Патент на изобретение №2320542
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к высоконаполненным гранулированным материалам, используемым в безнапорных и напорных фильтрах в водоочистных устройствах для минерализации (обогащения ионами макро- и микроэлементов) воды, очищаемой сорбционными, мембранными, дистилляционными и др. методами. Высоконаполненный гранулированный материал содержит (мас.%): полиэтилен – 18-30, полиэтиленовый воск – 1-6, шунгит – 15-40, окислы металлов и/или соли неорганических кислот – 30-59 и, при необходимости, стеарат кальция – 0,5-1,5%. Технический результат состоит в создании материала, характеризующегося равномерным выделением микро- и макроэлементов в обрабатываемую воду, существенным снижением настоев солей при перерывах в работе при сохранении высокого ресурса работы материала по макроэлементам до 1500 об/об и достижения ресурса по микроэлементам до 8000 об/об. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к высоконаполненным гранулированным материалам, используемым в безнапорных и напорных фильтрах в водоочистных устройствах для минерализации (обогащения ионами макро- и микроэлементов) воды, очищаемой сорбционными, мембранными, дистилляционными и др. методами. Известны минерализующие материалы искусственного изготовления, которые представляют собой гранулы, содержащие мелкокристаллический цеолит, цитрат натрия, карбонат натрия, карбоксиметилцеллюлозу и полиакрилатное связующее (патент ФРГ №3614779, МКИ С02F 5/08, опубл. 15.11.1987). При получении материала, используемого в производстве минерализованной воды, в качестве связующего может быть использован силикат натрия (заявка Японии №0884992, МКИ С02F 1/68, опубл. 02.04.1996). Это же связующее было использовано при изготовлении фторирующего материала для минерализации питьевой воды. В состав композиции в качестве минеральной составляющей входит карбонат кальция и кремнефтористый натрий (заявка РФ №2000112439/12, МКИ С02F 1/28, опубл. 27.02.2002). Общим недостатком материалов такого типа является неконтролируемое выделение минеральных веществ. Для минерализации регенерированной воды на орбитальных станциях разработан ряд пластиковых гранулятов, которые состоят из комплекса измельченных минеральных солей и полиэтилена низкого давления. (Пластические массы. – 1974. – №6, – С.72-73, Химия и технология воды. – 1987. – т.9, №4. – С.350-352). Основным недостатком этих материалов является образование «настоев» солей при перерывах в работе систем соленасыщения. Для улучшения качества материалов такого типа предложено вводить в состав высоконаполненной композиции в качестве пластификатора глицерин («Пластические массы», – 2003. – №11, – С.49, аналог). Введение глицерина обеспечивает улучшенную перерабатываемость высоконаполненной композиции данного состава в материал и способствует более полному и интенсивному выделению солей жесткости из материала за счет образования дополнительных каналов в структуре гранулята при пропускании через него воды. Основным недостатком аналога является то, что входящий в состав высоконаполненного гранулированного материала глицерин интенсивно вымывается благодаря хорошей растворимости и поступает в получаемую минерализованную воду, тем самым значительно ухудшая качество воды по показателю «окисляемость перманганатная» – до 70 мг O2/л вместо 5,0 мг О2/л согласно СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества». При этом загрязнение кондиционированной воды глицерином происходит до 50-60% общего ресурса работы материала. Известны высоконаполненные пластиковые грануляты для минерализации питьевой воды, наиболее близкие по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому материалу, перерабатываемые экструзией при температуре на 30-60°С выше температуры плавления термопласта, полученные при соотношении компонентов в смеси (мас.%): термопласт – 26-70, минеральные и/или органические добавки – 30-74 (патент РФ №2096341, МКИ С02F 1/68, опубл. 