CN108159783A - 利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法及实施该方法的烧结装置 - Google Patents

利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法及实施该方法的烧结装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，包括以下步骤：(1)将按比例混合添加剂和活性炭粉，得到混合物；(2)对混合物进行通电，使混合物自身发热，经过排水、粘结剂熔化、烧结成型三个阶段后停止通电得到烧结后的过滤介质。本发明还公开了实施该方法的烧结装置，包括容置添加剂和活性炭粉形成的混合物的容置腔，以及给混合物通电的电极，电极与外部电源连通。本发明所提供烧结方法和烧结装置，设备和方法都较简单，成本低、生产效率高，直接对活性炭通电加热熔化粘结剂，使热传导迅速且无损失；适合各种大型、厚型、异形过滤介质产品的批量生产，填补了国内工业废液废气处理无大型块状及棒状活性炭滤材的空白。

Description

利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法及实施该方法的烧结 装置
技术领域
本发明涉及一种利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，以及实施该方法的烧结装置。
背景技术
活性炭的基本结构是石墨微晶，是很多污染处理的主要滤材，不论其外观、产地、孔隙结构如何，都具有良好的导电性能，由此，以活性炭和粘结剂的混合物为电阻，对其通以电流，产生焦耳热，达到熔融胶粉的温度，从而形成粘结体，做成成型活性炭滤材。
成型活性炭由活性炭粉通过多种方式加工成型，比表面积大，滤效好，利用率高，无脱吸附引起的二次污染，兼有吸附拦截于一体等等种种好处，使用场所越来越多，大有取代颗粒活性炭的趋势。
目前成型活性炭多由活性炭粉和热熔胶粉加工成型，成型工艺主要有经螺杆、往复推杆挤压成型和套模烧结成型，这些工艺虽然广泛使用，但还是存在下列问题：
1、经螺杆、往复推杆挤压成型：只适合做圆柱形产品，对异形产品无法加工，而且对大型成型壁厚滤材加工困难，容易造成未熟透，强度不够，脱炭粉。
2、套模烧结成型：间接加热能耗高、效率低，对大型成型壁厚滤材加工麻烦，容易造成未熟透，成品率低。
发明内容
本发明的一个目的，在于提供一种利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，该方法利用电能转化为热能，直接对活性炭通电使其自身内部产生热量以熔化粘结剂，热传导迅速且无损失，使处于内部中心的粘结剂也能充分熔融。
本发明的又一个目的，在于提供一种实施上述烧结方式的烧结装置。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，包括以下步骤：
(1)将按比例混合添加剂和活性炭粉，得到混合物；
添加剂为粘结剂，或者为粘结剂和下述物质的一种或多种：
去除重金属的分子筛材料、铜锌合金粉、活性氧化铝除氟剂、具有碱性负电位功能的氧化镁、阻垢缓蚀剂和光触媒空气过滤材料。
(2)对混合物进行通电，使混合物自身发热，经过排水、粘结剂熔化、烧结成型三个阶段后停止通电得到烧结后的过滤介质。
在一些实施方式中，活性炭粉与粘结剂的重量比为：70～85:15～30。
在一些实施方式中，粘结剂为分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯，或者其它低流动性低熔指或无流动性无熔指的可热熔树脂材料。低流动性低熔指的可热熔树脂材料是指熔指指数为1～20g/10min的可热熔树脂材料。由此，熔融后的粘结剂不会包覆活性炭表面，增加电阻，甚至绝缘，导致无法产生电流，使生产无法进行下去；也不会使生产出的产品因活性炭表面被熔融的粘结剂包覆而降低滤效和寿命。
