СОСТАВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО ПОЛИВИНИЛФОРМАЛЯ
COMPOSITION AND METHOD FOR MAKING POROUS POLYVINYLFORMAL-BASED FILTER

Изобретение относится к фильтрующим устройствам, с помощью которых осуществляется разделение неоднородных систем, точнее к способам изготовления фильтрующего материала на основе пористого поливинилформаля и может быть использовано для очистки жидкостей и газов от воды, механических примесей и биозагрязнений.
Известна композиция, включающая поливиниловый спирт, картофельный крахмал, формальдегид и воду при следующем соотношении компонентов, вес.%:
поливиниловый спирт
7-9
картофельный крахмал
4-6
формальдегид
3-5
вода
остальное
(RU, свидетельство на полезную модель №13539, 27.04.1999 г.).
Недостатком использования указанного состава является то, что применение только крахмала не позволяет регулировать пористость получаемого поливинилформаля в необходимых пределах. При одинаковой пористости полученный фильтрматериал либо отделяет воду, либо только поглощает ее. Использование только формалина в указанном составе сужает сырьевую базу для получения поливинилформаля, кроме того, высокая летучесть формальдегида требует постоянного контроля его содержания в растворе и пересчета количества загружаемого сырья при каждом новом синтезе.
Известен способ получения фильтра для очистки углеводородных топлив, масел, нефтепродуктов от эмульгированной воды и механических примесей путем конденсационного структурирования и термообработки гомогенизированной в воде композиции, включающей, по меньшей мере, поливиниловый спирт и альдегид. Полученный пористый фильтрующий материал обладает повышенной эффективностью очистки топлив и газообразных нефтепродуктов от воды, и повышенным сроком службы (RU, патент №2267346, 10.01.2006 г.)
Ближайшим аналогом для способа получения пористого поливинил-формаля является способ, характеризующийся химическим модифицированием водного раствора поливинилового спирта посредством сшивающего агента и минеральной кислоты, по которому 5-20% водный раствор поливинилового спирта нагревают до температуры 80-90°C при постоянном механическом перемешивании, после чего в него добавляют холодный водный раствор крахмала и образовавшуюся смесь охлаждают до температуры 30-40°C, продолжая перемешивание в течение 25-30 мин, затем в полученный раствор вливают сшивающий агент - водный раствор формалина и через 20-30 мин - серную кислоту. Полученную массу полимера выливают в форму и выдерживают не менее 6 ч при температуре 50-70°C, после чего сформировавшийся материал с ячеистой структурой извлекают из формы, отмывают от крахмала и остатков вводимых модифицирующих компонентов и затем высушивают при температуре 25-30°C в вентиляционном шкафу (RU, патент №2292223, 10.09.2005 - прототип).
По способу-прототипу получают материал, обладающий прочной однородной пористой мелкоячеистой структурой при невысокой себестоимости получаемого поливинилформаля. Технология способа упрощается за счет исключения пенообразующего агента и хлорида натрия.
Недостатком указанного способа является невозможность регулирования пористости и размера пор получаемого поливинилформаля в необходимых пределах. Размеры пор зависят от размеров зерен крахмала и не могут быть получены меньшего размера. Кроме того отмывка от крахмала - порообразователя процесс весьма длительный и требующий большого расхода воды.
С целью расширения возможности варьирования пористости получаемого фильтрующего элемента на основе поливинформаля, расширения сырьевой базы для его получения, а также упрощения технологии его получения, предложено в качестве порообразователя для его получения использовать неорганические нерастворимые в воде соли при следующем соотношении компонентов, вес.%:
поливиниловый спирт
5-20
порообразователь
2-30
сшивающий агент
2-15
катализатор
3-15
вода
остальное
В качестве катализатора состав содержит неорганические кислоты (доноры Н).
В качестве порообразователя состав содержит водорастворимую неорганическую соль, превращающуюся под действием катализатора полимеризации в нерастворимую в воде неорганическую соль, равномерно распределенную по объему материала.
Из указанного состава получают фильтрующий материал путем химического модифицирования состава при растворении в водном растворе неорганической соли заданного количества поливинилового спирта при нагреве до температуры 45-95°C и постоянном перемешивании, добавлении в полученный раствор расчетного количества сшивающего агента и перемешивании в течение 10-30 минут. Затем при температуре 25-45°С добавляют расчетное количество катализатора, переводящего растворимую соль в нерастворимую, и еще перемешивают в течение 10-20 минут, полученную реакционную смесь разливают в формы и выдерживают в термостате при температуре 55-80°C в течение 5-20 часов, полученный элемент извлекают из формы, отмывают от катализатора водой, затем отмывают от порообразователя в кислом растворе, образующем с нерастворимой неорганической солью - растворимую, промывают водой до нейтральной реакции промывной воды и сушат сначала при температуре 10-30°C в течение 24-48 часов, а затем при температуре 30-50°C до постоянного веса.
Промышленная применимость получения фильтра на основе пористого оливинилформаля из предлагаемого состава подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
В чистый стакан емкостью 2 литра установленный в вытяжной шкаф, заливают 800 мл 10-процентного раствора хлористого бария (6,7%) в горячей воде при температуре 95-97°C и загружают 105 г (7,1%) поливинилового спирта. Включают мешалку и доводят температуру раствора до 86-88°C. И перемешивают до полного растворения.
