CN107175075A - 一种复合活性炭滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合活性炭滤芯，按重量份数计，包括活性炭纤维布3～6份、木质碳3～9份、椰壳活性炭25～32份和亚克力胶2～3份。本发明提供的复合活性炭滤芯中各种碳材料之间吸附能力优势互补，大大提高了吸附效率，延长了有效使用时间。与普通活性炭滤芯相比，吸附比表面积较大，结构更密实，孔隙更发达、强度更高；还不易破碎、粉尘较少，吸附效果比普通活性炭滤芯高出10倍，比颗粒活性炭吸附效果高出25倍，净化出来的水口感更纯净。

Description

一种复合活性炭滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及水质净化技术领域，具体涉及一种复合活性炭滤芯及其制备方法。
背景技术
活性炭纤维拥有发达的比表面积和窄的孔径分布，具有吸附水中的异色、异味和余氯等功能，且去除效果较好，故而广泛应用于食品、医药、化工、环保等众多领域的水质处理过程中。
但是，普通活性炭纤维易饱和、强度差、粉尘多，而且吸附能力会随使用时间而递减，导致出水水质不均匀；使用短时间之后即失去吸附功能，需要经常更换，造价昂贵。同时，由于国内原水水质不同，杂质成份相差较大，单纯的活性炭纤维没有办法进行长时间且彻底地吸附，致使其应用范围受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合活性炭滤芯及其制备方法，本发明提供的复合活性炭滤芯吸附效率高、有效使用时间长。
本发明提供了一种复合活性炭滤芯，按重量份数计，包括以下组分：
活性炭纤维布3～6份；
木质碳3～9份；
椰壳活性炭25～32份；
亚克力胶2～3份。
优选的，按重量份数计，包括以下组分：
活性炭纤维布4～5份；
木质碳5～7份；
椰壳活性炭27～30份；
亚克力胶2.3～2.7份。
优选的，所述活性炭纤维布的纤维长度为0.5～1mm。
优选的，所述复合活性炭滤芯的组分还包括抗菌剂5～8份。
本发明提供了上述技术方案所述复合活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将复合活性炭滤芯包含的各组分和水混合，得到混合物料；
(2)在负压条件下，将所述步骤(1)中的混合物料进行成型处理，得到成型滤芯；
(3)将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理，得到脱水滤芯；
(4)将所述步骤(3)中的脱水滤芯进行定型处理，得到复合活性炭滤芯。
优选的，所述步骤(2)中成型处理的负压为0.09～0.10Mpa；所述成型处理的时间为2～3s。
优选的，所述步骤(3)中脱水处理的时间为8～12s。
优选的，所述步骤(4)中定型处理的时间为10～14s。
优选的，所述定型处理后还包括：
将所述定型处理后得到的定型滤芯进行干燥，得到复合活性炭滤芯。
优选的，所述干燥的温度为120～130℃；所述干燥的时间为10～20h。
本发明提供了一种复合活性炭滤芯，按重量份数计，包括活性炭纤维布3～6份、木质碳3～9份、椰壳活性炭25～32份和亚克力胶2～3份。本发明提供的复合活性炭滤芯中各种碳材料之间吸附能力优势互补，大大提高了吸附效率，延长了有效使用时间。与普通活性炭滤芯相比，吸附比表面积较大，结构更密实，孔隙更发达、强度更高；还不易破碎、粉尘较少，吸附效果比普通活性炭滤芯高出10倍，比颗粒活性炭吸附效果高出25倍，净化出来的水口感更纯净。
本发明提供了所述复合活性炭滤芯的制备方法，将复合活性炭滤芯包含的各组分和水混合，得到混合物料；在负压条件下，将所述混合物料进行成型处理，得到成型滤芯；然后将所述成型滤芯依次进行脱水处理和定型处理，得到复合活性炭滤芯。本发明通过负压的作用力将各原料组分粘附在一起，避免了通过高温熔化粘合剂，使各原料组分粘附在一起后各活性炭材料孔隙容易被粘合剂堵塞、滤芯吸附性能减弱的问题；而且操作简单、生产周期短、成本低，适于规模化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种复合活性炭滤芯，按重量份数计，包括以下组分：
活性炭纤维布3～6份；
木质碳3～9份；
椰壳活性炭25～32份；
亚克力胶2～3份。
本发明提供的复合活性炭滤芯包括活性炭纤维布；以所述活性炭纤维布的重量为基准，所述活性炭纤维布的重量份数为3～6份，优选为4～5份，更优选为4.5份。在本发明中，所述活性炭纤维布的比表面积优选≥1200m2/g，更优选为1300～2000m2/g，最优选为1500～1700m2/g。在本发明中，所述活性炭纤维布的纤维长度优选为0.5～1mm，更优选为0.6～0.9mm，最优选为0.7～0.8mm。本发明对于所述活性炭纤维布的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的活性炭纤维布的市售商品即可。在本发明中，所述活性炭纤维布具有压降小、快速吸附水中氯离子的作用。
