189159. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szuszpenziók szűrésére
1 .189159 2 Az iparban elterjed ten alkalmazott szűrési műveletben a folyékony és szilárd fázisok elválasztására a leggyakrabban a szűrővászon (szűrőszövet) szolgál. Példaként említhető a gyógyszergyári, szívással működő szivárgó szűrő (nuccs) szűrőszövete, a vegyi- és gyógyszeriparban használatos ingacentrifuga szűrőzsákja, a keretes szűrőprés szűrővászna, a szalagos vákuumszűrő és a szalagos kapilláris szűrő végtelenített szűrőszövete. Szűrővásznat, szűrőszövetet alkalmaznak a síkszűrő berendezésekben (pl. a 163 908 sz. magyar szabadalmi leírás szerinti síkszűrő) is. (Kaszatkin: Alapműveletek, gépek és készülékek a vegyiparban, 2. kiad., MK Bp. 1956., p. 148-196.). A szűrővászonnal (szűrőszövettel) végzett szűrési művelet fontos paraméterei a szűrési sebesség és a szűrlet minősége, vagyis a szűrlet élessége. A szűrővászon minőségét a szűrendő közeg fizikai tulajdonságai alapján az említett paraméterek figyelembevételével választják meg. A szűrővászon alkalmazásának hátrányai között említendő, hogy a 0,020-0,050 mm alatti szemcseméretű szuszpenziók a szürővásznat eltömik, de a szűrővászon felületén kialakuló néhány cm vastag iszaplepény még a durvább szemcseméretű szuszpenziók esetén is olyan nagy ellenállást képez, hogy a vásznon a tisztítás nélküli további szűrés lehetetlenné válik. Végül a szűrővászon, szűrőszövet viszonylag drága. A szűrési művelet céljára más, a vizet jól átengedő szürőközegek is ismertek. Ilyen pl. a szemcsés anyaghalmaz, a homokágy. Ennek hátránya azonban, hogy nem stabil, saját szilárdsága nincs, ezért csak különlegesen erre a célra kialakított berendezésben alkalmazható, az általánosan használt berendezésekben való használata szóba sem jöhet. További hátrány, hogy a szemcsék a szuszpenzióba belekeverednek; homok esetében ez kiteheti az iszaplepény 30 tömeg%-át is. Végül megemlíthetők a pórusos szerkezetű szilárd szűrötestek, pl. a szinterbronz, a kerámia. Ezek mélységi szűrők, amelyek belső pórusaiból a szilárd szemcsék nehezen távolíthatók el. Találmányunk célja olyan eljárás kidolgozása, amellyel lehetővé válik finomszemcsés szuszpenzióknak a felsorolt hátrányoktól mentes folyamatos szűrése. Találmányunk azon a felismerésen alapszik, hogy ismertek olyan üreges szerkezetű műanyaghabck, amelyek üregrendszerét nem egymástól elkülönült, zárt üregeié képezik, hanem az üregek között csatornák, járatok vannak s így ezek kiválóan alkalmasak a finomszemcsés szuszpenziók szűréssel való szétválasztására. Felismertük, hogy az ilyen műanyaghabokkal a jó vízvesztési tulajdonságú, makrokristályos szuszpenziók közvetlenül, míg a rosszul szűrhető mikrokristályos és nem kristályos szemcséjű szuszpenziók a mikroszerkezet agglomerálásával, flokkuláló anyagok hozzáadásával, nagy szűrési teljesítménnyel szűrhetők. Kísérleteink során kitűnt, hogy az iszaplepény a műanyaghab felületétől könnyen elválik és a folyadék a műanyaghabból könnyen kisajtolható. Ily módon végeredményben a nehezen szűrhető, vagy egyáltalán nem szűrhető szuszpenziók még gyorsszűréssel is szűrhetővé váltak, akár szakaszos, akár folyamatos üzemmódban. Vizsgálataink szerint a szűrőközeg céljára felhasználható müanyaghabok közül azok a legalkalmasabbak, amelyekben a szerkezeti kötés a poíimerizáció során nem szén-szén, hanem oxigén és nitrogén kötés. Ezekben a műanyaghabokban a sejtfalak különböző pontjain különböző mértékben polarizált helyek vannak, amelyek elég erősek ahhoz, hogy a kiszűrendő poláros anyagszemcséket visszatartsák/ Ilyen tulajdonsággal bírnak a poliuretán alapú, sejtszerkezetes műanyaghabok, amelyeknél az addiciós plimerizációban keletkező lánc- és hálószerkezet szerkezeti pontjaiban polaritás eltérés van. Kiterjedt vizsgálatokat végeztünk a galvánüzemi fémhidroxid iszapok szűrésével kapcsolatban. A fémhidroxid iszapok kis szemcseméretű, nagy víztartalmú, esetenként géles szerkezetű szuszpenziók. Sóoldatokból, szennyvízből lúggal, mésztejjel kicsapatva, az oldat elektromos töltéssel rendelkező iontartalma nagy marad ; ezek az ionok a fémhidroxid csapadék szemcséihez orientálva ennek vízmegkötő képességét növelik. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy ezt az ún. hidrátburkot olyan anyagokkal lehet megbontani, amelyek önmagukban - a fémhidroxid szemcsékkel szemben - ellentétes töltést hordoznak, nagy molekulájúak és felületükön a töltéstvesztett fémhidroxidot meg tudják kötni. Ilyenek a poliakrilamid, a poliakrilsav és ezek származékai. Ezek az ún. flokkuláló anyagok láncszerkezetűek, kation vagy anionaktívak és az eredetileg néhány mikron szemcseméretü fémhidroxid szemcséket tizedmilliméter - milliméter nagyságrendű halmazokká, flokkulumokká agglomerálják. Az ilyen halmazok ülepedő képessége az eredeti fémhidroxidénak legalább a tízszerese és szűrési sebessége - megfelelő szűrőközegen - ugyancsak a sokszorosára növekedik. Felismerésünk szerint ennek oka abban rejlik, hogy ezek a flokkuláló anyagok is oxigén és nitrogén kötésű polimerizációs láncokat képeznek, amelyekhez a fémhidroxid molekulák másodlagos kötőerőkkel kötődnek, de emellett a polielektrolit flokkuláló láncban maradnak olyan töltéssel rendelkező helyek is, amelyek gyenge kötéssel ugyan, de megkötődnek a poliuretán műanyaghab poláros helyein és ott a víz elvesztése mellett visszamaradnak. A poliuretán műanyaghab zegzugos elrendezésű csatornarendszerének első kanyarulataiban, a szűrőközeg 1-2 mm vastag felszíni rétegében a szemcsékből képződött makrohalmazok fennakadnak, míg a viz a csatornákon át távozik. Minden szűrési folyamathoz biztosítani lehet a müanyaghab optimális pórusméretét, mely mellett a szuszpenzió szilárd fázisa a szűrőközeg felületi rétegében fennakad anélkül, hogy számottevő mennyiségben a szűrőközegbe hatolna. A flokkulálás mértéke - amelynek függvénye az agglomerátum mérete - és a müanyaghab üregmérete között összefüggés van, amelynek optimuma minden egyes szuszpenzióra empirikus úton meghatározható. Azt tapasztaltuk, hogy a müanyaghab szűrő képessége a szűrési művelet folyamán nem csökken észrevehetően és a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
