CN106423090A - 高效去除硝酸盐的制水器用滤芯 - Google Patents

高效去除硝酸盐的制水器用滤芯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，包括下列重量份组成：UHMWPE:50~100份，交联剂：0.5~3份，改性活性炭：250~300份，抗氧剂：1~2份，润滑剂：0.5~2份，将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。通过本发明制得的滤芯，具有良好的吸收硝酸盐的效果。

Description

高效去除硝酸盐的制水器用滤芯
技术领域
本发明涉及一种过滤装置，更具体的说是涉及一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯。
背景技术
水，无所不在的存在于空气中，根据水分子的特性，从空气中得到水并不难，难的是高效率和节能环保，并且还要克服缺水地区的恶劣自然环境，在此以前有过很多从空气中取水的发明，但都是有各种各样不足和缺陷，所以很难被广泛的采用和推广，随着我国社会经济的不断进步，人们对水资源的需求越来越大，由于我国的国土辽阔，并且水资源分布极不均匀，所以我国是水资源匮乏的国家，在我国西部地区极度缺水的地区，人们都是用地下水来维持基本的生活，但是地下水中含的矿物质较多，所以产生的水垢较多，不利于人体的健康，特别是在地下水都缺乏的地区，人们需要用运输工具来运输水来维持基本的生活。
现有技术中，专利号为CN201520928851.2的中国专利公开了一种造水机，所述造水机包括：箱体，在所述箱体的底板上设置有压缩机，在所述底板上还设置有水箱，在所述底板上还设置有水泵及第一过滤器；在第三侧板上设置有送风装置，在所述送风装置上设置有冷凝器和蒸发器；在所述第三侧板上设置有紫外线杀菌装置、控制电路板及至少一第二过滤器；在所述出水机构中设置有用于检测出水机构中水压的压力检测器；在所述箱体的顶板上设置有出水机构；打开出水机构时，控制电路板控制水泵开始工作，水泵将水箱中的水抽出并输送给第一过滤器，经第一过滤器过滤后再输送给第二过滤器进行过滤，再经紫外线杀菌装置杀菌后，从出水机构中流出，从而达到了便捷出水及出水自动化的目的，水质高。
现有技术中的制水器都会用到滤芯，滤芯基本上是通过多孔材料进行过滤，但是现有技术中的除硝酸盐效果不佳。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：。
一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，包括下列重量份组成：
UHMWPE:50~100份
交联剂：0.5~3份
改性活性炭：250~300份
抗氧剂：1~2份
润滑剂：0.5~2份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
作为本发明的进一步改进：所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
作为本发明的进一步改进：所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
作为本发明的进一步改进：所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
作为本发明的进一步改进：所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
本发明以UHMWPE为基料，UHMWPE（超高分子量聚乙烯）是一种分子具有线型结构的综合性能优异能的热塑性工程塑料，分子量高达150万以上。密度小，具有很好的耐磨性、自润滑性、抗冲击性、耐腐蚀性等等。
同时混入大量的改性活性炭与UHMWPE混合，之后加入交联剂使得活性炭与UHMWPE发生交联，通过烧结，就能够形成三维网状结构，这就形成了一个多孔材料，同时在烧结过程中加入抗氧剂和润滑剂。加入抗氧剂是为了提高整个滤芯的抗氧化性能，在烧结过程中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温。温度相对较高，抗氧剂能够有效防止材料在高温下发生氧化。另外，加入润滑剂，能够提高改性活性炭与UHMWPE之间的流动性，使得改性活性炭与UHMWPE的混合更加均匀，这样就能够保证材料整体的稳定性。
而改性活性炭上，首先通过浓硫酸氧化，使得椰壳活性炭本身被氧化为氧化活性炭，之后通过甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷的复配使用，
进行改性，一方面甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷能够连接在被氧化的椰壳活性炭上，这样就能在烧结后，提高活性炭与UHMWPE之间的表面积，保证滤芯的在使用过程中能够发挥最大过滤效果。另一方面，经过改性之后的活性炭具有甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷表面的活性基团，能够与UHMWPE之间形成稳定的结构，这样就进一步保证了活性炭与UHMWPE之间连接的稳定性。特别是当甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷复配使用，同时在长时间使用过程中，依然能够起到较好的出去硝酸盐的效果，保证了整体滤芯的长效性。
