CN111744272B - 一种活性炭滤芯和其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活性炭滤芯,包括呈圆柱体状的中心杆和设置于其外部的过滤层,所述过滤层中包括活性炭颗粒以及包覆于活性炭颗粒外部的纤维,所述过滤层最内层的密度设置在0.3g/cm3‑0.5g/cm3之间,所述过滤层最外层的密度设置在0.2g/cm3‑0.4g/cm3之间,且所述过滤层最内层的密度大于过滤层最外层的密度。本发明所要达到的目的是提供一种产品结构具有梯度并且兼顾过滤效果、流速及强度兼备的活性炭滤芯;同时提供一种上述滤芯较为简单的、污染小的制备方法。

Description

一种活性炭滤芯和其制备方法
技术领域
本发明涉及滤芯和其制备方法,特别是一种活性炭滤芯和其制备方法。
背景技术
活性炭滤芯是一种较为常见的滤芯产品,其主要用于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体,还用于对空气的净化处理、废气回收(如在化工行业里对气体苯的回收)、贵重金属的回收及提炼(比如对黄金的吸收)。
常见的活性炭滤芯,其结构较为简单,外部为圆柱筒状的壳体,在壳体的内部填充有用以过滤的活性炭材料,再将滤芯进行封装。此种结构的活性炭滤芯,其活性炭部分被压实,无法形成三维的空间结构,导致在使用过滤时的流速较低,压力损耗大,甚至会有发生堵塞的情况;同时在该种内部紧密压实的活性炭滤芯中,过滤时能够产生的流道数量很少,使得部分活性炭颗粒无法起到有效的过滤效果,如果强行加大其过滤压力增加其过滤流速,则会有活性炭颗粒过滤部分被冲散的可能,使滤液中新增生活性炭颗粒杂质,影响过滤效果。进一步地,在现有技术中此类滤芯主要采用干法加热挤出的方式进行制备,这种方式在制备的过程中粉尘大量散发,造成车间污染严重,影响环境的同时需要较多的操作工人进行操作并且由于粉尘的存在对操作工人身体健康也产生较大影响。并且通过干法加热基础的方式制备的滤芯,由于模具固定,导致生产的产品尺寸和模具相匹配,如果需要做不同尺寸的活性炭滤芯就需要提前制备不同尺寸的模具。
发明内容
本发明所要达到的目的是提供一种产品结构具有梯度变化并且兼顾过滤效果、流速及强度兼备的活性炭滤芯;同时提供一种上述滤芯较为简单的、污染小的制备方法。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种活性炭滤芯,包括呈圆柱体状的中心杆和设置于其外部的过滤层,所述过滤层中包括活性炭颗粒以及包覆于活性炭颗粒外部的纤维,所述过滤层最内层的密度设置在0.3g/cm3-0.5g/cm3之间,所述过滤层最外层的密度设置在0.2g/cm3-0.4g/cm3之间,且所述过滤层最内层的密度大于过滤层最外层的密度。
通过上述技术方案,限定了活性炭滤芯外层及内层的密度范围,这里所说的外层,即为活性炭滤芯表面(或靠近该处的位置);内层,即为活性炭滤芯内部贴合中心杆的表面(或靠近该处的位置)如果活性炭滤芯内层密度小于0.3g/cm3,外层小于0.2g/cm3;密度都小,则过滤效果不佳;如果活性炭滤芯内层密度小于0.3g/cm3,外层大于0.4g/cm3,容易导致液体在外部速度慢而内部速度快,容易使外部向内部挤压,导致内部被压紧,影响滤芯形态同时又由于紧压导致活性炭滤芯崩散;如果活性炭滤芯内层密度大于0.5g/cm3,外层密度小于0.2g/cm3,则会导致外层去除率不佳,粘合力不足,使活性炭滤芯表面容易破损,而内层由于密度过大,导致流速降低的情况发生;如果活性炭滤芯外层密度大于0.5g/cm3,内层密度大于0.4g/cm3,此种情况由于整体密度都偏大,导致活性炭滤芯精度太高,使其整体流速过小,并且容易将滤液中一些需要的物质滤去。
进一步的,所述过滤层最外层的活性炭颗粒含量设置在40wt%-80wt%之间,所述过滤层最内层的活性炭颗粒含量设置在30wt%-70wt%之间。
