CN110372109A - 一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法，期方法包括以下步骤：A、制备改性石墨烯复合粉末；B、制备石墨烯活性炭复合颗粒；C、制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。本发明制备的复合滤芯具有高效阻垢功效，能有效去除水中钙镁离子，不会释放对人体有害的离子，并充分吸附水中的小分子有机物、细菌、异色、异味，明显减少水垢的形成，延长滤芯寿命，水质甘甜可口。

Description

一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤滤芯技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法。
背景技术
水垢根据其形成原因和成形状态的不同大致可分为硬垢和软垢两种。当水中含有碳酸盐胶体、细菌和有机物等杂质时，碳酸盐类似于水泥沙浆中的沙石，而胶体、细菌和有机物等则相当于水泥沙浆中的水泥，当水中胶体、细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐共同作用，在高温煮沸条件下则形成了和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢。
目前最常用阻垢方法就是向水中加入硅磷晶类的阻垢剂，可以使钙镁离子、碳酸根离子与药剂的分子形成络合物，增加其在高温水中的溶解度，从而使水垢不能析出、沉积。但是这种方法需不断的投入药剂，所以系统较为复杂，而且水中易富集过量的P，对人体有害处。
现有的石墨烯净水滤芯如申请人前期的专利CN 108623031A中公开了一种石墨烯净水滤芯，包括依次连接的一级石墨烯PP棉复合滤芯、二级石墨烯改性活性炭复合滤芯、三级石墨烯改性活性炭复合滤芯。虽然其具备非常好的净化效果，但其对钙镁离子和碳酸根离子并未去除，无法达到阻垢效果。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种石墨烯阻垢滤芯及其制备方法。通过在滤芯上复合嫁接相关官能团，对水中的钙镁、碳酸根离子等进行络合吸附，使得水垢粘附在滤芯表面，保证出水的钙镁含量降低，有效达到除垢目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，包括以下步骤：
A、制备改性石墨烯复合粉末；
B、制备石墨烯活性炭复合颗粒；
C、制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
优选地，步骤A中，所述改性石墨烯复合粉末的具体制备方法如下：
将石墨烯与改性剂在30-90℃混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末；
所述石墨烯为氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、机械剥离石墨烯中的一种或者几种。
优选地，所述改性剂为γ-氨丙基三乙基硅烷(KH550)、十六烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、一甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述改性石墨烯复合粉末中，改性剂的接枝比例为7％～38％。
优选地，步骤B中，所述石墨烯活性炭复合颗粒的具体制备方法如下：
B1、按照一定比例，将改性活性炭浸泡在1％-10％的改性石墨烯溶液中，浸泡2-8h；
B2、将改性活性炭滤出，然后在温度50-120℃烘箱中干燥3-12h，得到石墨烯活性炭复合颗粒。
优选地，步骤B1中，所述改性活性炭采用的活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭、木材活性炭中的一种或者多种；
所述活性炭的碘值为900-1300。
优选地，步骤B1中，所述改性活性炭采用的改性剂为乙二胺、氨水、碳酸氢铵、尿素、伯胺、仲胺中的一种或者多种；所述改性剂与活性炭的比例为15:1-1:2。
优选地，所述石墨烯活性炭复合颗粒中，石墨烯的质量比例为0.5-8％。
优选地，步骤C中，所述石墨烯活性炭复合阻垢滤芯的制备具体如下：将石墨烯活性炭颗粒通过挤出、热压成型，即得。
优选地，所述挤出采用单螺杆挤出机，100-300℃；所述热压成型温度为150-320℃。
本发明还提供了一种前述的方法制备的石墨烯阻垢滤芯。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明制备的复合滤芯具有高效阻垢功效，能有效去除水中钙镁离子，不会释放对人体有害的离子，并充分吸附水中的小分子有机物、细菌、异色、异味，明显减少水垢的形成，延长滤芯寿命，水质甘甜可口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。
实施例1
本实施例提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.制备改性石墨烯复合粉末:
将氧化石墨烯与γ-氨丙基三乙基硅烷混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末(改性剂的接枝比例为10％)；
2.制备石墨烯活性炭复合颗粒：
将煤质活性炭与乙二胺按15:1的质量比混合，得改性活性炭；
将改性活性炭与改性石墨烯复合粉末混合，得石墨烯活性炭复合颗粒(石墨烯质量比例为0.5％)。
3.制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯:
将石墨烯活性炭颗粒通过单螺杆挤出机挤出(挤出温度为100℃)、然后在150℃下热压成型，即得石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
实施例2
本实施例提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.制备改性石墨烯复合粉末:
将氧化还原石墨烯与十六烷基三甲氧基硅烷混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末(改性剂的接枝比例为7％)；
2.制备石墨烯活性炭复合颗粒：
将椰壳活性炭与氨水按10:1的质量比混合，得改性活性炭；
将改性活性炭与改性石墨烯复合粉末混合，得石墨烯活性炭复合颗粒(石墨烯质量比例为5％)。
3.制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯:
将石墨烯活性炭颗粒通过单螺杆挤出机挤出(挤出温度为200℃)、然后在250℃下热压成型，即得石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
实施例3
本实施例提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.制备改性石墨烯复合粉末:
将机械剥离石墨烯与辛基三乙氧基硅烷混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末(改性剂的接枝比例为38％)；