在交联剂的选用上，选用4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯，在烧结过程中，4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯能够与UHMWPE形成网状结构的同时，还能够起到与改性活性炭表面的二氨基-双(叔丁氧基)-硅烷形成的活性基团发生反应，形成更加稳点的结构，同时保证了整体滤芯材料的表面积，这样就可以形成一个由改性活性炭与UHMWPE形成的三维网状结构，保证了改性活性炭与UHMWPE的结构稳定。特别是4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯还能够进一步提高吸附硝酸盐的性能，同时与改性活性炭结合力更强。
在抗氧剂的选择上选用2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，由于2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚上具有苯酚基团的存在，与交联剂中的过氧化二异丙苯具有较好的相容性，这样使得抗氧剂上的抗氧基团能够更加稳定地与整体材料发生结合，不易发生脱落。
在润滑剂的选择上，选用2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物，通过2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷的加入，能够与整体材料中的抗氧剂具有较好的相容性，能够带动抗氧剂分布到整体结构，而3-羟基十七烷酸甲酯对于改性活性炭具有较好的分散效果，使得改性活性炭与UHMWPE能够具有较好的相对流动性，使得混合更加均匀。聚甲基氢硅氧烷能够对整体的各组分之间的流动性起到一个调节作用。
具体实施方式
下面将所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
实施例一：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:50份
交联剂：1.5份
改性活性炭：300份
抗氧剂：1.5份
润滑剂：0.5份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
实施例二：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:70份
交联剂：3份
改性活性炭：270份
抗氧剂：1份
润滑剂：1份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
实施例三：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:100份
交联剂：0.5份
改性活性炭：250份
抗氧剂：2份
润滑剂：2份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
对比例一：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:100份
椰壳活性炭：250份
抗氧剂：2份
润滑剂：2份
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述聚醚改性三硅氧烷、二十六烷酸、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
对比例二
包括下列重量份组成：
UHMWPE:100份
交联剂：0.5份
椰壳活性炭：250份
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
对比例三：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:100份
交联剂：0.5份
改性活性炭：250份
抗氧剂：2份
润滑剂：2份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
对比例四：
包括下列重量份组成：
UHMWPE:100份
交联剂：0.5份
改性活性炭：250份
抗氧剂：2份
润滑剂：2份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭。
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
检测方法：配置浓度为50mg/L的硝酸钠水溶液，之后将上述水溶液经过实施例以及对比例制成的滤芯后，通过分光光度法检测过滤后溶液的硝酸钠浓度。
同时检测经过10次、50次、100次使用后，经过滤芯后硝酸钠水溶液中硝酸钠的浓度。
表一：经过对比例和实施例制成的滤芯后，硝酸盐的含量，单位：mg/L
初始 首次过滤 10次过滤 50次过滤 100次过滤
实施例一 50 0.6 0.8 1.2 2.1
实施例二 50 0.7 0.9 1.5 2.5
实施例三 50 0.7 0.9 1.4 2.4
对比例一 50 7.1 11.5 15.6 22.3
对比例二 50 8.9 15.1 18.3 24.1
对比例三 50 7.5 13.2 17.5 21.8
对比例四 50 2.3 5.2 9.8 13.5
对比例五 50 3.5 5.3 10.2 16.8
本发明以UHMWPE为基料，UHMWPE（超高分子量聚乙烯）是一种分子具有线型结构的综合性能优异能的热塑性工程塑料，分子量高达150万以上。密度小，具有很好的耐磨性、自润滑性、抗冲击性、耐腐蚀性等等。
