CN102304847A - 一种具有去除重金属、杀菌消毒功能的纤维材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种兼具去除重金属离子、杀菌消毒作用、比表面积比较大、使用安全的纤维材料，所述纤维材料包括基质及通过化学键固定在基质表面的基团，所述基质为纤维，基质材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物两种，在所述基质表面的基团为氯基、季铵盐、三嗪基中的一种或几种。本发明净化水的原理是：当重金属污染物、有机物污染物和细菌接近基质表面时，重金属离子会与羧基反应，有机污染物会被基质所吸附，细菌会被氯基捕获并灭杀。本发明可广泛应用于水处理、水净化领域。

Description

一种具有去除重金属、杀菌消毒功能的纤维材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种纤维材料及该纤维材料的应用，具体设计一种具有去除重金属、杀菌消毒功能的纤维材料，及该纤维材料在水净化过程中的应用。

背景技术

家用饮用水处理技术主要以过滤为主，其中分为膜过滤与吸附过滤两大类，由于膜过滤技术过滤过程简单，操作相对方便，不引入二次污染，特别反渗透膜处理可以过滤水中绝大部分物质，有效保障水质安全，是其中一个有效方式。近年来开始在农村受污染地表水源净水处理中得到应用。但是膜过滤在去除水中有害成分的同时，也将水中的无机离子去除，如反渗透膜处理法。但长期饮用高纯水，并不利于身体健康，于此同时，膜的污染堵塞、运行过程的控制和产品水的生物稳定性等问题尚有待解决，而且其维护复杂，成本较高。利用活性炭、硅藻土等滤材进行过滤吸附的方法由于操作简便也受到了人们的重视。活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的除微污染技术，其原理是利用活性炭巨大的比表面积，吸附水中的有机污染物。粒状活性炭的使用通过活性炭滤床实现，将其置于砂滤后或者取代现有砂滤床。受污染的水经过活性炭滤床后，有机污染物被截留在活性炭滤床中。但由于我国水源污染普遍较重，活性炭使用不久便饱和失效，水体污染严重时活性炭只能运行几周时间。活性炭的吸附性能可以通过再生得到恢复，但更换活性炭频繁，再生费用很高；并且，在使用过程中，活性炭极易滋生细菌，带来二次污染。有鉴于此，突破传统的膜过滤和吸附过滤弊端，降低维护难度和使用成本成为家用水杀菌消毒的方法的研究热点。

发明内容

本发明目的是提供了一种兼具去除重金属离子、杀菌消毒作用、比表面积比较大、使用安全的纤维材料。

本发明进一步的目的是提供一种用上述过滤纤维材料在家用饮用水过滤领域使用，不但具有优异的防护性能、过滤效率达到90％以上，并且具有很好的杀菌消毒作用。

本发明采用如下技术方案：

一种具有去除重金属、杀菌消毒功能的纤维材料，包括基质及通过化学键固定在基质表面的基团，所述基质为纤维，基质材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物两种，在所述基质表面的基团为氯基、季铵盐、三嗪基中的一种或几种。

所述纤维直径小于2um，优选直径小于0.3um。

在材料中，采用了乙烯丙烯酸聚合物，由于乙烯丙烯酸聚合物是一种具有热塑性和极高粘接性的聚合物，因此能够有效去除水中的有机物质。而且，乙烯丙烯酸聚合物中存在羧基团，羧基能与水中的重金属离子结合，因此能达到去除重金属的效果。

另外，基质中的另外一种材料是乙烯-丙烯胺聚合物，丙烯胺分子式为C₃H₇N，一方面，利用了乙烯-丙烯胺聚合物对水中有机质的吸附作用，达到去除有机物的效果，更主要的是，充分利用聚合物中存在的氨基(-NH₂)，在使用前，先进行接枝取代反应，将氯基、季铵盐、三嗪基等通过氨基取代接枝到乙烯-丙烯胺聚合物上。当水中的细菌接近基质表面时，细菌会被氯基、季铵盐、三嗪基捕杀，从而起到杀菌的效果。

另外，为了增强基质的吸附作用，增加接枝率，可将基质做成纤维材料，其纤维的平均直径在2um以下，优选平均直径在0.3um以下的超细纤维。

在实际应用过程中，通过化学改性、具体是接枝的方法将具有杀菌消毒等作用的基团如氯基、季铵盐、三嗪基加入到基体中。

采用普通的接枝工艺即可完成接枝改性，接枝率为50％-500％。

以氯基为例，具体过程为，将聚合产物浸入pH值约为5.5的次氯酸钠溶液，充分反应10分钟，聚合物中氨基上的氢即被氯基取代。

具体步骤如下：

首先次氯酸钠在水中水解，其反应如下：

NaClO+H₂O——→HClO+Na⁺+OH^-

在次氯酸钠溶液中加入盐酸，调节pH值到5.5左右，则有次氯酸生成，其反应如下：

NaClO+HCl——→HClO+NaCl

在该溶液中，将聚合产物浸入。其反应如下：

-NH₂+HClO——→-NHCl+H₂O

本发明可广泛应用于水处理、水净化领域。

如：将制成的纤维混合并填充于PVC管柱中，其填充密度与质量可根据饮用水处理要求进行调整。

本发明所述杀菌消毒材料可广泛应用于家用饮用水的杀菌消毒产品中。如农村、城市家庭饮用水净化处理机、制药用水前端处理、高等级测试用水前端处理等领域。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

