Lab4 экология 1 курс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Обнинский институт атомной энергетики –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Отчёт по лабораторной работе №4

на тему: “ Изучение способов фильтрации для тонкой очистки воздуха

от аэрозольных частиц”

Обнинск, 2020

Теория

Для очистки воздуха в производственных помещениях одним из наиболее эффективных способов является фильтрация.

Фильтрация – это процесс отделения твердых частиц от жидкостей, газов путем пропускания их через соответствующую преграду- фильтр. Фильтры могут быть созданы на основе песка, бумаги, ткани, полимерных тонковолокнистых материалов

В качестве тонковолокнистых фильтрующих сред распространены материалы типа ФП (фильтры Петрянова), представляющие собой слои синтетических волокон диаметром от 0,6—1,0 до 10—12 мкм. Размер пор равен 0,6—12 мкм. В зависимости от вида полимера, из которого изготовлены волокна, материалы ФП обладают стойкостью (фобностью) к тем или иным жидкостям, попадающим на их поверхность.

Материал ФП представляет собой тонкий, равномерно распределенный по площади слой ультратонких перхлорвиниловых (ФПП) или ацетатцеллюлозных (ФПА) волокон, которые в зависимости от условий изготовления и марки материала могут быть прочно связаны между собой в местах соприкосновения или свободно расположены относительно друг друга. Иногда волокна в наружных слоях связаны друге другом, а во внутренних слоях не связаны, что позволяет удерживать частицы внутри фильтра. Физико-химические и фильтрационные показатели материалов ФП зависят от свойств полимера, из которого они изготовлены, от диаметра волокон, от плотности и структуры материала и других факторов.

Материал ФПП характеризуется высокой эффективностью улавливания. Так, для частиц размером 0,1мкм коэффициент проскока в фильтре АФА составляет всего 0,1%.

Аналитические аэрозольные фильтры АФА применяются:

• Для улавливания и определения концентрации аэрозолей в газовой среде

• При определении содержания пыли воздухе рабочей зоны

• при определении запыленности газа методом внешней фильтрации

• для определения объемной активности аэрозолей радиометрическим, радиографическим методами анализа.

Типы фильтров приведены в таблице:

Характеристики фильтров АФА
Тип фильтра АФА	Метод анализа	Материал, используемый в волокнах ткани ФПП	Площадь рабочей поверхности фильтра, см2	Допустимая воздушная нагрузка на фильтр, л/мин
АФА-ВП-10 АФА-ВП-20 АФА-ВП-40	Весовой	Перхлорвинил	10 20 40	70 140 280
АФА-БА-3	Бактериальный	Ацетилцеллюлоза	3	21
АФА-ХП-20 АФА-ХП-40	Химический	Перхлорвинил	20 40	140 280
АФА-ХА-20 АФА-ХА-40	Химический	Ацетилцеллюлоза	20 40	140 280

Фильтры из перхлорвинила являются гидрофобными и стойким к кислотам и щелочам.

Фильтры из ацетилцеллюлозы являются гидрофильными и нестойким к кислотам и щелочам.

Цель работы: познакомиться с наиболее распространенными марками материалов фильтры Петрянова (ФП); изучить их гигроскопичность, геометрию и гидродинамичные свойства; определить массовую концентрацию пыли в воздухе лаборатории и сравнить её с ПДК; убедиться, что в воздухе лаборатории, как и в воздухе любого другого помещения, и в атмосферном воздухе присутствуют радиоактивные элементы – радон и радиоактивные дочерние продукты его распада.

Приборы, материалы, реактивы: весы аналитические ВЛР–200 с разновесом и пинцетом, пылесос, лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), ротаметр для определения расходов воздуха от 60 до 100 л/мин, ареометр для измерения расходов от 0 до 10 л/мин, фильтродержатель для аэрозольных аналитических фильтров с рабочей поверхностью 20 см2, фильтры АФА-ВП-20 из материала ФПП-15-1.5 и фильтры АФА-ХА-20 из материала ФПА-15-2.0, эксикатор малый с прокаленным CaCl2, эксикатор малый с водой (или стакан диаметром > 20 см с крышкой), дозиметр-радиометр бытовой ИРД-02Б1, пинцет с плоским захватом для работы с фильтрами, сушильный шкаф.