当所述活性炭纤维布的纤维长度小于0.5mm时，比表面积更大、吸附性能更强，但是目前没有纤维长度小于0.5mm的活性炭纤维布市售产品，且纤维长度小于0.5mm的活性炭纤维布生产难度大，生产成本高，限制了其实际应用范围。
当所述活性炭纤维布的纤维长度大于1mm时，本发明优选将所述活性炭纤维布和水混合，然后依次进行切断处理和研磨处理，得到纤维长度为0.5～1mm的活性炭纤维布。在本发明中，所述活性炭纤维布与水的质量比优选为1：(8～12)，更优选为1：10。本发明对于所述切断处理和研磨处理的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的切断处理和研磨处理的技术方案即可。在本发明中，所述切断处理的时间优选为20～40min，更优选为25～35min。在本发明中，所述研磨处理的时间优选为20～40min，更优选为25～35min。本发明对于所述切断处理和研磨处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于进行切断处理和研磨处理的设备即可，具体如打料研磨机。在本发明中，完成所述切断处理和研磨处理后，无需将所得活性炭纤维布物料中的水除去，可直接用于制备所述复合活性炭滤芯。
本发明提供的复合活性炭滤芯包括木质碳3～9份，优选为5～7份，更优选为6份。在本发明中，所述木质碳的粒度优选为100～400目，更优选为150～350目，最优选为180～250目；具体的，粒度为200目的木质碳的质量优选占所述木质碳总质量的90％以上。在本发明的实施例中，所述木质碳的亚甲基蓝值具体为180mg/g。本发明对于所述木质碳的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的木质碳的市售商品即可。在本发明中，所述木质碳具有脱色、去除消毒副产物的作用。
本发明提供的复合活性炭滤芯包括椰壳活性炭25～32份，优选为27～30份，更优选为28～29份。在本发明中，所述椰壳活性炭的比表面积优选≥1200m2/g，更优选为1300～2000m2/g，最优选为1500～1700m2/g；所述椰壳活性炭的粒度优选为40～80目，更优选为50～70目。在本发明中，所述椰壳活性炭的碘值优选≥1100mg/g，更优选为1200～1500mg/g，最优选为1300～1400mg/g。在本发明中，所述椰壳活性炭的亚甲基蓝值优选≥195mg/g，更优选为200～250mg/g，最优选为210～240mg/g。在本发明中，所述椰壳活性炭的耐磨强度优选≥95％，灰分优选≤5％。本发明对于所述椰壳活性炭的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的椰壳活性炭的市售商品即可。在本发明中，所述椰壳活性炭具有去除氯离子、部分重金属和改善口感的作用。
本发明提供的复合活性炭滤芯包括亚克力胶2～3份，优选为2.3～2.7份，更优选为2.5份。在本发明中，所述亚克力胶具有对各种滤材粘合的作用。
本发明提供的复合活性炭滤芯优选还包括抗菌剂5～6份，更优选为5.2～5.8份，最优选为5.5份。本发明对于所述抗菌剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的抗菌剂即可。本发明优选采用纳米银活性炭作为抗菌剂。在本发明中，所述纳米银活性炭的比表面积优选≥1200m2/g，更优选为1300～2000m2/g，最优选为1500～1700m2/g；所述纳米银活性炭的粒度优选为40～80目，更优选为50～70目。本发明对于所述纳米银活性炭的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的纳米银活性炭的市售商品即可。在本发明中，添加抗菌剂后，所述复合活性炭滤芯的生产周期不变，仅在成本上幅较小的情况下即可使制备得到的复合活性炭滤芯不但具有良好的吸附效果，还具有抑菌、抗菌的功效，且能杜绝二次污染产生，让消费者使用更安全、更放心、更卫生。
本发明提供了上述技术方案所述复合活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将复合活性炭滤芯包含的各组分和水混合，得到混合物料；
(2)在负压条件下，将所述步骤(1)中的混合物料进行成型处理，得到成型滤芯；
(3)将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理，得到脱水滤芯；
(4)将所述步骤(3)中的脱水滤芯进行定型处理，得到复合活性炭滤芯。
