Калабеков О.А., Кудряшов А.Ф., Кудряшова Н.В., Москалёв Е.В.

Разработка технологии промышленного получения вспененного графита и создание ассортимента бактерицидных фильтров на его основе для применения в районах катастроф и бытового применения для доочистки питьевой воды.


Вспененный графит

Вспененный графит представляет собой легкий порошок темно-серого цвета, получаемый методом деструкции межслоевых углеродных связей графита с помощью органических окислителей.









Основные физико-химические свойства вспененного графита

Внешний вид Легкий порошок
Содержание углерода, % 99
Насыпная плотность, г/см3 0,1 – 0,01
Удельная площадь поверхности, м2/г 10 - 12
Диапазон рабочих температур, C -60 - +300
Поглотительная способность по сырой нефти, г/г. не менее 1:50
Водопоглощаемость, % 70 - 90

На рис.1 представлена электронная фотография вспененного графита по патенту  РФ  № 2377177  (Способ  получения  вспененного  графита).  При  общей длине вспененной чешуйке графита около 1000 мкм, видно, что толщина отдельных слоев вспененного  графита с торца составляет от 10 до 20  нм. В результате  выгорания органических  окислителей  вспененный графит  не имеет посторонних включений и примесей, содержит только до 99,9% углерода (Рис.2).
Чешуйки  графита  имеют  только  один  наноразмер  (толщину),  ширина  и длина их имеют макроразмеры (до миллиметра), поэтому они хорошо удерживаются   прокладками   фильтров   (в   которых   наполнителями   является вспененный графит – графеновый сорбент) и не вымываются в отфильтрованную воду. Эффект нанофильтрации при использовании таких фильтров не в том, что их наполнитель – наноматериал, а в том, что при уплотненности вспененного углерода (графенового сорбента) образуются каналы, имеющие наноразмеры, по которым и просачивается вода.

Рис.1. Электронная фотография вспененного графита, увеличение  в 1см – 160 мкм

 

Рис.2. Химический состав вспененного графита

 

Рис.3. Химический состав наполнителя для изготовления фильтров «Геракл»

 

На рис.3 видно, что в процессе нанесения серебра на вспененный графит происходит его частичное механическое разрушение, при этом размер отдельных частиц составляет от 150 до 250 мкм. Бактерицидные свойства фильтру придает нанесенное покрытие из серебра  в количестве около 1%.

 

Ресурс работы магистрального фильтра “Геракл”

ОАО «Водотеплоснаб», г.Всеволожск, в течение 1,5 лет проверяло воду по основным показателям до и после магистрального фильтра «Геракл», установленного в школе №1, г.Всеволожска. Расход воды составлял не менее 1 м3  в сутки. На основании протоколов результатов лабораторных исследований были построены графики зависимости показателей анализа воды от продолжительности эксплуатации фильтра, которые представлены на Рис.1 – 5. По показателю «Цветность» фильтрованная вода приблизилась к допустимому пределу 20 град. только через год работы фильтра.

По показателю «Мутность» срок работы фильтра составил не менее 460 суток. Норма «Окисляемости» выдерживалась на допустимом уровне немного меньше года (340 суток).
 

«Содержание ионов железа» так и не была превышена в течение всего срока испытаний – 583 суток, несмотря на большие скачки этого показателя для исходной воды в 1,5 – 3 раза выше нормы. Общее микробное число колоний в 1 мл исходной воды было достаточно низким и находилось на уровне от 0 до 3, за исключением весеннего выброса до 24. Этот показатель для фильтрованной воды был всегда стабильно низким в течение всего срока эксперимента и даже в дни выброса по этому параметру.

Рис.1. Анализ воды до и после фильтра, цветность

 

Рис. 2. Анализ воды до и после фильтра, мутность

 

Рис. 3. Анализ воды до и после фильтра, окисляемость

 

Рис. 4. Анализ воды до и после фильтра, содержание железа

 

Рис. 5. Анализ воды до и после фильтра, общее микробное число

 

Рис. 6. Установка очистки воды ГЕРАКЛ

Kalabekov O.A., Kudryashov A.F., Kudryashova N.V., Moskalev E.V.

Development of the technology of industrial production of downy graphite and generation the assortment of bactericidal filter based on it for using in areas of catastrophes and domestic use for the purification of drinking water.