通过采用上述技术方案,限定了活性炭滤芯中活性炭颗粒在过滤层中并不是均匀分布的,是具有一定梯度的。如果过滤层最外层的活性炭颗粒含量大于75wt%,内层的活性炭颗粒含量大于60wt%,则说明整体的活性炭颗粒含量过高,导致内部三维空间结构较少,纤维之间结合不足;如果是过滤层最外层的活性炭颗粒含量大于75wt%,内层活性炭颗粒含量小于40wt%,则流速外大内小,对内部产生冲击,容易冲散纤维;如果过滤层最外层的活性炭颗粒含量小于30wt%,内层活性炭颗粒含量小于40wt%,则活性炭颗粒含量少,降低整体滤芯的过滤效果,并且纤维容易剥离;如果过滤层最外层的活性炭颗粒含量小于30wt%,内层活性炭颗粒含量大于60wt%,则其内部活性炭颗粒过多,导致纤维含量过少,结合力较低,容易被冲散。
进一步的,所述活性炭颗粒的粒径设置在60目-400目之间。
进一步的,所述过滤层中活性炭颗粒含量设置在30wt%-90wt%之间,所述过滤层中活性炭颗粒的比表面积在600㎡/g-1200㎡/g之间。
通过采用上述技术方案,活性炭颗粒的目数表示了活性炭颗粒的粒径大小,结合活性炭颗粒的含量以及比表面积能够保证活性炭颗粒和支撑纤维和粘合纤维之间的结合强度的同时保证活性炭滤芯具有较高的吸附效果。
进一步的,所述过滤层的密度自内向外逐渐增大。
通过采用上述技术方案,说明过滤层内部密度变化是渐变的,而不是突变的,保证了过滤层内部的梯度结构,增加内部三维的空间通道结构,以增强产品的过滤效果。
进一步的,所述活性炭滤芯于充分润湿后,表面硬度损失在30%-90%之间。
硬度损失即表现了活性炭滤芯的结构强度牢固与否,当在相同的条件下,硬度损失越小,则能从侧面体现活性炭滤芯整体的结构强度越强。
进一步的,所述过滤层中的纤维包括经过原纤化处理的支撑纤维,所述支撑纤维包括但不限于纤维素纤维、聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
通过采用上述技术方案,经过原纤化处理的支撑纤维,能够具有更细小更多的分叉,能够增大支撑纤维和活性炭颗粒之间的作用力,使活性炭颗粒能够牢固地被支撑纤维捕获。
进一步的,所述过滤层中还包括粘合纤维,所述粘合纤维包括但不限于尿素纤维、三聚氰胺-甲醛的聚合物纤维、乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂纤维、聚酰胺环氧氯丙烷纤维、丙烯酰胺树脂纤维中的一种或多种。
通过采用上述技术方案,粘合纤维的存在能够起到三种不同的效果,第一能够将支撑纤维和支撑纤维之间进行粘合,使支撑纤维形成更牢固的结构;第二也存在部分粘合纤维之间包裹在活性炭颗粒的外部,填充活性炭颗粒和支撑纤维之间的空隙,使得整体结构更加饱满,增加结构哦强度;第三能够将活性炭颗粒和支撑纤维粘在一起,减小使用时活性炭颗粒散落在滤液中的可能性。
进一步的,所述过滤层中支撑纤维与活性炭颗粒的质量比在0.05-0.5之间。
通过上述技术方案,限定了支撑纤维和活性炭颗粒的质量比,这里对质量比起到决定性作用的是原材料中添加成分的含量。如果比值过低则活性炭滤芯整体的结构强度较低,过滤时容易被滤液冲散;如果比值过高,虽然能提高活性炭滤芯整体的支撑强度,但会增加活性炭滤芯的压降,影响过滤的流速。
进一步的,所述中心杆的外部包裹有无纺布层,所述过滤层的外部包裹有无纺布层。
通过采用上述技术方案,无纺布层的设置能够起到两个效果,一是能够保证活性炭滤芯在运输以及保存的过程中,保持环境的清洁,也能对过滤层起到保护通;二是能够形成一个容纳空间,就算过滤层中的活性炭颗粒被大压力大流量所冲散,也不会使其进入后续滤液中,只会让被冲散的活性炭颗粒分散于该容纳空间中,以保证滤液的纯度。
本发明还提供了一种活性炭滤芯的制备方法,包括步骤:S1:配置浆料,选择活性炭颗粒和纤维为原材料,将原材料与水均匀混合搅拌;S2:将浆料充入滤芯成型机的料液池中,将中心杆套入滤芯成型机的负压吸附管外侧,浸入料液池中吸附成型,形成初成品滤芯;所述负压吸附管外接的负压在-40kpa至-95kpa之间;S3:使用压辊对初成品滤芯表面进行辊压;S4:对初成品滤芯进行干燥。
进一步的,所述S2步骤中吸附成型时,中心杆匀速转动,且转速设置在10r/min-20r/min之间。
进一步的,所述S2步骤中,过滤层成型时,增厚的速度在0.3mm/s-6mm/s之间。
进一步的,所述S2步骤中,先在中心杆外部包裹PP无纺布,再将其套入滤芯成型机的负压吸附管外侧。
进一步的,步骤还包括:S5:对S4步骤完成的滤芯外部包裹PE、PET复合无纺布,同时加热,使无纺布粘在过滤层的外表面。
