CN103480204A - 一种梯度式多重结构的烧结炭棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯度式多重结构的烧结炭棒及其制备方法，所述的多重结构为两层或三层结构，所述的烧结炭棒的过滤孔孔径由外层向内层呈梯度变化，即外层的过滤孔孔径大于内层的过滤孔孔径。本发明的梯度式多重结构的烧结炭棒，具有在同一支炭棒内可设计出多层次不同配方之优点，且纳污容尘量较高，可以有效减少水中异物颗粒之阻塞，延长炭棒的使用寿命。

Description

一种梯度式多重结构的烧结炭棒及其制备方法

技术领域

本发明属于滤芯材料制备领域，具体涉及一种梯度式多重结构的烧结炭棒及其制备方法。

背景技术

炭棒是饮用水净化器的一个非常关键且重要的滤材。炭棒的形成方法可分挤出工艺与烧结工艺两种。烧结法的工艺较复杂，产速较慢，但功能性质量比挤出法佳。因此，饮用水源受污染较大，或自来水厂净化技术较不先进的地区，特别需要采用烧结制出的炭棒做为净水器的核心单元。目前市场上所出售的烧结炭棒几乎都是单层结构，很难实现在同一支炭棒上拥有可设计出不同功能的灵活性。况且炭棒的过滤精度与其水通量或受阻塞时间是互相矛盾的关系。即炭棒的烧结孔径越小，拦截水中异物杂质的能力越佳，但却越容易受阻塞，工作寿命越短。如何能使进水的大颗粒的杂质被挡住在炭棒外层，水继续穿过炭棒，让小颗粒杂质被吸附在炭棒层内，只剩下干净的出水供饮用被过滤排出则是一个较挑战的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度式多重结构的烧结炭棒及其制备方法，该梯度式多重结构的烧结炭棒，具有在同一支炭棒内可设计出多层次不同配方之优点，且纳污容尘量较高，可以有效减少水中异物颗粒之阻塞，延长炭棒的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种梯度式多重结构的烧结炭棒的多重结构为两层或三层结构，所述的烧结炭棒的过滤孔孔径由外层向内层呈梯度变化，即外层的过滤孔孔径大于内层的过滤孔孔径。

三层结构的烧结炭棒的各层原料组分及质量百分比为：

外层：40~100目活性炭粉40~85%；黏结剂15~40%；改质剂0~20%；

中间层：80~200目活性炭粉40~85%；黏结剂15~40%；改质剂0~20%；

内层：160~500目活性炭粉40~85%；黏结剂15~40%；改质剂0~20%。

所述的活性炭粉是椰壳质、煤质、木质中的一种或几种的混合物；所述的黏结剂是LDPE、HDPE、LLDPE、EVA、PP或超高分子量聚乙烯；所述的改质剂是沸石粉、分子筛、除重金属离子筛、硅藻土、抗菌剂、水质软化剂中的一种。

制备如上所述的梯度式多重结构的烧结炭棒的方法包括以下步骤：

（1）将各层配方料秤取后分别在低速混拌机内混合10~30分钟，然后分别注入加料漏斗之各层，并充填至模具内；

（2）启动模具下方的振动器3~5分钟使配料均匀；然后抽出加料漏斗，并在模具上方锁上塞头式端盖；

（3）将模具移入烧结炉内，180~300℃烧结25-60min；然后取出模具，以冷风或冷水冷却之；最后打开塞头端盖，并顶出已成形的梯度式多重结构的烧结炭棒。

制作如上所述的梯度式多重结构炭棒的制备模具包括有漏斗加料器和套在漏斗加料器下部的底模，所述底模包括有柱形外筒体和设在柱形外筒体中心轴线上的中柱；所述漏斗加料器包括有漏斗状外筒体和设在漏斗状外筒体体内的一层以上的漏斗状内筒体，所述漏斗状外筒体可伸入柱形外筒体内缘内，所述漏斗状内筒体下部延伸至柱形外筒体的筒底，所述中柱伸入至漏斗状内筒体的中心部。所述漏斗状外筒体内设有两层的漏斗状内筒体，所述该两层漏斗状内筒体的下部均延伸至柱形外筒体的筒底。

本发明的显着优点在于：本发明解决了配方及结构功能性单一，而且能做到精细过滤但又不易阻塞的困难。采用一种多夹层(三层或两层)的漏斗式加料器，置于炭棒模具的进料口。它能使不同粒度的炭粉配方料，进入不同夹层，结果在同一支炭棒模具内能够实现多层次结构，多重配方之可能。由于炭棒最外层之烧结孔径最大，中间层之烧结孔径次之，最内层之烧结孔径最小，因此形成一个过滤孔由外层向内层呈梯度变化的特殊结构，非常有利于水中之大、中、小颗粒杂质依序被炭棒之三层结构逐次拦截并吸附。此种梯度式多层结构的炭棒可以使过滤与堵塞两种矛盾性得到最佳平衡，并且发挥所需要的特定功能。如此可因应不同地区水质之特性而设计出最符合该地区适用的多层多功能型烧结炭棒。