(1)本发明提供的去除重金属离子能够在3分钟内迅速反应，杀菌消毒材料能在5分钟内杀死细菌和病毒。

(2)本发明所采用的基质具有超细纤维直径小，比表面积大，吸水性差，滤阻相对较小等特点，能吸附超过自身6倍的灰尘和颗粒，并可吸附一般的有机污染物。

(3)本发明所提供的高效杀菌消毒材料，表面固定的羧基，季铵盐，嗪类及氯类基团和基材，能够特异性地与重金属污染物、有机污染物、细菌和病毒结合，起到去除重金属离子、有机污染物、细菌和病毒的作用。

(4)产品中的应用该滤材具有优异的有机污染物去除能力与杀菌能力，在处理进水水质为地下水GB2006中水质标准，出水可达国家饮用水GB5749-2006的出水标准，还具有很好的饮用水保障作用。

(5)本发明提供的过滤材料具有去除重金属离子、有机污染物和灭菌消毒的作用，特别适用于没有条件建设自来水系统的广大农村地区。

(6)本发明目的是提供了一种兼具杀菌、去除有机无机污染物作用、比表面积比较大、使用安全的纤维材料。处理过程中不造成对环境的二次污染，深度过滤技术大大降低了饮用水中的有毒有害性物质的毒害性，简化了维护过程及操作，降低了处理成本。此符合未来高效率、低成本、绿色安全的水处理技术发展方向，具有明显的经济和社会效益。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

所述预处理水为自然河流水，将该纤维材料20kg放入用直径为160mm，长度为1000mmPVC管材制成的反应器中。将该反应器直立，处理水由上而下自由流下，流速稳定在0.61m³/h，连续运行20天情况下，装置对自然河流水重金属去除率到达97％，有机物污染物去除率达到98％，微生物灭杀率达到99.9％。

实施例2

所述预处理水为地下水，将该纤维材料20kg放入用直径为160mm，长度为1000mmPVC管材制成的反应器中。将该反应器直立，处理水由上而下自由流下，连续运行20天情况下，流速稳定在0.61m³/h，装置对地下水重金属去除率到达98％，有机物污染物去除率达到99％，微生物灭杀率达到99.9％。

实施例3

所述预处理水为市政污水处理厂出口水，将该纤维材料20kg放入用直径为160mm，长度为1000mmPVC管材制成的反应器中。将该反应器直立，处理水由上而下自由流下，连续运行20天情况下，流速稳定在0.46m³/h，装置对市政污水处理厂出口水重金属去除率到达94％，有机物污染物去除率达到96％，微生物灭杀率达到98％。

经试验，得到上述纤维材料去除重金属效果，如下表所示：

纤维去除重金属离子效果

重金属离子种类	可能对人造成的影响	去除率
			汞	运动障碍、感觉障碍、思觉失调等	97％
砷	食欲不振、胃痛、恶心、恶性肿瘤等	96.6％
			铅	运动失调、中毒性脑病、脑水肿等	97.1％
镉	贫血、高血压、骨质软化、肝肾综合症等	97.2％

经试验，得到上述纤维材料杀菌效果，如下表所示：

细菌种类	可能对人造成的影响	去除率
			大肠杆菌	肠炎、腹泻、尿道炎、败血症等	99.9％
白色念球菌	鹅口疮、阴道炎等	99.9％
			肺炎克雷伯氏	气管炎、肺炎、脑膜炎等	99.9％
白色葡萄球菌	呕吐、腹泻	99.9％
			金黄色葡萄球菌	呕吐、腹泻、急性肠炎	99.9％
黑曲霉	粮食霉变	95.2％

Claims (5)

1.一种具有去除重金属、杀菌消毒功能的纤维材料，包括基质及通过化学键固定在基质表面的基团，其特征在于：所述基质为纤维，基质材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物两种，在所述基质表面的基团为氯基、季铵盐、三嗪基中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述纤维材料，其特征在于：所述纤维直径小于2um。

3.根据权利要求2所述纤维材料，其特征在于：所述纤维直径小于0.3um。

4.根据权利要求1所述纤维材料，其特征在于：所述基团在基质上的接枝率为50％-500％。

5.权利要求1至4任一权利要求所述纤维材料在水净化领域的应用。