Вспененный графит

Downy graphite is light powder of deep grey colour, getting with the method of destruction interlayer of carbon bonds of graphite by organic oxidants.









Basic Physical-Chemical Characteristics Of Downy Grafite

Type Light powder
Carbon content, % 99
Poured density, г/см3 0,1 – 0,01
Specific surface area, m2/g 10 - 12
Operating temperature range, C -60 - +300
Absorption ability of damp oil, g/g, not less 1:50
Water absorbability, % 70 - 90

Picture 1 shows an electronic photo downy of graphite based on RF patent № 2,377,177 (method of production the downy graphite). With a total length of downy graphite flake about 1000 microns, can be seen that the thickness of individual layers of exfoliated graphite from the butt is from 10 to 20 nm. As a result of burning organic oxidizing, downy graphite has no foreign substances and admixtures, it contains only up to 99,9% of carbon (Picture 2).
Graphite flakes have only one nanosize (thickness), their width and length have makrosizes (up to 1 millimeter), that’s why they are well-kept with filter lining and are not washed out in filtered water. Nanofiltration effect is not only that its filler – nanomaterial, but that by tightened downy carbon (graphene sorbent) canals with nanosizes are made, through them water percolates.

Picture 1. Electronic photo of downy graphite, expansion in 1sm-160 mkm

 

Picture 2. Chemical structure of foam graphite

 

Picture 3. Chemical structure of the filler for making filters “Gerakl”

 

From the picture 3 it is seen  that during the application of silver on downy graphite  takes  place  a  partial  mechanical  destruction,  while  the  size  of  individual particles  is  from  150  to  250  micrometers.  Antibacterial  properties  of  the  filter  are attached by applying the coating of silver in amounts of about 1%.

 

Resourse Of The Main Filter “GERAKL”

OAO “Vodoteplosnab”, Vsevolozsk city, during 1,5 years inspected the water by main indicators before and after the main filter “Gerakl”, set in the school №1, Vsevolozsk sity. Water consumption was not less than 1 m3 per day. Based on reports of laboratory results were made as a function of indicators of water analysis from the duration of the filter, which are presented in Pictures 1 - 5. The indicator "Color" filtered water was close to the permissible limit of 20 deg. only over one year of the filter work.

By the index "turbidity" working period of the filter was at least 460 days. Norm of "Oxidizability" was maintained at an acceptable level less than one year (340 days).
 

"The content of iron ions" have not been exceeded during the test period - 583 days, despite the great leaps of this index for the source water in 1,5 - 3 times higher than normal. The total number of microbial colonies in 1 ml of initial water was quite low and was on a level from 0 to 3, with an exception of the spring release of up to 24. This rate for filtered water has always been low for the all duration of the experiment, and even in the days of release on this index.

Picture 1. Water analysis before and after the filter, coloration

 

Picture 2. Analysis of water before and after the filter, turbidity

 

Picture 3. Water analysis before and after the filter, oxidizability

 

Picture 4. Water analysis before and after the filter, iron content

 

Picture 5. Water analysis before and after the filter, total microbial number

 

Picture 6. Installation of the water purification “Gerakl”

Kalabekov О.А., Kudrjaschov А.F., Kudrjaschova N.V., Moskaljev Е.V.

Entwicklung der Technologie der Industrieproduktion des geschäumten Graphits und Erbringung des Assortiments der Entkeimungsfilter auf seiner Basis für den Einsatz bei den Katastrophen und den Gebrauch im Haushalt für die Nachreinigung des Trinkwassers.


Вспененный графит

Der geschäumte Graphit stellt ein leichtes Pulver der dunkelgrauen Farbe dar, das durch Destruktion der Zwischenschicht-Kohlenstoffverbindungen des Graphits mit Hilfe von organischen Oxidationsmittel produziert wird.









