1

Anexa C

Contract nr. 113PED/2017 Finanare: Autoritate contractant: UEFISCDI Programul: PNCDI III Contractor: INCDIE ICPE-CA-CA Bucuresti

DENUMIRE CONTRACT: Medii de filtrare textile cu straturi polimerice fibroase obtinute prin electrofilare

Etapa de execuie nr. 1/2017

Denumire etapa: 1. Realizarea modelului demonstrativ de filtre textile cu straturi polimerice electrofilate

COLECTIV DE ELABORARE I REDACTARE INCDIE ICPE-CA

Director proiect: Dr. ing. Adela BRA

Membrii echipei Dr. ing. Cristina BANCIU Dr. ing. Elena CHIANU Ing. fiz. Iulian IORDACHE Ing. Aristofan TEIANU Dr. ing. Alina CARAMITU Dr. ing. Delia PTROI Prof. dr. Radu SETNESCU Dr. ing. Marius LUNGULESCU Drd. fiz. Virgil MARINESCU Tehn. Dorina VLAD Tehn. Marin BARBU Tehn. Ana VICOL

2

CUPRINS DESCRIEREA TIINIFIC I TEHNIC 3

1. Introducere 3 2. Definirea domeniului de aplicare i identificarea soluiilor constructive pentru filtrele

convenionale 3

2.1. Proprietile mediului de filtrare 3 2.2 Medii de filtrare textile 4 2.3. Medii de filtrare cu membrane 4 2.4. Clasificarea filtrelor i domeniile de utilizare 5

3. Elaborarea conceptului i stabilirea condiiilor experimentale pentru realizarea de filtre textile cu straturi polimerice electrofilate

9

3.1.Proprieti care evideniaz calitatea filtrelor textile 9 3.2. Caracteristici ale mediilor filtrante textile 9 3.3. Selecia mediilor filtrante 10 3.4. Elaborarea conceptului pentru realizarea de filtre textile cu straturi polimerice

electrofilate 10

4. Stabilirea condiiilor experimentale pentru realizarea straturilor polimerice electrofilate

10

4.1. Stabilirea experimentelor 10 4.2. Selectarea variantelor compoziionale pentru realizarea demonstratorului de

strat polimeric electrofilat cu strat de acoperire 11

4.2.1. Caracterizare morfologic prin microscopie electronic de baleiaj 11 4.2.2. Determinarea caracterului hidrofil/hidrofob 12 4.2.3. Determinarea suprafeei specifice BET 12 4.2.4. Determinarea rezistenei mecanice la traciune 12

4.3. Realizare model demonstrativ de straturi polimerice electrofilate cu strat de acoperire

13

5. Proiectarea i realizarea modelului demonstrativ de filtre textile cu straturi polimerice electrofilate

13

5.1 Stabilirea criteriilor de proiectare funcional corespunztor principiilor de filtrare

13

5.2. Metode i algoritmi de proiectare a filtrelor realizate ca esturi simple 14 5.3. Proiectarea parametrilor de structur ai esturilor filtrante 15

6 Concluzii 19 7. Diseminarea rezultatelor 20 Bibliografie 20

3

DESCRIEREA TIINIFIC I TEHNIC 1. Introducere

Prezentul proiect intitulat MEDII DE FILTRARE TEXTILE CU STRATURI POLIMERICE FIBROASE OBTINUTE PRIN ELECTROFILARE (FILTER) i propune designul conceptual (TRL2), dezvoltarea (TRL3) si validarea la scala de laborator (TRL4) a unui model demonstrativ de mediu de filtrare textil cu straturi micro sau nanometrice realizate prin electrofilare, pentru separarea particulelor n suspensie din soluii apoase. Proiectul FILTER furnizeaz medii de filtrare multistrat mbuntite, ce includ o structura textil mono sau multistrat, un strat subire din fibre polimerice electrofilate i un nveli protector dintr-un strat continuu de fibre. Structura cu 3 straturi a mediilor de esturi filtrante avute n vedere va fi caracterizat prin eficien ridicat de captare a particulelor i o restricie minima a curgerii. Proiectul furnizeaz un nou concept pentru mediile de filtrare pe baz de esturi foarte subiri ce permit utilizarea mai multor straturi funcionale pe unitatea de volum i au o eficien mbuntita. Contribuia inovativ a coordonatorului de proiect, ICPE-CA, const n sinteza/caracterizarea de micro(nano) fibre electrofilate, adaptate unor aplicaii diferite de filtrare a soluiilor apoase, iar a partenerului INCDTP, n dezvoltarea structurii textile cu dublu rol - de suport i de mediu filtrant. Structura textila este realizat astfel nct s asigure o comportare uniform a filtrului compozit flexibil n timpul utilizrii i meninerea unui strat superficial suport al micro i nanofibrelor. Tratarea apei are la baz utilizarea de metodele fizice, chimice i biologice pentru a transforma apa brut n ap potabil. Selecia metodei de tratament depinde de proprietile apei iniiale. Metodele de tratare a apei au la baz fie procese fizice simple (sedimentarea), fie procese fizico-chimice complexe, cum ar fi coagularea. Filtrarea, ca i procedeu de purificare a apei, reprezint procesul de ndeprtare a substanelor solide din lichid (ap / ape reziduale) prin trecerea acestora printr-un mediu poros (mediu de filtrare). Filtrarea se utilizez frecvent n tratarea apei pentru ndeprtarea solidelor, inclusiv a microorganismelor (bacterii, virui etc.) i a precipitatelor de fier i mangan existente n apele de suprafa [1], precum i precipitatele de carbonat sau hidroxid de calciu i magneziu utilizate n procesele de dedurizare a apei [2]. Pe lng filtrarea convenional, se poate utiliza n procedeele de purificare a apei i filtrarea direct, n care faza sedimentat este ndeprtat, pretabil la filtrarea apelor cu o turbiditate mai mic de 10 NTU. Procesul este simplu i economic, nu necesit rezervoare de sedimentare sau de flotare, ceea ce determin costurile sczute de instalare i exploatare [3]. Lucrarea de fa i propune tratarea n ansamblu de materiale/medii de filtrare textile, mbuntile cu structuri de tip membran polimeric obinute prin electrofilare. 2. DEFINIREA DOMENIULUI DE APLICARE I IDENTIFICAREA SOLUIILOR CONSTRUCTIVE PENTRU FILTRELE CONVENIONALE