进一步的,所述原材料中包括支撑纤维,所述原材料中还包括粘合剂。
进一步的,所述粘合剂于S1步骤中溶解在浆料内,且于S4步骤中析出形成粘合纤维。
进一步的,所述活性炭颗粒含量占20wt%-90wt%之间,粘合剂含量在5wt%-30wt%之间,支撑纤维含量在5wt%-60wt%之间。
进一步的,所述原材料中还包括吸附纤维,所述吸附纤维包括但不限于碳纤维、壳聚糖纤维、海藻酸纤维中的一种或多种。
进一步的,所述原材料中活性炭颗粒含量在30wt%-90wt%之间,吸附纤维含量在5wt%-40wt%之间,支撑纤维含量在1wt%-30wt%之间,粘合剂占1wt%-20wt%之间。
进一步的,所述支撑纤维包括但不限于纤维素纤维、聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
进一步的,所述粘合剂包括但不限于尿素、三聚氰胺-甲醛的聚合物、乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺环氧氯丙烷、丙烯酰胺树脂中的一种或多种。
进一步的,所述浆料中原材料的含量设置在2wt%-10wt%之间。
通过采用上述技术方案,控制滤芯成型过程中的负压范围,来对活性炭滤芯过滤层的内层及外层密实程度进行控制,保证其密度符合要求。这里应当注意一点是,负压吸附管外接的负压,只要满足该范围即可,对于负压是否是恒定未作过多要求,负压可以是一个恒定的数值,也可以是一个变化的数值。对于整体的制备方法来说,在原材料形成浆料的过程中,粘合剂溶解于浆料,而在对初成品滤芯进行干燥时,粘合剂析出形成粘合纤维。吸附纤维即为功能性的一种纤维,对应不同的吸附物,可选用不同的吸附纤维,如金属铜离子等杂质即可使用海藻酸纤维等,如普通杂质则可选用碳纤维等。
本发明中的活性炭滤芯相比现有技术来说,具有的优点在于:1.活性炭滤芯整体的结构强度大,相对现有技术来说在保证活性炭颗粒不容易被冲刷至滤液中的前提下又能够保证较好的过滤效果。2.活性炭滤芯内部密实程度较低,具有较多的过滤流道,在保证过滤效果的同时又可以提高过滤效率,进一步还可以减小过滤时滤液流过活性炭滤芯的压降,降低能耗。3.活性炭滤芯中起到过滤效果的部分具有梯度结构。
本发明中的活性炭滤芯的制备方法,相比现有技术来说,具有的优点在于:1.在生产过程中对环境无污染,无粉尘。2.活性炭滤芯成型过程更加可控,可根据调节成型时不同工艺步骤的时间来调节最后活性炭滤芯产品的尺寸,不需要额外准备不同尺寸的模具。3.对活性炭滤芯产品过滤层的密度大小可控。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1为本发明中测量活性炭滤芯压差的示意图;
图2为本发明中测量活性炭滤芯过滤效率的示意图;
图3为本发明中测量活性炭滤芯使用时硬度损失的示意图;
图4为本发明中样品1的过滤层外层的电镜图;
图5为本发明中样品1的过滤层内层的电镜图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一:
一种活性炭滤芯,包括中心杆和设置于中心杆外部的过滤层,过滤层中包括有经原纤化处理的纤维素纤维形成的支撑纤维网、尿素纤维形成的粘合纤维网、以壳聚糖纤维为原料形成的吸附纤维网和分布在上述纤维网中间的活性炭颗粒。在中心杆的外部包裹有PP无纺布,在过滤层的外部包裹有PE、PET复合无纺布。以防止滤芯在较高压力以及流速的工况下,活性炭颗粒从过滤层脱落进入滤液影响过滤效果,同时也能够方便滤芯运输保存时,表面相对清洁,活性炭颗粒不会脱落。对于过滤层来说,其内部具有梯度的三维空间结构,靠近内层的位置活性炭颗粒含量少,纤维含量多;靠近外层的位置活性炭颗粒含量多,纤维含量少。在本实施例中,活性炭滤芯可以是两端均开口的形式,以便配合某些自带封装端部的过滤器。
一种活性炭滤芯的制备方法,包括步骤:
S1:配置浆料。选择粒径为60目、比表面积为600㎡/g的活性炭颗粒、经原纤化处理的纤维素纤维、尿素和壳聚糖纤维为原材料,将原材料与水均匀混合搅拌,其中原纤化的纤维素纤维的加拿大游离度为400cc。在原材料中,活性炭颗粒的含量占30wt%,纤维素纤维的含量占30wt%,尿素的含量占20wt%,壳聚糖纤维的含量占20wt%。根据S1步骤中所配置的浆料,浆料中原材料的含量占2wt%,即浆料的浓度为2%。
