CN100515535C - 一种具有“海绵体”结构的纤维滤料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有“海绵体”结构的纤维滤料及其制备方法以及在水处理上的应用。本发明采用聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙或其中任意两种或三种为原料，经过纺丝、拉伸和热定型等工艺，使纤维具有锯齿状或螺旋状或其它形状的立体弹性结构。锯齿的长度为0.1～10mm，螺旋形的直径为0.1～10mm，螺距为0.1～20mm。将纤维集束，经过捆扎打结，或使用热熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一个结，使纤维不会滑移。将打结后的纤维束每隔1～2个结切断，就制成了双耳球状、或双耳柱状、或伞形、或纺锤形的纤维滤料，该滤料具有类似“海绵体”的孔隙和弹性结构，滤料直径0.5～5cm，长度0.5～60cm，用于水处理。纤维之间可形成均匀微小的孔隙，过滤中不会被压实。滤料既可以保持良好的过滤效率，又有很高的纳污量和过滤速度；且反洗容易，寿命长。

Description

一种具有“海绵体”结构的纤维滤料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料和环境技术领域，特别涉及一种具有“海绵体”结构的纤维滤料及其制备方法和应用。

背景技术

在自来水厂、电厂、工业锅炉、化工或制药等行业的用水，要经过预处理，以除去水中的悬浮物和油污等。传统的方法是砂滤，采用石英砂、无烟煤、沸石等制成粒状作为滤料。但砂滤的方法效率低、截污量小、滤速低(几米～十几米/小时)、能耗高，现逐渐开始研究和采用纤维滤料。纤维滤料分长纤维滤料和短纤维滤料。长纤维滤料由于反洗操作困难，故开发出了短纤维滤料。中国专利ZL98249298.7公开了一种彗星式纤维滤料，该滤料过滤效率高、率速快(30～50米/小时)、反洗效果好。但该滤料长期使用后存在着易板结、在高流速下滤床容易被压实、孔隙被堵死而无法过滤等不足。专利CN1432423A为了改进这一不足，设计了一种由丝束圈、尾丝和丝束结构成的滤料，增加了滤床的弹性，可保持一定的孔隙。这两种纤维滤料都有一个不足是：纤维自身是平直的，或只经过简单加捻，缺乏弹性，因而纤维之间孔隙度小、蓬松度差、压力下容易堆积密实。另外滤料都有比较长的尾丝，尾丝自身或之间容易缠结在一起，滤料粘附上胶体和油类污染物后容易板结、成团。另外滤料自身的质量小，在反冲洗后容易漂浮。这些因素导致截污量减少、滤速降低、反洗困难。同时纤维的直径较粗，约为几十～几百微米，滤料间容易形成不均匀的大孔隙，使过滤效果变差。

发明内容

针对现有短纤维滤料的不足，本发明公开一种具有“海绵体”结构的纤维滤料，其外形为双耳球状、或柱状、或伞形、或纺锤形；

所述的纤维原料选自聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙或当中任意两种或三种；

所述的纤维更细、具有锯齿或螺旋形或其它形状的立体结构，并且这种弹性可永久保持。

本发明的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料的制备方法，包括步骤：

(1)将上述纤维的原料通过纺丝、拉伸和热定型工艺，把纤维制成直径0.5～50μm(微米)、具有永久性的锯齿或螺旋形立体结构，锯齿的长度为0.1～10mm，螺旋形的直径为0.1～10mm，螺距为0.1～20mm；

(2)将100至10000根这种单纤维合并在一起，即集束，纤维之间保持平行；

(3)将集束的纤维用线绳、金属丝、或塑料管套捆扎打结，或使用热熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm(厘米)形成一个结，使纤维不会滑移；

(4)将打结后的纤维束每隔1～2个结切断，就制成了双耳球状、或双耳柱状、或伞形、或纺锤形纤维滤料。该滤料直径0.5～2cm，长度0.5～60cm。

本发明的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料的应用，用在水处理上，其过滤效率高、截污量大、滤速快、滤床不会压实、反洗容易、寿命长。

本发明的优点：

现有用于水处理中的短纤维滤料，在形式、大小和纤维直经上各有所不同。滤料形式主要有球状、丝束状等，纤维直径为20～500μm。所用的纤维本身是平直的，或只经过简单的加捻，缺乏弹性，因而纤维容易堆积密实、蓬松度差。这种纤维滤料在过滤过程中易被压紧、截污量变小、过滤阻力升高、滤速降低。由于滤料自身的质量小，在反冲洗后容易漂浮，使过滤效率降低。本技术通过特定纺丝、拉伸和热定型等加工工艺，纤维直径控制在0.5～50μm之间，同时使纤维获得锯齿形或立体螺旋形或其它形状的弹性结构，类似弹簧，并且这种结构可永久保持。纤维之间可形成均匀微小的孔隙，过滤中不会被压实，因而既可以保持良好的过滤效率，又有很高的纳污量和过滤速度，反洗容易。同时双耳状滤料的两端有较短和较蓬松的耳状部分，有利于填补滤料间较大的缝隙，以提高过滤效率。滤料自身结构较为紧凑，密度较大，反洗时滤料间容易激烈碰撞而不缠结，提高了反洗效率。滤料经过实际过滤试验，确实具有这些优点。滤速可达到50～100米/小时，出水浊度低于1NTU。