Un filtru este considerat orice dispozitiv n care se realizeaz o separare a componenilor unei suspensii dintr-un mediu fluid, care poate fi un lichid sau un gaz. Separarea este determinat de mijloace mecanice fr a implica schimbarea fazei (cum ar fi topirea unui solid sau evaporarea unui lichid). Unele procese de filtrare implic fore electrice i mecanice, iar altele fore chimice i fizice. Procesul de filtrare implic ndeprtarea particulelor, picturilor sau moleculelor dintr-un fluid prin intermediul barierei fizice numit mediu filtrant, prin care ele nu vor trece datorit mrimii lor. Ca urmare, filtrarea este, aproape n ntregime, o caracteristic a mrimii particulei, picturii sau moleculei care este separat, n timp ce densitatea relativ a particulei constituie o trstur specific sedimentrii. Filtrarea poate fi folosit de asemenea pentru a clasifica un solid suspendat n fraciuni cu mrimi diferite. Alegerea aparaturii de filtrare presupune selectarea mediului adecvat i a celui mai bun tip de filtru n care acesta (mediul) s fie montat n concordan cu particularitile procesului monitorizat. 2.1. Proprietile mediului de filtrare Selectarea corect a materialului filtrant este cel mai important factor pentru obinerea unei filtrri eficiente. Pentru a fi utilizate ca medii de filtrare, materialele trebuie s prezinte o serie de caracteristici care s l fac adecvat pentru aceste aplicaii. Dintre acestea, se menioneaz: s poat reine particulele coninute n suspensie ntr-o plaj larg de distribuie a dimensiunilor; s prezinte rezisten minim la curgere, pentru a obine o cantitate mare de filtrat la calitatea dorit; s permit ndeprtarea uoar a materialului reinut pe filtru; s prezinte rezisten la aciunea substanelor chimice care pot fi transportate n mediul de filtrare; s nu prezinte solubilitate; s nu se umfle n timpul procesului de filtrare sau de splare; s prezinte rezisten la schimbrile de temperatur n fluid sau n mediu; s

4

prezinte rezisten la presiunea aplicat n filtru i la abraziunea mecanic care poate aprea n timpul funcionrii; materialul filtrant trebuie s fie capabil s mpiedice blocarea particulelor n pori [4]. 2.2 Medii de filtrare textile Materialele textile ocup un loc tradiional n domeniul filtrelor iar gama lor este ntr-o permanent extindere datorit unor tratamente speciale care le sporesc performanele. Este larg recunoscut c textilele tehnice reprezint unele dintre cele mai importante materiale ale viitorului. Filtrele, din aceast categorie sunt indispensabile n toate domeniile tehnicii, de la automobile la industria spaial, n construcii i medicin, n agricultur i protecia mediului. Mediile de filtrare textile pot fi realizate sub form de estur sau sub form de psl (neesute). Instalaiile industriale utilizeaz frecvent ca medii de filtrare produse textile obinute prin esere, respectiv esturi. Aceste materiale s-au impus pe piaa produselor din acest domeniu datorit avantajelor pe care le prezint, i anume: capacitate de colmatare redus, rezisten ridicat la temperatur, rezistenta chimic crescut, rezisten la abraziune, deformabilitate redus etc. Pentru a rspunde exigenelor impuse de exploatarea n instalaiile industriale esturile folosite ca medii filtrante trebuie s rspund la o serie de cerine, care sunt determinate, n cea mai mare parte, de caracteristicile structurale proprii ale esturilor, i, doar partial, de procedeele de finisare ale acestora. Dintre aceste cerine, se menioneaz urmtoarele: structur adecvat pentru a asigura capacitate ridicat de filtrare, finee mare a purificrii elementelor filtrate i o rezisten hidraulic minim; structur omogen i stabil care favorizeaz meninerea n timp a fineii i calitii procesului de filtrare; rezisten mecanic bun i stabilitate la aciunea agenilor chimici, termici, corozivi i biologici; grad pronunat de netezime a suprafeei filtrante, ceea ce favorizeaz separarea uoar i integral a reziduului si regenerarea filtrului. Arhitectura porilor influeneaz viteza de curgere a fluidului filtrat i determin stabilitatea dimensional n timpul exploatrii. Totodat, fineea filtrrii crete pe msur ce permeabilitatea porilor scade. Uniformitatea dimensiunilor porilor poate condiiona optimizarea procesului de filtrare pentru anumite mrimi de parti