附图说明

图1是本发明梯度式多重结构的烧结炭棒的构造示意图；

图2是本发明制备模具的构造示意图。

具体实施方式

以下透过两种对照例与实施例来说明本发明之制备工艺与优点。

本发明中所测试之过滤精度乃采用美国ChemTrac公司PC-2400D型号过滤颗粒通过分析仪所测得的过滤效率。

所述纳污容尘量是指将制备好的泥浆水（每升所含粉尘数量固定）按每分钟固定的流速加入到滤心测试产品中，记录滤芯流量降到初始流量1/4时所用掉的泥浆水的量，推算出所使用掉的泥浆水的粉尘量，这个粉尘量即为滤芯的纳污值（容尘量）；容尘量越大表示炭棒之容尘纳污能力较高，亦即炭棒不易堵塞。

对照例1

制备一种单层结构的通用型烧结活性炭棒

步骤一：秤取中等颗粒的活性炭棒配方380克，其组成为：

中等粒径活性炭粉(粒径120目~160目) …82%

黏结剂(HDPE) …18%

步骤二：上述配方料混合均匀后，注入金属质炭棒模具内，振荡3~5分钟，然后上方锁上塞头式金属端盖。

步骤三：将模具移入烧结炉内，设定炉温260，烧结40分钟后将模具移出炉外，以冷风或冷水将之冷却。然后打开塞头端盖，顶出已成形的炭棒。

所得之炭棒，测其公称精度为5micron，孔径分布在2~5micron，范围内约占86%。测其纳污容尘量为44克。

实施例1

制备一种梯度式三层结构的高容尘(高纳污)型烧结炭棒

步骤一：首先秤取120克的粗孔径炭棒配方料，其组成为：

粗颗粒活性炭粉(粒径40目~80目) …82%

黏结剂(HDPE) …18%

此为A层配方料

步骤二：秤取180克之中孔径炭棒配方料，其组成为：

中颗粒活性炭粉(粒径120目~160目) …82%

黏结剂(HDPE) …18%

此为B(中间层)配方料

步骤三：首先秤取80克的细孔径炭棒配方料，其组成为：

细颗粒活性炭粉(粒径160目~250目) …82%

黏结剂(HDPE) …18%

此为C层配方料

步骤四：将上述A、B、C三种配方配方料各别注入已插在炭棒模具内的三夹层式漏斗。振荡约3~5分钟使之均匀。然后抽出漏斗，并在模具上端锁上塞头顶盖。

步骤五：将模具移入烧结炉内，设定炉温260，烧结40分钟后将模具移出炉外，以冷风或冷水将之冷却。然后打开塞头端盖，顶出已成形的炭棒。

所得之炭棒，其(公称)过滤精度为5micron，孔径分布在2~5micron范围内约占88%。测其纳污容尘量为56克。与对照例1相比，容尘量提高27.27%。

对照例2

制备一种单层结构的抗菌型烧结活性炭棒

步骤一：秤取400克之抗菌型活性炭棒配方料，其组成为：

活性炭粉(粒径80目~160目)…74%

黏结剂(HDPE) …20%

载银羟基磷灰石粉…6%

步骤二：上述配方料混合均匀后，注入金属质炭棒模具内，振荡3~5分钟，使之均匀，然后上方锁上塞头式金属端盖。

步骤三：将模具移入烧结炉内，设定炉温为270，烧结40分钟后将模具移出炉外，以冷风或冷水将之冷却。然后打开塞头端盖，顶出已成形的炭棒。

所得之炭棒在自来水中浸泡48小时候，依GB/T 5750.12方法测水中菌落群数为零。依据GB/T 5750.6法测得浸泡后过滤水之银离子析出量为0.08mg/L。

实施例2

制备一种梯度式两层结构的抗菌型烧结炭棒

步骤一：首先秤取180克之含抗菌剂炭棒配方料，其组成为：

活性炭粉(粒径80目~160目) …66.67%

黏结剂(HDPE) …20%

载银羟基磷灰石粉…13.33%

此为A(外层)配方料

步骤二：秤取220克之炭棒配方料，其组成为：

活性炭粉(粒径120目~250目) …80%

黏结剂(HDPE) …20%

此为B(内层)配方料

步骤三：上述A与B配方料各自用卧式混合机低速搅拌10分钟，将双夹层式漏斗填料器插入炭棒模具内。然后将上述A、B两种配方料分别经双层漏斗注入模具内。振荡3~5分钟使配方料均匀。插入漏斗并在模具上方锁上塞头顶盖。