S2:将浆料充入滤芯成型机的料液池中,再将中心杆套入滤芯成型机的负压吸附管外侧,然后将中心杆浸入料液池中吸附成型,形成初成品滤芯。中心杆在套入负压吸附管外侧之前需要在中心杆的外部包裹一层PP无纺布,以防成型过程中,过多的浆料被吸出以造成料液浪费的情况。在滤芯成型的过程中,负压吸附管一边以恒定的压力抽负压,一边带着中心杆匀速旋转,进一步限定中心杆旋转的转速为20r/min,负压吸附管内外接的负压为-40kpa,并且在该条件下测得滤芯成型时,其过滤层增厚的速度为0.6mm/s。
S3:将S2步骤中成型的初成品滤芯从料液池中取出,再使用压辊对初成品滤芯表面进行辊压。应当注意的是,在本步骤中,辊压目的仅仅为了将初成品滤芯的表面辊压平整,对其表面的密度影响甚微。
S4:将经过表面辊压的初成品滤芯放入烘箱内进行烘干。
S5:将经过烘干的滤芯外部包裹PE、PET复合无纺布,同时加热。在本步骤中,加热使得复合无纺布内的PE材料融化,促使复合无纺布贴合粘在过滤层的外表面,最终制得样品1,其过滤层外层的结构如图4所示;过滤层内层的结构如图5所示。
进一步地,在选用和实施例一相同的原料的情况下,改变各原料含量,重复上述步骤制备活性炭滤芯,并且对活性炭滤芯进行相关性能的测试,并记录,详见下表一。在下表一中,活性炭颗粒的含量,单位为%;活性炭颗粒比表面积的单位为㎡/g;纤维素纤维含量,单位为%;尿素含量,单位为%;壳聚糖纤维含量,单位为%;浆料浓度,单位为%;内层、外层密度,单位为g/cm3;压差单位为Mpa;过滤效率,单位为%;硬度损失,单位为%。
表一:
Figure BDA0002605521890000091
Figure BDA0002605521890000101
Figure BDA0002605521890000111
在表一中,对活性炭滤芯内层和外侧的密度测试如下:取未包裹有无纺布层的活性炭滤芯,将其中间截断,从横截面处,分别贴合过滤层外层和内层,取样,取样尺寸为1cm×1cm×1cm大小。并置于电子天平上进行称重,进而计算其密度。
进一步地,对上表一中压差的测量进行说明,测量装置包括依次连接的清水源、流速表、水泵、压力表、单芯过滤器以及将其连接的管路,如图1所示。流速表用以测量管路内流体的流速,压力表用以测量单芯过滤器进水口处的压力大小,单芯过滤器底部液体流出与空气接触即将其压力默认为0,因此压力表测量的压力值即为液体经过滤芯的压差。在整体管路内液体流速相同的情况下,该处的压力越大则表明单芯过滤器中液体过滤时收到的阻力越大,侧面体现出活性炭滤芯过滤时对流速的影响大。
具体测量步骤如下:
取长度为245mm±2mm的成品活性炭滤芯,将其两端封装端盖形成完整的滤芯。
将滤芯放入单芯过滤器中,打开水泵连通管路对单芯过滤器内部进行过水排气,当单芯过滤器内部的空气排出完成后,关闭单芯过滤器侧壁的排气孔。
调节水泵,控制管路内液体流速处于10L/min,读取压力表读数并记录。
在表一中,过滤效率测量装置包括提供2ppm±0.2ppm的次氯酸钠溶液、水泵、单芯过滤器、百灵达的余氯测试装置以及将其连接的管路,如图2所示。
具体测量步骤如下:
取长度为245mm±2mm的成品活性炭滤芯,将其两端封装端盖形成完整的滤芯。
将滤芯放入单芯过滤器中,打开水泵连通管路对单芯过滤器内部进行过水排气,当单芯过滤器内部的空气排出完成后,关闭单芯过滤器侧壁的排气孔。
向单芯过滤器的进水口处注入2ppm±0.2ppm的次氯酸钠溶液,在本测试方法中,是通过将纯水和次氯酸钠溶液混合形成,并且在单芯过滤器的进水口也设置有余氯测量装置,以测量进水时的余氯含量。
使用余氯测量装置对单芯过滤器的出水口处进行余氯含量的测量,并记录。
在表一中,活性炭滤芯的硬度损失具体是指活性炭滤芯在经过使用后,其内部过滤层被液体浸泡、冲刷而导致其结构松散甚至活性炭粉末、颗粒脱落影响过滤,在控制相同的过滤流速、滤液量的情况下,活性炭滤芯的硬度损失越小,表面其过滤层的结构强度越高,能够适用更大的工作压力、流速等,同时也能说明活性炭滤芯的使用寿命相对较长。
关于硬度损失,具体测试需依次用管路连接清水源、泵、流速表、活性炭滤芯和单芯过滤器,如图3所示。并且还需使用硬度计对活性炭滤芯的硬度进行测量。
