CN111701339A - 一种多尺度荷正电复合滤材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多尺度荷正电复合滤材，包括多尺度微纳米荷正电复合材料、多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维、低熔点纤维、吸附材料以及功能性添加剂；其中多尺度微纳米荷正电复合材料所占的质量百分比为10‑70wt％，多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维所占的质量百分比为10‑70wt％，热熔纤维的质量百分比为5‑30wt％，吸附材料的质量百分比为0‑30wt％，功能性添加剂的质量百分比为0.1‑10wt％。本发明具有表面积大，形成zeta电位高，稳定性好，能够通过电荷吸附去除水中带负电的污染物且去除效率高，并且具有优异的力学性能，制备方法和工艺简单，生产成本低，可实现工业化生产。

Description

一种多尺度荷正电复合滤材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多尺度荷正电复合滤材及其制备方法。
背景技术
目前市场上，去除类似污染物的主要产品技术是采用纯粹的物理孔径拦截，如RO膜、超滤膜、正渗透膜等，这些产品在去除能力、流量、压降等方面存在缺点。未来石墨烯膜技术可能可以替代该技术产品，但是短期预计无法实现。荷电膜是一种携带正电荷的过滤材料，依靠孔径截留、静电吸附，可以去除水中的细菌、病毒、孢子、氟、以及部分重金属和有机物等污染物，是一种多功能的滤材。荷电膜水通量大，跨膜压降小，可应用于工业反渗透水处理前置，家用水壶滤芯，复合超滤滤芯等方面。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供专利名。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种多尺度荷正电复合滤材，包括多尺度微纳米荷正电复合材料、多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维、低熔点纤维、吸附材料以及功能性添加剂；其中多尺度微纳米荷正电复合材料所占的质量百分比为10-70wt％，多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维所占的质量百分比为10-70wt％，热熔纤维的质量百分比为5-30wt％，吸附材料的质量百分比为0-30wt％，功能性添加剂的质量百分比为0.1-10wt％。
优选地，所述多尺度微纳米荷正电复合材料包括荷负电纤维，特种带电粘结材料，粘结剂以及多尺度微纳米荷正电金属氧化物；其中荷负电纤维的质量百分比为20wt％～80wt％，特种带电粘结材料的质量百分比为1wt％～10wt％，粘结剂的质量百分比为0.1wt％～2wt％，多尺度微纳米荷正电金属氧化物的质量百分比为20wt％～70wt％。
优选地，所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维为氧化铝，氧化锌，氧化铁，氢氧化铝，氢氧化铁，水合氧化铝，羟基氧化铁，羟基氧化铝，天然沸石，勃姆石，滑石、拟薄水铝石，硅藻土、硅酸盐、铝硅酸盐、钛酸酯、骨炭、钙羟基磷灰石、锰氧化物、氧化镁、珍珠岩、二氧化钛中的一种或者几种。
优选地，所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维包含微/纳米片，微/纳米棒，微/纳米线，微/纳米纤维或者微/纳米颗粒。
优选地，所述微/纳米颗粒的尺寸30nm-100μm，颗粒比表面积10-500 m2/g，纤维直径50nm-20μm，纤维长度0.1μm-20mm，纤维比表面积1-500 m2/g。
优选地，所述吸附材料为粉末活性炭、颗粒活性炭、活性炭纤维、石墨烯中的一种或者几种。
优选地，所述功能性添加剂为抑菌剂、阻垢剂，除铅剂中的一种或者几种。
优选地，所述的抑菌剂包含无机抗菌剂、银系抗菌剂、钛系抗菌剂、锌系抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂、高分子抗菌剂或者有机-无机抗菌剂。
优选地，所述的阻垢剂包含磷酸盐系、非磷酸盐系或者天然环保型阻垢剂。
一种如上所述的一种多尺度荷正电复合滤材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按质量百分比称取荷负电纤维a，添加水并快速搅拌分散均匀，得到A浆料；
步骤二、按质量百分比称取纳米负电荷纤维b，添加水并快速搅拌分散均匀，得到B浆料；
步骤三、按质量百分比称取特种带电粘结材料c，添加水并快速搅拌，得到C分散液；
步骤四、按质量百分比称取特种带电粘结材料d，添加水并快速搅拌，得到D分散液；