WICHTIGE PHYSISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN DES GESCHÄUMTEN GRAPHITS

Äußeres Leichtes Pulver
Gehalt Kohlenstoff, % 99
Schüttdichte, g/zm3 0,1 – 0,01
Spezifisches Flächenmass, m2/g 10 - 12
Bereich Betriebstemperaturen, C -60 - +300
Saugfähigkeit für Reinöl, g/g, nicht weniger 1:50
Wasseraufnahme, % 70 - 90

Auf dem Bild 1 ist das digitale Bild des geschäumten Graphits laut dem Patent der RF Nr. 2377177 dargestellt (Verfahren zur Produktion des geschäumten Graphits). Bei der gesamten Länge der geschäumten Graphitschuppe etwa 1000 Mikrometer, sieht man, dass die Stärke der einzelnen Schichten des geschäumten Graphits von der Stirnseite aus 10 bis 20 Nanometer beträgt. Bei der Ausbrennung der organischen Oxidationsmittel hat der Graphit keine fremden Einfügungen und Fremdstoffe, er enthält nur bis 99,9% Kohlenstoff (Bild 2).
Graphitschuppen  haben  nur  ein  Nanomass  (Stärke),  ihre  Breite  und  Länge haben Makromasse (bis Millimeter), deswegen halten sie sich durch Filterbeläge fest (in denen als Füllmasse der geschäumte Graphit, und zwar Graphen auftritt) und werden in das Filterwasser nicht ausgewaschen. Das Effekt der Nanofiltrierung besteht bei dem Gebrauch solcher Filter nicht darin, dass ihre Füllmasse der Nanostoff ist, sondern darin, dass sich bei der Verdichtung des geschäumten Kohlenstoffes (Graphen) Kanäle bilden, die Nanomasse haben, durch welche das Wasser reingeht.

Bild 1. Digitales Bild des geschäumten Graphits, Vergrößerung 1 Zm – 160 Mikrometer

 

Bild 2. Chemischer Bestand des geschäumten Graphits

 

Bild 3. Chemischer Bestand der Füllmasse für Fertigung von Filtern «Heracles»

 

Auf dem Bild 3 sieht man, dass der geschäumte Graphit bei der Auftragung vom Silber teilweise zerstört wird, dabei beträgt das Ausmaß von einzelnen Partikeln von 150 bis 250 Mikrometer. Entkeimungseigenschaften bekommt das Filter durch die Silberauftragung in Höhe von 1%.

 

RBEITSFÄHIGKEIT ANSCHLUSSFILTER “HERACLES”

OAO "Wodoteplosnab" mit Sitz in der Stadt Wsewolozhsk, hat innerhalb eineinhalb Jahren das Wasser in Bezug auf seine Hauptwerte vor und nach dem Anchlussfilter "Heracles", das in der Schule Nr. 1 der Stadt Wsewolozhsk eingebaut ist. Der Wasserverbrauch betrug nicht weniger 1 m3  pro Tag. Auf Grund der Ergebnisse der Laborforschungen wurden Kurven der Abhängigkeit der Wasserwerte von der Dauer des Filtergebrauchs erzeugt, die auf den Bildern 1 – 5 dargestellt sind. Was den Wert "Färbung" anbetrifft, so kommt dieser Wert des Filterwassers zur oberen zulässigen Grenze 20 Grad erst wenn das Filter ein Jahre alt ist.

Was den Wert "Trübheit" anbetrifft, betrug die Betriebssdauer vom Filter nicht weniger als 460 Tage. Der Sollwert "Oxidiertbarkeit" hat das zulässige Niveau etwa weniger, als ein Jahr (340 Tage).
 

"Der Gehalt der Eisenionen" wurde innerhalb aller Proben nicht überhöht, und zwar 583 Tage, trotz der wesentlichen Überhöhung von diesem Wert für das Ausgangswassers, und zwar eineinhalb bis dreimal so groß wie der Sollwert. Die gesamte Zahl der Keimkolonien in einem Mililiter des Ausgangswassers wurde ziemlich gering und betrug 0 bis 3, ausgeschlossen Frühlingsausschuss bis 24. Dieser Wert des Filterwassers blieb immer gering innerhalb des ganzen Experimentes und sogar an den Ausschusstagen.

Bild 1. Wasseranalyse vor und nach dem Filter, Färbung

 

Bild 2. Wasseranalyse vor und nach dem Filter, Trübheit

 

Bild 3. Wasseranalyse vor und nach dem Filter, Oxidierbarkeit

 

Bild 4. Wasseranalyse vor und nach dem Filter, Eisengehalt

 

Bild 5. Wasseranalyse vor und nach dem Filter, gesamte Zahl der Keimkolonien

 

Bild 6. Kläranlage GERAKL


Тел/факс:+7(921)6369999
E-mail:buy@gerakl.org