Фильтровальный материал

Полезная модель относится к очистке жидкостей от твердых частиц тяжелых металлов и нефтепродуктов, может быть использована в химической, нефтехимической, металлургической, автомобильной и других отраслях промышленности, использующих фильтры в основном и вспомогательном производстве, в экологических процессах очистки сточных вод.
3
Известен фильтровальный материал, выполненный в виде трубчатого трикотажа прессовым переплетением фанг из модифицированного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой, внутри которого размещены: резиновая крошка, пенополиуретановая крошка и волокнистый материал, при этом волокнистый материал представляет собой привитой сополимер поликапроамида, обработанный 15%-ным водным раствором PСl при нагревании, объемное соотношении между резиновой крошкой, волокнистым материалом и пенополиуретановой крошкой составляет 1:1:1 соответственно (патент РФ на полезную модель №123683, МКП B01D 39/00, БИ №1, 2013 г.).
Недостатком такого фильтровального материала является технологическая сложность выполнения, небольшой срок эффективной работы материала, а также недостаточная степень поглощения таких примесей как частицы тяжелых металлов.
3
Известен фильтровальный материал, выполненный в виде трубчатого трикотажа, выполненный прессовым переплетением фанг из модифицированного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой и заполненного резиновой крошкой, пенополиуретановой крошкой и, обработанными 15% водным раствором PCl волокнами сополимера поликапроамида, взятых в объемных отношениях 1:1:1 соответственно, при этом с пенополиуретановой крошкой дополнительно размещен антиоксидант 2,6-диметил-4(1-адамантил)фенол, при объемном отношении пенополиуретановой крошки и антиоксиданта равном 1:0,05-0,1 (патент РФ на полезную модель №153769, МПК B01D39/08, БИ №21, 2015 г.).
Недостатком такого фильтровального материала является использование трехслойной структуры фильтровального материала, при этом составляющие слои подвергают дополнительной модификации, что существенно усложняет технологию получения такого фильтровального материала при недостаточной степени поглощения примесей.
Наиболее близким к заявленному объекту по совокупности признаков и выбранный за прототип  является  фильтровальный материал в виде трубчатого трикотажа, выполненного прессовым переплетением фанг из модифицированного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой и заполненного резиновой крошкой и полиуретановой крошкой, при этом объемное соотношение резиновой крошки и полиуретановой крошки составляет 6:1, резиновая крошка выполнена размером 0,125-1,0 мм, а полиуретановая крошка выполнена размером 1,8-3 мм и предварительно модифицирована 28-32 мас.% дисперсией метилфосфита металла в диметилформамиде (патент РФ на полезную модель №192457, МПК B01D39/08, БИ №26, 2019 г.).
Недостатком такого фильтровального материала является недостаточная степень очистки сточных вод, не очищает от частиц тяжелых металлов, например, хрома, имеет продолжительное время регенерации.
Задачей изобретения является создание нового фильтровального материала, обладающего способностью фильтрования жидкостей, очистки воды от нефтепродуктов под давлением, а также очистки сточных промышленных и бытовых вод от частиц тяжелых металлов, например, хрома.
При использовании предлагаемого фильтровального материала получают следующий технический результат: повышение качества фильтрования в процессе очистки жидкостей, а также улучшение степени очистки от нефтепродуктов ливневых и промышленных стоков и от частиц тяжелых металлов, например, хрома.
Поставленный технический результат достигается при использовании фильтровального материала в виде трубчатого трикотажа, выполненного прессовым переплетением фанг из модифицированного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой и заполненного резиновой и полиуретановой крошкой, взятыми в объемном соотношении 6:1, при этом резиновая крошка выполнена размером 0,63-3,2 мм, а полиуретановая крошка выполнена размером 2,8-4,0 мм из полиуретановой композиции состава, мас.ч.:
политетраметиленэфиргликоль
770
4,4'-дифенилметандиизоцианат
200
1,4-бутандиол
36
борат метилфосфита
80-140
глицидилметакрилат
12-21
диметилформамид
70-110
Использование трубчатого трикотажа прессового переплетения фанг из синтетического материала, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой, позволяет создать бесшовную, равномерную, растяжимую как по петельному ряду, так и по петельному столбику фильтровальную оболочку для удержания резиновой и полиуретановой крошки, которую можно эксплуатировать как в водной, так и в агрессивной среде. Кроме этого, пористая структура прессового переплетения фанг обеспечивает капиллярный эффект при сборе нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов, например, хрома, в промышленных стоках.
