CN108349754A - 水过滤介质和装置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了水过滤介质和装置。一种形成水过滤介质的方法包括使用胺化合物将聚合纤维改性以形成螯合纤维,并且将螯合纤维和未改性的聚合纤维组合以形成混合的水过滤介质。

Description

水过滤介质和装置
技术领域
本公开内容涉及水过滤介质和装置。
背景技术
随着日益增长的环境问题,人们越来越关注从饮用水中去除总有机碳(TOC)和/或重金属离子。来自TOC和重金属(特别是砷、铅和汞)的水污染可能威胁公共健康。
以前的净化饮用水的方法可以使用例如反渗透。虽然反渗透是环境友好的,因为它不会产生或需要有害的化学物质,但它可能从水中去除所需的元素。此外,反渗透的过程可能涉及大量的水,这可能加重家庭污水处理系统的负担。
附图的简要说明
图1图示说明形成根据本公开内容的一个或多个实施方案的水过滤介质的方法。
图2图示说明与形成根据本公开内容的一个或多个实施方案的水过滤介质相关联的流程图。
图3图示说明根据本公开内容的一个或多个实施方案的包括用于过滤水的水过滤介质的装置。
详细说明
本文描述了水过滤介质和装置。例如,一个或多个实施方案包括使用胺化合物将聚合纤维改性以形成螯合纤维,并且将所述螯合纤维和未改性的聚合纤维组合以形成混合的水过滤介质。
本公开内容的实施方案可以包括混合的过滤介质,其可以从饮用水中去除总有机碳(TOC)(例如有机化合物)以及重金属离子。尽管使用反渗透的以前的方法可以从水中去除所需的元素,但是本公开内容的实施方案可以靶向TOC和重金属离子,同时留下其他所需的元素。
本文的实施方案可以包括通过未改性的聚合纤维(例如,活性碳纤维)与改性的螯合纤维的组合产生的双吸收性活性碳纤维(ACF)介质。ACF可以从例如饮用水中去除TOC,而改性的螯合纤维可以通过螯合重金属离子来将其去除。因此,可以采用ACF和改性的螯合纤维的组合来同时去除TOC和重金属离子。
改性的螯合纤维的形成可以通过例如丙烯酸类(例如聚丙烯酸类)纤维的胺化来进行。取决于被靶向的一种或多种金属离子,所述丙烯酸类纤维可被改性以形成不同的取代基。
本公开内容的实施方案可以针对特定的需求进行调整。例如,在一些地区,TOC可能呈现出比重金属离子更大的问题。根据本公开内容的一个或多个实施方案的过滤介质可以包括增加的ACF与改性的纤维之比,使得可以有效地去除TOC。在一些地区,重金属离子可能呈现出比TOC更大的问题。根据本公开内容的一个或多个实施方案的过滤介质可以包括降低的ACF与改性的纤维之比,使得可以有效地去除重金属离子。
此外,特定区域中的重金属离子的类型和/或本体(identities)可以决定改性的螯合纤维的组成。因此,本公开内容的实施方案可适用于处理各种水杂质。
在一些实施方案中,所述过滤介质可以是纺丝和/或织造织物片材。可以改变所述片材的尺寸和/或形状以容纳在各种过滤装置中。在一些实施方案中,所述片材可具有1.4-2毫米的厚度。在一些实施方案中,所述过滤介质可以被加工成非织造介质,因为例如可以控制纤维的细度和/或长度。
图1图示说明形成根据本公开内容的一个或多个实施方案的水过滤介质的方法100。
在框102处,方法100包括使用胺化合物改性聚合纤维(有时在本文中通常称为“纤维”)以形成螯合纤维。在一些实施方案中,所述纤维可以是丙烯腈纤维(例如,聚丙烯腈(PAN))。聚丙烯腈可以被改性(例如容易被改性)并且可以在水性介质中表现出长时间的稳定性。在一些实施方案中,所述纤维可以是聚乙烯醇纤维。在一些实施方案中,所述纤维可以是聚丙烯纤维。在一些实施方案中,所述纤维可以是丙烯酸类纤维。
将所述纤维改性可以包括用胺化合物处理所述纤维(例如,应用胺化处理)。所述胺化合物可以是例如肼、盐酸羟胺、乙醇胺、乙二胺、四亚甲基二胺和/或二亚乙基三胺。
在一些实施方案中,由于一种或多种胺化合物与所述纤维的聚合链的反应,所述改性可以包括将C≡N基团转化为酰胺NH-C=O基团。交联和/或化学基团(NH、NH2等)的形成可以使该反应进行。例如,伯胺可以如下所示与所述纤维反应以形成改性纤维:
例如,仲胺可以如下所示与所述纤维反应以形成改性纤维:
对于螯合金属离子而言,丙烯腈具有氮原子和氧原子的非键合孤对电子。在一些实施方案中,硫和/或磷可以包含非键合孤对电子。具有非键合孤对电子的原子可以与饮用水中的金属离子形成配位键(螯合)。因此,改性的螯合纤维可以通过示例机制(在氧的情况下)螯合金属离子:
在一些实施方案中,螯合基团可以是酰胺基团(如上所述)。在一些实施方案中,螯合基团可以是偕胺肟基团。在一些实施方案中,螯合基团可以是胺基团。在一些实施方案中,螯合基团可以是硫脲基团。
如前所述,螯合可以从饮用水中去除重金属离子。在一些实施方案中,待螯合的一种或多种金属离子可以确定用于将纤维改性的胺化处理。也就是说,饮用水中存在的一种或多种离子的类型和/或本体可用于调整改性的螯合纤维。例如,可以通过对饮用水进行采样来确定金属离子的本体和/或类型。
例如,含磷的螯合基团(例如磷螯合纤维)可用于螯合(例如从水中去除)例如铜离子、锌离子、镉离子和/或汞离子。例如,可以使用下面的螯合纤维来螯合铜离子、锌离子、镉离子和/或汞离子:
含硫的螯合基团(例如硫螯合纤维)(例如使用硫脲、聚硫醚和/或硫代酰胺改性的纤维)可以用于螯合例如银离子、金离子和/或砷离子。例如,可以使用下面的螯合纤维来螯合银离子、金离子和/或砷离子:
可以使用含氨基的螯合基团(例如氨基螯合纤维)来螯合例如铜离子、镍离子、铁离子、锌离子和/或铅离子。例如,可以使用下面的螯合纤维来螯合铜离子、镍离子、铁离子、锌离子和/或铅离子:
可以同时使用不同的螯合基团。也就是说,纤维的改性可以包括形成多种不同的螯合基团(例如氨基螯合纤维和磷螯合纤维)。
在框104处,方法100包括将螯合纤维与未改性的聚合纤维(例如ACF)组合以形成混合的水过滤介质。如本文所提及的,“未改性的”纤维是指尚未对其应用胺化处理的纤维(例如市售活性碳纤维)。
将螯合纤维与未改性的丙烯酸类纤维组合的方式并不旨在被限制在本公开内容的实施方案中。例如,所述纤维可以被织造在一起。在一些实施方案中,所述纤维可以被纺在一起。在一些实施方案中,可以将所述纤维组合,使得它们形成织物和/或片材。在一些实施方案中,可以将所述纤维组合成非织造介质。
所述未改性的丙烯酸类纤维可以是例如活性碳纤维(ACF)。ACF的组成并不旨在被限制在本文中。例如,ACF可以包括活化的(例如碳化的)PAN、酚树脂、沥青和/或纤维素纤维。
图2图示说明与形成根据本公开内容的一个或多个实施方案的水过滤介质相关联的流程图206。
可以在210处用胺化合物将丙烯腈纤维208改性以形成螯合纤维212。将所述纤维改性可以包括用胺化合物处理所述纤维(例如胺化处理)。所述胺化合物可以是例如肼、盐酸羟胺、乙醇胺、乙二胺、四亚甲基二胺和/或二亚乙基三胺。
在一些实施方案中,由于一种或多种胺化合物与所述纤维的聚合链反应,所述改性可以包括将C≡N基团转化为酰胺NH-C=O基团。交联和/或化学基团(NH、NH2等)的形成可以使该反应进行。
螯合纤维212可以包含螯合基团。在一些实施方案中,所述螯合基团可以是酰胺基团(如上所述)。在一些实施方案中,所述螯合基团可以是偕胺肟基团。在一些实施方案中,所述螯合基团可以是胺基团。在一些实施方案中,所述螯合基团可以是硫脲基团。
在一些实施方案中,待螯合的一种或多种金属离子可以确定用于将纤维改性的胺化处理。也就是说,饮用水中存在的一种或多种离子的类型和/或本体可用于调整改性的螯合纤维。例如,可以通过对饮用水进行采样来确定金属离子的本体和/或类型。
例如,含磷的螯合基团(例如磷螯合纤维)可用于螯合(例如从水中去除)例如铜离子、锌离子、镉离子和/或汞离子。含硫的螯合基团(例如硫螯合纤维)(例如使用硫脲、聚硫醚和/或硫代酰胺改性的纤维)可用于螯合例如银离子、金离子和/或砷离子。含氨基的螯合基团(例如氨基螯合纤维)可用于螯合例如铜离子、镍离子、铁离子、锌离子和/或铅离子。例如,可以使用下面的螯合纤维来螯合铜离子、镍离子、铁离子、锌离子和/或铅离子。
