CN113896257B - 水处理过滤结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种水处理过滤结构及其制作方法，该过滤结构具有多孔结构的基体，多孔之间连通形成流体通道；以及附着于基体表面的氧化亚铜膜。本发明在多孔铜基体表面氧化形成氧化亚铜膜，一方面可以实现良好的小颗粒杂质过滤能力，另一方面氧化亚铜膜具有杀菌能力，孔隙不容易堵塞，易清理，再一方面，氧化亚铜膜与基体之间结合强度高，使用寿命长。采用本发明制作方法生成的氧化亚铜膜的厚度可以实现精确控制。

Description

水处理过滤结构及其制作方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种具有杀菌功能的水处理过滤结构及其制作方法。

背景技术

在工业水处理和工业用水领域，一般需要通过过滤装置进行循环过滤。传统手段中，过滤装置多采用铜网、不锈钢网、不锈钢纤维毡、玻璃纤维等来拦截水体中的颗粒。其存在的问题至少包括：使用玻璃纤维过滤器空隙小，拦截能力强，但是玻璃韧性太差，难以广泛使用；不锈钢网或铜网韧性好，但是网孔之间的空隙大，对小颗粒杂质的拦截能力差。且这些过滤材料长时间的水中使用，容易滋长细菌，难以清洁。

如何提供一种既能实现拦截能力强、韧性高、容易清洗的过滤结构，是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种水处理过滤结构及其制作方法，用于解决现有技术中小颗粒杂质的拦截能力差、容易滋长细菌、难以清洁等问题，包括：

提供一种水处理过滤结构，包括：

具有多孔结构的基体，多孔之间连通形成流体通道；以及

附着于基体表面的氧化亚铜膜，其厚度0.05微米～100微米。

一实施例中，所述基体为铜粉颗粒层、和/或铜纤维、和/或金属线层。

一实施例中，铜粉颗粒的粒径为1～250μm，优选为10～150μm；

铜纤维的直径为5～60μm。

一实施例中，所述的金属线层由多条金属线交织或阵列形成，金属线直径为5-90um，或

所述的金属线层由多条金属线交织成金属网格，金属网格孔径为10-100um。

一实施例中，所述金属线层的材质为铜。

一实施例中，水处理过滤结构的孔隙率为78％～91％。

还提供一种过滤结构，包括叠加设置的多个所述的水处理过滤结构。

还提供一种水处理过滤结构制作方法，包括：

制作具有多孔结构的铜质基体，多孔之间连通形成流体通道；

在流体通道的表面形成氧化亚铜膜。

一实施例中，以铜粉、和/或铜纤维、和/或金属线层为原料，通入氢气或一氧化碳，或在真空环境下对原料进行烧结，以形成所述铜质基体，烧结温度300-1000℃，优选为500-980℃，烧结时间10-300分钟。

一实施例中，通入氧化性气氛，通过热处理在流体通道的表面形成氧化亚铜膜，热处理温度为300～1000℃，时间15～300分钟。

一实施例中，还包括：通入惰性气氛，对氧化亚铜膜进行稳定化处理，处理温度为300～1000℃，时间15～300分钟。

与现有技术相比，本发明在多孔铜基体表面氧化形成氧化亚铜膜，一方面可以实现良好的小颗粒杂质过滤能力，另一方面氧化亚铜膜具有杀菌能力，孔隙不容易堵塞，易清理，再一方面，氧化亚铜膜与基体之间结合强度高，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请中记载的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请一实施方式中过滤结构的示意图；

图2是本申请一实施方式中过滤结构的电镜照片。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

基于现有技术中过滤结构所存在的问题，发明人巧妙的联想到可以采用烧结形成的多孔结构作为水体过滤结构，该结构可以通过金属粉末或金属纤维直接烧结形成，也可以与金属网进行结合，制作工艺简单，利于规模化生产，形状可控。而且烧结所获的微孔结构尺寸小，可以用于微小杂质的过滤。同时，在过滤结构表面形成氧化亚铜膜，不仅可以实现灭菌功能，还能保证在长时间使用后，过滤结构的孔隙不会产生堵塞。

金属粉末、金属纤维和金属网所采用的金属材质选自铜、铜合金、铝、铝合金、铁、铁基合金、镍、或镍基合金。优选的，金属粉末、金属纤维和金属网的材质相同，更优选的，金属粉末、金属纤维和金属网的材质均为铜。

金属粉末优选为铜粉，铜粉可以是球形铜粉，不规则铜粉，也可以是电解铜粉，优选电解铜粉。铜粉粒径在1～250um之间，优选10～150um。

金属纤维优选为铜纤维，铜纤维的直径为5～60μm。

金属网优选为铜网，可以是多条金属线交织或阵列形成，金属线直径为5-90um，优选20-60um；金属网还可以是由多条金属线交织成金属网格，金属网格孔径为10-100um，优选20-80um。