在一些实施方式中，活性炭粉的粒度为40～200目。由此，实际操作过程中，根据需处理污染对象的不同，选择不同粒度的活性炭；其中，液体过滤采用80～200目活性炭，气体过滤采用40～80目活性炭。
在一些实施方式中，排水阶段的温度为90～105℃，时间为3～10分钟；粘结剂熔化阶段的温度为130～155℃，时间为2～15分钟；烧结成型阶段的温度为190～210℃，时间为5～30分钟。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了实施上述烧结方法的烧结装置，包括容置添加剂和活性炭粉形成的混合物的容置腔，以及给混合物通电的电极，电极与外部电源连通。
其中，电极包括位于混合物上方的第一电极和位于混合物下方的第二电极。
其中，第一电极与混合物之间还设有第一堵头，第二电极与混合物之间还设有第二堵头；第一堵头和第二堵头均为导电材料制成，第一电极通过第一堵头将电流通入混合物中，第二电极通过第二堵头将电流通入混合物中。
其中，烧结装置还包括通过连接杆与第一堵头连接的动力机构，第一堵头在动力机构的带动下可进行往返运动，起到压实混合物和控制产品尺寸的作用。
在一些实施方式中，烧结装置还可以包括温控装置。由此，温控装置通过读取温度测量仪测得的混合物的温度，以调节输入到混合物的电压和/或电流，以使得烧结过程中的温度满足要求。
在一些实施方式中，外部电源可以为直流电或220V交流电动态调压装置。由此，根据所需温度调节输出电压，用电流的改变来调节容置腔中的温度；并且，当接通电源时在烧结容置腔中形成回路，根据焦耳热效应Q＝I2Rt，电阻越大所产生的热量越多，以活性炭和粘结剂的混合物为电阻，对其通以电流时就会产生焦耳热，利用自身产生的热达到熔融粘结剂的温度，从而利于形成成型的活性炭滤材。
在一些实施方式中，容置腔的侧壁由能耐260℃以上温度且绝缘的聚四氟乙烯、陶瓷、石膏、带有聚四氟乙烯涂层的金属材料或硅胶材料制成；
在一些实施方式中，第一电极的上方还可以设有第一绝缘体，第二电极的上方还设有第二绝缘体。由此，具有隔断装置与操作台电流的效果。
本发明所提供的烧结装置和方法，设备和方法都较简单，成本低、生产效率高，直接对活性炭通电加热熔化粘结剂，使热传导迅速且无损失；适合各种大型(1立方米以上)、厚型过滤介质产品的批量生产，利用此工艺更容易熔融产品中部的粘结剂，不会出现烧不透的问题。
本发明所提供的烧结装置和方法，模具简单易做，所用模具少，周转快，适合各种异形产品的批量生产，如工业用过滤圆柱、滤片、滤板、梅花型滤芯、正方形滤片、蜂窝状滤芯等，填补了国内工业废液废气处理无大型块状及棒状活性炭滤材的空白。
利用本发明所提供烧结装置和方法制备的过滤介质，使用低流动性或无流动性的热熔性树脂或者超高分子量聚乙烯做粘结剂，不堵塞活性炭微孔，活性炭可以与处理物充分接触，有效活性炭成分占比高，与导电性优良的活性炭混合，导电后通过自身加热，两者粘接更完全更牢固，产品强度大，适合用用于液体污染物处理，也适合气体污染物处理。
附图说明
图1为本发明一实施方式的过滤介质烧结装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的过滤介质烧结装置。如图所示，该装置包括由上至下依次相连的动力机构1、第一电极3、第一堵头10、容置添加剂和活性炭粉形成的混合物5的容置腔、第二堵头6、第二电极7，以及电源装置11以及温控装置9；添加剂和活性炭粉按重量比85：15比例混合，也可以按70：30等其它比例混合，根据产品需要强度确定粘结剂添加量。
其中，第一堵头10设于第一电极3与混合物之间，第二堵头6设于混合物与第二电极7之间；第一堵头10和第二堵头6均为导电材料制成。第一电极3通过第一堵头10将电流通入混合物中，第二电极7通过第二堵头6将电流通入混合物中；第一堵头10和第二堵头6为铜制材料，成模时作为烧结的封闭机构。当接通电源后，电流流经第一电极3、第一堵头10、混合物5、第二堵头6、第二电极7。在其他实施方式中，为了达到加速升温效果和使得通电更加均匀的效果，还可以在容置腔的四周设置多个电极，形成多个回路。
