CN109499552A - 一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯及其制备方法，滤芯的组分及各组分的质量百分含量为：聚丙烯：96％～99.5％；氧化镧/氢氧化镧：0.25％～3％；亲水改性组分：0.25％～1％。滤芯的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯颗粒与氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯；将所制得的负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯加入到一定浓度的聚乙烯亚胺溶液中，通过戊二醛进行交联，得到新型聚丙烯滤芯。本发明滤芯对低浓度磷具有很强的选择吸附能力，赋予了净水器初级PP棉滤芯新的功能。本发明解决了PP滤芯表面疏水性问题，将滤芯表面亲水改性，促进了对磷的吸附。本发明通过除磷达到抑菌的作用，为生活饮用水抑菌提供了新的思路。

Description

一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及饮用水净化技术领域，涉及饮用水中低浓度磷的去除从而达到抑菌的效果，尤其是一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯及其制备方法。
背景技术
随着国民生活水平的日益提高，与人民生活密切相关的《生活饮用水卫生标准》也更加严苛，这使饮用水质量得到了改善。如今，生活饮用水面临的主要问题是通过输水管网带来的饮用水中生物安全隐患的威胁。为了进一步保障自来水输水管网终端的家庭饮水安全，家用净水器作为一种生活小家电逐渐走向千家万户，在家庭饮用水安全保障方面发挥重要作用。但是，人们在净水器(超滤或反渗透净水器)使用过程中发现，净水器内部会逐渐出现细菌积累的现象，导致出水细菌含量显著增加。如何抑制净水器使用过程中细菌的生长繁殖并发挥长效抑菌作用是净水器行业内普遍面临的技术难题。
最新研究结果表明，水中溶解态磷酸盐可作为控制微生物二次生长的重要指标。降低饮用水中溶解态磷酸盐含量能够有效抑制细菌的再生长潜力，从而达到长效抑菌的目的。针对生活饮用水磷含量低的特点，对生活饮用水中磷去除的最优方法为吸附法。吸附法除磷具有工艺简单、操作方便、占地面积小、处理效果好等优点。然而，寻找一种选择性好、吸附容量高、稳定性强的吸附剂是吸附除磷的关键。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯及其制备方法，该滤芯对低浓度磷具有良好的吸附选择性，能够通过除磷间接抑制微生物的二次生长，达到除磷抑菌的效果，为净水器的使用带来更高的质量保障。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其特征在于：其组成成分及各组分的质量百分含量为：
聚丙烯：96％～99.5％
氧化镧/氢氧化镧：0.25％～3％
亲水改性组分：0.25％～1％。
而且，所述的聚丙烯颗粒粒径在5～10mm。
而且，所述的氧化镧或氢氧化镧颗粒粒径在10～200nm。
而且，所述的亲水改性组分为聚乙烯亚胺与戊二醛。
一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚丙烯颗粒与氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯；
(2)将所制得的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯加入到一定浓度的聚乙烯亚胺溶液中，通过戊二醛进行交联，得到新型聚丙烯滤芯。
而且，步骤(1)所述负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯的制备方法包括以下步骤：
A1.将粒径在5～10mm的聚丙烯颗粒在280℃～300℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料；
A2.在聚丙烯熔喷料中添加粒径在10～200nm氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒；
A3.将掺杂氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯喷料进行纺丝，制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯。
而且，由步骤(1)制得的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯的组成和质量百分含量为：
聚丙烯：97％～99.75％；
氧化镧或氢氧化镧：0.25％～3％。
而且，步骤(2)所述新型聚丙烯滤芯的制备方法包括以下步骤：
S1.将PEI溶解于水中，该水的组成为去离子水：异丙醇＝1:1，得溶液a；
S2.将戊二醛溶于去离子水中，得溶液b；
S3.将负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯浸渍于溶液a中6～48h；
S4.将浸渍后的聚丙烯净水滤芯至于溶液b中进行交联反应6～12h，然后用去离子水清洗12～24h，得到新型除磷抑菌聚丙烯滤芯。
而且，步骤S1所述溶液a的质量百分含量为0.25％～1％。
而且，步骤S2所述溶液b的质量百分含量为0.1％～0.5％。
