RO107839B1

RO107839B1 - Adsorbant element for filtering and preparation process thereof

Info

Publication number: RO107839B1
Application number: RO9300238A
Authority: RO
Inventors: Constantin Pascu; Adrian Costache
Original assignee: Constantin Pascu; Adrian Costache
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-01-31

Abstract

Invenția se referă la elemente filtrant-adsorbante, de forme diverse, care permit reținerea din gaze și lichide a particulelor și contaminanților în procesele de filtrare și adsorbție și la un procedeu de obținere a acestora. In scopul obținerii unor structuri bloc, poroase, elementele filtrant, adsorbante sunt alcătuite din amestecuri de materiale, sub formă de granule sau pulberi sinterizate termic, cu caracteristici adsorbante cu un liant format din pulberi de polimeri termoplastici cu granulație diversă în raport de amestecare volumetric, material adsorbant/liant polimeric de 1/4 până la 4/1 și opțional cu un lubrifiant în proporție de 5 ... 50% din masa amestecului final. Procedeul de obținere a elementelor filtrantadsorbante cuprinde etapele de amestecare a materialelor, cu caracteristici adsorbante, cu pulberi de polimeri termoplastici și opțional cu lubrifianți, presarea amestecului într-o matriță, tratarea termică și opțional, din nou presare pentru obținerea de forme complexe și rezistență ridicată, apoi răcireași extragerea elementului de matriță.The invention relates to elements filtering-adsorbing, of various shapes that allow gas and liquid particulate retention; and contaminants in filtering and adsorption processes and to a process for the preparation thereof. In order obtaining porous block structures, the elements filtering, adsorbents are made up of mixtures of materials, in the form of granules or powders thermally sintered, adsorbent characteristics with a binder made of thermoplastic polymer powders with mixed granulation in mixing ratio volumetric, adsorbent material / polymer binder 1/4 to 4/1 and optionally with a lubricant in 5 to 50% by weight of the final blend. The process of obtaining the adsorbent filter elements comprises the steps of mixing a materials, with adsorbing characteristics, with powders thermoplastic polymers and optionally lubricants, pressing the mixture into a mold, thermal treatment and optionally, pressing again for obtaining complex forms and high strength, then cooling and extracting the die element.

Description

Invenția se referă la elemente filtrantadsorbante, de forme diverse, realizate din amestecuri de substanțe adsorbante și lianți, care permit reținerea din gaze și lichide a particulelor și contaminanților (gaze, vapori, substanțe solvante etc.), în procesele de filtrare și adsorbție.The invention relates to filtering adsorbent elements, of various forms, made of mixtures of adsorbent and binder, which allow the retention of gases and liquids of particles and contaminants (gases, vapors, solvents, etc.) in the processes of filtration and adsorption.

In scopul reținerii din gaze sau lichide a particulelor de diverse dimensiuni, este cunoscută utilizarea diverselor materiale poroase: polurentani, netesute, hârtii filtrante etc. Aceste materiale nu asigură însă reținerea, prin adsorbție, a diverșilor contaminanți.In order to retain gases or liquids of particles of various sizes, the use of various porous materials is known: polententane, non-woven, filter paper, etc. However, these materials do not ensure the retention, by adsorption, of the various contaminants.

In scopul reținerii din gaze sau lichide a diverșilor contaminanți: gaze, vapori, substanțe solvate, este cunoscută utilizarea de substanțe adsorbante, granulate sau pulbere. In diverse procedee de purificare, se utilizează cărbuni activi, pământuri adsorbante, alumina activată etc.For the purpose of gas or liquid retention of various contaminants: gases, vapors, solvents, the use of adsorbents, granules or powders is known. In various purification processes, activated charcoal, adsorbent soil, activated alumina etc. are used.

Utilizarea adsobanților pulbere se face, prin amestecarea cu soluția supusă purificării, urmată de filtrare.The use of powder adsorbents is made by mixing with the solution subjected to purification, followed by filtration.

Materialele adsorbante granulate se utilizează în coloane sau cartușe filtrante, de diferite dimensiuni, prin care trec substanțele gazoase sau lichide, pentru adsorbția contaminanților. Acțiunea de filtrare a particulelor solide este însă redusă.Granulated adsorbent materials are used in columns or filter cartridges, of different sizes, through which gaseous or liquid substances pass, for adsorption of contaminants. However, the action of filtering solid particles is reduced.