具体测量步骤如下:
取长度为245mm±2mm的成品活性炭滤芯,将其两端封装端盖形成完整的滤芯。
将活性滤芯浸泡在纯水中,持续2小时,以除去活性炭滤芯内部的气体。
从纯水中取出活性炭滤芯,使用吸水纸吸附活性炭滤芯表面多余的水分,用硬度计测定活性炭滤芯的硬度值P1。这里硬度值P1,为平均硬度值,即在测量的时候分别选取距离活性炭滤芯两端50mm位置处,以及滤芯中间位置处的区域,分别进行硬度值测量,再进行平均。
将活性炭滤芯放入单芯过滤器中,打开水泵连通管路对单芯过滤器内部进行过水排气,当单芯过滤器内部的空气排出完成后,关闭单芯过滤器侧壁的排气孔。
调节水泵,控制管路内液体流速处于5L/min下,当过水量达到50吨时,停止过水。关闭管路,从单芯过滤器中取出活性炭滤芯,使用吸水纸吸附活性炭滤芯表面多余的水分,使用硬度计测定活性炭滤芯的硬度值P2。这里的硬度值P2也为平均硬度值,其测试取样点的位置与测量硬度值P1时相同。最后硬度损失计算公式:Q=(P1-P2)/P1*100%。
进一步地,对各个样品过滤层最外层和内层的活性炭颗粒含量进行测定,具体测定方法如下:
取未包裹有无纺布层的活性炭滤芯,将其中间截断,从横截面处,分别贴合过滤层外层和内层,取样,取样尺寸为1cm×1cm×1cm大小,并置于电子天平上进行称重,记重m1;
将取样的样品浸入50%浓度的稀硫酸中浸泡60分钟,再清洗;并重复3次后,烘干。置于电子天平上称重,计重m2;即使用稀硫酸将样品中的纤维部分进行反应,剩下活性炭颗粒。
计算活性炭颗粒含量=m2/m1×100%。详见下表二。
表二:
Figure BDA0002605521890000141
Figure BDA0002605521890000151
Figure BDA0002605521890000161
Figure BDA0002605521890000171
在上表一和表二中,样品1至样品52均符合本发明方案所限定的条件,为其他不同活性炭滤芯的产品实施例;样品53至样品62为其他不同活性炭滤芯产品的对比例,在他们中每一个样品至少有一项不符合本发明方案所限定的条件,在这些对比例的制备过程中,也仅仅只是选用了不同性能参数、不同含量的原材料,对于其制备工艺和实施例一中所公开的制备工艺相同。将样品1至样品52对比表一中的对比例,不难发现,在对比例中,压差、过滤效率以及硬度损失,至少有一项数据是较差的,因此说明本方案中选择的材料、成分、性能是最优的方案。
实施例二:
一种活性炭滤芯,包括中心杆和设置于中心杆外部的过滤层,过滤层中包括有经原纤化处理的纤维素纤维形成的支撑纤维网、尿素纤维形成的粘合纤维网、以壳聚糖纤维为原料形成的吸附纤维网和分布在上述纤维网中间的活性炭颗粒。在中心杆的外部包裹有PP无纺布,在过滤层的外部包裹有PE、PET复合无纺布。以防止滤芯在较高压力以及流速的工况下,活性炭颗粒从过滤层脱落进入滤液影响过滤效果,同时也能够方便滤芯运输保存时,表面相对清洁,活性炭颗粒不会脱落。对于过滤层来说,其内部具有梯度的三维空间结构,靠近内层的位置活性炭颗粒含量少,纤维含量多;靠近外层的位置活性炭颗粒含量多,纤维含量少。在本实施例中,活性炭滤芯可以是两端均开口的形式,以便配合某些自带封装端部的过滤器。
一种活性炭滤芯的制备方法,包括步骤:
S1:配置浆料。选择粒径为60目、比表面积为600㎡/g的活性炭颗粒、经原纤化处理的纤维素纤维、尿素和壳聚糖纤维为原材料,将原材料与水均匀混合搅拌,其中原纤化的纤维素纤维的加拿大游离度为400cc。在原材料中,活性炭颗粒的含量占30wt%,纤维素纤维的含量占30wt%,尿素的含量占20wt%,壳聚糖纤维的含量占20wt%。根据S1步骤中所配置的浆料,浆料中原材料的含量占2wt%,即浆料的浓度为2%。
S2:将浆料充入滤芯成型机的料液池中,再将中心杆套入滤芯成型机的负压吸附管外侧,然后将中心杆浸入料液池中吸附成型,形成初成品滤芯。中心杆在套入负压吸附管外侧之前需要在中心杆的外部包裹一层PP无纺布,以防成型过程中,过多的浆料被吸出以造成料液浪费的情况。在滤芯成型的过程中,负压吸附管一边以恒定的压力抽负压,一边带着中心杆匀速旋转,进一步限定中心杆旋转的转速为15r/min,负压吸附管内外接的负压为-70kpa,并且在该条件下测得滤芯成型时,其过滤层增厚的速度为3mm/s。
