Промышленные фильтры, снаряженные волокнистыми ионообменными материалами, для очистки воздуха от кислых и щелочных газообразных примесей

Волокнистые ионообменные материалы обладают теми же ионообменным свойством, что и зернистые иониты с аналогичными функциональными группами. Но волокнистые материалы имеют перед зернистыми следующие преимущества.

1. Из волокон можно изготавливать текстильные изделия – тканные и нетканые полотна. Изготовление фильтров с использованием текстильных материалов упрощает конструкцию аппаратов, позволяя в тоже время развивать большую лобовую площадь фильтрации в единице объема аппарата, совмещать газо – и пылезадерживающие элементы фильтров.

2. Ионообменные волокна и изделия из них обладают большой удельной поверхностью (несколько м²/г) и малой глубиной диффузионного слоя (мкм), что обеспечивает высокую скорость ионного обмена.

Процесс поглощения газов ионитами можно описать следующей последовательностью:

- растворение молекул поглощаемого летучего вещества в содержащейся на поверхности ионита тонкой пленке адсорбированной воды (наличие пленки воды обеспечивает условие ионного обмена);

- диффузия растворенных молекул или образующихся при растворении ионов в водной пленке к функциональным группам;

- ионный обмен и вывод продуктов реакции из реакционного объема.

Из вышесказанного ясна важность наличия на волокнах ионита пленки адсорбированной воды, то есть ионит должен быть гидрофильным, а относительная влажность фильтруемого газа должна быть не меньше 50%.

В промышленности РФ используются ионообменные материалы ВИОН, представляющие собой продукт химической обработки полиакрилонитрильных волокон.

Справка. Состав полиакрилонитрильных волокон выражается формулой

[- CH - CH(CN) - ]_n

М = 40 – 100 тыс., плотность = 1.14 – 1.17 г/см³,

Т = 220 – 230°С, Т_{разложения} > 160°С.

В результате химической модификации получают материалы нескольких видов, наиболее распространенными являются:

- слабокислотные катиониты ВИОН КН-1, активная группа – COOH, СОЕ 5 - 7 моль/кг;

- слабоосновные аниониты ВИОН АН -1, активная группа

CH , СОЕ 2 – 3 моль/кг.

Очистка воздуха от вредных газообразных кислотных и основных примесей основана на протекании химических реакций взаимодействия молекул этих газов с активными группами ионита. Например, в анионите ВИОН АН-1 (в ОН-форме) при сорбции хлороводорода протекает реакция:

(1)

А в катионите ВИОН КН-1 при сорбции аммиака или хлороводорода протекают реакции:

(2)

RNa + HCl = RH + NaCl (3)

где ROH – анионит в ОН-форме;

RH – катионит в Н-форме;

RNa – катионит в Na-форме.

Регенерация материала ВИОН АН-1, сорбирующего хлороводород (1), проводится водой, которая вымывает поглощенную кислоту. А регенерация ВИОН КН-1, сорбирующего хлороводород по реакции (3), проводится 3-5% раствором соды (Na₂CO₃) или раствором гидроксида натрия (NaOH), который удаляет образовавшуюся соль и одновременно переводит катионит в Na-форму.

При сорбции аммиака (2) регенерацию материала проводят 3% раствором кислоты.

Нетканые полотна с «насыпной» плотностью 1 кг/м из материалов ВИОН используются в промышленных фильтрах ХВФ (см. рис.8 на стр.15) производительностью от 3000 до 25000 м /ч (табл.3 на стр.14) для улавливания и других газов, а также жидких аэрозолей, являющихся наиболее распространенными веществами, загрязняющими атмосферу.

Таблица 3