2.制备石墨烯活性炭复合颗粒：
将木材活性炭与伯胺按1:2的质量比混合，得改性活性炭；
将改性活性炭与改性石墨烯复合粉末混合，得石墨烯活性炭复合颗粒(石墨烯质量比例为8％)。
3.制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯:
将石墨烯活性炭颗粒通过单螺杆挤出机挤出(挤出温度为300℃)、然后在320℃下热压成型，即得石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
实施例4
本实施例提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.制备改性石墨烯复合粉末:
将氧化石墨烯与一甲基三乙氧基硅烷混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末(改性剂的接枝比例为20％)；
2.制备石墨烯活性炭复合颗粒：
将煤质活性炭与碳酸氢铵按1:1的质量比混合，得改性活性炭；
将改性活性炭与改性石墨烯复合粉末混合，得石墨烯活性炭复合颗粒(石墨烯质量比例为2％)。
3.制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯:
将石墨烯活性炭颗粒通过单螺杆挤出机挤出(挤出温度为200℃)、然后在300℃下热压成型，即得石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
实施例5
本实施例提供了一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.制备改性石墨烯复合粉末:
将氧化石墨烯与苯基三甲氧基硅烷混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末(改性剂的接枝比例为7％)；
2.制备石墨烯活性炭复合颗粒：
将煤质活性炭与尿素按10:1的质量比混合，得改性活性炭；
将改性活性炭与改性石墨烯复合粉末混合，得石墨烯活性炭复合颗粒(石墨烯质量比例为5％)。
3.制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯:
将石墨烯活性炭颗粒通过单螺杆挤出机挤出(挤出温度为150℃)、然后在200℃下热压成型，即得石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
对比例1
本对比例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤2中，本对比例采用的十二烷基磺酸钠代替乙二胺。
对比例2
本对比例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤2中，本对比例采用的二异丙胺代替乙二胺。
对比例3
本对比例与实施例3的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤2中，本对比例采用的叔胺代替伯胺。
对比例4
本对比例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤2中，本对比例采用的煤质活性炭与乙二胺的质量比为20:1。
对比例6
本对比例与实施例3的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤2中，本对比例采用的木材活性炭与伯胺的质量比为1:3。
对比例7
本对比例与实施例3的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤1中，本对比例制得的改性石墨烯复合粉末中改性剂的接枝比例为40％。
对比例8
本对比例与实施例2的方法基本相同，不同之处仅在于：步骤1中，本对比例制得的改性石墨烯复合粉末中改性剂的接枝比例为5％。
性能测试
将各实施例和对比例制备的石墨烯阻垢滤芯进行性能测试，测试方法如下：GB16632-2008，GB20944.3-2008，NSF42-2005。结果如表1所示。
表1
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、制备改性石墨烯复合粉末；
B、制备石墨烯活性炭复合颗粒；
C、制备石墨烯活性炭复合阻垢滤芯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述改性石墨烯复合粉末的具体制备方法如下：
将石墨烯与一定比例的改性剂在30-90℃混合、干燥，制得改性石墨烯复合粉末；
所述石墨烯为氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、机械剥离石墨烯中的一种或者几种。
3.根据权利要求2所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性剂为γ-氨丙基三乙基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、一甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯复合粉末中，改性剂的接枝比例为7％～38％。
5.根据权利要求1所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述石墨烯活性炭复合颗粒的具体制备方法如下：
B1、按照一定比例，将改性活性炭浸泡在1％-10％的改性剂溶液中，浸泡2-8h；
B2、将改性活性炭滤出，然后在温度50-120℃烘箱中干燥3-12h，得到改性活性炭颗粒；
B3、将改性活性炭颗粒与改性石墨烯复合粉末混合搅拌，得到石墨烯活性炭复合颗粒。
6.根据权利要求5所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，步骤B1中，所述改性活性炭采用的活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭、木材活性炭中的一种或者多种；
所述活性炭的碘值为900-1300。
7.根据权利要求5或6所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，步骤B1中，所述改性活性炭采用的改性剂为乙二胺、氨水、碳酸氢铵、尿素、伯胺、仲胺中的一种或者多种；所述改性剂与活性炭的比例为15:1-1:2。
8.根据权利要求1所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，所述石墨烯活性炭复合颗粒中，石墨烯的质量比例为0.5-8％。
9.根据权利要求1所述的石墨烯阻垢滤芯的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述石墨烯活性炭复合阻垢滤芯的制备具体如下：将石墨烯活性炭复合颗粒通过挤出、热压成型，即得；
所述挤出采用单螺杆挤出机，挤出温度为100-300℃；所述热压成型温度为150-320℃。
10.一种根据权利要求1所述的方法制备的石墨烯阻垢滤芯。
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