S3:将S2步骤中成型的初成品滤芯从料液池中取出,再使用压辊对初成品滤芯表面进行辊压。应当注意的是,在本步骤中,辊压目的仅仅为了将初成品滤芯的表面辊压平整,对其表面的密度影响甚微。
S4:将经过表面辊压的初成品滤芯放入烘箱内进行烘干。
S5:将经过烘干的滤芯外部包裹PE、PET复合无纺布,同时加热。在本步骤中,加热使得复合无纺布内的PE材料融化,促使复合无纺布贴合粘在过滤层的外表面。
进一步地,在选用和实施例一相同的原料的情况下,改变各原料含量,重复上述步骤制备活性炭滤芯,并且对活性炭滤芯进行相关性能的测试,并记录,详见下表三。在下表三中,活性炭颗粒的含量,单位为%;活性炭颗粒比表面积的单位为㎡/g;纤维素纤维含量,单位为%;尿素含量,单位为%;壳聚糖纤维含量,单位为%;浆料浓度,单位为%;内层、外层密度,单位为g/cm3;压差单位为Mpa;过滤效率,单位为%;硬度损失,单位为%。
表三:
Figure BDA0002605521890000191
Figure BDA0002605521890000201
Figure BDA0002605521890000211
对于表三中的过滤层内层密度、外层密度、压差、过滤效率以及硬度损失也同样是按照实施例一中的相关方法进行测量。
进一步对表三中的样品,进行过滤层内层和外侧活性炭颗粒含量的测量,具体测量方法也与实施例一中方法相同,并且记录下表四。
表四:
Figure BDA0002605521890000212
Figure BDA0002605521890000221
Figure BDA0002605521890000231
Figure BDA0002605521890000241
在上表三和表四中,样品63至样品114均符合本发明方案所限定的条件,为其他不同活性炭滤芯的产品实施例;样品115至样品124为其他不同活性炭滤芯产品的对比例,在他们中每一个样品至少有一项不符合本发明方案所限定的条件,在这些对比例的制备过程中,也仅仅只是选用了不同性能参数、不同含量的原材料,对于其制备工艺和实施例二中所公开的制备工艺相同。将样品63至样品114对比表三中的对比例,不难发现,在对比例中,压差、过滤效率以及硬度损失,至少有一项数据是较差的,因此说明本方案中选择的材料、成分、性能是最优的方案。
实施例三:
一种活性炭滤芯,包括中心杆和设置于中心杆外部的过滤层,过滤层中包括有经原纤化处理的纤维素纤维形成的支撑纤维网、尿素纤维形成的粘合纤维网、以壳聚糖纤维为原料形成的吸附纤维网和分布在上述纤维网中间的活性炭颗粒。在中心杆的外部包裹有PP无纺布,在过滤层的外部包裹有PE、PET复合无纺布。以防止滤芯在较高压力以及流速的工况下,活性炭颗粒从过滤层脱落进入滤液影响过滤效果,同时也能够方便滤芯运输保存时,表面相对清洁,活性炭颗粒不会脱落。对于过滤层来说,其内部具有梯度的三维空间结构,靠近内层的位置活性炭颗粒含量少,纤维含量多;靠近外层的位置活性炭颗粒含量多,纤维含量少。在本实施例中,活性炭滤芯可以是两端均开口的形式,以便配合某些自带封装端部的过滤器。
一种活性炭滤芯的制备方法,包括步骤:
S1:配置浆料。选择粒径为60目、比表面积为600㎡/g的活性炭颗粒、经原纤化处理的纤维素纤维、尿素和壳聚糖纤维为原材料,将原材料与水均匀混合搅拌,其中原纤化的纤维素纤维的加拿大游离度为400cc。在原材料中,活性炭颗粒的含量占30wt%,纤维素纤维的含量占30wt%,尿素的含量占20wt%,壳聚糖纤维的含量占20wt%。根据S1步骤中所配置的浆料,浆料中原材料的含量占2wt%,即浆料的浓度为2%。
S2:将浆料充入滤芯成型机的料液池中,再将中心杆套入滤芯成型机的负压吸附管外侧,然后将中心杆浸入料液池中吸附成型,形成初成品滤芯。中心杆在套入负压吸附管外侧之前需要在中心杆的外部包裹一层PP无纺布,以防成型过程中,过多的浆料被吸出以造成料液浪费的情况。在滤芯成型的过程中,负压吸附管一边以恒定的压力抽负压,一边带着中心杆匀速旋转,进一步限定中心杆旋转的转速为10r/min,负压吸附管内外接的负压为-95kpa,并且在该条件下测得滤芯成型时,其过滤层增厚的速度为6mm/s。