Brevetul RO 104021 prezintă posibilitatea obținerii de materiale având caracteristici filtrant-adsorbante, prin depunerea cu un adeziv pe un suport poros a cărbunelui activ pulverulent. Invenția are, ca dezavantaje, necesitatea utilizării unui suport de susținere, condiționarea efectului filtrant de caracteristicile suportului poros, limitarea efectului de adsorbție, de cantitatea relativ scăzută de cărbune activ, care se poate depune, limitarea ca material adsorbant la cărbune activ și necesitatea realizării de dispozitive specializate pentru utilizarea acestor materiale.RO patent 104021 presents the possibility of obtaining materials having filter-adsorbent characteristics, by depositing with an adhesive on a porous support the powdered activated carbon. The invention has, as disadvantages, the need for the use of a support medium, the conditioning of the filtering effect by the characteristics of the porous support, the limitation of the adsorption effect, the relatively low amount of activated carbon that can be deposited, the limitation as adsorbent material to the activated carbon and the need to realize specialized devices for the use of these materials.

Brevetul SUA 3721072 prezintă un filtru obținut din granule de cărbune activat, fixate printr-un adeziv. Invenția are ca dezavantaje limitarea la cărbune activ, ca material adsorbant, la purificarea numai a aerului, forma complicată a elementului filtrant, implică utilizarea unui suport de rezistență.U.S. Patent 3721072 discloses a filter made of activated carbon granules, fixed by an adhesive. The invention has the disadvantages of limiting it to active carbon, as adsorbent material, to purifying only the air, the complicated form of the filter element, implies the use of a resistance support.

Brevetul GB 2158057 prezintă un procedeu de realizare a unor filtre de aer, din granule de cărbune activ, legate sub presiune și temperatură, cu un polimer. Invenția are ca dezavantaje limitarea la cărbune activ, ca material adsorbant, granulația mare a materialului adsorbant, utilizarea la purificarea numai a aerului, posibilități limitate de control al capacităților de filtrare și adsorbție și metoda complicată de realizare, prin amestec al componentelor și presare, în forme, la temperatură.GB 2158057 discloses a process for making air filters, from activated carbon granules, linked under pressure and temperature, with a polymer. The invention has the disadvantages of limiting the active carbon, as adsorbent material, the large granulation of the adsorbent material, the use when purifying only the air, limited possibilities of control of the filtering and adsorption capacities and the complicated method of achieving, by mixing the components and pressing, in shapes, at temperature.

Prezenta invenție înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că elementele filtrante sunt alcătuite din amestecuri de materiale având caracteristici adsorbante, sub formă de granule sau pulberi sinterizate termic, cu un liant format din pulberi de polimeri termoplastici cu granulație diversă, în raport de amestecare volume material adsorbant/liant polimericl/4 până la 4/1 și opțional cu un lubrifiant în proporție de 5 ... 50% din masa amestecului final.The present invention removes the disadvantages of the above, in that the filter elements are made of mixtures of materials having adsorbent characteristics, in the form of thermally sintered granules or powders, with a binder made of thermoplastic polymers of various granulation, in volume mixing ratio. adsorbent material / polymericicl binder / 4 to 4/1 and optionally with a lubricant in the proportion of 5 ... 50% by mass of the final mixture.

Amestecurile de materiale adsorbante pot fi alese dintre cărbune activ, pămînturi adsorbante, alumină activată, silicagel, liantul poate fi ales dintre polietilenă, polipropilenă, polistiren, policarbonați, poliuretani, polimeri vinilici, iar lubrifiantul poate fi ales dintre alcooli, cetone, hidrocarburi lichide, apă sau soluții slab concentrate de polimeri, în solvenți diverși.The mixtures of adsorbent materials can be chosen from activated carbon, adsorbent earth, activated alumina, silica gel, the binder can be chosen from polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonates, polyurethanes, vinyl polymers, and the lubricant can be chosen from alcohols, ketones, hydrocarbons. water or poorly concentrated solutions of polymers, in various solvents.