其中，动力机构1通过连接杆8与第一堵头10连接，第一堵头10在动力机构1的带动下可进行往返运动，起到压实混合物和控制产品尺寸的作用。
其中，添加剂为粘结剂，或者为粘结剂和下述物质的一种或多种：
去除重金属的分子筛材料、铜锌合金粉、活性氧化铝除氟剂、具有碱性负电位功能的氧化镁、阻垢缓蚀剂和/或光触媒空气过滤材料。
其中，为达到较好的产品过滤效果以及生产速度，粘结剂优选采用分子量为300万以上的无流动性无熔指的超高分子量聚乙烯，这样熔融后粘结剂不会包覆活性炭表面，增加电阻，甚至绝缘，导致无法产生电流，使生产无法进行下去；也不会使生产出的产品因活性炭表面被熔融的粘结剂包覆而降低滤效和寿命。
其中，活性炭粉的粒度为40-200目。实际操作过程中，根据需处理污染对象的不同，选择不同粒度的活性炭，如液体过滤采用80-200目活性炭，气体过滤采用40-80目活性炭。
动力机构1为伸缩气缸，电源装置11为可动态调压的220v交流电；电源装置上只需根据所生产产品厚薄，即第一电极3到第二电极7之间的距离，设置每段温度需要的时间，装置会自动输出相应的电源，完成加温。
活性炭粘结剂混合物5因其压实密度、所含水分、粒度分布等情况的不同会存在不同电阻，随着通电后温度升高、粘结剂熔化，电阻也会增大，因此需根据所需温度调节电源装置11输出电压，用电流的改变及调节混合物5内部温度。
温控装置中温度测量仪为热电偶9，其贯穿第一堵头10，一端与电源装置11连接，一端置于混合物5中，对混合物5具有测温的效果。
容置腔侧壁4由能260℃以上温度且绝缘的聚四氟乙烯、陶瓷、石膏、带有聚四氟乙烯涂层的金属材料或硅胶材料制成。
将按比例混合后的粘结剂和活性炭粉加入到烧结用的容置腔中，在动力机构1的推动作用下，将粘结剂和活性炭粉混合物压实，接通电源，使压实后的活性炭粘结剂混合物5自身发热，经过排水、粘结剂熔化、烧结成型三个阶段后停止通电得到烧结后的过滤介质；混合物5在容置腔中依次经历三个温度阶段：排水阶段、粘结剂熔化阶段和烧结成型阶段。
其中，排水阶段温度为90-105℃并保持3-10分钟，让活性炭内部水分变成蒸汽从堵头6、10与容置腔侧壁4之间的缝隙排出；
粘结剂熔化阶段温度为130-155℃并保持2-15分钟，此温度正好高于超高分子量聚乙烯熔点138℃之上，便于粘结剂熔融；
烧结成型阶段温度为190-210℃并保持5-30分钟，此阶段为定型成熟阶段；
由于电热的产生与电流和电阻大小成正比，而活性炭水分含量不同，混合物5中粘结剂分布的不均，因此实际试验生产过程中，活性炭粘结剂混合物5的不同部位电阻不同，通电后电压一定时，有些部位产生温度不同，最高可相差20℃，此发明装置电路控制中，最高控制温度不超过210℃，这个温度的误差范围中，避免最高处温度超过极限温度(一般认为是260℃)使粘结剂焦化，也可以保证在最低温度部分能熔化粘结剂。
最后待容置腔温度自然冷却降温到85℃时，出模；此装置中的容置腔可以设计为各种尺寸和各种形状，以满足各行业对过滤介质形状、尺寸的要求，同时还可以实现反复连续生产。
在容置腔中形成回路时，根据焦耳热效应Q＝I2Rt，电阻越大所产生的热量越多，以活性炭和粘结剂的混合物为电阻，对其通以电流时就会产生焦耳热，利用自身产生的热达到熔融粘结剂的温度，随着通电后温度升高，粘结剂熔化，电阻也会增大，电阻越大，更容易熔融此处粘结剂，使混合物5内部的粘结剂充分熔融完全，从而形成成型的活性炭滤材。
本发明所公开的烧结方法不限于单独烧结活性炭和粘结剂成型，可以添加复合多种功能材料，比如添加去除重金属的分子筛材料、抑菌的铜锌合金粉材料、去除氟的活性氧化铝、具有碱性负电位功能的氧化镁、用在工业阻垢滤材上的有机磷酸盐材料、用在空气过滤时的光触媒材料等等。由此，可以得到多功能的过滤介质。