S3:将S2步骤中成型的初成品滤芯从料液池中取出,再使用压辊对初成品滤芯表面进行辊压。应当注意的是,在本步骤中,辊压目的仅仅为了将初成品滤芯的表面辊压平整,对其表面的密度影响甚微。
S4:将经过表面辊压的初成品滤芯放入烘箱内进行烘干。
S5:将经过烘干的滤芯外部包裹PE、PET复合无纺布,同时加热。在本步骤中,加热使得复合无纺布内的PE材料融化,促使复合无纺布贴合粘在过滤层的外表面。
进一步地,在选用和实施例一相同的原料的情况下,改变各原料含量,重复上述步骤制备活性炭滤芯,并且对活性炭滤芯进行相关性能的测试,并记录,详见下表五。在下表五中,活性炭颗粒的含量,单位为%;活性炭颗粒比表面积的单位为㎡/g;纤维素纤维含量,单位为%;尿素含量,单位为%;壳聚糖纤维含量,单位为%;浆料浓度,单位为%;内层、外层密度,单位为g/cm3;压差单位为Mpa;过滤效率,单位为%;硬度损失,单位为%。
表五:
Figure BDA0002605521890000261
Figure BDA0002605521890000271
Figure BDA0002605521890000281
对于表五中的过滤层内层密度、外层密度、压差、过滤效率以及硬度损失也同样是按照实施例一中的相关方法进行测量。
进一步对表五中的样品,进行过滤层内层和外侧活性炭颗粒含量的测量,具体测量方法也与实施例一中方法相同,并且记录下表六。
表六:
Figure BDA0002605521890000282
Figure BDA0002605521890000291
Figure BDA0002605521890000301
Figure BDA0002605521890000311
在上表五和表六中,样品125至样品176均符合本发明方案所限定的条件,为其他不同活性炭滤芯的产品实施例;样品177至样品186为其他不同活性炭滤芯产品的对比例,在他们中每一个样品至少有一项不符合本发明方案所限定的条件,在这些对比例的制备过程中,也仅仅只是选用了不同性能参数、不同含量的原材料,对于其制备工艺和实施例三中所公开的制备工艺相同。将样品125至样品176对比表五中的对比例,不难发现,在对比例中,压差、过滤效率以及硬度损失,至少有一项数据是较差的,因此说明本方案中选择的材料、成分、性能是最优的方案。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例,但应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (21)

1.一种活性炭滤芯,包括呈圆柱体状的中心杆和设置于其外部的过滤层,其特征在于:所述过滤层中包括活性炭颗粒以及包覆于活性炭颗粒外部的纤维,所述过滤层最内层的密度设置在0.3g/cm³-0.5g/cm³之间,所述过滤层最外层的密度设置在0.2g/cm³-0.4g/cm³之间,且所述过滤层最内层的密度大于过滤层最外层的密度;所述过滤层最外层的活性炭颗粒含量设置在40wt%-80wt%之间,所述过滤层最内层的活性炭颗粒含量设置在30wt%-70wt%之间,同时过滤层最外层的活性炭颗粒含量大于过滤层最内层的活性炭颗粒含量。
2.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述活性炭颗粒的粒径设置在60目-400目之间。
3.根据权利要求2所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述过滤层中活性炭颗粒含量设置在30wt%-90wt%之间,所述过滤层中活性炭颗粒的比表面积在600㎡/g-1200㎡/g之间。
4.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述活性炭滤芯于充分润湿后,表面硬度损失在40%-70%之间。
5.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述过滤层中的纤维包括经过原纤化处理的支撑纤维,所述支撑纤维包括纤维素纤维、聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述过滤层中还包括粘合纤维,所述粘合纤维包括尿素纤维、三聚氰胺-甲醛的聚合物纤维、乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂纤维、聚酰胺环氧氯丙烷纤维、丙烯酰胺树脂纤维中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述过滤层中支撑纤维与活性炭颗粒的质量比在0.05-0.5之间。
