CN101474514B - 改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种成型过滤介质的制备方法，具体为一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法。解决现有微孔膜技术中存在的过滤效果不全面等问题。改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯采用改性沸石、活性炭、超高分子量聚乙烯共混烧结制备。本项发明的创新性在于将活性炭与改性沸石共混于超高分子量聚乙烯中对微滤膜进行了改性。这样不仅使滤膜的物理结构性能发生了改变，而且赋予了滤膜广泛的化学吸附功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种成型过滤介质的制备方法，具体为一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法。
背景技术
在我们日常生活中，水是工农业的命脉。自然界直接得到的水往往不是纯净的水，水中一般会含有大量的钙镁离子，重金属离子，微生物，甚至在受到污染后还有一些有毒的有机物质。所以很多自然水是不能够直接应用于工农业生产和生活的，为了有效地去除这些杂质，过滤是一个有效的方法，选择合适的过滤介质就可以达到去除水中杂质的目的。
常见的过滤物质有活性碳、天然沸石以及无机、有机微孔膜材料等等，这些材料的特点是具有多孔性，通过吸附或通过孔道的机械筛滤等作用将一些有害颗粒和物质从水中脱除。
活性炭具有良好的吸附有机物的性能，所以被广泛用于水体的净化。天然沸石是一族含水架状结构的硅铝酸盐矿物，其内部有许多均一的开放性孔网和通道，具有很大的比表面积(一般可达300×500平方米/克)。但是单纯的，未做过加工的这些过滤材料的过滤能力有限，对于某些场合使用的水的要求显然达不到要求。
由于沸石晶格中的硅(IV)常被铝(III)所替代而呈负电性，由此沸石本身的这种结构特征和配位键的不平蘅，通过充入阳离子即可补偿这种电荷的不平衡性。因此沸石本身对于钙、镁和重金属等阳离子具有良好的吸附和交换特 性，而常被用作水的软化剂。当天然沸石经科学的方法改性活化后，对阳离子、有机物的吸附容量可得到大大的增加，而且还具有了对氟离子等阴离子的吸附功能。
专利号为200710123059X公开了一种用于调节饮用水PH值的过滤介质及其制备方法以及有该过滤介质制成的滤芯，在该专利申请中，介绍了一种方法，原料是用白云石，粉碎，然后锻烧，再和活性碳与超高分子量聚乙烯按照一定比例混合，煅烧后即可。该技术将几种材料混合在一起，通过相互协同作用使过滤效果更佳，特别是白云石，煅烧后的白云石作用在于遇水相遇后产生(OH) -，OH)-离子通过与水中的阴离子发生离子交换作用而调节饮用水的PH值。白云石对超高分子量聚乙烯和活性碳的结构并没有起到相应的改善作用。
发明内容
本发明为了解决现有微孔膜技术中存在的过滤效果不全面等问题而提供了一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法。
本发明是由以下技术方案实现的，一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，采用改性沸石、活性炭、超高分子量聚乙烯共混烧结制备。
具体为：选择分子量为300-400万的超高分子量聚乙烯、沸石、活性炭；聚乙烯、改性沸石、活性炭质量比为：60-80∶5-15∶5-15，
制作工艺：聚乙烯过筛，活性炭过筛，改性沸石过筛，按照质量比例配料，装模，烧结。烧结温度：170-250℃，烧结时间：1-3小时，升温方式：阶梯升温。
天然沸石的改性方法：
①沸石预处理：采集斜发沸石，粉碎，用水清洗，再用去离子水清洗3 遍，去掉斜发沸石表面的可溶性无机杂质，再放入马弗炉，在350-550℃焙烧2-3小时，以便除去其中的有机物。冷却至室温，密封保存备用。
②沸石活化处理
将沸石粉浸泡于饱和食盐水中，在70-75℃条件下加热1-3小时，并搅拌，然后取出，用去离子水冲洗至少5遍，于115℃烘干。再将NaM型沸石浸泡于0.05-0.5mol/L的三氯化铁溶液中，调节PH5-8，在40-75℃条件下加热1-3小时，并搅拌，进行交换改性。取出，再用去离子水冲洗至少5遍，于110-120℃烘干，密封备用。
按照本工艺方法制成的材料，例如微孔滤管，其主要性能检测如下：
外观：光洁、无裂痕、无任何瑕疵、无任何异物和杂质
孔径：3-20微米各种不同规格
过滤精度：1-20微米
孔隙率：＞60％
酸溶损失率：∠0.02-0.08％
管外径：30毫米
管内径：20毫米
纯水通量：＞3000L/m2h0.05Mpa
工作压力：∠0.10Mpa
工作温度：∠90℃
可以应用于；1化工产品纯化2、食品加工产品如酒类、饮料、调味品等的澄清过滤3、饮水再净化4、废水资源化等环境保护等领域。
本项发明的创新性在于将活性炭与改性沸石共混于超高分子量聚乙烯中对微滤膜进行了改性。这样不仅使滤膜的物理结构性能发生了改变，而且赋予了滤膜广泛的化学吸附功能。通过对按照本发明所述工艺制成的微孔管电子显微镜扫描结构分析，由于活性炭和改性沸石的加入，超高分子量聚乙烯的热变形性性能受到了抑制，膜网结构发生了显著的改变，膜孔呈开放型和松散型，大多高分子膜常见的易形成污染物短路而造成膜阻塞的指状孔等缺陷得到明显的修复。增强了膜的抗毒、抗污染性能。背景技术中记载的对比文件中白云石显然并没有对聚乙烯的结构起到该性作用。