可以在214处将螯合纤维212与未改性的纤维组合以形成混合的纤维216。将螯合纤维212与未改性的丙烯酸类纤维组合的方式并不旨在被限制在本公开内容的实施方案中。例如,所述纤维可以被织造在一起。在一些实施方案中,所述纤维可以被纺在一起。在一些实施方案中,可以将所述纤维组合,使得它们形成织物和/或片材。在一些实施方案中,可以将所述纤维组合成非织造介质。
所述未改性的丙烯酸类纤维可以是例如活性碳纤维(ACF)。ACF的组成并不旨在被限制在本文中。例如,ACF可以包括活化的(例如碳化的)PAN、酚树脂、沥青和/或纤维素纤维。
图3图示说明根据本公开内容的一个或多个实施方案的包括用于过滤水的水过滤介质的装置318。如图3所示,装置318包括壳体322,壳体322可以被构造成在其中容纳过滤介质320。例如,如前所述,过滤介质320可以是织造混合的水过滤介质。这样的介质可以包括改性的聚丙烯酸类纤维,该纤维被构造成通过螯合重金属离子来去除饮用水中存在的重金属离子。这样的介质可以进一步包括未改性的聚丙烯酸类纤维,该纤维被构造成从饮用水中吸收总有机碳。
本公开内容的实施方案不限于装置318的具体尺寸、设计和/或构造。在一些实施方案中,装置318可以是例如用于水过滤系统的筒(cartridge)。
虽然本文已经举例说明和描述了具体的实施方案,但是本领域的普通技术人员将会理解,可以用被计算成实现相同技术的任何布置来代替所示的具体实施方案。本公开内容旨在覆盖本公开内容的各种实施方案的任何和全部修改或变化。
应该理解,上面的描述是以说明性的方式,而不是限制性的方式进行的。当阅读了以上描述时,上述实施方案的组合以及本文中未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员而言将是明显的。
本公开内容的各种实施方案的范围包括其中使用上述结构和方法的任何其他应用。因此,本公开内容的各种实施方案的范围应该参考所附权利要求以及被这样的权利要求赋予权利的等同物的全部范围来确定。
在前面的详细描述中,各种特征被一起组合在附图中示出的示例性实施方案中以将本公开内容简化。本公开内容的方法不应被解释为反映本公开内容的实施方案需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。
相反,如下文权利要求所反映的,本发明的主题在于少于单个公开的实施方案的所有特征。因此,下文权利要求由此被并入到详细描述中,其中每个权利要求本身作为单独的实施方案。

Claims (10)

1.形成水过滤介质216的方法100,所述方法包括:
使用胺化合物将聚合纤维208改性102,以形成螯合纤维212;以及
将螯合纤维212和活性碳纤维组合104以形成混合的水过滤介质216。
2.权利要求1的方法100,其中使用胺化合物将聚合纤维208改性102包括对聚合纤维208应用胺化处理。
3.权利要求1的方法100,其中聚合纤维208是聚丙烯腈。
4.权利要求1的方法100,其中聚合纤维208是以下中的一种:聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯和聚丙烯酸。
5.权利要求1的方法100,其中螯合纤维212包括以下中的至少一种:
磷螯合纤维;
硫螯合纤维;和
氨基螯合纤维。
6.权利要求1的方法100,其中螯合纤维212包含螯合基团,并且其中所述螯合基团为偕胺肟、酰胺、胺或硫脲。
7.权利要求1的方法100,其中将螯合纤维212和所述活性碳纤维组合包括织造所述螯合纤维212和所述活性碳纤维。
8.权利要求1的方法100,其中将所述螯合纤维212和所述活性碳纤维组合包括将螯合纤维212和活性碳纤维纺丝。
9.权利要求1的方法100,其中所述方法100包括:
确定饮用水样品的重金属离子含量和所述饮用水样品的总有机碳含量;以及
将基于重金属离子含量和总有机碳含量确定的特定量的螯合纤维212与特定量的活性碳纤维组合。
10.权利要求1的方法100,其中方法100包括使用肼、盐酸羟胺、乙醇胺、乙二胺、四亚甲基二胺和二亚乙基三胺的至少一种将聚合纤维208改性。
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