CN109260824A - 一种除磷控菌型pp棉滤芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种除磷控菌型PP棉滤芯及其制备方法,通过向166‑200℃熔融的聚丙烯中均匀分散一定比例的Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末,经拉丝机喷丝后浸入浓度为1~5%氢氧化钠溶液中,聚丙烯纤维表面原位生成Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒,负载纳米颗粒的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成管状滤芯。所述滤芯通过吸附去除水中的磷营养盐,来达到抑制细菌生长的目的,从而解决了家用净水器长时间使用过程中细菌浓度升高的问题。
Description
技术领域
本发明属于净水技术领域,涉及一种除磷控菌型PP棉滤芯及其制备方法。
背景技术
饮水安全涉及到最基础的民生问题,受到越来越多民众的关注。随着科技的不断发展,家庭用净水器已经逐渐走进千家万户,在人们的日常生活中扮演了非常重要的角色。目前市场上绝大部分净水器在使用过程中会出现细菌含量升高的现象,如果长时间不更换滤芯,有时甚至会出现出水细菌浓度大于进水细菌浓度的异常状况。传统净水器的控菌思路主要是用活性炭吸附技术降低水中的可同化有机碳含量,通过控制碳源抑制细菌的生长繁殖。但是一个突出的问题是,活性炭吸附饱和后,活性炭表面以及孔隙内部会滋生大量细菌,最终导致净水器出水中细菌浓度偏高。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有净水技术的不足,创新性的提出除磷控菌的技术方法,制备出一种强化控菌型PP棉滤芯,旨在抑制净水器长时间使用过程中细菌的生长繁殖。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
一种除磷控菌型PP棉滤芯,其特征在于:由聚丙烯纤维丝表面原位负载Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒,牵引、压制成型。
而且,聚丙烯纤维上所负载的La(OH)3和Fe(OH)3的粒径为20-200nm。
一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
⑴.将聚丙烯原料在166-200℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在150-200rpm;
⑵.将步骤⑴得到的混合液经过拉丝机挤出后,浸入1~5%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为5-10min,取出干燥,得到铁镧改性聚丙烯纤维丝,备用;
⑶.将步骤⑵得到的铁镧改性聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成管状滤芯。
而且,步骤⑴所述的聚丙烯原料是粒径为0.5-2mm的颗粒。
而且,步骤⑴所述的聚丙烯熔融液、Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:(1~10):(1~10)。
而且,步骤⑶所述的管状滤芯的规格为5寸、8寸、10寸、20寸、40寸或其他尺寸。
本发明的优点和积极效果是:
1、与传统抑菌方法不同,本发明另辟蹊径,采用创新的除磷控菌思路,在传统PP棉滤芯的基础上制备出一种新型铁镧改性PP棉滤芯,通过在净水器前端吸附去除水中微量磷,从而抑制净水器长时间使用过程中细菌的生长繁殖,抑菌效果显著。
2、与传统PP棉滤芯相比,铁镧改性PP棉滤芯对市政自来水中微量磷有很强的吸附能力,铁镧改性PP棉滤芯作为家用净水器的第一级滤芯,可以有效降低净水器中总磷浓度,从而有效抑制净水器中细菌的生长繁殖。改性PP棉滤芯所负载的Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒对水中无机磷有很强的吸附亲和力,可以将无机磷的最低浓度降低至0.001mg/L以下。
3、Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒均对磷有较强的吸附能力,其中,La(OH)3的吸附能力优于Fe(OH)3,考虑到白色的La(OH)3纳米颗粒视觉区分度较低,故负载一定比例的深黄色Fe(OH)3纳米颗粒,以增加铁镧改性PP棉滤芯与普通PP棉滤芯的辨识度。
4、负载Fe(OH)3和La(OH)3的颗粒大小对除磷控菌效果有显著影响,所负载颗粒的粒径越小,除磷控菌的效果越好。本发明所述的铁镧改性PP棉滤芯所负载La(OH)3和Fe(OH)3颗粒的粒径大小为20~200nm。
5、铁镧改性PP棉滤芯长时间使用过程中不可避免会发生Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒在水中的溶出,本发明所述的铁镧改性PP棉滤芯铁和镧的溶出量分别为0.002mg/L和0.0008mg/L,长时间使用不会给人体的健康带来任何危害。
6、本发明是一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,本滤芯最突出的特点是,前置去除磷营养盐能够有效抑制净水器中细菌的生长繁殖,有效避免了家用净水器长时间使用过程中细菌浓度升高的问题。
附图说明
图1是铁镧改性聚丙烯纤维丝的微观表面形态;
图2是聚丙烯纤维表面铁镧纳米颗粒的粒径分布图;
图3是出水磷去除率随过滤时间的变化曲线(实施例1);
图4是出水磷去除率磷浓度随过滤时间的变化曲线(实施例2);
图5是出水磷去除率随过滤时间的变化曲线(实施例3);
