КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
COMPOSITE MATERIAL

Техническое решение относится к композиционным материалам, в частности к композиционным материалам на основе смеси компонентов гранулированных и волокнистых материалов, используемых для очистки жидкости, а именно для воды.
Известно, что воду, поступающую из водопроводов, подвергают дополнительной доочистке. Для чего и используют различные типы фильтров: магистральные, фильтры-кувшины и т.д., где расположен фильтрующий материал, представляющий собой в основном композиционный материал - смесь компонентов гранулированных и волокнистых, в различных пропорциях.
Известен композиционный адсорбционный материал для фильтрационной очистки воды (патент на изобретение RU 2132729 C1 от 09.07.1997 года), изготовленный на основе гранулированного активированного угля с дополнительными активированными углеродными волокнами, которые плотно заполняют объем между гранулами активированного угля. При этом средний диаметр гранул активированного угля на порядок больше, чем средний диаметр активированных углеродных волокон, а диаметр наименьших гранул активированного угля превосходит диаметр наибольших активированных углеродных волокон по меньшей мере в два раза. В заявленном техническом решении не обеспечивается фиксация пылевых фракций гранулированного компонента и по мере протекания воды через фильтрующий элемент может происходить нежелательное уплотнение композиционного материала, приводящее к увеличению времени фильтрации и уменьшению скорости фильтрации элемента, а также нарушение структуры композиционного материала из-за переноса потоком воды слабо зафиксированных гранулированных частиц, в том числе и порошкообразных, включая их агломерацию, что, в итоге, приведет к снижению эффективности очистки жидкости на протяжении заявленного ресурса фильтрующего элемента. Кроме того, комплексная очистка не осуществляется из-за того, что в данном материале для фильтрационной очистки воды отсутствует ионообменный материал.
Известен так же композиционный материал (патент на изобретение RU 2218984 C1 от 29.04.2002), в котором осуществлена послойная засыпка, состоящая из слоя активированного угля, перед которым по ходу движения очищаемой воды находится слой, выполненный из гранулированной смеси карбонатов кальция и магния, покрытых пористой пленкой из оксидов магния, кальция и двухвалентного железа. При этом в одном из вариантов реализации в композиционном материале находится дополнительный слой ионообменной смолы, размещенной между слоем активированного угля и слоем гранулированной смеси. В других вариантах реализации в качестве активированного угля композиционный материал содержит уголь активированный, импрегнированный серебром. В заявленном техническом решении комплексная очистка не достаточно эффективна, так как удаление примесей происходит в зоне донного фильтрационного материала.
Также известен композиционный материал (заявка на изобретение RU 2009148567, МПК B01J 20/20, B01J 20/28, B01D 39/02, опубл. 27.06.2011 г.) для фильтрационной очистки жидкости на основе смеси компонентов гранулированного и волокнистого материалов. Материал содержит объемные зоны с регулируемой плотностью, формирующие структуру материала, самоупрочняюшуюся по мере протекания жидкости в процессе фильтрации, при этом объемные зоны составляют большую часть материала, каждая зона выполнена в виде участка переплетенных волокон, сами участки связаны между собой отдельными волокнами, а пространство внутри участков и между участками переплетенных волокон заполнено гранулированным материалом. Данный композиционный материал не достигает полноценной комплексной очистки и равномерного умягчения фильтруемой жидкости из-за того, что пространство внутри участков и между участками переплетенных волокон заполнено только гранулированным материалом.
Известен композиционный регенерируемый адсорбционный углеродный материал (патент на изобретение RU 2171139, МПК B01J 20/20, B01J 20/34, опубл. 27.07.2001 г.), который может быть использован для очистки жидких и газовых сред. В одном из вариантов исполнения данный композиционный регенерируемый адсорбционный углеродный материал для сорбционной очистки сред состоит из пористой матрицы из активированных углеродных частиц, где пористая матрица, включающая в качестве одного из компонентов частицы с одним из линейных размеров не более 30 мкм, имеет удельную объемную электропроводность 1-100 (Ом*м)-1. В другом варианте исполнения данный композиционный регенерируемый адсорбционный углеродный материал для сорбционной очистки сред состоит из пористой матрицы из активированных углеродных частиц, где он дополнительно содержит электропроводные частицы, а пористая матрица имеет удельную объемную электропроводность 1-100 (Ом*м)-1. Данный композиционный материал имеет низкую эффективность и равномерность комплексной очистки фильтруемой жидкости.
