CN102500158B

CN102500158B - 具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法

Info

Publication number: CN102500158B
Application number: CN201110384737.4A
Authority: CN
Inventors: 孙余凭; 缪福度
Original assignee: WUXI GERUI PUER MEMBRANE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI GERUI PUER MEMBRANE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN102500158A

Abstract

本发明涉及一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：（1）将细微纤维和颗粒物质充分混合，加入液体粘合剂、溶剂A，混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物；（2）将高分子聚合物，溶剂B，非溶剂，添加剂加入溶解釜中，制得膜液；（3）将膜液加入混合物中，制得浇浆；（4）将浇浆倒入浅槽中，在浅槽中形成浇浆层；将浅槽置于水中浸泡，用真空泵将溶剂A从浅槽底部的金属管排走；（5）重复步骤（1）~（4），依次得到浇浆层E2~E8；（6）将浅槽烘干，烘干后从浅槽中脱出固体，即得到所述的过滤介质。本发明所述的过滤介质具有高孔隙率和均匀的孔径分布，具备所需的抗压性能。

Description

具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有吸附、离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，尤其是一种用于水处理、生物制药及化工行业等以水相为过滤液体、油相为过滤液体和气相过滤场合的过滤介质。

背景技术

过滤一般有滤饼过滤和深层过滤二种。深层过滤由于被过滤物质通过多孔性过滤介质内部孔道表面吸附而有效去除，容易实现过滤的选择性和高效性。

对水相为过滤液体、油相为过滤液体和气相过滤的三种过滤情况下，过滤器必须有效地截留过滤物料中存在的悬浮物质，而使滤液或气体通过过滤器。不仅如此，过滤器还要能够有效地截留溶解于液体或气体中的“有害物质”，而过滤液或气体顺利通过过滤器。

所以，过滤介质必须具有选择性吸附、离子交换及膜过滤功能中的一种或几种功能。所需的选择性吸附包括了物理选择和化学选择，物理选择是通过物理筛选和物理吸附完成。离子交换是通过离子交换树脂来完成。膜过滤是通过多孔性超滤或微滤来实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，得到具有高孔隙率和均匀的孔径分布的过滤介质。

按照本发明提供的技术方案，所述具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，特征是，组份比例按重量份数计，包括以下工艺步骤：

（1）将2~60份细微纤维和10~95份颗粒物质充分混合，然后加入2~30份液体粘合剂，0~30份溶剂A，在5~60℃的温度条件下混合均匀，制得混合物；所述颗粒物质为吸附性颗粒、离子交换树脂或无机纳米材料；

（2）将10~30份高分子聚合物、20~86份溶剂B、0~70份非溶剂、0~25份添加剂在溶解釜中混合，混合温度为10~80℃，混合时间为4~48小时，制得膜液；

（3）将步骤（2）得到的膜液加入步骤（1）得到的混合物中，膜液的质量百分数为0~90%，余量为混合物，制得浇浆；

（4）将浇浆倒入浅槽中，用刮刀将浇浆刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，所述浇浆层E1的厚度为0.1~10毫米，浇浆层E1的孔径为20~100nm；将浅槽置于水中浸泡1分钟~4小时；所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆中的溶剂A或水从浅槽底部的金属管排走，所述真空度为1~90KPa，抽真空的时间为0.5~4小时；

（5）重复步骤（1）~（4），重复次数为i次，i为1~7的整数，依次得到浇浆层E2~E8，所述浇浆层E1~E8从下往上依次分布，浇浆层E8的颗粒粒径为1~500μm，浇浆层E8的孔径为0.5~100μm，浇浆层E1的颗粒粒径为1~500μm，孔径为20~100nm，浇浆层E1~E8的孔径在20nm~100μm之间呈梯度依次递减；所述浇浆层E1~E8中至少一层浇浆层中含有吸附性颗粒，至少一层浇浆层中含有离子交换树脂，至少一层浇浆层中含有膜液；

（6）将浅槽放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为30~120℃，固化时间为0.5~40小时；烘干后从浅槽中脱出固化后的固体，即得到所述的过滤介质。

所述细微纤维为植物及生物纤维、高分子合成纤维、无机纤维或金属丝；所述植物及生物纤维为纸浆纤维、棉纤维、麻纤维或蚕丝纤维；所述高分子合成纤维为聚酯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯纤维或聚丙烯纤维；所述无机纤维为石棉、玻璃纤维或碳纤维；所述金属丝为铜丝、铁丝或不锈钢丝。