8.根据权利要求1所述的活性炭滤芯,其特征在于,所述中心杆的外部包裹有无纺布层,所述过滤层的外部包裹有无纺布层。
9.如权利要求1-8所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,包括步骤:
S1:配置浆料,选择活性炭颗粒和纤维为原材料,将原材料与水均匀混合搅拌;
S2:将浆料充入滤芯成型机的料液池中,将中心杆套入滤芯成型机的负压吸附管外侧,浸入料液池中吸附成型,形成初成品滤芯;所述负压吸附管外接的负压在-40kpa至-95kpa之间;
S3:使用压辊对初成品滤芯表面进行辊压;
S4:对初成品滤芯进行干燥。
10.根据权利要求9所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述S2步骤中吸附成型时,中心杆匀速转动,且转速设置在10r/min-20r/min之间。
11.根据权利要求9所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述S2步骤中,过滤层成型时,增厚的速度在0.3mm/s-6mm/s之间。
12.根据权利要求9所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述S2步骤中,先在中心杆外部包裹PP无纺布,再将其套入滤芯成型机的负压吸附管外侧。
13.根据权利要求9所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,步骤还包括:
S5:对S4步骤完成的滤芯外部包裹PE、PET复合无纺布,同时加热,使无纺布粘在过滤层的外表面。
14.根据权利要求9所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述原材料中包括支撑纤维,所述原材料中还包括粘合剂。
15.根据权利要求14所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述粘合剂于S1步骤中溶解在浆料内,且于S4步骤中析出形成粘合纤维。
16.根据权利要求14或15所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述活性炭颗粒含量占20wt%-90wt%之间,粘合剂含量在5wt%-30wt%之间,支撑纤维含量在5wt%-60wt%之间。
17.根据权利要求14所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述原材料中还包括吸附纤维,所述吸附纤维包括碳纤维、壳聚糖纤维、海藻酸纤维中的一种或多种。
18.根据权利要求17所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述原材料中活性炭颗粒含量在30wt%-90wt%之间,吸附纤维含量在5wt%-40wt%之间,支撑纤维含量在1wt%-30wt%之间,粘合剂占1wt%-20wt%之间。
19.根据权利要求14所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述支撑纤维包括纤维素纤维、聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
20.根据权利要求14所述的活性炭滤芯的制备方法,其特征在于,所述粘合剂包括尿素、三聚氰胺-甲醛的聚合物、乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺环氧氯丙烷、丙烯酰胺树脂中的一种或多种。
21.根据权利要求9所述的活性炭滤的制备方法,其特征在于,所述浆料中原材料的含量设置在2wt%-10wt%之间。
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