本发明的过滤介质，使用无流动性的超高分子量聚乙烯做粘结剂，不堵塞活性炭微孔，有效活性炭成分占比高，与导电性优良的活性炭混合，导电后通过自身加热，两者粘接更完全更牢固，产品强度大。而本发明的烧结装置和烧结方法，设备和方法都较简单，成本低、生产效率高，直接对活性炭通电加热熔化粘结剂，使热传导迅速且无损失；适合各种大型、厚型、异形过滤介质产品的批量生产，填补了国内工业废液废气处理无大型块状及棒状活性炭滤材的空白。
以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将按比例混合添加剂和活性炭粉，得到混合物；
所述添加剂为粘结剂，或者为粘结剂和下述物质的一种或多种：
去除重金属的分子筛材料、铜锌合金粉、活性氧化铝除氟剂、具有碱性负电位功能的氧化镁、阻垢缓蚀剂和光触媒空气过滤材料；
(2)对混合物进行通电，使混合物自身发热，经过排水、粘结剂熔化、烧结成型三个阶段后停止通电得到烧结后的过滤介质。
2.根据权利要求1所述利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，其特征在于，所述活性炭粉与粘结剂的重量比为：70～85:15～30。
3.根据权利要求1或2所述利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，其特征在于，所述粘结剂为分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯，或者为低流动性低熔指或无流动性无熔指的可热熔树脂材料，所述低流动性低熔指的可热熔树脂材料是指熔指指数为1～20g/10min的可热熔树脂材料。
4.根据权利要求3所述利用自身发热烧结过滤介质的烧结方法，其特征在于，
所述排水阶段的温度为90～105℃，时间为3～10分钟；
所述粘结剂熔化阶段的温度为130～155℃，时间为2～15分钟；
所述烧结成型阶段的温度为190～210℃，时间为5～30分钟。
5.实施权利要求4所述烧结方法的烧结装置，其特征在于，包括容置添加剂和活性炭粉形成的混合物的容置腔，以及给混合物通电的电极，所述电极与外部电源连通。
6.根据权利要求5所述的烧结装置，其特征在于，所述电极包括位于混合物上方的第一电极(3)和位于混合物下方的第二电极(7)。
7.根据权利要求6所述的烧结装置，其特征在于，所述第一电极(3)与混合物之间还设有第一堵头(10)，所述第二电极(7)与混合物之间还设有第二堵头(6)；
所述第一堵头(10)和第二堵头(6)均为导电材料制成，所述第一电极(3)通过第一堵头(10)将电流通入混合物中，所述第二电极(7)通过第二堵头(6)将电流通入混合物中。
8.根据权利要求7所述的烧结装置，其特征在于，还包括通过连接杆(8)与第一堵头(10)连接的动力机构(1)，所述第一堵头(10)在动力机构(1)的带动下可进行往返运动。
9.根据权利要求8所述的烧结装置，其特征在于，还包括温控装置，所述温控装置通过读取温度测量仪测得的混合物的温度，以调节输入到混合物的电压和/或电流，以使得烧结过程中的温度满足要求。
10.根据权利要求9所述的烧结装置，其特征在于，所述容置腔的侧壁(4)由能耐260℃以上温度且绝缘的聚四氟乙烯、陶瓷、石膏、带有聚四氟乙烯涂层的金属材料或硅胶材料制成；
所述第一电极(3)的上方还设有第一绝缘体(2)，所述第二电极(7)的下方还设有第二绝缘体(12)。
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CN113930099A (zh) * 2021-11-10 2022-01-14 广州康瑞环保科技有限公司 低成本、环保的铅笔芯及其制备方法和应用

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