步骤五、按质量百分比称取粘接剂和多尺度微纳米荷正电金属氧化物，添加水并快速搅拌，得到混合E分散液；
步骤六、按质量百分比称取低熔点纤维，吸附材料，功能性添加剂，添加水并快速搅拌，得到混合F分散液；
步骤七、将步骤一得到的A浆料和步骤三得到的C分散液混合均匀；
步骤八、将步骤二得到的B浆料和步骤四得到的D分散液混合均匀；
步骤九、将步骤六，步骤七，步骤八分别得到混合分散液加入到步骤五得到的混合分散液中，得到最终混合分散液G，经过高速搅拌，真空抽滤和高温干燥，得到多尺度荷正电复合滤材。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明多尺度荷正电复合滤材具有多尺度微纳米纤维结构，利用高比表面积，高正电荷密度的微/纳米金属氧化物沉积到负电荷纤维表面，zeta电位高，稳定性好。
2、利用本发明的荷正电复合材料制备而成的过滤材料，可以高效吸附水中带负电的污染物，比如：细菌、病毒、孢囊等，且去除效率高。
3、本发明的多尺度荷正电复合滤材，具有优异的力学性能，更好地满足过滤与分离行业所需材料力学性能。
4、本发明的多尺度荷正电复合滤材，应用广泛，不仅可以用于应用于净水行业制备过滤材料，也可以应用于空气净化行业制备空净滤材，另外还可以应用医药行业分离和提纯细菌、病毒、孢囊等。
5、本发明的多尺度荷正电复合滤材的制备方法和工艺简单，生产成本低，可实现工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是扫描电子显微镜(SEM)下的荷负电纤维。
图2是扫描电子显微镜(SEM)下的多尺度荷正电复合材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种多尺度荷正电复合滤材，包括多尺度微纳米荷正电复合材料、多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维、低熔点纤维、吸附材料以及功能性添加剂；其中多尺度微纳米荷正电复合材料所占的质量百分比为10-70wt％，多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维所占的质量百分比为10-70wt％，热熔纤维的质量百分比为5-30wt％，吸附材料的质量百分比为0-30wt％，功能性添加剂的质量百分比为0.1-10wt％。
所述多尺度微纳米荷正电复合材料包括荷负电纤维，特种带电粘结材料，粘结剂以及多尺度微纳米荷正电金属氧化物；其中荷负电纤维的质量百分比为20wt％～80wt％，特种带电粘结材料的质量百分比为1wt％～10wt％，粘结剂的质量百分比为0.1wt％～2wt％，多尺度微纳米荷正电金属氧化物的质量百分比为20wt％～70wt％。
所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维为氧化铝，氧化锌，氧化铁，氢氧化铝，氢氧化铁，水合氧化铝，羟基氧化铁，羟基氧化铝，天然沸石，勃姆石，滑石、拟薄水铝石，硅藻土、硅酸盐、铝硅酸盐、钛酸酯、骨炭、钙羟基磷灰石、锰氧化物、氧化镁、珍珠岩、二氧化钛中的一种或者几种。
所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维包含微/纳米片，微/纳米棒，微/ 纳米线，微/纳米纤维或者微/纳米颗粒。
所述微/纳米颗粒的尺寸30nm-100μm，颗粒比表面积10-500m2/g，纤维直径50nm-20μm，纤维长度0.1μm-20mm，纤维比表面积1-500m2/g。
所述吸附材料为粉末活性炭、颗粒活性炭、活性炭纤维、石墨烯中的一种或者几种。
所述功能性添加剂为抑菌剂、阻垢剂，除铅剂中的一种或者几种。
所述的抑菌剂包含无机抗菌剂、银系抗菌剂、钛系抗菌剂、锌系抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂、高分子抗菌剂或者有机-无机抗菌剂。
所述的阻垢剂包含磷酸盐系、非磷酸盐系或者天然环保型阻垢剂。
参考说明书附图1-2，本发明具有纳米纤维结构，比相同质量的普通的荷负电纤维表面积大，稳定性好，通过电荷吸附去除水中带负电的污染物，比如：细菌、病毒等，且去除效率高。
本发明对细菌以及重金属元素去除率测试如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从上表可以看出，通过使用本发明进行五次测试后，将过滤后的水质与过滤前进行对比，可以很明显的看出水中比较典型的细菌诸如大肠杆菌，孢囊等去除率高达99％以上，而典型的重金属铅则很明显的被过滤掉。
制作所述多尺度荷正电复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按质量百分比称取荷负电纤维a，添加水并快速搅拌分散均匀，得到A浆料；
步骤二、按质量百分比称取纳米负电荷纤维b，添加水并快速搅拌分散均匀，得到B浆料；
步骤三、按质量百分比称取特种带电粘结材料c，添加水并快速搅拌，得到C分散液；
