CN111530167A - 核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯及制备方法，包括骨架、热粘结、中心支撑杆、底端盖、环氧树脂粘结、氧化铝纳米纤维滤材、顶部密封圈。其中氧化铝纳米纤维材料分子式为AlO(OH)，是通过溶液共混法、浸泡、清洗、烘干、折叠、热熔焊接、封胶等步骤制备而成的。该滤芯可以实现降低核电系统水中放射性的目标，起到对维修操作人员身体保护的作用；同时该滤芯基础纤维孔径比同级别传统玻纤滤芯孔径大，从而流通性更好、压差更低、具有更高的纳污能力。

Description

核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯及制备方法
技术领域
本发明属于新材料在核工业应用的技术领域，具体涉及核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯及制备方法。
背景技术
在核工业水过滤器滤芯中，最常见的方式是用玻璃纤维或滤纸纤维滤材的滤芯，均属于传统的机械拦截过滤原理的滤芯，即通过孔径大小来拦截。然而，对于1微米以下的放射性物质，尤其是以胶质体形式存在的放射性水溶胶拦截效果很差，同时玻璃纤维材质在系统中有二氧化硅的析出问题。核工业有降低水中放射性的实际需求，所以需要尽量去除1微米以下的所有杂质包括溶胶。而传统过滤器要拦截亚微米级别的杂质，滤材孔径就需要做的非常密，从而导致通流能力差，压差非常高，从而降低了滤芯的纳污量和使用寿命。
发明内容
本发明提供核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯及制备方法，采用电荷吸附的方式有效拦截亚微米级别杂质包括溶胶物质，从而降低水中的放射性；同时可以采用更大孔径的滤芯实现高通流能力、低压差和更长使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，包括骨架，还包括位于所述骨架上部的顶部密封圈，和所述顶部密封圈焊接的中心支撑杆，所述的骨架接有热粘结层，所述的热粘结层包裹有氧化铝纳米纤维滤材，所述的氧化铝纳米纤维滤材底部接有环氧树脂粘结层，所述的环氧树脂粘结层接有底端盖。
进一步的，所述的氧化铝纳米纤维滤材分子式为AlO(OH)。
进一步的，所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯可适用于液体pH从3.8到11.4，涵盖水做慢化剂核反应堆（压水堆、重水堆和沸水堆）工艺系统水PH值范围。
进一步的，所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，直径分别为16寸篮式组合滤芯、12寸篮式组合滤芯、8寸滤芯、6寸滤芯、4寸滤芯、2.75寸滤芯、2.5寸滤芯，及上述各种滤芯的组合形式。
进一步的，所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，过滤精度范围从0.03微米到1微米，包括1微米精度滤芯、0.45微米精度滤芯、0.1微米精度滤芯、0.05微米和0.03微米精度滤芯。
进一步的，所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯制备方法包括：
步骤1.溶液共混法：在98%及以上浓硫酸作用下，聚酯纤维表面达到黏流状态，得到黏附在聚酯纤维外表面的初步氧化铝纳米纤维材料；
步骤2.浸泡：对步骤1得到的初步氧化铝纳米纤维材料使用除盐水进行至少2个小时的浸泡，得到滤材；
步骤3.清洗：使用超纯水对滤材进行冲洗至少10分钟，冲去残留化学物质和纤维碎片，得到洗净后的滤材；
步骤4.烘干：对洗净后的滤材进行不少于2个小时的烘干工艺处理；
步骤5.折叠：清洁烘干后的滤材，配合外侧支撑层材料和内侧导流层形成类似“三明治”的三层结构，安装在折纸机上，根据设定的折高和折叠工艺，得到成型滤材；
步骤6.热熔焊接：在成型滤材基础上，搭边第一个折边和最后一个折边，使用热熔焊接机进行热熔焊，从而使折叠后的滤芯变为圆柱形，热熔焊后的位置成为中缝，得到有热粘结的折叠滤材圆柱体；