图6是出水磷去除率随过滤时间的变化曲线(实施例4)。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例;需要说明的是,本实施例是叙述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种除磷控菌型PP棉滤芯,由聚丙烯纤维丝表面原位负载Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒,牵引、压制成型。聚丙烯纤维上所负载的La(OH)3和Fe(OH)3的粒径为20-200nm。
上述除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,包括以下步骤:
⑴.聚丙烯原料(粒径为0.5-2mm的颗粒)在166-200℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在150-200rpm,聚丙烯熔融液、Fe(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:(1~10):(1~10);
⑵.将步骤⑴得到的混合液经过拉丝机挤出后,浸入1~5%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为5-10min,取出干燥,得到铁镧改性聚丙烯纤维丝,备用;
⑶.将步骤⑵得到的干燥铁镧改性的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成管状滤芯,管状滤芯的规格为5寸、8寸、10寸以及20寸等。
上述的采用1~5%氢氧化钠溶液原位生成纳米颗粒,所制备的铁镧改性聚丙烯纤维丝的表面形态如图1所示。负载铁镧纳米颗粒的粒径分布如图2所示,纳米颗粒的粒径为20~200nm。
实施例1
一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其步骤包括:
⑴.聚丙烯颗粒(粒径为0.5-2mm的颗粒)在166℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在150rpm,聚丙烯颗粒、Fe(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:1:1(其中,聚丙烯颗粒的质量为200g,Fe(NO3)3·6H2O的质量为2g,La(NO3)3·6H2O的质量为2g);
⑵.混合液经过拉丝机挤出后,浸入1%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为5min,取出干燥,备用;
⑶.将步骤⑵得到的干燥铁镧改性的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成5寸管状滤芯。
以天津市滨海新区市政自来水为原水,原水中总磷浓度为0.08mg/L,自由余氯和总余氯的含量分别为0.15mg/L和0.5mg/L。在出水流速20L/min条件下,连续运行12小时,出水中总磷的浓度低于0.01mg/L,表明铁镧改性PP棉滤芯对水中总磷有非常良好的吸附去除效果。水中细菌含量测定采用LB培养基平板计数法。铁镧改性PP棉滤芯连续过滤12小时后,取0.05mL水样放入LB琼脂固态培养基上,使用涂布棒将菌液涂匀后,密封培养在37℃的恒温培养箱内24小时后进行读数。总菌落数的检测方法依照《生活饮用水标准检测方法》(GB-T-5750-2006)。出水磷去除率随过滤时间的变化曲线如图3所示,连续运行12小时后的出水中没有检测到活菌的存在。
实施例2
一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其步骤包括:
⑴.聚丙烯颗粒(粒径为0.5-2mm的颗粒)在180℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在200rpm,聚丙烯颗粒、Fe(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:5:1(其中,聚丙烯颗粒的质量为200g,Fe(NO3)3·6H2O的质量为10g,La(NO3)3·6H2O的质量为2g);
⑵.混合液经过拉丝机挤出后,浸入2%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为10min,取出干燥,备用;
⑶.将步骤⑵得到的干燥铁镧改性的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成8寸管状滤芯。
以天津市滨海新区市政自来水为原水,原水中总磷浓度为0.08mg/L,自由余氯和总余氯的含量分别为0.15mg/L和0.5mg/L。在出水流速20L/min条件下,连续运行24小时,出水中总磷的浓度低于0.01mg/L,表明铁镧改性PP棉滤芯对水中总磷有非常良好的吸附去除效果。水中细菌含量测定采用LB培养基平板计数法。铁镧改性PP棉滤芯连续过滤12小时后,取0.05mL水样放入LB琼脂固态培养基上,使用涂布棒将菌液涂匀后,密封培养在37℃的恒温培养箱内24小时后进行读数。出水磷去除率随过滤时间的变化曲线如图4所示,连续运行24小时后的出水中没有检测到活菌的存在。
实施例3
一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其步骤包括:
⑴.聚丙烯颗粒(粒径为0.5-2mm的颗粒)在200℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在200rpm,聚丙烯颗粒、Fe(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:10:5(其中,聚丙烯颗粒的质量为200g,Fe(NO3)3·6H2O的质量为20g,La(NO3)3·6H2O的质量为10g);