所获得多孔结构的孔隙在1-20um之间，孔隙率为78％～91％，孔隙尺寸受铜纤维直径，金属网孔隙、铜粉粒径等的影响。

在一优选实施例中，多孔结构是由铜粉颗粒与铜纤维互相掺杂后烧结形成。该方案中，可以预先将铜粉或铜浆料覆盖在铜纤维表面，然后通过施加一定的表面压力，使得铜颗粒与铜纤维完全贴合，形成纤维和颗粒复合的坯体，最后通过烧结形成多孔结构。

为了提高过滤结构的强度，在另一实施例中，多孔结构还可以通过金属网作为支撑体，然后将铜粉或铜浆料通过一定表面压力结合在铜网表面，使得铜颗粒或铜浆料与金属网完全贴合，形成颗粒和金属网复合的坯体，最后通过烧结形成多孔结构。

金属网由于容易折弯变形，因此可以根据需要折弯成任何需要的形状。

本案中可以通过一次烧结方式，直接将金属粉末结合在金属网表面或网孔缝隙之间，工艺简单，且金属粉末与金属网之间结合强度高，不易脱落，使用寿命长。

在一优选实施例中，多层金属网可以叠加设置。参图1所示的一种过滤结构，包括叠加设置的两层金属网11、以及形成于两层金属网11之间金属粉末层12，金属网11和金属粉末层12通过烧结方式结合在一起。在优选实施例中，金属网11和金属粉末层12材质均为铜。

为了使得复合材料能具有良好的连接强度，同时去除坯体表面和内部的氧化层和杂质，提高纯度，复合材料的烧结可以在氢气或一氧化碳等还原性气氛中进行，也可以在真空环境下进行，烧结温度为300-1000℃，优选为500-980℃，烧结时间10-300分钟。一实施中，为了获得孔隙率分布均匀的水体过滤结构，铜浆料可以是铜粉颗粒、造孔剂和粘结剂的混合物。

造孔剂是一种在600℃以下，可以气化的粉末，造孔剂的形貌为球形、多面体结晶状或其它形状的颗粒，粒径为0.1um～100um，但优选为气化温度400℃以下，形状为球形，粒径1um～30um。

造孔剂可以为甲基纤维素，碳酸铵、聚乙烯醇和尿素的混合物，石蜡和偶氮二异丁腈的混合物。

在优选的实施例中，粘结剂是一种流体，包括植物油、动物油、矿物油、植物胶、各种胶粉和或各种增稠剂在水和或醇类和或醚类中溶解分散后的具有一定粘度的混合溶液，粘度50～50000cP，在600℃以下可以完全分解，但优选为粘度200～8000cP，在400℃以下可以分解的流体。

本案直接以多孔结构作为水体过滤结构，虽然可以很好的实现细小杂质的过滤，同时满足韧性高、容易折弯变形的需求，但是长期在水中使用后，孔隙表面容易滋生细菌，造成孔隙堵塞，难以清洁，影响使用寿命。因此，发明人经过大量实验验证发现：在孔隙表面形成氧化亚铜膜可以有效解决该技术问题。

所获得结构参图2所示，铜粉颗粒结合在铜网孔隙之间，铜网和铜粉颗粒表面均形成有氧化亚铜膜，氧化亚铜膜的厚度优选0.05微米～100微米。

在优选的实施例中，构成孔隙的过滤结构采用铜材质，比如由铜粉末或铜纤维烧结形成，而金属网材质并不限定。

一实施例中，氧化亚铜膜的制作方法为：通入含有氧气等氧化性气氛，在高温条件下，对多孔结构进行氧化处理。该方法中，引入可控氧含量，通过控制热处理过程中的氧化气氛分压、流量、温度和时间来控制氧含量，实现表面氧化亚铜薄膜的厚度控制。热处理温度300-1000度，热处理时间10-300min。

进一步地，还可以通入氮气、氩气等惰性气氛，对氧化亚铜膜进行稳定化处理。通过处理，可以使得氧元素均匀稳定分布并覆盖在多孔结构的表面，同时使得表面晶体结构和化学性质更加稳定，可以长期储存和使用。

本案中，氧化亚铜膜在水体中可以实现良好的灭菌作用，为了发挥其最大作用，其需要非常大的工作面积，而多孔结构很好的提供了这样的表面积；并且，当其结合在孔隙表面并应用于水体净化时，又可以巧妙地解决了孔隙容易堵塞的问题；再一个，氧化亚铜膜通过氧化方式在孔隙表面直接形成，工艺简单，氧化亚铜膜与孔隙表面之间结合强度高，不仅使用寿命长，而且适于批量化生产。由此可知，氧化亚铜膜灭菌的功能应用于多孔过滤结构，可以实现1+1＞2的效果，这种手段的结合是非显而易见的。