本发明将复合活性炭滤芯包含的各组分和水混合，得到混合物料。在本发明中，所述混合物料中活性炭纤维布与水的质量比优选为1：(10～20)，更优选为1：(13～17)，最优选为1：15。本发明对于所述混合没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合的技术方案即可。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速优选为7000～8000rpm，更优选为7400～7600rpm；所述搅拌的时间优选为25～35min，更优选30min。
在本发明中，当所述活性炭纤维布需要经过切断和研磨处理时，以所述活性炭纤维布的质量为基准，所述活性炭纤维布物料中水的质量优选小于或等于所述混合物料中水的质量。在本发明中，具体的，当所述活性炭纤维布物料中水的质量小于所述混合物料中水的质量时，本发明优选将所述活性炭纤维布物料与所述复合活性炭滤芯包含的剩余组分和水混合，得到混合物料，所述水的加入量能够保证使所述混合物料中活性炭纤维布与水的质量比为1：(10～20)即可；当所述活性炭纤维布物料中水的质量等于所述混合物料中水的质量时，本发明优选将所述活性炭纤维布物料与所述复合活性炭滤芯包含的剩余组分混合，得到混合物料，所述混合物料中活性炭纤维布与水的质量比即为1：(10～20)。
得到所述混合物料后，本发明在负压条件下，将所述混合物料进行成型处理，得到成型滤芯。在本发明中，所述成型处理的负压优选为0.09～0.10Mpa，更优选为0.095～0.097Mpa；所述成型处理的时间优选为2～3s，具体可为2s、2.5s或3s。本发明对于所述成型处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于进行成型处理的设备即可。本发明优选采用成型机进行所述成型处理。
本发明对于提供所述负压的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够提供负压的设备即可。本发明优选采用真空负压泵提供所述负压。在本发明中，所述成型处理具体是将带有孔位的圆柱形骨架包上无纺布，然后将包有无纺布的圆柱形骨架插在成型机的吸附棒上，通过真空负压泵产生0.09～0.10Mpa的负压，使成型机中的混合物料均匀的吸附在所述包有无纺布的圆柱形骨架上，吸附时间为2～3s，得到成型滤芯。
得到成型滤芯后，本发明将所述成型滤芯进行脱水处理，得到脱水滤芯。在本发明中，所述脱水处理的时间优选为8～12s，更优选为9～11s，最优选为10s。本发明对于所述脱水处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知能够用于进行脱水处理的设备即可。在本发明中，所述脱水处理具体是通过与成型机相互连通的真空负压泵进行脱水8～12s，得到脱水滤芯，脱出的水分通过真空系统被排走。
得到脱水滤芯后，本发明将所述脱水滤芯进行定型处理，得到复合活性炭滤芯。在本发明中，所述定型处理的时间优选为10～14s，更优选为11～13s，最优选为12s。本发明对于所述定型处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够用于进行定型处理的设备即可。本发明优选采用上述成型机附带的定型滚轴进行所述定型处理。在本发明中，所述定型处理具体是采用所述定型滚轴对脱水滤芯的表面进行定型处理10～14s，得到复合活性炭滤芯。
完成所述定型处理后，本发明优选将所述定型处理后得到的定型滤芯进行干燥，得到复合活性炭滤芯。在本发明中，所述干燥的温度优选为120～130℃，更优选为122～128℃，最优选为125℃；所述干燥的时间优选为10～20h，更优选为13～17h，最优选为15h。本发明对于所述干燥所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够用于干燥的设备即可。本发明优选采用加热烘烤箱进行所述干燥。
完成所述干燥后，本发明优选将得到的复合活性炭滤芯进行包装，得到复合活性炭滤芯产品。本发明对于所述包装没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的复合活性炭滤芯的包装的技术方案即可。在本发明中，具体是将所述干燥后得到的复合活性炭滤芯包装上无纺布以及两端盖即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)按重量份数计，在搅拌速率为7400rpm的条件下，将纤维长度为0.5～1mm的活性炭纤维布4份、木质碳6份、椰壳活性炭28份、亚克力胶2份和水60份搅拌混合30min，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)中的混合物料输送至成型机中，将带有孔位的圆柱形骨架包上无纺布，然后将包有无纺布的圆柱形骨架插在成型机的吸附棒上，通过真空负压泵产生0.097Mpa的负压，使成型机中的混合物料均匀的吸附在所述包有无纺布的圆柱形骨架上，吸附时间为2s，得到成型滤芯；