⑵.混合液经过拉丝机挤出后,浸入5%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为8min,取出干燥,备用;
⑶.将步骤⑵得到的干燥铁镧改性的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成10寸管状滤芯。
以天津市滨海新区市政自来水为原水,原水中总磷浓度为0.08mg/L,在出水流速20L/min条件下,连续运行36小时,出水中总磷的浓度低于0.02mg/L,表明铁镧改性PP棉滤芯对水中总磷有良好的吸附去除效果。水中细菌含量测定采用LB培养基平板计数法。铁镧改性PP棉滤芯连续过滤36小时后,取0.05mL水样放入LB琼脂固态培养基上,使用涂布棒将菌液涂匀后,密封培养在37℃的恒温培养箱内36小时后进行读数。出水磷去除率随过滤时间的变化曲线如图5所示,连续运行36小时后的出水中没有检测到活菌的存在。
实施例4
一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其步骤包括:
⑴.聚丙烯颗粒(粒径为0.5-2mm的颗粒)在200℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在200rpm,聚丙烯颗粒、Fe(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:10:10(其中,聚丙烯颗粒的质量为200g,Fe(NO3)3·6H2O的质量为20g,La(NO3)3·6H2O的质量为20g);
⑵.混合液经过拉丝机挤出后,浸入5%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为10min,取出干燥,备用;
⑶.将步骤⑵得到的干燥铁镧改性的聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成20寸管状滤芯。
以天津市滨海新区市政自来水为原水,原水中总磷浓度为0.08mg/L,自由余氯和总余氯的含量分别为0.15mg/L和0.5mg/L。在出水流速20L/min条件下,连续运行72小时,出水中总磷的浓度低于0.02mg/L,表明铁镧改性PP棉滤芯对水中总磷有良好的吸附去除效果。水中细菌含量测定采用LB培养基平板计数法。铁镧改性PP棉滤芯连续过滤72小时后,取0.05mL水样放入LB琼脂固态培养基上,使用涂布棒将菌液涂匀后,密封培养在37℃的恒温培养箱内72小时后进行读数。出水磷去除率随过滤时间的变化曲线如图6所示,连续运行72小时后的出水中没有检测到活菌的存在。
本发明所涉及的一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,铁镧改性后的PP棉滤芯不仅能够高效滤除水中的悬浮颗粒物,从而延长净水器中超滤膜和反渗透膜的使用寿命,而且可以有效吸附去除水中的微量磷,过滤后的水由于缺乏关键的磷营养元素,微生物活性受到极大地抑制,从而达到抑菌的目的。
市政自来水中经常考察的微生物营养物质以碳源为主,目前应用的指标主要为可同化有机碳,可同化有机碳能够很好的指示给水水质被潜在微生物生长所污染的程度或者指示水体生物的稳定性。大量研究表明,当水中可同化有机碳浓度低于0.01mg/L时,自养微生物的生长就会受到极大地限制,如果水中生物可同化有机碳浓度高于0.2mg/L,即使余氯量达到1mg/L,供水系统依然容易受到微生物二次生长的污染,市政自来水中单纯依靠余氯并不能确保供水水质的安全。磷作为控制微生物二次生长的重要指示参数,是细胞生长的必须元素,北欧国家中首次应用磷作为限制微生物生长繁殖的重要指标而取代生物可同化有机碳,并且明确证明无机磷可以有效抑制微生物的二次生长。因此,将磷作为水中生物稳定性的控制因素是一种具有前瞻性的水质稳定处理技术。
Claims (6)
1.一种除磷控菌型PP棉滤芯,其特征在于:由聚丙烯纤维丝表面原位负载Fe(OH)3和La(OH)3纳米颗粒,牵引、压制成型。
2.根据权利要求1所述的一种除磷控菌型PP棉滤芯,其特征在于:聚丙烯纤维上所负载的La(OH)3和Fe(OH)3的粒径为20-200nm。
3.一种如权利要求1所述的除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
⑴.将聚丙烯原料在166-200℃温度条件下熔融,向熔融液中加入Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O粉末并充分搅拌,机械搅拌转速控制在150-200rpm;
⑵.将步骤⑴得到的混合液经过拉丝机挤出后,浸入1~5%氢氧化钠溶液中,浸泡时间为5-10min,取出干燥,得到铁镧改性聚丙烯纤维丝,备用;
⑶.将步骤⑵得到的铁镧改性聚丙烯纤维丝经牵引和压制成形后制成管状滤芯。
4.根据权利要求3所述的一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其特征在于:步骤⑴所述的聚丙烯原料是粒径为0.5-2mm的颗粒。
5.根据权利要求3所述的一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其特征在于:步骤⑴所述的聚丙烯熔融液、Fe(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O的添加质量比为100:(1~10):(1~10)。
6.根据权利要求3所述的一种除磷控菌型PP棉滤芯的制备方法,其特征在于:步骤⑶所述的管状滤芯的规格为5寸、8寸、10寸、20寸、40寸或其他尺寸。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190125 |