所述吸附性颗粒为活性炭、硅藻土、改性海泡石、膨润土、多孔硅胶、沸石、活性氧化铝、凹凸棒土、蒙脱石或壳聚糖；所述离子交换树脂为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂；所述无机纳米材料为纳米碳材料、纳米二氧化钛、纳米氧化亚铜、纳米金属银、负载型纳米金属银或纳米氧化镁。

所述液体粘合剂为液态环氧树脂粘合剂、液态聚氨酯粘合剂、液态不饱和聚酯树脂粘合剂或液态酚醛树脂粘合剂。

所述溶剂A为有机溶剂或水，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙酸甲酯或乙酸乙酯。

所述高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯或聚乙烯；所述溶剂B为N-N二甲基吡咯烷酮（NMP）、N-N二甲基乙酰胺（DMAC）、N-N二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃或丁酮；所述非溶剂为乙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚氧乙烯与聚氧丙稀的嵌段共聚物；所述添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、二氧化硅、氯化锂、氯化钠、氯化钙或硝酸锂。

所述浅槽的高度为2~100mm。

所述细微纤维的直径为0.01~0.1mm，长度为1~200mm。

所述颗粒物质的粒径为0.01~1mm。

所述浇浆层E1~E8中至少含有一种吸附性颗粒和离子交换树脂。

本发明可以达到高效分离的目的，过滤介质具有高孔隙率和均匀的孔径分布，具备所需的抗压性能；本发明所采用的材料具有选择性吸附、离子交换和膜过滤等功能，能够有效地去除悬浮物、有害离子、溶解性有害物质，达到高效的分离效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的材料是纤维、固体颗粒和纳米材料等，这些有机和无机材料得以加工成型制得带有孔隙的过滤介质。孔隙的形成是通过纤维或者颗粒堆积所产生的，赋予过滤介质很高的孔隙率和吸附表面积和选择性吸附分离功能。可以按照不同的配方制成含有不同固体的混合物，其中含纤维多、颗粒直径大的混合物制成较大孔径介质；相反，当混合物含有较少纤维和较小颗粒时制得孔径较小的过滤介质。

离子交换机理是通过离子交换树脂去除液体中的阳离子和阴离子。本发明是通过加入离子交换树脂，赋予过滤介质分离有害离子的功能。

本发明所述的高效过滤介质采用的另外一种材料为膜材料，所采用的膜为微孔过滤膜或超过滤膜，膜材料可以是无机膜或有机高分子合成膜。无机膜可以是金属膜和陶瓷膜。高分子合成膜可以是聚砜膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚烯烃膜、聚醋酸纤维膜、聚酯膜、聚酰胺膜等。而本发明所用的膜不完全局限于上述所述的几类膜，任何多孔膜都可以用于本发明所述的过滤器的一部分。膜材料具有优良的截留效果，赋予过滤介质精确分离微小粒子和分子的功能。它可以和纤维材料和颗粒形成所需的过滤介质。

为了达到高效的分离目的，过滤器的过滤介质必须达到高孔隙率和均匀的孔径分布，还必须具备所需的抗压性能。为了达到高效的分离效果，本发明所采用的材料制备具有选择性吸附、离子交换和膜过滤多功能的高效过滤介质，能够有效地去除悬浮物、有害离子、溶解性有害物质。

实施例一：一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将25g直径为0.1mm、长度为10mm的聚酯纤维和95g粒径为0.01mm的阳离子交换树脂充分混合，然后加入10g液态环氧树脂粘合剂，在25℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物；

（2）将10g的聚砜、24g的N-N二甲基乙酰胺、0.01g氯化锂1.3g水、加入溶解釜中，在40℃下混合24小时制得膜液；

（3）将步骤（2）得到的膜液加入步骤（1）得到的混合物中，膜液的质量百分数为10%，余量为混合物，制得浇浆；

（4）将浇浆倒入浅槽中，用刮刀将浇浆刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，所述浇浆层E1的厚度为1毫米，浇浆层E1的孔径为100nm；将浅槽置于水中浸泡2分钟，使浇浆中的膜液凝固；所述浅槽的表面敞开，浅槽的底部封闭，并通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆中的水从浅槽底部的金属管排走；所述真空度为1KPa，抽真空的时间为0.5小时；