(3)采用真空负压泵将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理10s，得到脱水滤芯；
(4)采用成型机附带的定型滚轴对所述步骤(3)中的脱水滤芯的表面进行定型处理12s，得到定型滤芯；
(5)采用加热烘烤箱将所述步骤(4)中的定型滤芯于125℃下干燥15h，然后包装上无纺布以及两端盖，得到复合活性炭滤芯产品。
实施例2
(1)按重量份数计，在搅拌速率为7400rpm的条件下，将纤维长度为0.5～1mm的活性炭纤维布3份、木质碳3份、椰壳活性炭25份、亚克力胶2份、抗菌剂5份和水60份搅拌混合30min，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)中的混合物料输送至成型机中，将带有孔位的圆柱形骨架包上无纺布，然后将包有无纺布的圆柱形骨架插在成型机的吸附棒上，通过真空负压泵产生0.097Mpa的负压，使成型机中的混合物料均匀的吸附在所述包有无纺布的圆柱形骨架上，吸附时间为2s，得到成型滤芯；
(3)采用真空负压泵将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理10s，得到脱水滤芯；
(4)采用成型机附带的定型滚轴对所述步骤(3)中的脱水滤芯的表面进行定型处理12s，得到定型滤芯；
(5)采用加热烘烤箱将所述步骤(4)中的定型滤芯于125℃下干燥15h，然后包装上无纺布以及两端盖，得到复合活性炭滤芯产品。
实施例3
(1)按重量份数计，在搅拌速率为7400rpm的条件下，将纤维长度为0.5～1mm的活性炭纤维布6份、木质碳9份、椰壳活性炭32份、亚克力胶3份、抗菌剂8份和水60份搅拌混合30min，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)中的混合物料输送至成型机中，将带有孔位的圆柱形骨架包上无纺布，然后将包有无纺布的圆柱形骨架插在成型机的吸附棒上，通过真空负压泵产生0.097Mpa的负压，使成型机中的混合物料均匀的吸附在所述包有无纺布的圆柱形骨架上，吸附时间为2s，得到成型滤芯；
(3)采用真空负压泵将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理10s，得到脱水滤芯；
(4)采用成型机附带的定型滚轴对所述步骤(3)中的脱水滤芯的表面进行定型处理12s，得到定型滤芯；
(5)采用加热烘烤箱将所述步骤(4)中的定型滤芯于125℃下干燥15h，然后包装上无纺布以及两端盖，得到复合活性炭滤芯产品。
对本发明实施例1～3制备的复合活性炭滤芯的性能进行吸附性能检测：
钙、镁去除率测定：
参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.6-2006电感耦合等离子体质谱法ICPMS，测试通水开始、通水2500L和通水5000L时实施例1中制备的复合活性炭滤芯对钙、镁离子的吸附性能，测试结果分别如表1、表2和表3所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
表1通水开始时实施例1复合活性炭滤芯对钙、镁离子的吸附结果
表2通水2500L时实施例1复合活性炭滤芯对钙、镁离子的吸附结果
表3通水5000L时实施例1复合活性炭滤芯对钙、镁离子的吸附结果
耗氧量去除率测试：
参照耗氧量(CODMn法，以O2计)：GB/T 5750.7-2006生活饮用水标准检测方法有机物综合指标测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例1中制备的复合活性炭滤芯对耗氧量去除性能，测试结果分别如表4、表5和表6所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
表4通水开始时实施例1复合活性炭滤芯对耗氧量去除结果
表5通水2500L时实施例1复合活性炭滤芯对耗氧量去除结果
表6通水5000L时实施例1复合活性炭滤芯对耗氧量去除结果
综合吸附性能—三氯甲烷、色度、铅、镉、余氯去除率测试：
三氯甲烷去除率：参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.8-2006生活饮用水标准检测方法有机物指标测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例2中制备的复合活性炭滤芯对三氯甲烷去除性能，测试结果分别如表7、表8和表9所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