Наличие резиновой крошки внутри трубчатого фильтровального материала позволяет удерживать нефтепродукты внутри структуры путем набухания резиновой крошки. При набухании резиновая крошка, увеличиваясь в размерах, растягивает трикотажное полотно как в продольном, так и в поперечном направлениях, и тем самым дополнительно увеличивает поры трикотажа. Это способствует увеличению степени поглощения фильтровального материала.
В фильтровальном материале использовалась протекторная резиновая крошка Волжского шинного завода, дробленная в соответствии с ТУ-38-108015-87 до размера 1,0-3,2 мм.
Использование резиновой крошки размером 0,63–3,2 мм позволяет задействовать при создании фильтровального материала большее количество измельченных фракций резиновой крошки. Использование крошки размером менее 0,63 мм приводит к неравномерному распределению резиновой и полиуретановой крошки в объеме фильтровального материала, что позволяет более мелкой резиновой крошке сбиваться в единую массу. В этом случае набухание резиновой крошки происходит неравномерно, ухудшается качество фильтрации ввиду уменьшения активной внутренней поверхности резиновой крошки.
Использование резиновой крошки размером более 3,2 мм ухудшает качество фильтрации, так как при очистке воды от нефтепродуктов происходит более медленное набухание крошки больших фракций, что также снижает качество очистки сточных и промышленных вод.
Использование полиуретановой крошки внутри трубчатого трикотажа обеспечивает плавучесть фильтровального материала на поверхности воды при максимальном набухании резиновой крошки и улавливание частиц тяжелых металлов при давлении движущейся жидкости сточных вод. Кроме того, наличие полиуретановой крошки не позволяет резиновой крошке агломерироваться, за счет чего не уменьшается сорбционная емкость фильтровального материала.
С течением времени в агрессивной среде происходит старение полиуретановой крошки, что приводит к снижению её твердости и устойчивости к набуханию. Однако, использование полиуретановой крошки размером 2,8-4,0 мм, полученной из 770 мас.ч. политетраметиленэфиргликоля, 200 мас.ч. 4,4'-дифенилметандиизоцианата, 36 мас.ч. 1,4-бутандиола, 80-140 мас.ч. бората метилфосфита, 12-21 мас.ч. глицидилметакрилата и 70-110 мас.ч. диметилформамида позволяет увеличить период эффективной работы фильтровального материала в целом.
Использование полиуретановой крошки из композиции указанного состава размером менее 2,8 мм приводит к уменьшению проницаемости фильтровального материала, что снижает качество очистки воды от нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов, например, хрома.
Использование полиуретановой крошки из композиции указанного состава размером более 4,0 мм приводит к неравномерному распределению крошки внутри фильтровального материала, что снижает качество очистки сточных вод.
Полиуретановая крошка была получена из указанной полиуретановой композиции, синтезированной  по известной методике (патент RU 2391362, МПК C08L75/04, С08К3/32, С08К5/053, С08К5/103, C09D175/04, C08G18/10, 2010). Сначала в качестве исходного был получен форполимер взаимодействием политетраметиленэфиргликоля с молекулярной массой 1950 и 4,4'-дифенилметандиизоцианата при мольном соотношении 1:2. Форполимер охлаждили при комнатной температуре до 60 °С и соединили с раствором 1,4-бутандиола в диметилформамиде при мольном соотношении форполимер:гидроксилсодержащее соединение, равном 1:0,1. Полученный раствор полиуретана охладили при комнатной температуре до 30°С, добавили расчетное количество раствора бората метилфосфита в диметилформамиде и перемешали до полного растворения. Затем постепенно прибавили расчетное количество раствора глицидилметакрилата в диметилформамиде с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы не превышала 30°С (мольное соотношение реагентов - 1:2). После прибавления всего количества глицидилметакрилата реакционную массу перемешивают в течение 5 часов при температуре 50°С. Затем раствор термостатируют при 70°С в течение 12 ч с последующим вакуумированием. Полиуретановую крошку получали путем механического измельчения образцов полиуретана на шаровой мельнице МШЛ-1 (62 МЛ) до размеров 2,8-4,0 мм.