同时混入大量的改性活性炭与UHMWPE混合，之后加入交联剂使得活性炭与UHMWPE发生交联，通过烧结，就能够形成三维网状结构，这就形成了一个多孔材料，同时在烧结过程中加入抗氧剂和润滑剂。加入抗氧剂是为了提高整个滤芯的抗氧化性能，在烧结过程中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温。温度相对较高，抗氧剂能够有效防止材料在高温下发生氧化。另外，加入润滑剂，能够提高改性活性炭与UHMWPE之间的流动性，使得改性活性炭与UHMWPE的混合更加均匀，这样就能够保证材料整体的稳定性。
而改性活性炭上，首先通过浓硫酸氧化，使得椰壳活性炭本身被氧化为氧化活性炭，之后通过甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷的复配使用，
进行改性，一方面甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷能够连接在被氧化的椰壳活性炭上，这样就能在烧结后，提高活性炭与UHMWPE之间的表面积，保证滤芯的在使用过程中能够发挥最大过滤效果。另一方面，经过改性之后的活性炭具有甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷表面的活性基团，能够与UHMWPE之间形成稳定的结构，这样就进一步保证了活性炭与UHMWPE之间连接的稳定性。特别是当甲基三乙酰氧基硅烷与二甲基二乙酰氧基硅烷复配使用，同时在长时间使用过程中，依然能够起到较好的出去硝酸盐的效果，保证了整体滤芯的长效性。
在交联剂的选用上，选用4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯，在烧结过程中，4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯能够与UHMWPE形成网状结构的同时，还能够起到与改性活性炭表面的二氨基-双(叔丁氧基)-硅烷形成的活性基团发生反应，形成更加稳点的结构，同时保证了整体滤芯材料的表面积，这样就可以形成一个由改性活性炭与UHMWPE形成的三维网状结构，保证了改性活性炭与UHMWPE的结构稳定。特别是4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯还能够进一步提高吸附硝酸盐的性能，同时与改性活性炭结合力更强。
在抗氧剂的选择上选用2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，由于2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚上具有苯酚基团的存在，与交联剂中的过氧化二异丙苯具有较好的相容性，这样使得抗氧剂上的抗氧基团能够更加稳定地与整体材料发生结合，不易发生脱落。
在润滑剂的选择上，选用2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物，通过2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷的加入，能够与整体材料中的抗氧剂具有较好的相容性，能够带动抗氧剂分布到整体结构，而3-羟基十七烷酸甲酯对于改性活性炭具有较好的分散效果，使得改性活性炭与UHMWPE能够具有较好的相对流动性，使得混合更加均匀。聚甲基氢硅氧烷能够对整体的各组分之间的流动性起到一个调节作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，其特征在于：包括下列重量份组成：
UHMWPE:50~100份
交联剂：0.5~3份
改性活性炭：250~300份
抗氧剂：1~2份
润滑剂：0.5~2份
所述改性活性炭通过下述步骤制成：
将椰壳活性炭浸渍在1mol/L的浓硫酸溶液中氧化，得到氧化活性炭，将氧化活性炭浸入到0.5g/L的甲基三乙酰氧基硅烷以及0.5g/L的二甲基二乙酰氧基硅烷中进行改性，得到改性活性炭；
将上述原料充分混合后，加入到模具中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升温至150℃，保温10min，之后以15℃/min的降温速度降温至室温，得到滤芯。
2.根据权利要求1所述的一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，其特征在于：
所述交联剂为4-甲基-2-硝苯基异硫氰酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，其特征在于：
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
4.根据权利要求3所述的一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，其特征在于：
所述润滑剂为2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种高效去除硝酸盐的制水器用滤芯，其特征在于：
所述2,4,6-三甲基-2,4,6-三苯基环三硅氧烷、3-羟基十七烷酸甲酯、聚甲基氢硅氧烷质量比为1:1:1。
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