步骤7.封胶：将步骤6的折叠滤材圆柱体装入内外骨架（聚丙烯或不锈钢骨架），如果是聚丙烯骨架和端盖，则采用塑料焊接机将端盖与滤材和其内外骨架热熔焊接固定；如果是不锈钢骨架和端盖，采用环氧树脂胶将端盖和滤材及内外骨架封胶固定，得到有环氧树脂粘结的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯。
本发明有以下积极的效果：
本发明通过使用氧化铝纳米纤维材料经强酸特殊处理附着在基础纤维上从而制成核用滤芯，使滤芯可以在放射性环境下拦截水中的放射性水载胶质体和其他亚微米级的污染物，能够降低核电系统水中放射性，起到对维修操作人员身体保护的作用。此外，该滤芯基础纤维孔径比同级别传统玻纤滤芯孔径大，从而流通性更好、压差更低、具有更高的纳污能力，从而减少维修的次数，增加后续设备的可靠性；没有增加额外设备，也不增加额外能源消耗。
附图说明
图1为典型核用滤芯构造；
图2为核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯表面电荷分布效果图。
其中，1-骨架；2-热粘结层；3-中心支撑杆；4-底端盖；5-环氧树脂粘结层；6-氧化铝纳米纤维滤材；7-顶部密封圈；图2中的1micron-1微米。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例所述方位均按图1所示为参照。本发明的技术方案是，核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，包括骨架1，还包括位于所述骨架1上部的顶部密封圈7，和所述顶部密封圈7焊接的中心支撑杆3，所述的骨架1接有热粘结层2，所述的热粘结层2包裹有氧化铝纳米纤维滤材6，所述的氧化铝纳米纤维滤材6底部接有环氧树脂粘结层5，所述的环氧树脂粘结层5接有底端盖4。
陶瓷氧化铝纳米纤维滤材6主要原料分子式为AlO(OH)。
其中核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯制备方法包括：
步骤1.溶液共混：在98%及以上浓硫酸作用下，聚酯纤维表面达到黏流状态，得到黏附在聚酯纤维外表面的初步氧化铝纳米纤维材料；
步骤2.浸泡：对步骤1得到的初步氧化铝纳米纤维材料使用除盐水进行至少2个小时的浸泡，得到滤材；
步骤3.清洗：使用超纯水对滤材进行冲洗至少10分钟，冲去残留化学物质和纤维碎片，得到洗净后的滤材；
步骤4.烘干：对洗净后的滤材进行不少于2个小时的烘干工艺处理；
步骤5.计算：根据客户的应用参数要求，计算过滤面积和滤芯尺寸； 过滤面积计算公式如下：A=U*H/K*Q/ΔP，
其中，A：过滤面积、 U:液体粘度、 H:滤材厚度、 K:通流系数、 Q：流量、ΔP：压差，
滤芯外形尺寸需要根据过滤器容器的尺寸来决定，同时需要满足过滤面积的要求、根据核电厂现用设备外径尺寸主要有406mm、304.8mm、203.2mm、152.4mm和114.3mm，滤芯直径和过滤面积主要为16寸滤芯>20m2过滤面积，12寸滤芯>7m2过滤面积，8寸滤芯>3.2m2过滤面积，6寸滤芯>2.2m2过滤面积，和4寸滤芯>1.6m2过滤面积，标准2.75英寸直径10英寸长滤芯有约0.4 m2过滤面积。但采用我方的W型折叠工艺可以在相同空间大小下可增加近50%过滤面积;
步骤6.折叠：清洁烘干后的滤材，配合外侧支撑层材料和内侧导流层形成类似“三明治”的三层结构，安装在折纸机上，根据设定的折高和折叠工艺，得到成型滤材；
步骤7.热熔焊接：在成型滤材基础上，搭边第一个折边和最后一个折边，使用热熔焊接机进行热熔焊，从而使折叠后的滤芯变为圆柱形，热熔焊后的位置成为中缝，得到有热粘结层2的折叠滤材圆柱体；
步骤8.封胶：将步骤7的折叠滤材圆柱体装入内外骨架（聚丙烯或不锈钢骨架），如果是聚丙烯骨架和端盖，则采用塑料焊接机将端盖与滤材和其内外骨架热熔焊接固定；如果是不锈钢骨架和端盖，采用环氧树脂胶将端盖和滤材及内外骨架封胶固定，得到有环氧树脂粘结层5的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯。
制备得到的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯具有极高的比表面积和表面正电位，因而具有较强的电吸附性能，能够用于拦截放射性水载胶质体和其他亚微米级的污染物。
如附图2所示，电荷吸附力已经布满滤材孔径，对放射性水载胶质体和其他亚微米级的污染物拦截效率可达99%以上。