色度：参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.4-2006生活饮用水标准检测方法感官性状和物理指标测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例2中制备的复合活性炭滤芯对色度的去除性能，测试结果分别如表7、表8和表9所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
铅，镉去除率：参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.6-2006电感耦合等离子体质谱法ICPMS测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例2中制备的复合活性炭滤芯对铅和镉的去除性能，测试结果分别如表7、表8和表9所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
余氯去除率：参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.11-2006生活饮用水标准检测方法消毒剂指标测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例2中制备的复合活性炭滤芯对余氯的去除性能，测试结果分别如表7、表8和表9所示。其中，去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
表7通水开始时实施例2复合活性炭滤芯综合吸附性能
表8通水2500L时实施例2复合活性炭滤芯综合吸附性能
表9通水5000L时实施例2复合活性炭滤芯综合吸附性能
大肠杆菌去除率测试：
加标菌种：大肠杆菌ATCC 25922
总大肠杆菌去除率：参照MOH《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》&GB/T 5750.12-2006生活饮用水标准检测方法微生物指标测试通水开始、通水2500L和通水5000L时本发明实施例3中制备的复合活性炭滤芯对大肠杆菌的去除性能，测试结果分别如表10、表11和表12所示。其中，净水流速为4L/min；去除率(％)＝(加标原水测定值-样机出水测定值)/加标原水测定值×100％。
表10通水开始时实施例3复合活性炭滤芯对大肠杆菌吸附性能
表11通水2500L时实施例3复合活性炭滤芯对大肠杆菌吸附性能
表12通水5000L时实施例3复合活性炭滤芯对大肠杆菌吸附性能
从以上检测结果可以看出，本发明提供的复合活性炭滤芯吸附效率高，延长了有效使用时间，吸附效果比普通活性炭滤芯高出10倍，比颗粒活性炭吸附效果高出25倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合活性炭滤芯，按重量份数计，包括以下组分：
活性炭纤维布3～6份；
木质碳3～9份；
椰壳活性炭25～32份；
亚克力胶2～3份。
2.根据权利要求1所述的复合活性炭滤芯，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
活性炭纤维布4～5份；
木质碳5～7份；
椰壳活性炭27～30份；
亚克力胶2.3～2.7份。
3.根据权利要求1或2所述的复合活性炭滤芯，其特征在于，所述活性炭纤维布的纤维长度为0.5～1mm。
4.根据权利要求1或2所述的复合活性炭滤芯，其特征在于，还包括抗菌剂5～8份。
5.权利要求1～4任一项所述复合活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将复合活性炭滤芯包含的各组分和水混合，得到混合物料；
(2)在负压条件下，将所述步骤(1)中的混合物料进行成型处理，得到成型滤芯；
(3)将所述步骤(2)中的成型滤芯进行脱水处理，得到脱水滤芯；
(4)将所述步骤(3)中的脱水滤芯进行定型处理，得到复合活性炭滤芯。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中成型处理的负压为0.09～0.10Mpa；所述成型处理的时间为2～3s。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱水处理的时间为8～12s。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中定型处理的时间为10～14s。
9.根据权利要求5～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述定型处理后还包括：
将所述定型处理后得到的定型滤芯进行干燥，得到复合活性炭滤芯。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为120～130℃；所述干燥的时间为10～20h。
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