CN110152396A - 一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法 - Google Patents

一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法，该滤芯的原料包含：活性炭90％～99％，氧化石墨烯0.1％～9.8％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯水溶液；步骤3，将颗粒活性炭加入到所得的溶液中，并加入添加剂，搅拌，升温，进行活性炭接枝反应，完成后升温烘干；步骤4，利用所得的氧化石墨烯复合活性炭生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。本发明制备的氧化石墨烯复合滤芯具有优异的过流杀菌、除垢等功能，可以广泛应用在各种场合条件下的净水器中，保护人们身体健康。

Description

一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种净水滤芯及其制备方法，具体地，涉及一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法。
背景技术
滤芯是过滤净化功能领域的专业名词，是为了净化原流体的资源和资源的分离简便装置。现在滤芯主要用在油过滤、空气过滤、水过滤等过滤行业。
滤芯分离液体或者气体中固体颗粒，或者使不同的物质成分充分接触，加快反应时间，可保护设备的正常工作或者空气的洁净，当流体进入置有一定规格滤网的滤芯后，其杂质被阻挡，而清洁的流物通过滤芯流出。液体滤芯使液体(包括油、水等)使受到污染的液体被洁净到生产、生活所需要的状态，也就是使液体达到一定的洁净度。而要想达到优良的过滤效果，滤芯的材料选择是至关重要的。
石墨烯是一种有碳原子按六边形排列而成的二维材料，氧化石墨烯在石墨烯的表层具有羧基，环氧基，羟基等含有基团修饰。由于氧化石墨烯制备工艺较简单，原材料成本低廉，同时在实际操作时氧化石墨烯与石墨烯相比更不易团聚，因此可广泛应用于大规模工业生产中。
发明内容
本发明的目的是提供一种净水滤芯及其制备方法，利用氧化石墨烯溶液制备和分散体系，以及活性炭生产制备体系生产一种功能性氧化石墨烯复合活性炭，并利用滤芯生产设备生产出一种氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯，该氧化石墨烯复合滤芯具有优异的过流杀菌、除垢等功能，可以广泛应用在各种场合条件下的净水器中，除去水中含有的细菌、水垢等杂质，净化水质，保护人们身体健康。
为了达到上述目的，本发明提供了一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其中，所述的滤芯的原料按质量百分比计包含：活性炭90％～99％，氧化石墨烯0.1％～9.8％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其中，所述的氧化石墨烯是采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其中，所述的活性炭包含煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭等中的任意一种或多种。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其中，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)等中的任意一种或多种。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其中，所述的添加剂包含聚丙烯酰胺、FOF、阳离子聚丙烯酸酰胺、多聚磷酸盐、螯合树脂等中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯水溶液；步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，并加入添加剂，搅拌，升温，进行活性炭接枝反应，完成后升温烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭；步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其中，所述的步骤2包含：步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌之后常温超声处理，得到氧化石墨烯水溶液。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其中，所述的步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入去离子水，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min；再将表面活性剂添加到所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其中，所述的步骤3中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
上述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其中，所述的步骤4中采用挤出型碳滤芯生产设备将氧化石墨烯复合活性炭加工成改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
本发明提供的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法具有以下优点：
本发明基于石墨烯功能基础上，利用氧化石墨烯溶液制备和分散体系，以及活性炭生产制备体系生产一种氧化石墨烯复合活性炭，并利用该改性氧化石墨烯活性炭生产一种氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯，该氧化石墨烯复合滤芯具有优异的过流杀菌、除垢等功能，可以广泛应用在各种场合条件下的净水器中，出去水中含有的细菌、水垢等，净化水质，保护人们饮水健康。
本方法制备的改性氧化石墨烯复合压缩活性炭净水滤芯，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，该滤芯的原料按质量百分比计包含：活性炭90％～99％，氧化石墨烯0.1％～9.8％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
优选地，氧化石墨烯是采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的。氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。
活性炭包含煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭等中的任意一种或多种。
表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)等中的任意一种或多种。
添加剂包含聚丙烯酰胺、FOF、阳离子聚丙烯酸酰胺、多聚磷酸盐、螯合树脂等中的任意一种或多种。
FOF即法欧孚材料，由法国国家科学研究院(CNRS)化学部的科学家历经40年的研究，证实了一种无机盐混合物能够彻底阻止水垢的生成，并能延缓水对多种金属的腐蚀，这项技术被命名为“FOF”，自2007年起，法国FOF研究课题小组与中国的水处理技术专家联合，历经5年时间，在世界范围内首次合成出高纯度的FOF固体，使FOF技术成为产品并可以实现量产。
本发明还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯水溶液；步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，并加入添加剂，搅拌，升温，进行活性炭接枝反应，完成后升温烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭；步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
优选地，步骤2包含：步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌之后常温超声处理，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入去离子水，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min；再将表面活性剂添加到所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4中采用挤出型碳滤芯生产设备将氧化石墨烯复合活性炭加工成改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。本方法中采用的各设备均为本领域技术人员所已知的。
下面结合实施例对本发明提供的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其原料按质量百分比计包含：活性炭99％，氧化石墨烯0.1％，表面活性剂0.3％，添加剂0.6％。
优选地，氧化石墨烯是采用Brodie法制备的。活性炭包含煤质活性炭。表面活性剂包含聚乙烯醇。添加剂包含聚丙烯酰胺。
本实施例还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液。其包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％，常温超声处理20～40min。