Полиуретановая крошка из композиции указанного состава обладает повышенной твердостью и устойчивостью к набуханию, не склонна к слипанию и позволяет сохранять сыпучесть фильтровальной конструкции. Таким образом, объём рабочей поверхности на протяжении всего цикла работы фильтровального материала остается постоянным, а количество рабочих циклов заявленной полиуретановой крошки в фильтруемой среде увеличивается. В результате этого увеличивается качество фильтрования в процессе очистки жидкостей и период эффективной работы фильтровального материала.
Увеличение объемного соотношения между резиновой и полиуретановой крошкой более 6:1 уменьшает плавучесть конструкции для очищаемой жидкости, а в движущемся потоке воды полиуретановая крошка не обеспечивает устойчивость к агломерации частиц резиновой крошки, что определяет снижение сорбционной емкости.
Уменьшение объемного соотношения между резиновой и полиуретановой крошкой менее 6:1 ухудшает качество фильтрации от нефтепродуктов ввиду уменьшения основного фильтрующего компонента – резиновой крошки.
Фильтровальный материал в виде трубчатого трикотажа прессового переплетения фанг получают на кругловязальной машине 14 класса из синтетических нитей на основе привитого сополимера поликапроамида фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой. Внутрь готового трубчатого трикотажа засыпают резиновую крошку размером 0,63-3,2 мм и полиуретановую крошку размером 2,8-4,0 мм из заявленного материала (770 мас.ч. политетраметиленэфиргликоля, 200 мас.ч. 4,4'-дифенилметандиизоцианата, 36 мас.ч. 1,4-бутандиола, 80-140 мас.ч. бората метилфосфита, 12-21 мас.ч. глицидилметакрилата и 70-110 мас.ч. диметилформамида) в объемном соотношении 6:1, а затем края трубчатого трикотажа закрепляют при помощи хомутов.
Готовый фильтровальный материал устанавливают в фильтрующий раствор промышленной жидкости. При очистке фильтруемой жидкости, на поверхности резиновой и полиуретановой крошки осаждаются ионы тяжелых металлов. При наличии в фильтровальной жидкости отходов нефтепродуктов происходит очистка за счет набухания резиновой крошки. После очистки промышленной жидкости фильтровальный материал вынимается, отжимается и подается на обновление. При насыщении фильтровального материала ионами тяжелых металлов он подается на электролиз, где происходит его восстановление.
Результаты испытаний фильтровального материала приведены в таблице.
Процесс фильтрации осуществлялся для 5,0% суспензии с наличием 10-22% нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов сточных вод ремонтного цеха автопредприятия. Размер частиц изменялся от 8-100 мкм при скорости фильтруемого потока 5,0-7,2 м/с.
Таким образом, фильтровальный материал в виде трубчатого трикотажа, выполненный прессовым переплетением фанг из модифицированного волокна, полученного на основе привитого сополимера поликапроамида, фосфорилированного 1-оксиэтилидендифосфоновой кислотой и заполненного взятыми в объемном соотношении 6:1 резиновой крошкой размером 0,63-3,2 мм и полиуретановой крошкой размером 2,8-4,0 мм, выполненной из полиуретановой композиции указанного состава, обеспечивает повышение качества фильтрования в процессе очистки жидкостей, а также улучшение степени очистки от нефтепродуктов ливневых и промышленных стоков и от частиц тяжелых металлов, например, хрома.