранул их ядра выполняют максимально приближенными к сферичной форме.
В качестве пористого материала может использоваться диатомитовая порода и/или диатомит; цеолитовая порода и/или цеолит; глауконитовая порода и/или глауконит; смесь пород, содержащих диатомит, и/или цеолит, и/или глауконит; смесь, содержащая диатомит, и/или цеолит, и/или глауконит. Эти высокоэффективные природные сорбенты обладают развитой удельной пористостью и высокой способностью к адсорбции за счет малого объемного веса и большой естественной пористости, что позволяет повысить сорбционную емкость гранул, т.е. их качество. Указанные природные сорбенты могут использоваться в естественном состоянии или после специальной обработки, повышающей их селективность к определенным веществам. Диатомит, активированный оксидом марганца, эффективен при очистке стоков от свинца и красителей. Цеолит, обработанный аминами, эффективно сорбирует ионы свинца и кадмия. Глауконит является сорбентом тяжелых металлов, радионуклидов и нефтепродуктов, обладает высокой емкостью к пиридину и нафтановым кислотам. Применение смесей указанных сорбентов в различных сочетаниях позволяет создавать гранулы, обеспечивающие максимально эффективную очистку загрязненных жидкостей и газов, в том числе комплексную очистку от различных веществ.
Выполнение поверхности или всего ядра гранулы из материала (например стекла), который при обжиге гранулы образует прочную связь с пористым материалом оболочки (диатомитом), позволяет повысить прочность гранулы, т.е. качество готового продукта.
Гранула может содержать две или более оболочек, при этом, по меньшей мере, внешняя оболочка гранулы содержит пористый материал или выполнена из пористого материала. Если эквивалентный размер пор вышележащей оболочки гранулы больше эквивалентного размера пор оболочки, расположенной под ней, и/или пор ядра, то это повышает время эксплуатации гранулы в виду меньшей забиваемости ее пор.
Выполнение нижней оболочки гранулы из водонепроницаемого материала (или с водоотталкивающей пропиткой) обеспечивает защиту ядра от попадания в него осадка, что облегчает промывку гранулы (регенерацию фильтра) и предотвращает разложение (загнивание) попавшего в ядро осадка. Аналогичную задачу решает выполнение ядра гранулы герметичным, но при этом еще появляется возможность регулировать вес и, соответственно, гидравлическую крупность гранулы (что особенно важно при обратной промывке в многослойных фильтрах) за счет изменения структуры и материала ядра.
Ядро гранулы для регулирования ее веса и гидравлической крупности может быть выполнено, в частности, из стекла (например из частички измельченного стекла; из стеклянного микрошарика; из стеклянной микросферы; из частички пеностекла), или быть полым (т.е. представлять собой герметичную полость).
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Гранула фильтрующего и сорбирующего материала состоит из частички измельченного стекла (ядро), эквивалентный диаметр которой находится в интервале от 400 до 1000 мкм, и накатанной на стекло оболочки, средней толщиной 200-400 мкм из измельченных частиц диатомитовой породы. Диатомит в результате обжига при температуре от 700 до 1200°C остекловывается, образуя прочную связь со стеклянным ядром и между частицами, что повышает прочность гранулы. Герметичное стеклянное ядро облегчает промывку гранулы при регенерации фильтра, повышает ее прочность и вес, а, соответственно, и гидравлическую крупность гранулы.
Пример 2. Гранула фильтрующего и сорбирующего материала состоит из стеклянной микросферы диаметром от 600 до 1200 мкм, на которую накатано две оболочки: нижняя оболочка средней толщиной 150 мкм - из частиц морского диатомита, имеющего мелкие поры; внешняя оболочка средней толщиной 100 мкм - из частиц озерного диатомита с более крупными порами. Диатомит в результате обжига при температуре от 700 до 1200°C остекловывается, образуя прочную связь со стеклянным ядром и между частицами, что повышает прочность гранулы. Герметичная стеклянная микросфера облегчает промывку гранулы при регенерации фильтра, повышает ее прочность и снижает вес, понижая гидравлическую крупность.
Пример 3. Гранула фильтрующего и сорбирующего материала состоит из ядра, имеющего эквивалентный диаметр от 700 до 1200 мкм и изготовленного из гидроксида железа (III), и накатанной на ядро оболочки средней толщиной 300 мкм из смеси измельченных частиц цеолита и глауконита. Гранула обеспечивает эффективную очистку жидкостей от соединений мышьяка. Тяжелое ядро повышает прочность гранулы, позволяет регулировать ее вес и гидравлическую крупность, обеспечивает возможность обратной промывки при регенерации многослойных фильтров.
Пример 4. Гранула фильтрующего и сорбирующего материала (имеющего эквивалентный диаметр 0,8-1,7 мм) состоит из диатомитового ядра (имеющего эквивалентный диаметр 0,4-1,4 мм). На ядро сначала накатывается оболочка из щелочи NaOH (от 0,5 до 5% от массы гранулы), а затем - оболочка из измельченных частиц диатомитовой породы. В результате обжига при температуре от 700 до 1200°C диатомит остекловывается, образуя прочную связь со стеклянным ядром и между частицами, а нижняя (щелочная) оболочка становится стеклянной и водонепроницаемой. Это повышает прочность гранулы, облегчает ее промывку при регенерации фильтра, позволяет регулировать ее вес и, соответственно, гидравлическую крупность гранулы.