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，并加入添加剂，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭，采用挤出型碳滤芯生产设备生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
实施例2
一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其原料按质量百分比计包含：活性炭93％，氧化石墨烯1.5％，表面活性剂0.5％，添加剂5％。
优选地，氧化石墨烯是采用Staudenmaier法制备的。
活性炭包含椰壳活性炭。表面活性剂包含聚乙二醇。添加剂包含FOF。
本实施例还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液。其包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为2％，常温超声处理20～40min。
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，并加入添加剂，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭，采用挤出型碳滤芯生产设备生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
实施例3
一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其原料按质量百分比计包含：活性炭92％，氧化石墨烯5％，表面活性剂1％，添加剂2％。
优选地，氧化石墨烯是采用氧化还原法制备的。
活性炭包含木质活性炭。表面活性剂包含木质素磺酸钠或聚乙烯吡络烷酮(PVP)。添加剂包含阳离子聚丙烯酸酰胺或多聚磷酸盐。
本实施例还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液。其包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为5％，常温超声处理20～40min。
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，并加入添加剂，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭，采用挤出型碳滤芯生产设备生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
实施例4
一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其原料按质量百分比计包含：活性炭92.8％，氧化石墨烯7％，表面活性剂0.2％，添加剂1％。
优选地，氧化石墨烯是采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的。
活性炭包含果壳活性炭。表面活性剂包含十二烷基吡咯烷酮和十二烷基磺酸钠。添加剂包含螯合树脂。
本实施例还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液。其包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为8％，常温超声处理20～40min。
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，并加入添加剂，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭，采用挤出型碳滤芯生产设备生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
实施例5
一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其原料按质量百分比计包含：活性炭90％，氧化石墨烯9.8％，表面活性剂0.1％，添加剂0.1％。
优选地，氧化石墨烯是采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的。
活性炭包含煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭等中任意多种。
表面活性剂包含二甲基甲酰胺(DMF)。
添加剂包含聚丙烯酰胺、FOF、阳离子聚丙烯酸酰胺、多聚磷酸盐、螯合树脂等中任意多种。
本实施例还提供了该微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液。其包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，氧化石墨烯的质量浓度为10％，常温超声处理20～40min。
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，并加入添加剂，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，在微波辅助加热设备中升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后转移至微波干燥设备中，采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭，采用挤出型碳滤芯生产设备生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
本发明提供的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯及其制备方法，在制备氧化石墨烯复合活性炭滤芯中，优先制备氧化石墨烯分散液，将氧化石墨烯复合在活性炭中。本发明利用氧化石墨烯溶液制备和分散体系，以及活性炭生产制备体系生产一种功能性氧化石墨烯复合活性炭，并利用滤芯生产设备生产出一种氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯，该氧化石墨烯复合滤芯具有优异的过流杀菌、除垢等功能，可以广泛应用在各种场合条件下的净水器中，除去水中含有的细菌、水垢等杂质，净化水质，保护人们身体健康。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其特征在于，所述的滤芯的原料按质量百分比计包含：活性炭90％～99％，氧化石墨烯0.1％～9.8％，表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
2.如权利要求1所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其特征在于，所述的氧化石墨烯是采用Brodie法、Staudenmaier法、氧化还原法中的任意一种方法制备的。
3.如权利要求1所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其特征在于，所述的活性炭包含煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭中的任意一种或多种。
4.如权利要求1所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其特征在于，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯，其特征在于，所述的添加剂包含聚丙烯酰胺、FOF、阳离子聚丙烯酸酰胺、多聚磷酸盐、螯合树脂中的任意一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，制备氧化石墨烯水溶液；
步骤3，将颗粒活性炭加入到步骤2所得的溶液中，并加入添加剂，搅拌，升温，进行活性炭接枝反应，完成后升温烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭；
步骤4，利用步骤3所得的氧化石墨烯复合活性炭生产出改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
7.如权利要求6所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的步骤2包含：
步骤2.1，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；
步骤2.2，将表面活性剂添加到步骤2.1所得的溶液中，搅拌之后常温超声处理，得到氧化石墨烯水溶液。
8.如权利要求7所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入去离子水，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min；再将表面活性剂添加到所得的溶液中，搅拌10～20min，之后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯水溶液。
9.如权利要求6所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，活性炭与氧化石墨烯水溶液的质量比为1:(1～3)，搅拌机搅拌30～60min，采用微波加热，升温至50℃～70℃，进行活性炭接枝反应1～3h，完成后采用微波干燥，升温至80℃～120℃烘干，得到氧化石墨烯复合活性炭。
10.如权利要求6所述的微波辅助石墨烯接枝净水活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中采用挤出型碳滤芯生产设备将氧化石墨烯复合活性炭加工成改性氧化石墨烯压缩活性炭净水滤芯。
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