改性膜对有机物具有了更强的去除作用，同时液体中的金属离子受到沸石晶格中铝(III)和钙(II)等其他阳离子点的化学吸附作用，以及受到膜的筛分效应和孔道位阻效应等因素的作用，膜的过滤净化功能更加广泛。
通过对于水源水质中有害金属离子及有害微生物的过滤净化效果进行了系统的研究分析和针对性的实地试用，表明，该滤材具有高精度的机械筛滤特性，可使饮水浊度降低到0.5度以下；而且对水中的钙、镁、铁、锰、氟等有害重金属离子的去除率为50-60％，对大肠杆菌等有害微生物的截留率可达100％，对氨氮、阴离子表面活性剂等有机物去除率为98％以上。
反复运行，通量恢复高达85％，大大降低了运行成本。
运行压力低，∠0.10Mpa，特别适用于广大农村地区饮水净化。
附图说明
图1为本发明所的微孔管的表面结构电镜照片(表面结构×200)
图2为本发明所的微孔管的断面结构电镜照片(断面结构×200)
具体实施方式
实施例1，一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，选择分子量为300-400万的超高分子量聚乙烯、沸石、活性炭；聚乙烯∶改性沸石∶活性炭质量比为：60∶15∶5，
制作工艺：聚乙烯过100目筛，活性炭过100目筛，改性沸石过100目筛，按照质量比例配料，装模，烧结。烧结温度：170-250℃，烧结时间：1-3小时，阶梯升温方式：将烧结炉温度加温到130-155℃，将带有不锈钢模具的膜材料放入烧结炉，保温1-2小时，然后再将炉温加热到170-250℃，再保温1-2小时。
天然沸石的改性方法：
①沸石预处理：采集斜发沸石，粉碎，用水清洗，再用去离子水清洗3遍，去掉斜发沸石表面的可溶性无机杂质，再放入马弗炉，在350-550℃焙烧2-3小时，以便除去其中的有机物。冷却至室温，密封保存备用。
②沸石活化改性处理
将预处理好的沸石粉浸泡于饱和食盐水中，在70-75℃条件下加热1-3小时，并不时搅拌，使其转化为NaM型沸石。取出，用去离子水冲洗至少5遍，于115℃烘干。再将NaM型沸石浸泡于0.05-0.5mol/L的三氯化铁溶液中，调节PH5-8，在40-75℃条件下加热1-3小时，并不时搅拌，进行交换改性。取出，再用去离子水冲洗至少5遍，于110-120℃烘干，密封备用。
实施例2，一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，选择分子量为300-400万的超高分子量聚乙烯、沸石、活性炭；聚乙烯∶改性沸石∶活性炭质量比为∶80∶5∶15，
制作工艺：聚乙烯过150目筛，活性炭过150目筛，改性沸石过200目筛，按照质量比例配料，装模，烧结。烧结温度：170-250℃，烧结时间：1-3 小时，升温方式：将烧结炉温度加温到130-155℃，将带有不锈钢模具的膜材料放入烧结炉，保温1-2小时，然后再将炉温加热到170-250℃，再保温1-2小时。
实施例3，一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，选择分子量为300-400万的超高分子量聚乙烯、沸石、活性炭；聚乙烯∶改性沸石∶活性炭质量比为：70∶10∶10，
制作工艺：聚乙烯过200目筛，活性炭过200目筛，改性沸石过200目筛，按照质量比例配料，装模，烧结。烧结温度：170-250℃，烧结时间：1-3小时，升温方式：将烧结炉温度加温到130-155℃，将带有不锈钢模具的膜材料放入烧结炉，保温1-2小时，然后再将炉温加热到170-250℃，再保温1-2小时。
Claims (2)
1.一种改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，其特征在于：采用改性沸石、活性炭、超高分子量聚乙烯共混烧结制备，选择分子量为300-400万的超高分子量聚乙烯、沸石、活性炭；聚乙烯∶改性沸石∶活性炭质量比为：60-80∶5-15∶5-15，制作工艺：制备改性沸石，将预处理好的沸石粉浸泡于饱和食盐水中，在70-75℃条件下加热1-3小时，并不时搅拌，使其转化为NaM型沸石，取出，用去离子水冲洗至少5遍，于115℃烘干，再将NaM型沸石浸泡于0.05-0.5mol/L的三氯化铁溶液中，调节PH5-8，在40-75℃条件下加热1-3小时，并不时搅拌，进行交换改性，取出，再用去离子水冲洗至少5遍，于110-120℃烘干；聚乙烯过筛，活性炭过筛，改性沸石过筛，按照质量比例配料，装模，烧结，烧结温度：170-250℃，烧结时间：1-3小时，升温方式：阶梯升温。
2.根据权利要求1所述的改性超高分子量聚乙烯微孔滤芯的制备方法，其特征在于：阶梯升温方式为将烧结炉温度加温到130-155℃，将带有不锈钢模具的膜材料放入烧结炉，保温1-2小时，然后再将炉温加热到170-250℃，再保温1-2小时。
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