Известен композиционный материал (патент на изобретение RU 2429067 C1 от 25.12.2009), изготовленный на основе гранулированного и волокнистого материала. Последний содержит объемные зоны с регулируемой плотностью, которые формируют его структуру, самоупрочняющуюся по мере протекания жидкости в процессе фильтрации. Сами объемные зоны представляют собой участки переплетенных волокон, связанных между собой отдельными волокнами, а пространство внутри участков и между участками переплетенных волокон заполнено гранулированным материалом. При этом размер большей части участков переплетенных волокон больше средней длины отдельного волокна. В качестве волокнистого материала в изобретении используются полимерные волокна. В заявленном техническом решении за счет самоупрочнения в процессе эксплуатации возникает увеличение гидравлического сопротивления, что существенно сокращает ресурс изделия и, соответственно, качество комплексной очистки фильтруемой жидкости.
Известный композиционный материал выбирается в качестве прототипа, так как он содержит наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого технического решения.
Задачей является создание нового композиционного материала с достижением следующего технического результата: равномерной комплексной очистки фильтруемой жидкости, а именно воды, на протяжении всего ресурса работы.
Технический результат достигается за счет того, что композиционный материал выполнен из двух слоев, при этом первый слой в направлении движения очищаемой жидкости представляет собой смесь, содержащую активированный углеродный сорбент, агломераты полиакрилонитрильных волокон размером 4-60 мм и полиолефиновые волокна с нанесенными на них микрочастицами активированного углеродного сорбента с размером менее 50 микрон, а второй слой, препятствующий выносу микрочастиц из первого слоя, выполнен из распушенного полиакрилонитрильного волокна.
Для более полного раскрытия сущности заявляемого технического решения на фиг. показан состав засыпки универсального картриджа 10SL Ag+ с серебром.
Где
поз. 1 - это верхний (второй) слой, представляющий собой распушенное полиакрилонитрильное волокно, препятствующее выносу микрочастиц из первого слоя,
поз. 2 - первый слой в направления движения очищаемой жидкости представляет собой смесь, содержащую
поз. 3 - активированный углеродный сорбент, агломераты полиакрилонитрильных волокон размером 4-60 мм,
поз. 4 - полиолефиновые волокна с нанесенными на них микрочастицами активированного углеродного сорбента с размером менее 50 микрон.
Заявляемый композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости выполнен на основе смеси компонентов гранулированного и волокнистых материалов. Материал засыпан в два слоя, где верхний слой (второй) выполнен из распушенного полиакрилонитрильного волокна и препятствует выносу микрочастиц нижнего слоя. Нижний слой (первый) представляет собой смесь: активированный углеродный сорбент, агломераты полиакрилонитрильных волокон размером 4-60 мм и полиолефиновые волокна с нанесенными на них микрочастицами активированного углеродного сорбента с размером менее 50 микрон.
Засыпка материала осуществляется следующим образом: активированный уголь и/или активированный уголь с серебром перемешивается с каталоном и волокном FiberDast в бетономешалке с добавлением водной дисперсии микродисперсного угля в заданном отношении. Готовая засыпка засыпается в корпус картриджа формата 10SL или 20 SL, сверху укладывается прокладка из распушенного полиакрилонитрильного волокна.
Предложенный композиционный материал применяют следующим образом. Для того чтобы очистить жидкость, данный материал размещают в специально подготовленном картридже, который имеет отверстия для входа и выпуска жидкости. Затем картридж с композиционный материалом устанавливают в фильтр и пропускают через него жидкость, которую необходимо очистить. После того, как через установленный фильтр пропустили определенное производителем количество воды, его необходимо заменить.
Пример реализации:
В ходе испытаний картридж стандарта 10SL, заполненный композиционным материалом, состоящем, например:
из 9 массовых частей активированного угля, 1 части агломератов волокнистого ионообменного материала Каталон и 0,03 частей полиолефинового волокнистого материала с нанесенными микрочастицами углеродного сорбента, и содержащий поверх этой смеси прокладку из распушенного полиакрилонитрильного волокна массой в 7,2% от массы загрузки, был установлен в корпус соответствующего стандарта и подключен к системе холодного водоснабжения. Основные характеристики сетевой воды имеют следующие значения: pH 6,2-6,7 ед. pH, цветность 30-58 градусов платиново-кобальтовой шкалы, мутность 1,1-2,0 единиц мутности по формазину, железо общее 0,34-0,98 мг/л, перманганатная окисляемость 4,6-5,4 мг(O)/л, активный хлор 1,2-1,7 мг/л. В течение 5000 л качество очищенной воды было стабильным: pH 6,3-6,5 ед. pH, цветность 19-20 градусов платиново-кобальтовой шкалы, мутность 0,3-0,5 единиц мутности по формазину, железо общее 0,17-0,20 мг/л, перманганатная окисляемость 1,2-1,3 мг(O)/л, активный хлор менее 0,2 мг/л.
Таким образом, достигается технический результат заявляемого изобретения, а именно: повышение качества равномерной комплексной очистки фильтруемой жидкости, а именно воды, на протяжении всего ресурса работы.