镧基化合物对磷酸根离子具有强烈的专性吸附能力，镧基化合物能够与磷酸根离子结合生成磷酸镧，其水中溶度积对数值pKa＝24.76，在海水中溶度积对数值pKa＝27.92，证明磷酸镧是磷酸盐中最难溶的化合物之一。镧基化合物吸附磷具有超强的选择性，能够有效去除生活饮用水中低浓度或超低浓度的磷。聚丙烯(PP)滤芯是家用净水器的初级过滤芯，成本低廉，其主要是通过物理方法拦截给水管网中的铁锈泥沙等物质。将纳米级镧基颗粒封装在PP纤维表面，不仅可以发挥PP棉本身的过滤功能，还能有效去除饮用水中的磷酸盐，抑制整体净水器中细菌的活性和生长繁殖，达到长效抑菌的目的。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将纳米氧化镧或氢氧化镧粒子与聚丙烯喷料均匀的掺杂在一起，并熔喷成超细纤维，制成均匀负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯纤维滤芯。
2、本发明滤芯对低浓度磷具有很强的选择吸附能力，赋予了净水器初级PP棉滤芯新的功能。
3、本发明解决了PP滤芯表面疏水性问题，将滤芯表面亲水改性，促进了对磷的吸附。
4、本发明通过除磷达到抑菌的作用，为生活饮用水抑菌提供了新的思路。
附图说明
图1(a)是磷酸根浓度随时间的变化；
图1(b)是细菌浓度随时间的变化；
图2是普通PP滤芯与改性PP滤芯细菌浓度变化；
图3是中试实验细菌浓度变化；
图4是改性后氧化镧/氢氧化镧聚丙烯滤芯实物图。
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。
一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其组成成分及各组分的质量百分含量为：
聚丙烯：96％～99.5％
氧化镧/氢氧化镧：0.25％～3％
亲水改性组分：0.25％～1％。
其中：聚丙烯颗粒粒径在5～10mm；氧化镧或氢氧化镧颗粒粒径在10～200nm；亲水改性组分为聚乙烯亚胺(PEI)与戊二醛。
一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯颗粒与氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯，其具体步骤为：
A1.将粒径在5～10mm的聚丙烯颗粒在280℃～300℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料；
A2.在聚丙烯熔喷料中添加粒径在10～200nm氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒；
A3.将掺杂氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯喷料进行纺丝，制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯。
上述的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯的组成和质量百分含量为：
聚丙烯：97％～99.75％；
氧化镧或氢氧化镧：0.25％～3％。
(2)将所制得的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯加入到一定浓度的聚乙烯亚胺(PEI)溶液中，通过戊二醛(质量浓度0.1％～0.5％)进行交联，得到新型聚丙烯滤芯。
其具体步骤为：
S1.将PEI溶解于水(去离子水：异丙醇＝1:1)中，得溶液a，溶液a的质量百分含量为0.25％～1％；
S2.将戊二醛溶于去离子水中，得溶液b，溶液b的质量百分含量为0.1％～0.5％；
S3.将负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯浸渍于溶液a中6～48h；
S4.将浸渍后的聚丙烯净水滤芯至于溶液b中进行交联反应6～12h，然后用去离子水清洗12～24h，得到新型除磷抑菌聚丙烯滤芯。
实施例一：本实施例的具体步骤为：
1、将5mm聚丙烯颗粒在280℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料然后加入10nm氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯纤维滤芯。所述聚丙烯与氧化镧或氢氧化镧的质量比为97:3。
2、将步骤1所得的聚丙烯滤芯浸渍于1％的PEI溶液中，浸渍温度70℃，浸渍时间24小时。
3、将步骤2所得聚丙烯滤芯于0.1％的戊二醛溶液中，反应12小时，去离子水冲洗12h，干燥。
采用本实施方案制得的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，实验表明对磷酸根有很强的吸附能力。结果如图1(a)所示，当水中初始磷酸根浓度为0.1mg/L时，吸附5小时后磷浓度达到检测下限，磷酸根浓度几乎为零。
对制得的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯考察了抑菌效果，结果如图1(b)所示，滤芯与自来水反应12天后细菌数减少到40CFU/mL。
实施例二：本实施例的具体步骤为：
1、将8mm聚丙烯颗粒在290℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料然后加入50nm氧化镧/氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯。
所述聚丙烯与氧化镧/氢氧化镧的质量比为99.75:0.25。
