CN110773131A - 一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法及净水滤芯 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法及净水滤芯，包括如下步骤：制备超支化胺改性棉纤维滤布层：超支化胺改性棉纤维滤布层的制备所需原料包括棉纤维滤布、DMAc、HPAMAM和TMC；在滤芯棒外依次旋上RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层；在PP棉层外部套上一层网套壳体；用热熔胶在滤芯棒的端部粘上滤芯盖。本发明对多种污染物具有广谱去除性能，能够对荷正电、荷负电，不带电等多种存在形式的污染物都能进行吸附且不易脱附，同时本发明具有极佳的柔韧性，可有效缓解水流的冲击力。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种净水滤芯及其制备方法。
背景技术
随着如今城市化建设的推进，重金属污染和有机物污染问题日益突出，重金属离子及有机物由于其毒性高、致癌性高、不易降解并且容易在生物体内富集，成为水体污染重的重要污染物，这些污染物来源广泛，有荷正电、荷负电，不带电等多种存在形式；饮用水直接影响人体健康，急需研究高效的净水材料和技术。
目前的净水器大多采用PP棉滤芯、活性炭滤芯、RO膜滤芯等多级滤芯进行逐级过滤，以达到饮用水标准。但现有滤芯设计也存在不合理的地方，如采用PP滤芯，但其过滤精度不高，适用于水的初步过滤，仅限于一些微米级颗粒物的去除，对溶解性的重金属离子和有机物没有截留作用；采用活性炭滤芯用于吸附水中的化学物质，消除水中的异色和异味，但其主要以物理吸附为主，对重金属离子吸附能力有限。另外，活性炭净水滤芯容易出现炭质材料碎裂脱落的情况，碎裂的炭质材料会划伤膜表面从而失去过滤效果，大大减少滤芯的使用寿命；采用RO膜滤芯用于过滤细菌病毒、无机盐、重金属水垢、微生物等有害物质，但其过滤效率一般，造价昂贵，更换成本高。因此上述滤芯并不能有效的对饮用水进行彻底的净化过滤，对重金属离子和有机物去除效果很差。另外，由于现有的净水器滤芯功能单一，为有效去除水中多种污染物，往往需要由多个滤柱组成，且滤芯所需体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供对荷正电、荷负电、不带电等多种存在形式的污染物都具有较好化学吸附能力的一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法及净水滤芯。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：
(1)制备超支化胺改性棉纤维滤布层：超支化胺改性棉纤维滤布层的制备所需原料包括棉纤维滤布、DMAc、HPAMAM和TMC；
(2)在滤芯棒外依次旋上RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层；
(3)在PP棉层外部套上一层网套壳体；
(4)用热熔胶在滤芯棒的端部粘上滤芯盖。
本发明一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法还可以包括：
1、超支化胺改性棉纤维滤布层的制备方法为：
(a)将棉纤维滤布预处理：将棉纤维滤布在氢氧化钠溶液中浸泡，超声10min，之后用蒸馏水将棉纤维洗至中性，再用DMAc将棉纤维中的水分洗出，之后保存在DMAc中；
(b)将预处理后的棉纤维滤布接枝TMC：将均苯三甲酰氯溶在DMAc中配制成TMC-DMAc溶液，将经过预处理后的棉纤维滤布浸泡在TMC-DMAc溶液中，在70℃的条件下水浴加热4h；反应完全后，将反应后的棉纤维滤布用DMAc洗涤，洗去表面未反应的DMAc；
(c)将已经接枝TMC的棉纤维滤布放入超支化聚酰胺胺的水溶液中，常温下反应1h，之后用去离子水将材料表面残留的未反应超支化胺溶液洗净，置入烘箱中60℃干燥，常温保存，得到超支化胺改性棉纤维滤布。
2、步骤(a)中氢氧化钠溶液的质量分数为8％-20％，棉纤维滤布在氢氧化钠溶液中浸泡的时间为12h-24h。
3、步骤(b)中TMC-DMAC溶液中TMC的质量分数为2％-20％。
4、步骤(c)中超支化聚酰胺胺水溶液的质量分数为5％-50％。