Procedeul de obținere a elementelor filtrant- adsorbante cuprinde următoarele etape: amestecarea materialelor cu caracter iști ici adsorbante, sub formă de granule sau pulberi cu pulberi de polimeri termoplastici, într-un raport de amestecare volumic material adsorbant/liant polimeric de 1/4 până la 4/1 și opțional cu lubrifiant în proporție de 5 ... 50% din masa amestecului final, presarea amestecului astfel obținut într-o matriță, la presiuni ce variază funcție de porozitatea finală dorită și tratarea termică la o temperatură și pe o durată de timp, care să asigure topirea liantului, apoi opțional presarea pentru realizarea de forme complexe, răcirea elementului și extragerea lui din matriță.The process of obtaining the filter-adsorbent elements comprises the following steps: mixing of the characteristic adsorbent materials, in the form of granules or powders with powders of thermoplastic polymers, in a volume mixing ratio of adsorbent material / polymeric binder from 1/4 to 4/1 and optionally with a lubricant in the proportion of 5 ... 50% by mass of the final mixture, pressing the mixture thus obtained in a mold, at pressures that vary according to the desired final porosity and the heat treatment at a temperature and for a duration of time, to ensure melting of the binder, then optionally pressing for complex shapes, cooling the element and extracting it from the mold.

Invenția are următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- permite combinarea eficientă a procedeelor de purificare prin filtrare cu acelea prin adsorbție;- allows efficient combination of filtration purification processes with adsorption;

- permit formarea directă de elemente filtrant-adsorbante, datorită rezistenței mecanice a materialelor și modului de obținere;- allow the direct formation of filter-adsorbent elements, due to the mechanical resistance of the materials and the mode of production;

- se pot utiliza diverse materiale adsorbante, ceea ce asigură eficiența într-un domeniu larg de purificări;- various adsorbent materials can be used, which ensures efficiency in a wide range of purifications;

- asigură contactul foarte bun al fluidului cu materialul adsorbant;- ensures very good contact of the fluid with the adsorbent material;

- se poate controla capacitatea de adsorbție din natura componentului adsorbant și caracteristicile sale de adsorbție;- the adsorption capacity of the nature of the adsorbent component and its adsorption characteristics can be controlled;

- se pot realiza elemente filtrantadsorbante cu forme diverse, funcție de condițiile de utilizare;- filter elements can be made with different shapes, depending on the conditions of use;

prin utilizarea de materiale impregnate anterior sau prin impregnarea specială a elementelor obținute, se pot asigura acțiuni catalitice speciale;by using previously impregnated materials or by special impregnation of the obtained elements, special catalytic actions can be ensured;

- structura compactă a elementelor filtrant-adsorbante permite curățarea elementelor colmatate, prin spălare, în jet de lichid sau prin spălare inversă.- The compact structure of the filter-adsorbent elements allows the cleaning of the clogged elements, by washing, in liquid jet or by reverse washing.

Figura reprezintă, în secțiune, un tip de element filtrant-adsorbant, conform invenției.The figure represents, in section, a type of filter-adsorbent element, according to the invention.

Exemplul 1. Materialele filtrantadsorbante cu structura bloc poroasă sunt obținute, prin sinterizare, din materiale pulverulente cu capacitate adsorbantă, respectiv cărbune activ, pământuri adsorbante, alumina activată, silicagel etc., la granulații diverse, amestecate cu un liant constituit din polimeri termoplastici, ca polietilenă polipropilenă, polistiren, policarbonați, poliuretani, polimeri vinilici diverși etc. la granulații diverse și opțional, o cantitate de lubrifiant, cum ar fi alcooli, cetone, hidrocarburi lichide, apă etc., sau soluții slab concentrate (0,5 ... 5%) de substanță cu efect liant (de exemplu, soluție de poliacetat de vinii, soluții în solvenți organici de rășini, polimeri etc.). Amestecul obținut se tasează și se presează în matrițe și se supune unui tratament termic, pentru sinterizare.Example 1. Sorbent filter materials with porous block structure are obtained, by sintering, from powdery materials with adsorbent capacity, respectively activated carbon, adsorbent soil, activated alumina, silica gel, etc., at various granulations, mixed with a binder made of thermoplastic polymers, such as polyethylene polypropylene, polystyrene, polycarbonates, polyurethanes, various vinyl polymers, etc. at various granulations and optionally, a quantity of lubricant, such as alcohols, ketones, liquid hydrocarbons, water, etc., or poorly concentrated solutions (0.5 ... 5%) of binder effect substance (e.g. vinyl polyacetate, solutions in organic solvents of resins, polymers, etc.). The obtained mixture is pressed and pressed into molds and subjected to heat treatment for sintering.