20.11.1997 – прототип). В качестве термопласта по прототипу, в частности, могут быть использованы полиолефины (полиэтилен высокого и низкого давления, полипропилен), а в качестве минеральных добавок окислы металлов (в частности, CaO, MgO), соли (в частности, сульфаты, карбонаты, галогениды кальция, магния, натрия, калия и серебра), сорбенты (в частности, активированные угли) или смеси указанных компонентов (колонка 5, абзацы 4, 6). Ближе всего по составу к предлагаемому высоконаполненному гранулированному материалу для минерализации питьевой воды гранулят следующего состава (мас.%): – термопласт (полиэтилен низкого давления) – 26; – минеральная добавка (активированный уголь, CaSO4, MgCO3, MgO, Ag2SO4, NaCl, KCl) – 74 (колонка 7, пример 1). Максимальный ресурс по макроэлементам 1250 об./об., по микроэлементам не приводится. Недостатками прототипа являются неравномерность выделения и очень высокий уровень выделения ионов после перерыва в работе материала. Технической задачей изобретения является создание высоконаполненного гранулированного материала, позволяющее получить технический результат, проявляющийся в равномерности выделения микро- и макроэлементов в обрабатываемую воду, существенное снижении настоев солей при перерывах в работе при сохранении высокого ресурса материала по макроэлементам (до 1500 об./об.) и достижение ресурса по микроэлементам до 8000 об./об. Указанный технический результат достигается тем, что высоконаполненный гранулированный материал для минерализации питьевой воды, включающий полиэтилен, неорганические вещества в виде окислов металлов и/или солей неорганических кислот, дополнительно содержит шунгит и полиэтиленовый воск при следующем соотношении компонентов (мас.%):
При необходимости, в составе материала может быть введен стеарат кальция в количестве 0,5-1,5 мас.%. При использовании минеральных составляющих важно их общее количество независимо от соотношения конкретных компонентов в смеси. Принципиальным отличием предлагаемого материала от прототипа и аналога является введение в состав композиции шунгита в сочетании с полиэтиленовым воском. Шунгит – природный материал, обладающий сорбционными, каталитическими и бактерицидными свойствами. (III Международная научно-практическая конференция «Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использованиям. Сборник материалов. Пенза, 7-8 июня 2001. С.39-41; патент РФ 2074120, МКИ С02F 1/28, опубл. 21.05.1997). Высоконаполненный гранулированный материал для минерализации питьевой воды изготавливают следующим методом: предварительно высушенные, измельченные компоненты, взятые в определенном соотношении, смешивают, полученную смесь экструдируют при температуре (165±15)°С через фильеру диаметром 2 мм, стренги режут на гранулы длиной 2-8 мм. Работоспособность полученных высоконаполненных гранулированных материалов для минерализации питьевой воды характеризуют по выделению солей жесткости и фторидов в обрабатываемую воду. Для этого материал, взятый в количестве 10 см3, помещают в колонку с внутренним диаметром 12 мм и пропускают дистиллированную воду со скоростью 30 см3/мин при комнатной температуре. Ресурс работы материала характеризуют отношением общего объема полученной минерализованной воды на один объем загруженного материала (об/об). При получении минерализованной воды фильтрование прекращают после достижения общей жесткости фильтрата 0,45 мг·экв/л. Для доказательства возможности применимости высоконаполненных гранулированных материалов для кондиционирования воды приведены примеры их реализации (см. таблицу). Пример 1. Шунгит марки ШН5 с массовой долей углерода 25-40% (ТУ 2169-002-56840806-2003 Наполнитель шунгитовый) сушат при температуре (105±2)°С в течение (3,5±0,5) часов; CaF2, порошкообразный полиэтилен высокого (ГОСТ 16337-77) или низкого (ГОСТ 16338-85) давления, полиэтиленовый воск каждый в отдельности измельчают до достижения размеров частиц не более 0,25 мм. Введены следующие сокращения: Полиэтилен высокого давления – ПЭВД; полиэтилен низкого давления ПЭНД; шунгит – Ш; полиэтиленовый воск – ПВ; минеральные составляющие (окислы металлов и соли неорганических кислот) – МС; активированный уголь – АУ. Подготовленные соль, полиэтилен, шунгит, полиэтиленовый воск берут в соотношении (мас.