本发明一种净水滤芯，其特征是：包括滤芯棒、RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层，滤芯棒位于最内层，由内而外依次设置RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层，网套壳体套于PP棉层外部，滤芯棒的端部安装滤芯盖。
本发明一种净水滤芯还可以包括：
1、超支化胺改性棉纤维滤布层的厚度为10-30mm，超支化胺改性棉纤维滤布层外侧的活性炭层、PP棉层以及网套壳体各至少为一层。
本发明的优势在于：本发明滤布由于超声波的机械效应使棉纤维天然扭曲消失，表面变得粗糙，棉纤维吸附化学药剂的比表面积增加。改性后纤维上和纤维之间都负载和接枝上了超枝化胺形成一层致密的超支化聚酰胺胺膜。这种材料分子末端含有大量的氨基活性位点，在中性溶液条件下，这些氨基一部分以氨基形式存在(-NH2)，另一部分水解形成质子化氨基(-NH3 +)。-NH2可以提供孤对电子与重金属离子形成配合物；质子化氨基(-NH3 +)带正电，可以和带负电的污染物(如甲基橙等)进行结合。TMC还能与部分未与氨基反应的酰氯集团会与水反应变成羧基(-COOH)。羧基在水中解离会带有负电荷，可以吸附水中带有正电荷的阳离子污染物(如罗丹明B等)。这种滤芯对多种污染物具有广谱去除性能，能够对荷正电、荷负电，不带电等多种存在形式的污染物都能进行吸附且不易脱附，同时该材料具有极佳的柔韧性，可有效缓解水流的冲击力。
本发明纤维滤芯材料同时带有氨基和羧基，形成一种类氨基酸结构，即类蛋白质的结构。可以很容易地实现对一些金属离子或阴离子、阳离子污染物的吸附。同时本发明提出的纤维滤芯装进净水器内，与多过滤层联用，使净水器净化过的水通过这种滤芯不但具有净化功能，而且对水中重金属离子和有机物的吸附效果显著；制备方法简单，使用方便，吸附效果好，此外纤维材料具有稳定性强，性质稳定，不易脱附等特点，能够有效延长净水滤芯的使用寿命，同时保证出水量，减少能耗。其适用于家用净水设备，包括水龙头净水器、净水壶等净水设备，具有广阔发展前景。
附图说明
图1为本发明净水滤芯的结构示意图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法：
S100.棉纤维预处理；
S200.棉纤维接枝TMC；
S300.制备超支化胺改性棉纤维滤布；
S400.在滤芯棒外依次旋上RO膜层，超支化胺改性棉纤维滤布层，活性炭层，PP棉层；
S500.在最外侧套上一层网套壳体加固；
S600.最后用热熔胶粘上滤芯盖。
先制备超支化胺改性棉纤维滤布，包括以下步骤：
(a)将棉纤维滤布在氢氧化钠溶液中充分浸泡，超声10min，之后用蒸馏水将棉纤维洗至中性，再用DMAc将棉纤维中的水分洗出，之后保存在DMAc中；
氢氧化钠溶液的质量分数为8％-20％；
浸泡时间为12h-24h，此步浸泡的目的在于经碱活化后，使棉纤维表面蜡质层融化，并打开纤维中的氢键，提高羟基反应活性。
本步骤中，棉纤维滤布经超声波处理后，超声波的机械效应使棉纤维天然扭曲消失，氢键断裂，暴露大量羟基，进一步提高与均苯三甲酰氯的接枝量。
(b)将均苯三甲酰氯溶在DMAc中配制成TMC-DMAc溶液，将经过预处理后的棉纤维浸泡在配置好的TMC-DMAc溶液中，在70℃的条件下水浴加热4h。反应完全后，将反应后的滤布用DMAc洗涤数次，洗去表面未反应的DMAc；
TMC-DMAC溶液中TMC的质量分数为2％-20％；
本步骤中，在DMAC溶液中，反应温度70℃时，活化后纤维素上的羟基与均苯三甲酰氯中部分酰氯基团反应。
(c)将已经接枝TMC的棉纤维放入超支化聚酰胺胺的水溶液中，常温下反应1h，之后用去离子水将材料表面残留的未反应超支化胺溶液洗净，置入烘箱中60℃烘干，常温保存，得到超支化胺改性棉纤维滤布。
超支化聚酰胺胺水溶液的质量分数为5％-50％；
本步骤是引入超支化胺，让超支化胺的端氨基与均苯三甲酰氯剩余酰氯基团反应。从而将超支化胺接枝在纤维素上。
本发明净水滤芯，包括由内到外依次设置的RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层、网套壳体，所述超支化胺改性棉纤维滤布材料层采用上述制备方法制得的超支化胺改性棉纤维材料。
超支化胺改性棉纤维滤布层的厚度为10-30mm。
超支化胺改性棉纤维滤布层的外侧至少设有一层活性炭层和PP棉层以及一层网套壳体。
如图1所示，本发明提供了一种净水纤维滤芯，从内到外依次是滤芯棒10，RO膜层11，超支化胺改性棉纤维滤布层12，活性炭层13，PP棉层14，网套壳体15。所述净水纤维滤芯的上端设有一个滤芯盖20，更换装置21。所述超支化胺改性棉纤维滤布层12包裹于所述RO膜层外侧。这种类氨基酸结构的超支化胺改性棉纤维滤布层可以很容易地实现对一些金属离子或阴离子、阳离子污染物的吸附。本发明提供的净水纤维滤芯可以提高滤芯综合去除污染物效率，其中多过滤层联用可以弥补以往单一过滤层的缺陷。