Materialul avznd caracteristici adsorbante, respectiv cărbune activ, pământuri adsorbante, alumină activată, silicagel etc., se utilizează la granulații diverse, de 2 ... 0,01 mm, funcție de porozitatea dorită, pentru elementul filtrant.The material having adsorbent characteristics, respectively activated carbon, adsorbent earth, activated alumina, silica gel, etc., is used at different granulations, of 2 ... 0,01 mm, depending on the desired porosity, for the filter element.

Liantul este la granulație de 1 ... 0,01 mm funcție de porozitatea dorită, pentru elementul filtrant.The binder has a grain size of 1 ... 0.01 mm depending on the desired porosity for the filter element.

In amestec, se poate introduce o cantitate de lubrifiant care să asigure legarea componenților pulverulenți, într-un amestec ce, prin presare, își păstrează forma.In the mixture, a quantity of lubricant can be introduced to ensure the bonding of the powder components, in a mixture which, by pressing, retains its shape.

Materialul adsorbant și liantul polimeric sunt amestecate în stare pulverulentă, în raport volumic 2/8 până la 8/2, funcție de caracteristicile de porozitate și adsorbție dorite, se poate adăuga o cantitate de lubrifiant reprezentând 10 ... 100% raportat la masa amestecului pulverulent asigurând de la o ușoară legare a amestecului pulverulent, până la amestecuri vâscoase.The adsorbent material and the polymeric binder are mixed in a powdery state, in volume ratio 2/8 to 8/2, depending on the desired porosity and adsorption characteristics, an amount of lubricant representing 10 ... 100% relative to the mass of the mixture can be added. powdery ensuring from a slight bonding of the powdery mixture, to viscous mixtures.

Amestecul obținut se introduce în matrițe, în care se tasează, se presează la presiuni variate, funcție de porozitatea dorită, pentru elementul compact și se introduce în cuptor, la temperatură.The mixture obtained is introduced into molds, in which it is pressed, pressed at various pressures, depending on the desired porosity, for the compact element and placed in the oven, at temperature.

Elementele la care se utilizează lubrifiant, în care este dizolvat un material cu efect liant se pot extrage din matrițe, înainte de tratamentul termic de sinterizare.Elements for which a lubricant is used, in which a binder effect material is dissolved, can be extracted from the molds, prior to the sintering heat treatment.

Tratamentul termic se realizează la temperaturi care asigură topirea liantului principal și legarea în acest mod, într-o masă compactă poroasă a compoziției. După răcire, elementele filtrante se extrag din matriță, înaintea răcirii, este posibilă realizarea unei presări finale, care să asigure un grad mai mare de compactare, o rezistență mecanică mare și forme mai complicate pentru elementele filtrante.The heat treatment is performed at temperatures that ensure the melting of the main binder and binding in this way, in a compact porous mass of the composition. After cooling, the filter elements are extracted from the mold, before cooling, it is possible to make a final pressing, which will ensure a higher degree of compaction, a high mechanical strength and more complicated shapes for the filter elements.

Se obțin, în acest mod, materiale având caracteristici filtrant-adsorbante, direct în forma de elemente compacte, poroase, utilizabile în purificarea fluidelor.In this way, materials having filter-adsorbent characteristics are obtained, directly in the form of compact, porous elements, usable in fluid purification.

Elementele compacte poroase pot fi obținute în forme diverse, funcție de modul de utilizare dorit: cilindrice, sferice, plăci etc.The porous compact elements can be obtained in various forms, depending on the desired mode of use: cylindrical, spherical, plates etc.

Există posibilitatea obținerii unei game foarte largi de elemente filtrante, din materiale filtrant-adsorbante, întrucât schimbând natura, caracteristicile granulometrice și de adsorbție ale materialului adsorbant, natura, caracteristicile și granulația liantului polimeric, natura și conținutul, în liant dizolvat al lubrifiantului, forma matriței, condițiile de tasare și presare în matrițe, se pot controla caracteristicile funcționale, filtrant-adsorbante, ale materialului și deci ale elementelor obținute.It is possible to obtain a very wide range of filter elements, from filter-adsorbent materials, as by changing the nature, the particle size and adsorption characteristics of the adsorbent material, the nature, the characteristics and the granulation of the polymeric binder, the nature and the content, in the dissolved binder of the lubricant, the shape of the mold. , the pressing and pressing conditions in the molds, one can control the functional characteristics, filter-adsorbent, of the material and therefore of the obtained elements.