为了进一步提高过滤效果，可以通过将多孔结构多层叠加或折弯使用，增大与水的接触面积。

本发明进一步通过下述具体实施案例以验证其过滤、灭菌等性能。

实施例1

过滤结构包括铜网、以及结合于铜网上的铜粉，铜粉颗粒之间构成用以过滤水体的通道，通道表面覆盖有氧化亚铜膜。所获得结构参图2所示。

其制作方法包括：

(1)、在铜网(目数200微米)上涂布一层电解铜粉(平均粒径60um，铜粉涂层厚度200um)，施加表面压力使得铜粉和铜网之间压实，然后在700℃真空条件下烧结30min，获得铜基的多孔结构。

(2)、将步骤(1)中得到的多孔结构，在空气气氛中300℃氧化30min，使多孔结构发生表面氧化形成氧化亚铜膜。

实施例2

过滤结构包括铜网、以及结合于铜网上的铜粉，铜粉颗粒之间构成用以过滤水体的通道，通道表面覆盖有氧化亚铜膜。

其制作方法包括：

(1)、在铜网(目数200微米)上涂布一层电解铜粉(平均粒径60um，铜粉涂层厚度200um)，然后在850℃氢气气氛中烧结60min，获得铜基的多孔结构。

(2)、将步骤(1)中得到的多孔结构，在氧气气氛中800℃氧化30min，氧分压小于5％，使多孔结构发生表面氧化形成氧化亚铜膜。

实施例3

过滤结构包括铜网、以及结合于铜网上的铜粉，铜粉颗粒之间构成用以过滤水体的通道，通道表面覆盖有氧化亚铜膜。

其制作方法包括：

(1)、在铜网(目数200微米)上涂布一层电解铜粉(平均粒径60um，铜粉涂层厚度200um)，然后在850℃氢气气氛中烧结60min，获得铜基的多孔结构。

(2)、将步骤(1)中得到的多孔结构，在氧气气氛中800℃氧化30min，氧分压小于5％，使多孔结构发生表面氧化形成氧化亚铜膜。

(3)、通入氮气，在200℃对氧化亚铜膜进行稳定化处理，处理时间20min。

实施例4

过滤结构包括相互掺杂的铜粉颗粒与铜纤维，过滤结构具有用以过滤水体的通道，通道表面覆盖有氧化亚铜膜。

其制作方法包括：

(1)、将铜粉覆盖在铜纤维(直径30um，纤维厚度200um)表面，然后通过施加一定的表面压力，使得铜颗粒与铜纤维完全贴合，形成纤维和颗粒复合的坯体，然后在850℃氢气气氛中烧结60min，形成多孔结构

(2)、将步骤(1)中得到的多孔结构，在氧气气氛中800℃氧化30min，氧分压小于5％，使多孔结构发生表面氧化形成氧化亚铜膜。

以市场上销售的不锈钢纤维、玻璃纤维、铜网作为过滤结构作为对比例，各实施例的性能效果参表1。

表1

由表1可以看出，具有氧化亚铜膜的过滤结构，强度高、不容易滋长细菌，且长期使用后孔隙率保持度好。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

除非另外具体陈述，否则本文中单数的使用包含复数(且反之亦然)。此外，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”包含复数形式。另外，在术语“约”的使用在量值之前之处，除非另外具体陈述，否则本发明教示还包括特定量值本身。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

Claims (6)

1.一种水处理过滤结构制作方法，其特征在于包括：

制作具有多孔结构的铜质基体，多孔之间连通形成流体通道，所述基体为铜粉颗粒层、铜纤维、铜金属线层或其组合，铜粉颗粒的粒径为1~250μm，铜纤维的直径为5~60μm，以铜粉、和/或铜纤维、和/或铜金属线层为原料，通入还原性气氛，或在真空环境下对原料进行烧结，以形成所述铜质基体，烧结温度300-1000℃，烧结时间10-300分钟，烧结过程中基体中还添加有造孔剂和粘结剂，造孔剂是在600℃以下可以气化的粉末，造孔剂粒径为0.1μm~100μm，粘结剂为在600℃以下可以完全分解的流体，包括植物油、动物油、矿物油、植物胶、胶粉和/或各种增稠剂在水和/或醇类和/或醚类中溶解分散后的具有一定粘度的混合溶液；

通入氧化性气氛，通过热处理在流体通道的表面形成氧化亚铜膜，热处理温度为300~1000℃，时间15~300分钟，氧化亚铜膜的厚度0.05微米~100微米，水处理过滤结构的孔隙率为78%~91%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：烧结温度为500-980℃。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：通入惰性气氛，对氧化亚铜膜进行稳定化处理，处理温度为300~1000℃，时间15~300分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铜金属线层由多条金属线交织或阵列形成，金属线直径为5-90μm，或

所述的铜金属线层由多条金属线交织成金属网格，金属网格孔径为10-100μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：铜粉颗粒的粒径为10~150μm。

6.一种过滤结构，其特征在于，包括叠加设置的多个由所述权利要求1至5任一方法制作的水处理过滤结构。