附图说明

图1纤维结构与双耳球状和双耳柱状纤维滤料示意图

(a)纤维结构(b)双耳球状纤维滤料(c)双耳柱状纤维滤料

图2伞形和纺锤形纤维滤料示意图

(a)伞形(b)纺锤形

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定

本发明采用聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙或其中任意两种和三种为原料，进行熔融纺丝或湿法纺丝。纺丝温度50～300℃，纺速500～3000米/分；再经过拉伸，拉伸倍数3～8倍，使纤维直径为0.5～50μm；然后在特定的装置上于50～250℃热定型，获得上述直径和具有锯齿或螺旋形或其它立体弹性结构的纤维。锯齿的长度为0.1～10mm(毫米)；螺旋形的直径为0.1～10mm，螺距为0.1～20mm。将纤维集束，使单纤维根数达到100至10000根。集束的纤维用线绳(如缝纫线等)、金属丝、或塑料管套捆扎打结，或使用热熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一个结，使纤维不会滑移。最后将打结的纤维束每隔1～2个结切断，制成双耳球状、或双耳柱状、或伞形、或纺锤形的纤维滤料。该滤料直径0.5～5cm，长度0.5～60cm，用于水处理。

实施例1

(1)将聚酯切片在250～300℃熔融纺丝，纺速1000～3000米/分，拉伸3～5倍，在150～250℃热定型。将纤维集束，用缝纫线每隔1～5cm捆扎一个结，要扎紧以防纤维滑脱。每隔两个结剪断，就制成了双耳球状和双耳柱状纤维滤料，如附图1。

(2)将聚酯和聚丙烯或尼龙进行共混或复合纺丝，纺速500～2500米/分，拉伸3～6倍，在120～200℃热定型。将纤维集束，使单纤维的根数达到500～2000根。在注塑机上每隔1～30cm注一个结。每隔一个或两个结靠结处剪断，制成伞形或纺锤形纤维滤料，如附图2。

实施例2

把上述滤料放在过滤柱中，滤层高度0.8～1.5米，进水浊度150NTU以下，微絮凝过滤，滤速50～100米/小时，出水浊度可达1NTU以下。如进水浊度在50NTU以下，出水不经絮凝，可直接过滤，出水仍可达1NTU以下。

Claims (5)

1.一种具有“海绵体”结构的纤维滤料，其特征在于：形状是双耳球状、或双耳柱状、或伞形、或纺锤形，在自然并拢放置状态下，该滤料直径为0.5～2cm，长度0.5～60cm，由锯齿形或立体螺旋形的弹性结构构成，纤维之间形成均匀微小的空隙；对耳状滤料，耳状部分自然散开；对伞形滤料，未打结的一端自然蓬松散开。

2.根据权利要求1所述的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料，其特征在于：所述的纤维选自聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙或当中任意两种或三种。

3.根据权利要求1所述的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料，其特征在于：所述的纤维具有锯齿状或螺旋状或其它形状的立体弹性结构，并且这种弹性可永久保持。

4.根据权利要求1所述的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将上述纤维的原料通过熔融纺丝或湿法纺丝，纺丝温度50～300℃，纺速500～3000米/分；拉伸3～8倍，使纤维直径为0.5～50μm；然后于50～250℃热定型，把纤维制成具有锯齿或螺旋形立体结构；锯齿的长度为0.1～10mm；螺旋形的直径为0.1～10mm，螺距为0.1～20mm；

(2)将100至10000根这种单纤维合并在一起，即集束，纤维之间保持平行；

(3)将集束的纤维拉直，用线绳、金属丝、或塑料管套捆扎打结，或使用热熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一个结，使纤维不会滑移；

(4)将打结后的纤维束每隔1～2个结在不同位置切断，由于纤维自然松弛和收缩，就制成了双耳球状、或双耳柱状、或伞形、或纺锤形纤维滤料；该滤料直径0.5～2cm，长度0.5～60cm。

5.根据权利要求1所述的一种具有“海绵体”结构的纤维滤料的应用，用在水处理上，其过滤效率高、截污量大、滤速快、滤床不会压实、反洗容易、寿命长。

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