（5）重复步骤（1）~（4）的操作，将2g直径为0. 01mm、长度为10mm的聚酯纤维和10g粒径为0.1mm的活性炭充分混合，然后加入5g液态聚氨酯粘合剂，10g乙酸乙酯，在15℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物；将得到的混合物倒入浅槽中的浇浆层E1之上，用刮刀将浇浆刮平，在浅槽中形成浇浆层E2，所述浇浆层E2的厚度为2mm，浇浆层E2的孔径为200nm；再用真空泵将浇浆中的溶剂从浇槽底部的金属管排走，所述真空度为10KPa，抽真空的时间为1小时；

（6）将浅槽放入烘箱中进行烘干，以除去剩余的水并使液体粘合剂固化，烘箱温度为60℃，固化时间为12小时；烘干后从浅槽中脱出固化后的固体，即得到所述的过滤介质；所述过滤介质的孔径从上往下逐渐由大变小，含有吸附、分离与阳离子交换效能的过滤介质，然后切割成所需的形状以制得所需的过滤器；对水中的溶解性有机物、氯化物等有毒物质、有害金属离子和微生物有较好的过滤效果。

实施例二：一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将60g直径为0.04mm、长度为20mm的玻璃纤维和90g粒径为0.2mm的硅藻土充分混合，然后加入30g液态环氧树脂粘合剂，35g水，在60℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物1；

（2）将55g直径为0.02mm、长度为10mm的尼龙纤维和85g粒径为0.06mm的改性海泡石充分混合，然后加入25g液态环氧树脂粘合剂、30g水，在55℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物2；

（3）将50g直径为0.02mm、长度为8mm的碳纤维和80g粒径为0.08mm的阳离子交换树脂充分混合，然后加入20g液态酚醛树脂粘合剂、25g甲醇，在50℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物3；

（4）将50g直径为0.02mm、长度为8mm的聚丙烯纤维和80g粒径为0.08mm的阴离子交换树脂充分混合，然后加入20g液态酚醛树脂粘合剂、25g甲醇，在50℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物4；

（5）将55g直径为0.02mm、长度为8mm的聚酯纤维和85g粒径为0.04mm的改性海泡石充分混合，然后加入25g液态环氧树脂粘合剂，在55℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物5；

（6）将30g聚醚砜、80gN-N二甲基吡咯烷酮、3g聚乙烯吡咯烷酮、10g平均分子量为200的聚乙二醇在溶解釜中混合，混合温度为40℃，混合时间为48小时，制得膜液；

（7）将步骤（5）得到的混合物加入步骤（6）得到的膜液中，膜液的质量百分数为80%，余量为混合物，制得浇浆；

（8）将步骤（1）~步骤（6）得到的混合物1~混合物5和步骤（7）得到的浇浆依次分别倒入浅槽中用刮刀刮平；将浅槽置于水中浸泡2分钟，使浇浆中的膜液凝固；所述浅槽的表面敞开，浅槽的底部封闭，并通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆中的溶剂和水从浅槽底部的金属管排走；所述真空度为90KPa，抽真空的时间为4小时；

（9）将浅槽放入烘箱中进行烘干，使液体粘合剂固化，烘箱温度为60℃，固化时间为40小时；烘干后从浅槽中脱出固化后的固体，即得到所述的过滤介质，孔径由混合物1为2000nm依次减小到上层浇浆层孔径为40nm。含有吸附、分离与阳离子交换效能的过滤介质，然后切割成所需的形状以制得所需的过滤器；对水中的溶解性有机物、氯化物等有毒物质、有害金属离子和微生物有较好的过滤效果。

实施例三：一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将60g直径为0.2mm、长度为20mm的铜丝和90g粒径为0.2mm的硅藻土充分混合，然后加入30g液态环氧树脂粘合剂，35g水，在60℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物1；

（4）将50g直径为0.02mm、长度为8mm的聚乙烯纤维和80g粒径为0.08mm的阴离子交换树脂充分混合，然后加入20g液态酚醛树脂粘合剂、25g甲醇，在50℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物4；

（5）将55g直径为0.02mm、长度为8mm的聚酯纤维和85g粒径为0.04mm的沸石充分混合，然后加入25g液态环氧树脂粘合剂，在55℃的温度条件下混合均匀，制得用于浇铸过滤介质的混合物5；