步骤四：将模具移入烧结炉内，设定炉温270，烧结40分钟后将模具移出炉外，以冷风或冷水将之冷却。然后打开塞头端盖顶出已成形的炭棒。

所得之炭棒，在自来水中浸泡48小时候，依GB/T 5750.12方法测水中菌落群数为零。依据GB/T 5750.6法测得浸泡后过滤水之银离子析出量为0.02mg/L。

与对照例2相比，本实施例浸泡自来水中48小时候，其银离子析出量相对少很多。原因可能是A层中被水析出的银离子，释放后被B层料所吸收。由此可见本实施例的双层抗菌炭棒比单层式抗菌炭棒，功能(抗菌性)相同，但安全性提升很高。

本发明多重结构烧结炭棒的制备模具，包括有漏斗加料器3和套在漏斗加料器下部的底模4，所述底模4包括有柱形外筒体401和设在柱形外筒体中心轴线上的中柱402；所述漏斗加料器3包括有漏斗状外筒体301和设在漏斗状外筒体体内的一层以上的漏斗状内筒体302，所述漏斗状外筒体可伸入柱形外筒体401内缘内，所述漏斗状内筒体302下部303延伸至柱形外筒体的筒底403，所述中柱402伸入至漏斗状内筒体的中心部。

如图2所示，为了实现制作具有三层结构的炭棒，上述漏斗状外筒体内设有两层的漏斗状内筒体302，所述该两层漏斗状内筒体302的下部均延伸至柱形外筒体的筒底403。

使用该模具制作多重结构烧结炭棒的过程：在底模中套入漏斗加料器，使漏斗状内筒体的下部底端伸至柱形外筒体的内底端，同时中柱也伸入到漏斗状内筒体体内，开始往漏斗状外筒体与漏斗状内筒体之间的夹层中、漏斗状内筒体与中柱之间灌入不同的炭棒层配方料，振荡几分钟使之均匀即完成模具的灌料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种梯度式多重结构的烧结炭棒，其特征在于：所述的多重结构为两层或三层结构，所述的烧结炭棒的过滤孔孔径由外层向内层呈梯度变化，即外层的过滤孔孔径大于内层的过滤孔孔径。

2.根据权利要求1所述的梯度式多重结构的烧结炭棒，其特征在于：三层结构的烧结炭棒的各层原料组分及质量百分比为：

外层：40~100目活性炭粉40~85%，黏结剂15~40%，改质剂0~20%；

中间层：80~200目活性炭粉40~85%，黏结剂15~40%，改质剂0~20%；

内层：160~500目活性炭粉40~85%，黏结剂15~40%，改质剂0~20%。

3.根据权利要求2所述的梯度式多重结构的烧结炭棒，其特征在于：所述的活性炭粉是椰壳质、煤质、木质中的一种或几种的混合物；所述的黏结剂是LDPE、HDPE、LLDPE、EVA、PP或超高分子量聚乙烯；所述的改质剂是沸石粉、分子筛、除重金属离子筛、硅藻土、抗菌剂、水质软化剂中的一种。

4.一种制备如权利要求1或2所述的梯度式多重结构的烧结炭棒的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将各层配方料秤取后分别在低速混拌机内混合10~30分钟，然后分别注入加料漏斗之各层，并充填至模具内；

（2）启动模具下方的振动器3~5分钟使配料均匀；然后抽出加料漏斗，并在模具上方锁上塞头式端盖；

（3）将模具移入烧结炉内，180~300℃烧结25-60min；然后取出模具，以冷风或冷水冷却之；最后打开塞头端盖，并顶出已成形的梯度式多重结构的烧结炭棒。

5.一种制作如权利要求1所述的梯度式多重结构的烧结炭棒的制备模具，其特征在于：包括有漏斗加料器和套在漏斗加料器下部的底模，所述底模包括有柱形外筒体和设在柱形外筒体中心轴线上的中柱；所述漏斗加料器包括有漏斗状外筒体和设在漏斗状外筒体体内的一层以上的漏斗状内筒体，所述漏斗状外筒体可伸入柱形外筒体内缘内，所述漏斗状内筒体下部延伸至柱形外筒体的筒底，所述中柱伸入至漏斗状内筒体的中心部。

6.根据权利要求5所述的梯度式多重结构的烧结炭棒的制备模具，其特征在于：所述漏斗状外筒体内设有两层的漏斗状内筒体，所述该两层漏斗状内筒体的下部均延伸至柱形外筒体的筒底。

Images