核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯可适用于液体pH从3.8到11.4，涵盖水做慢化剂核反应堆（压水堆、重水堆和沸水堆）工艺系统水pH值范围。
核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，直径分别为16寸篮式组合滤芯、12寸篮式组合滤芯、8寸滤芯、6寸滤芯、4寸滤芯、2.75寸滤芯、2.5寸滤芯，及上述各种滤芯的组合形式。
核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，过滤精度范围从0.03微米到1微米，包括1微米精度滤芯、0.45微米精度滤芯、0.1微米精度滤芯、0.05微米和0.03微米精度滤芯。
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，其特征在于：包括骨架（1），还包括位于所述骨架（1）上部的顶部密封圈（7），和所述顶部密封圈（7）焊接的中心支撑杆（3），所述的骨架（1）接有热粘结层（2），所述的热粘结层（2）包裹有氧化铝纳米纤维滤材（6），所述的氧化铝纳米纤维滤材（6）底部接有环氧树脂粘结层（5），所述的环氧树脂粘结层（5）接有底端盖（4）。
2.根据权利要求1所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，其特征在于：所述的氧化铝纳米纤维滤材（6）为陶瓷氧化铝纳米纤维材料，分子式为AlO(OH)。
3.根据权利要求1所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，其特征在于：所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯可适用于液体pH从3.8到11.4。
4.根据权利要求1所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，其特征在于：所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，直径包括16寸篮式组合滤芯、12寸篮式组合滤芯、8寸滤芯、6寸滤芯、4寸滤芯、2.75寸滤芯、2.5寸滤芯。
5.根据权利要求1所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，其特征在于：所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯，过滤精度范围从0.03微米到1微米，包括1微米精度滤芯、0.45微米精度滤芯、0.1微米精度滤芯、0.05微米和0.03微米精度滤芯。
6.权利要求1所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤1.溶液共混法：在98%及以上浓硫酸作用下，聚酯纤维表面达到黏流状态，得到黏附在聚酯纤维外表面的初步氧化铝纳米纤维材料；
步骤2.浸泡：对步骤1得到的初步氧化铝纳米纤维材料使用除盐水进行至少2个小时的浸泡，得到滤材；
步骤3.清洗：使用超纯水对滤材进行冲洗至少10分钟，冲去残留化学物质和纤维碎片，得到洗净后的滤材；
步骤4.烘干：对洗净后的滤材进行不少于2个小时的烘干工艺处理；
步骤5.折叠：清洁烘干后的滤材，配合外侧支撑层材料和内侧导流层形成类似“三明治”的三层结构，安装在折纸机上，根据设定的折高和折叠工艺，得到成型滤材；
步骤6.热熔焊接：在成型滤材基础上，搭边第一个折边和最后一个折边，使用热熔焊接机进行热熔焊，从而使折叠后的滤芯变为圆柱形，热熔焊后的位置成为中缝，得到有热粘结层（2）的折叠滤材圆柱体；
步骤7.封胶：将步骤6的折叠滤材圆柱体装入内外骨架。
7.根据权利要求6所述的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯的制备方法，其特征在于：所述的步骤7的内外骨架材料是聚丙烯骨架或者不锈钢骨架：如果是聚丙烯骨架和端盖，则采用塑料焊接机将端盖与滤材和其内外骨架热熔焊接固定；如果是不锈钢骨架和端盖，采用环氧树脂胶将端盖和滤材及内外骨架封胶固定，得到有环氧树脂粘结层（5）的核电水过滤用电荷吸附过滤原理滤芯。
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