（6）将30g聚偏氟乙烯、80g N-N二甲基甲酰胺、3g聚乙烯吡咯烷酮、10g平均分子量为400的聚乙二醇、10g纳米二氧化钛在溶解釜中混合，混合温度为60℃，混合时间为48小时，制得膜液；

（7）将步骤（5）得到的混合物加入步骤（6）得到的膜液中，膜液的质量百分数为70%，余量为混合物，制得浇浆；

（9）将浅槽放入烘箱中进行烘干，使液体粘合剂固化，烘箱温度为60℃，固化时间为40小时；烘干后从浅槽中脱出固化后的固体，即得到所述的过滤介质，孔径由混合物1为2000nm依次减小到上层浇浆层孔径为40nm。含有吸附、分离与阳离子交换效能的过滤介质，然后切割成所需的形状以制得所需的过滤器；对水中的溶解性有机物、氯化物等有毒物质、有害金属离子、微生物和砷化合物有较好的过滤效果。

Claims

1.一种具有吸附离子交换和膜过滤功能的高效过滤介质的制备方法，其特征是，组份比例按重量份数计，包括以下工艺步骤：

（2）将10~30份高分子聚合物、20~86份溶剂B、0~70份非溶剂、0~25份添加剂在溶解釜中混合，混合温度为10~80℃，混合时间为4~48小时，制得膜液；其中的非溶剂和添加剂是加入量不包括0；所述非溶剂为乙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯或聚氧乙烯与聚氧丙稀的嵌段共聚物；

（3）将步骤（2）得到的膜液加入步骤（1）得到的混合物中，膜液的质量百分数为0~90%，其中膜液的加入量不包括0，余量为混合物，制得浇浆；

（4）将浇浆倒入浅槽中，用刮刀将浇浆刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，所述浇浆层E1的厚度为0.1~10毫米，浇浆层E1的孔径为20~100nm；将浅槽置于水中浸泡1分钟~4小时；所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆中的溶剂A或水从浅槽底部的金属管排走，真空度为1~90KPa，抽真空的时间为0.5~4小时；

（5）重复步骤（1）~（4），重复次数为i次，i为1~7的整数，依次得到浇浆层E2~E8，所述浇浆层E1~E8从下往上依次分布，浇浆层E8的颗粒粒径为1~500μm，浇浆层E8的孔径为0.5~100μm，浇浆层E1的颗粒粒径为1~500μm，孔径为20~100nm，浇浆层E1~E8的孔径在20nm~100μm之间呈梯度依次递增；所述浇浆层E1~E8中至少一层浇浆层中含有吸附性颗粒，至少一层浇浆层中含有离子交换树脂，至少一层浇浆层中含有膜液；

2.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述细微纤维为植物及生物纤维、高分子合成纤维、无机纤维或金属丝；所述植物及生物纤维为纸浆纤维、棉纤维、麻纤维或蚕丝纤维；所述高分子合成纤维为聚酯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯纤维或聚丙烯纤维；所述无机纤维为石棉、玻璃纤维或碳纤维；所述金属丝为铜丝、铁丝或不锈钢丝。

3.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述吸附性颗粒为活性炭、硅藻土、改性海泡石、膨润土、多孔硅胶、沸石、活性氧化铝、凹凸棒土、蒙脱石或壳聚糖；所述离子交换树脂为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂；所述无机纳米材料为纳米碳材料、纳米二氧化钛、纳米氧化亚铜、纳米金属银或纳米氧化镁。

4.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述液体粘合剂为液态环氧树脂粘合剂、液态聚氨酯粘合剂、液态不饱和聚酯树脂粘合剂或液态酚醛树脂粘合剂。

5.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述溶剂A为有机溶剂或水，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙酸甲酯或乙酸乙酯。

6.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯或聚乙烯；所述溶剂B为N-N二甲基吡咯烷酮（NMP）、N-N二甲基乙酰胺（DMAC）、N-N二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃或丁酮；所述添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、二氧化硅、氯化锂、氯化钠、氯化钙或硝酸锂。

7.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述浅槽的高度为2~100mm。

8.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述细微纤维的直径为0.01~0.1mm，长度为1~200mm。

9.如权利要求1所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述颗粒物质的粒径为0.01~1mm。

10.如权利要求3所述的过滤介质的制备方法，其特征是：所述纳米金属银为负载型纳米金属银。