本发明提供的净水纤维滤芯，所述超支化胺改性棉纤维滤布层12的厚度为10-30mm，具体情况视滤芯的具体尺寸而定，比如，一款产品长度若在248mm左右(±1mm)，所述超支化胺改性棉纤维滤布层的厚度应在18.5mm左右(滤芯的外壁厚度达到65mm左右)，这样既能保证足够的机械性能，使其能够长时间经受住水流的冲击，又能保证有效的过滤效率效果，用较少的材料就能达到较好的过滤效果，有利于节省生产原料，进一步降低生产成本。
本发明的提供的净水滤芯，所述超支化胺改性棉纤维滤布层的外侧至少设有一层活性炭层，主要用于先过滤水中的大颗粒污染物，同时也是为了增加产品硬度。本发明主要还是利用超支化胺改性棉纤维滤布层进行净水，因此一般情况下只需要设置一层活性炭层13，但是某些大颗粒污染物较多的情况下为了加强预过滤效果可以设置多层活性炭层13。
在活性炭层13的外侧至少设有一层PP棉层14，进行水的初步过滤。
本发明提供的净水纤维滤芯的最外侧还设有一层网套壳体15，用于增加滤芯强度，固定内部的过滤层。所述网套壳体的网孔目数为30-80目。在一定范围内，目数越高，对滤芯的产品强度增幅就相对越高，但是，目数越高会影响过水速率，影响到滤芯整体水处理过滤效率，因为所述网套壳体15的网孔目数应控制在一定范围内，以保证一定的过水速率，一般采用50目的网套壳体15即可。
在本发明的滤芯盖20的外侧有便于更换滤芯的更换装置21。另外，本发明的长度可以根据客户需求而改变，其上端的滤芯盖20的具体形状也可以根据客户需求而更换。
Claims (7)
1.一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：
(1)制备超支化胺改性棉纤维滤布层：超支化胺改性棉纤维滤布层的制备所需原料包括棉纤维滤布、DMAc、HPAMAM和TMC；
(2)在滤芯棒外依次旋上RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层；
(3)在PP棉层外部套上一层网套壳体；
(4)用热熔胶在滤芯棒的端部粘上滤芯盖。
2.根据权利要求1所述的一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：超支化胺改性棉纤维滤布层的制备方法为：
(a)将棉纤维滤布预处理：将棉纤维滤布在氢氧化钠溶液中浸泡，超声10min，之后用蒸馏水将棉纤维洗至中性，再用DMAc将棉纤维中的水分洗出，之后保存在DMAc中；
(b)将预处理后的棉纤维滤布接枝TMC：将均苯三甲酰氯溶在DMAc中配制成TMC-DMAc溶液，将经过预处理后的棉纤维滤布浸泡在TMC-DMAc溶液中，在70℃的条件下水浴加热4h；反应完全后，将反应后的棉纤维滤布用DMAc洗涤，洗去表面未反应的DMAc；
(c)将已经接枝TMC的棉纤维滤布放入超支化聚酰胺胺的水溶液中，常温下反应1h，之后用去离子水将材料表面残留的未反应超支化胺溶液洗净，置入烘箱中60℃干燥，常温保存，得到超支化胺改性棉纤维滤布。
3.根据权利要求2所述的一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：步骤(a)中氢氧化钠溶液的质量分数为8％-20％，棉纤维滤布在氢氧化钠溶液中浸泡的时间为12h-24h。
4.根据权利要求2所述的一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：步骤(b)中TMC-DMAC溶液中TMC的质量分数为2％-20％。
5.根据权利要求2所述的一种具有广谱吸附性能的净水纤维滤芯材料的制备方法，其特征是：步骤(c)中超支化聚酰胺胺水溶液的质量分数为5％-50％。
6.一种净水滤芯，其特征是：包括滤芯棒、RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层，滤芯棒位于最内层，由内而外依次设置RO膜层、超支化胺改性棉纤维滤布层、活性炭层、PP棉层，网套壳体套于PP棉层外部，滤芯棒的端部安装滤芯盖。
7.根据权利要求6所述的一种净水滤芯，其特征是：超支化胺改性棉纤维滤布层的厚度为10-30mm，超支化胺改性棉纤维滤布层外侧的活性炭层、PP棉层以及网套壳体各至少为一层。
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