Este recomandată utilizarea elementelor filtrant- adsorbante cu pătrunderea fluidului sub presiune, din exterior, spre interior. Suspensiile rămân pe suprafața exterioară a elementului filtrant și pot fi eliminate periodic, prin spălare, în jet, sau cu contracurent.It is recommended to use filter-adsorbent elements with the penetration of the fluid under pressure, from the outside, inwards. Suspensions remain on the outer surface of the filter element and can be removed periodically by washing, jet, or counter current.

Se dă, în continuare, un exemplu concret de realizare.The following is a concrete example of embodiment.

Se amestecă 200 g cărbune activ pulbere sub 0,08 mm cu 150 g polietilenă pulbere sub 0,25 mm. Amestecul se introduce într-o matriță cilindrică, cu dimensiunile : 1 = 250 mm, d = 50 mm unde se presează la 200 at/cm². Matrița se introduce într-un cuptor la 200°C, timp de 3 h, după care se răcește și se extrage elementul cilindric.200 g of activated carbon powder below 0.08 mm is mixed with 150 g of polyethylene powder below 0.25 mm. The mixture is placed in a cylindrical mold, with the dimensions: 1 = 250 mm, d = 50 mm where it is pressed at 200 at / cm ² . The mold is placed in an oven at 200 ° C for 3 hours, after which the cylindrical element is cooled and extracted.

S-a efectuat în elementul compact un orificiu axial cu d = 10 mm, până la 20 mm de bază. S-a montat, prin presare, un ștuț pentru evacuarea fluidului de purificat, care este trecut sub presiune din exterior spre interior.In the compact element, an axial hole with d = 10 mm was made, up to 20 mm from the base. A suction hose was mounted by pressing, which is pressurized from the outside to the inside.

S-au realizat teste de purificare a apei, când s-a constatat capacitatea de reținere a suspensii peste 0,5 μ, reducere clor activ din apa de 80 ... 100%, în domeniul 2 ... 0,5 ppm și reținere substanțe organice 80 .,. 100%, sub 30 ppm.Water purification tests were performed, when it was found the capacity to retain the suspensions over 0.5 μ, active chlorine reduction in water of 80 ... 100%, in the range 2 ... 0,5 ppm and substances retention Organic 80.,. 100%, below 30 ppm.

Claims

claims

1. Filter-adsorbent elements, characterized in that for the purpose of obtaining block structures, porous, for fluid purification, through simultaneous processes of filtration and adsorption, they are made of mixtures of materials having adsorbent characteristics, in the form of granules or thermally sintered powders. , with a binder consisting of powders of thermoplastic polymers of different granulation, in ratio of volumetric mixing adsorbent material / polymeric binder 1/4 to 4/1 and optionally with a lubricant in proportion of 5 ... 50% of the mass of the final mixture .

Filter-adsorbent elements according to claim 1, characterized in that the mixtures of adsorbent materials can be chosen from activated carbon, adsorbent earth, activated alumina, silica gel.

Filter-adsorbent elements according to claim 1, characterized in that the binder can be selected from polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonates, polyurethanes, vinyl polymers.

Filter-adsorbent elements according to claim 1, characterized in that the lubricant can be selected from alcohols, ketones, liquid hydrocarbons, water or poorly concentrated solutions of polymers, in various solvents.

5. Process for obtaining filter-adsorbent elements, characterized by mixing materials with adsorbent characteristics, in the form of thermally sintered granules or powders, with powders of thermoplastic polymers, in a ratio of volumetric mixing of adsorbent / kpolimeric material. 1/4 to 4/1 and optionally with a lubricant in the proportion of 5 ... 50% by mass of the final mixture, the mixture thus obtained is pressed in a mold at pressures that vary according to the desired final porosity and is heat treated at a temperature and a duration of treatment to ensure the melting of the binder, then optionally, an additional pressing is carried out, to make complex shapes, after which the element is cooled and extracted from the mold.