Ход работы

1. Из эксикатора берем 5 фильтров АФА-ВП из материала ФПП-15-1,5 и с помощью аналитических весов прослеживаем изменение его массы во влажной атмосфере лаборатории в зависимости от времени. Измерения проводим в течение 3 мин до достижения постоянной массы фильтра, определенной с погрешностью 0.0002 г. В эксикаторе фильтры выдерживаются при относительной влажности В ≈ 0. Влажность В ≈ 0 поддерживается в эксикаторе с помощью силикагеля или прокаленного хлорида кальция СаС1₂

2. Повторяем подобные измерения с фильтром АФА-ХА-20.

3. Составляем табл. 1 и на основании ее данных строим график зависимос­ти массы фильтра m (ось ординат) от времени t (ось абсцисс). Графики для разного типа фильтров располагаем в едином графическом поле.

Таблица 1

Измерение массы фильтров в атмосферном воздухе помещения

Время экспозиции в помещении, с	Масса фильтра (m), г …
	АФА-ВП	АФА-ХА-20.
30	0,2387	0,2486
60	0,2388	0,2489
90	0,2388	0,2491
120	0,2387	0,2499
150	0,2389	0,2503

Вывод: познакомились с наиболее распространенными марками материалов фильтры Петрянова (ФП) и изучили их гигроскопичность. Гигроскопичность – это способность вещества поглощать пары воды из воздуха. Гигроскопичным называют вещество, характерным свойством которого является абсорбирование водяного пара из окружающей атмосферы вследствие того, что давление насыщенного пара в нем ниже, чем давление пара в окружающей атмосфере Фильтр типа АФА-ХА-20 более гигроскопичен, чем АФА-ВП.

Контрольные вопросы

1. Что такое относительная влажность? Как ее измеряют?

Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли. Относительная влажность воздуха – это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара. Измеряют с помощью психометрического метода, гигроскопического метода и массового (абсолютного) метода.

2. Что представляет собой процесс адсорбции на поверхности волокон из ацетилцеллюлозы и перхлорвинила при изменении относительной влажности воздуха?

Адсорбция – изменение (обычно-повышение) концентрации вещества вблизи поверхности раздела фаз. Для тонкой очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей наибольшее распространение получили ткани на основе материалов ФПП и ФПА. Ткань ФПП состоит из очень тонких волокон перхлорвинила, нанесенных на марлевую подкладку. Ткань гидрофобна (несмачиваемая водой), стойка по отношению к кислотам и щелочам, но подвержена воздействию масел и органических растворителей. Ткань ФПА изготавливается из сверхтонких волокон ацетилцеллюлозы, гидрофильна (способна смачиваться водой), нестойка к кислотам и щелочам, но стойка к маслам. Благодаря разнообразию волокнообразующих полимеров и их физико-химических характеристик, материалы ФП значительно легче, чем другие их волокнистые аналоги, адаптировать к различным, часто весьма жестким условиям эксплуатации – повышенным или пониженным температурам, химически агрессивной среде, ионизирующему излучению, гидродинамическим нагрузкам и особенно к совместному воздействию этих факторов.

3. Масса какого фильтра практически не изменяется при изменении влажности воздуха? И почему?

Масса фильтра АФА-ВП практически не изменяется при изменении влажности воздуха, так как он изготовлен из перхлорвинилового материала. Фильтры из этого материала гидрофобны.

4. Какие фильтры можно использовать для весового анализа? А какие для химического?

Для проведения весового и химического анализа аэрозолей применяются фильтры, изготовленные из перхлорвинилового материала. Они обладают высокой эффективностью фильтрации и малым аэродинамическим сопротивлением, что позволяет протягивать воздух с большими скоростями и тем самым сократить время отбора пробы. Фильтры стойки к химическим агрессивным средам. Они гидрофобны и при весовом анализе не требуется их высушивания.

Для химического анализа можно также применять следующие фильтры: АФА-ХА - из ацетилцеллюлозного фильтрующего материала при анализе веществ способом "мокрого" сжигания, АФА-ХМ - из метилметакрилатного фильтрующего материала - при анализе веществ способом "сухого" сжигания, АФА-ХС - из полистирольного фильтрующего материала - при извлечении осадка с фильтра щелочью.

Таким образом, АФА-ВП-10, АФА-ВП-20, АФА-ВП-40 для весового; АФА-ХП-20, АФА-ХП-40, АФА-ХА-20, АФА-ХА-40 для химического.