步骤四、按质量百分比称取特种带电粘结材料d，添加水并快速搅拌，得到D分散液；
步骤五、按质量百分比称取粘接剂和多尺度微纳米荷正电金属氧化物，添加水并快速搅拌，得到混合E分散液；
步骤六、按质量百分比称取低熔点纤维，吸附材料，功能性添加剂，添加水并快速搅拌，得到混合F分散液；
步骤七、将步骤一得到的A浆料和步骤三得到的C分散液混合均匀；
步骤八、将步骤二得到的B浆料和步骤四得到的D分散液混合均匀；
步骤九、将步骤六，步骤七，步骤八分别得到混合分散液加入到步骤五得到的混合分散液中，得到最终混合分散液G，经过高速搅拌(高速为速度大于等于每分钟1000转)，真空抽滤和高温干燥，得到多尺度荷正电复合滤材。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，包括多尺度微纳米荷正电复合材料、多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维、低熔点纤维、吸附材料以及功能性添加剂；其中多尺度微纳米荷正电复合材料所占的质量百分比为10-70wt％，多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维所占的质量百分比为10-70wt％，热熔纤维的质量百分比为5-30wt％，吸附材料的质量百分比为0-30wt％，功能性添加剂的质量百分比为0.1-10wt％。
2.根据权利要求1所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述多尺度微纳米荷正电复合材料包括荷负电纤维，特种带电粘结材料，粘结剂以及多尺度微纳米荷正电金属氧化物；其中荷负电纤维的质量百分比为20wt％～80wt％，特种带电粘结材料的质量百分比为1wt％～10wt％，粘结剂的质量百分比为0.1wt％～2wt％，多尺度微纳米荷正电金属氧化物的质量百分比为20wt％～70wt％。
3.根据权利要求1所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维为氧化铝，氧化锌，氧化铁，氢氧化铝，氢氧化铁，水合氧化铝，羟基氧化铁，羟基氧化铝，天然沸石，勃姆石，滑石、拟薄水铝石，硅藻土、硅酸盐、铝硅酸盐、钛酸酯、骨炭、钙羟基磷灰石、锰氧化物、氧化镁、珍珠岩、二氧化钛中的一种或者几种。
4.根据权利要求3所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述多孔荷正电金属氧化物颗粒或纤维包含微/纳米片，微/纳米棒，微/纳米线，微/纳米纤维或者微/纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述微/纳米颗粒的尺寸30nm-100μm，颗粒比表面积10-500m2/g，纤维直径50nm-20μm，纤维长度0.1μm-20mm，纤维比表面积1-500m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述吸附材料为粉末活性炭、颗粒活性炭、活性炭纤维、石墨烯中的一种或者几种。
7.根据权利要求1所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述功能性添加剂为抑菌剂、阻垢剂，除铅剂中的一种或者几种。
8.根据权利要求7所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述的抑菌剂包含无机抗菌剂、银系抗菌剂、钛系抗菌剂、锌系抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂、高分子抗菌剂或者有机-无机抗菌剂。
9.根据权利要求7所述的一种多尺度荷正电复合滤材，其特征在于，所述的阻垢剂包含磷酸盐系、非磷酸盐系或者天然环保型阻垢剂。
10.一种如权利要求1-9之一所述的一种多尺度荷正电复合滤材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按质量百分比称取荷负电纤维a，添加水并快速搅拌分散均匀，得到A浆料；
步骤二、按质量百分比称取纳米负电荷纤维b，添加水并快速搅拌分散均匀，得到B浆料；
步骤三、按质量百分比称取特种带电粘结材料c，添加水并快速搅拌，得到C分散液；
步骤四、按质量百分比称取特种带电粘结材料d，添加水并快速搅拌，得到D分散液；
步骤五、按质量百分比称取粘接剂和多尺度微纳米荷正电金属氧化物，添加水并快速搅拌，得到混合E分散液；
步骤六、按质量百分比称取低熔点纤维，吸附材料，功能性添加剂，添加水并快速搅拌，得到混合F分散液；
步骤七、将步骤一得到的A浆料和步骤三得到的C分散液混合均匀；
步骤八、将步骤二得到的B浆料和步骤四得到的D分散液混合均匀；
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