Доводят температуру в стакане до 50°C и загружают 82 мл (8,7%) формалина, а затем при температуре 40°C 115 мл (17,3%) серной кислоты. Реакционную массу перемешивают в течение 10 мин, останавливают мешалку и выгружают в форму, которую затем загружают в термостат, предварительно нагретый до температуры 60°C. Форму выдерживают в термостате 16 час, после чего выгружают из термостата, доводят температуру формы при естественном охлаждении до 25°C и извлекают фильтрэлемент. Фильтрэлемент промывают водой, затем замачивают в 350 мл 10-типроцентной соляной кислоты для вымывания порообразователя и промывают водой до нейтральной реакции.
Пример 2.
В чистый стакан емкостью 2 литра установленный в вытяжной шкаф, заливают 750 мл 30-процентного раствора нитрата кальция (15,6%) в горячей воде при температуре 95-97°C и загружают 170 г (11,8%) поливинилового спирта. Включают мешалку и доводят температуру раствора до 86-88°C. И перемешивают до полного растворения.
При работающей мешалке загружают 130 мл (10,4%) формалина, перемешивают 15 минут, а затем при температуре 35°С 120 мл (13,5%) фосфорной кислоты. Реакционную массу перемешивают в течение 10 мин, останавливают мешалку и выгружают в форму, которую затем загружают в термостат, предварительно нагретый до температуры 60°С. Форму выдерживают в термостате 16 час, после чего выгружают из термостата, доводят температуру формы при естественном охлаждении до 25°С и извлекают фильтрэлемент. Фильтрэлемент промывают водой, затем замачивают в 700 мл 12-процентной азотной кислоты для вымывания порообразователя и промывают водой до нейтральной реакции.
Пример 3.
В чистый стакан емкостью 2 литра установленный в вытяжной шкаф, заливают 600 мл 12-процентного раствора ацетата свинцы (7,4%) в горячей воде при температуре 75-77°C и при перемешивании загружают 120 г (12,4%) поливинилового спирта. Перемешивают до полного растворения.
Доводят температуру в стакане до 60°C и загружают 30 г (3,1%) пара-формальдегида, а затем при температуре 40°C 150 мл (5,2%) соляной кислоты. Реакционную массу перемешивают в течение 10 мин, останавливают мешалку и выгружают в форму, которую затем загружают в термостат, предварительно нагретый до температуры 70°C. Форму выдерживают в термостате 18 час, после чего выгружают из термостата, доводят температуру формы при естественном охлаждении до 20°C и извлекают фильтрэлемент. Фильтрэлемент промывают водой, затем замачивают в 500 мл 10-процентной уксусной кислоты для вымывания порообразователя и промывают водой до нейтральной реакции.
Способность по очистке топлива от биозагрязнений определяли следующим образом: в соответствии с ГОСТ 9.023-74 в минеральных средах для Pseudomonas aeruginosa, Cladosporium resinae, Mycobacterium, накопительных культур и Candida, выращивали биозагрязнения в товарном дизельном топливе Л по ГОСТ 305. Отбирали пробы биопораженного топлива, фильтровали его через фильтроэлемент из заявленного материала и отбирали пробы очищенного топлива. Степень очистки топлива определяли путем подсчета микробных клеток содержащихся в топливе до и после очистки.
Количество микробных клеток (бактериальных и грибных) определяли методом Коха путем высева на твердые питательные среды:
- мясной питательный агар (МПА);
- сухой питательный агар (СПА) с 2 мас.% глюкозы;
- среду Чапека с 2 мас.% глюкозы;
- среду Сабуро.
Результаты анализов представлены в таблице.
Микробная контаминация проб дизельного топлива приведена в таблице 1.
Таблица 1
Образец дизельного топлива
Контаминация, клетки/мл
Бактерии
Мицелиальные грибы
Исходное товарное дизельное топливо по ГОСТ 305-82, взятое в качестве эталона.
менее 1
менее 1
Дизельное топливо инфицированное и инкубированное с добавлением минеральных солей, необходимых для роста бактериальных культур.
5,3×10<sup>5</sup>
1,2×10<sup>5</sup>
Дизельное топливо, инфицированное бактериальными культурами, после фильтрации через фильтр из заявленного материала.
51
47
Дизельное топливо инфицированное и инкубированное с добавлением минеральных солей, необходимых для роста грибов.
5×10<sup>3</sup>
9×10<sup>5</sup>
Дизельное топливо, инфицированное мицелиальными грибами, после фильтрации через фильтр из заявленного материала.
27
5×10<sup>2</sup>
Из представленных в таблице результатов видно, что фильтрация загрязненных микроорганизмами образцов топлив через фильтр из заявленного материала обеспечивает эффективную очистку топлива на 99,4-99,9%.
На Афипском НПЗ фильтром из заявленного материала было очищено топливо для реактивных двигателей отобранное на установке СПГК. После фильтрации удельная электрическая проводимость изменилась с 19,5 пСм/м до 6,3 пСм/м, что соответствует требования ГОСТ.
Преимуществом способа получения фильтра из предлагаемого состава является технологичность получения материала и возможность получать фильтрэлементы с заданной пористостью.
В заявленном составе и способе для получения фильтра на основе пористого поливинилформаля удалось не только осуществить коалесценцию капель воды при прохождении очищаемой жидкости через фильтрующий элемент, но и очистку жидкости от биологических загрязнений, что свидетельствует о соответствии заявленных решений критерию "изобретательский уровень".