%): ПЭВД – 18; ПВ – 6; Ш – 40; МС (CaF2) – 36. Загружают в шаровую мельницу и перемешивают в течение 2-х часов. Полученную смесь экструдируют при температуре (165±15)°С через фильеру диаметром 2 мм. Стренги режут на гранулы длиной 2-8 мм. Характеристика эксплуатационных свойств материалов по всем примерам приведена в таблице. Примеры 2-6 – высоконаполненные гранулированные материалы получают по описанной выше методике, но с использованием иных качественных и количественных составов из числа заявленных, пример 7- по аналогу, пример 8 аналогичен примеру 1 прототипа, пример 9 по количественному составу (соотношение термопласта и минеральной добавки) аналогичен примеру 1 прототипа, а по качественному – наиболее близок к примеру 4 (обогащение воды ионами фтора). Пример 2. Состав композиции (мас.%): ПЭНД – 30; ПВ – 1; Ш – 29; МС (CaF2) – 40. Пример 3. Состав композиции (мас.%): ПЭВД – 25; ПВ – 5; Ш – 40; МС (CaF2) – 30. Пример 4. Минеральные составляющие: CaSO4·2H2О сушат при температуре (170±5)°С; MgSO4·7H2О, MgCO3·mMg(OH)2·nH2О – при (180±5)°С в течение (3,5±0,5) часов. Состав композиции (мас.%): ПЭВД – 25; ПВ – 5; Ш – 30; МС (CaSO4, MgCO3, Ag2SO4) – 40. Пример 5. Состав композиции (мас.%): ПЭВД – 20; ПВ – 5; Ш – 16; МС (CaSO4, NaCl, KCl, MgCO3, Ag2SO4) – 58,5; стеарат кальция – 0,5. Пример 6. Состав композиции (мас.%): ПЭНД – 20; ПВ – 4,5, Ш – 15; МС (CaSO4, NaCl, KCl, MgCO3, Ag2SO4) – 59; стеарат кальция – 1,5. Пример 7 (аналог). Состав композиции (мас.%): ПЭНД – 26; АУ – 12; МС (CaSO4, MgO, MgSO4) – 57; глицерин – 5. Пример 8 (по прототипу).
Состав композиции (мас.%): Термопласт (ПЭНД) – 26; минеральная добавка (АУ-8, смесь CaSO4, MgCO3, MgO, Ag2SO4, NaCl, KCl-66) – 74. Пример 9 (по прототипу) Состав композиции (мас.%): Термопласт (ПЭНД) – 26; минеральная добавка (АУ-16; CaF2-58) – 74. Представленные примеры подтверждают, что введение в состав перерабатываемой композиции шунгита и полиэтиленового воска в предлагаемых соотношениях обеспечивает достижение следующего технического результата: создан материал, характеризующийся равномерностью выделения микро- и макроэлементов, существенным снижением настоев солей при перерывах в работе при сохранении высокого ресурса работы материала по макроэлементам до 1500 об./об. и достижения ресурса по микроэлементам до 8000 об./об. При этом обеспечивается получение воды, соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 по показателю «перманганатная окисляемость». Кроме того, высоконаполненный гранулированный материал можно получить и без введения в состав композиции пластификатора и он работоспособен. При этом полученный технический результат не является очевидным. Сведения о введении шунгита в состав композиционных материалов для обеспечения равномерности и стабильности минерализации воды нами не обнаружены. Введение полиэтиленового воска также дало неочевидный эффект – позволило снизить нижний предел содержания термопласта до 18 мас.% вместо 26 мас.% и дало возможность перерабатывать высоконаполненную композицию методом экструзии без использования пластификатора, как это предлагается в аналоге.
Формула изобретения
1. Высоконаполненный гранулированный материал для минерализации питьевой воды, включающий полиэтилен, неорганические вещества в виде окислов металлов и/или солей неорганических кислот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит шунгит и полиэтиленовый воск при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Высоконаполненный гранулированный материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стеарат кальция в количестве 0,5-1,5 мас.%.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