2、将步骤1所得的聚丙烯滤芯浸渍于0.25％的PEI溶液中，浸渍温度70℃，浸渍时间24小时。
3、将步骤2所得聚丙烯滤芯于0.1％的戊二醛溶液中，反应12小时，去离子水冲洗18h，干燥。
采用本实施方案制得的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，对比了普通聚丙烯滤芯与新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的抑菌效果，实验结果如图2所示，新型除磷抑菌聚丙烯滤芯抑菌效果明显高于普通聚丙烯滤芯。
实施例三：本实施例的具体步骤为：
1、将10mm聚丙烯颗粒在300℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料然后加入200nm氧化镧/氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯。
所述聚丙烯与氧化镧/氢氧化镧的质量比为99:1。
2、将步骤1所得的聚丙烯滤芯浸渍于0.5％的PEI溶液中，浸渍温度70℃，浸渍时间24小时。
3、将步骤2所得聚丙烯滤芯于0.1％的戊二醛溶液中，反应12小时，去离子水冲洗24h，干燥。
采用本实施方案制得的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，用其进行了中试实验。实验结果如图3所示，取运行一年的家用净水器水样测定细菌数为20CFU/mL；在净水器前端安装新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，30天后细菌数降为5CFU/mL；去除新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，30天后，细菌数上升到30CFU/mL；接着继续将新型除磷抑菌聚丙烯滤芯安装15天后，细菌数降为10CFU/mL。

Claims (10)

1.一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其特征在于：其组成成分及各组分的质量百分含量为：
聚丙烯：96％～99.5％
氧化镧/氢氧化镧：0.25％～3％
亲水改性组分：0.25％～1％。
2.根据权利要求1所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其特征在于：所述的聚丙烯颗粒粒径在5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其特征在于：所述的氧化镧或氢氧化镧颗粒粒径在10～200nm。
4.根据权利要求1所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯，其特征在于：所述的亲水改性组分为聚乙烯亚胺与戊二醛。
5.一种如权利要求1所述的新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚丙烯颗粒与氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒经过熔融纺丝制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯；
(2)将所制得的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯加入到一定浓度的聚乙烯亚胺溶液中，通过戊二醛进行交联，得到新型聚丙烯滤芯。
6.根据权利要求5所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯滤芯的制备方法包括以下步骤：
A1.将粒径在5～10mm的聚丙烯颗粒在280℃～300℃下通过螺杆挤压机制得聚丙烯熔喷料；
A2.在聚丙烯熔喷料中添加粒径在10～200nm氧化镧或氢氧化镧纳米颗粒；
A3.将掺杂氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯喷料进行纺丝，制得负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯。
7.根据权利要求5或6所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：由步骤(1)制得的负载氧化镧/氢氧化镧的聚丙烯滤芯的组成和质量百分含量为：
聚丙烯：97％～99.75％；
氧化镧或氢氧化镧：0.25％～3％。
8.根据权利要求5所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述新型聚丙烯滤芯的制备方法包括以下步骤：
S1.将PEI溶解于水中，该水的组成为去离子水：异丙醇＝1:1，得溶液a；
S2.将戊二醛溶于去离子水中，得溶液b；
S3.将负载氧化镧或氢氧化镧的聚丙烯净水滤芯浸渍于溶液a中6～48h；
S4.将浸渍后的聚丙烯净水滤芯至于溶液b中进行交联反应6～12h，然后用去离子水清洗12～24h，得到新型除磷抑菌聚丙烯滤芯。
9.根据权利要求8所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：步骤S1所述溶液a的质量百分含量为0.25％～1％。
10.根据权利要求8所述的一种新型除磷抑菌聚丙烯滤芯的制备方法，其特征在于：步骤S2所述溶液b的质量百分含量为0.1％～0.5％。
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