CN114159973A - 隔板、膜堆和净水设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔板、膜堆和净水设备，隔板包括：抗菌格网和一体形成于所述抗菌格网上的边框，所述抗菌格网具有用于流体通过的网孔，所述边框包绕于所述抗菌格网的外围，所述抗菌格网含有季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、纳米氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。根据本发明实施例的用于电渗析的隔板，采用边框作为抗菌格网的支撑载体，且将抗菌格网的分布范围位于边框内，从而使得隔板同时具有支撑离子交换膜，导流和防止渗漏的功能，而且对抗菌格网中不易析出的抗菌活性物质，使得隔板具有抗菌性能，又能保证出水水质安全。
Description
技术领域
本申请涉及净水技术领域，具体设及一种隔板、膜堆和净水设备。
背景技术
采用电渗析(ED)或倒极电渗析(EDR)技术来净化水，具有无需更换滤芯等的优势。电渗析技术中采用的膜堆主要包括选择性透过的阴/阳离子交换膜、提供电场的正/负电极板以及隔离阴/阳离子交换膜的隔板。其中，倒极电渗析膜堆工作过程中，通过改变电极电压方向，从而改变离子移动方向，进而有效防止离子交换膜及电极板结垢，起到自清洁作用。因此，倒极电渗析更加适用于对水质要求高的家用净水设备。
但是，电渗析膜堆由于没有主动分离细菌的作用，长时间使用后，因细菌繁殖而导致设备出水浑浊或有异味。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种隔板，该隔板具有支撑离子交换膜，导流、防止渗漏和抗菌的性能。
本发明还提出一种具有上述隔板的膜堆，该膜堆的不易滋生细菌，对水的净化能力佳。
本发明还提出一种具有上述膜堆的净水设备，该净水设备的出水水质佳，可以满足用户健康用水的需求。
根据本发明实施例的隔板，包括：抗菌格网和一体形成于所述抗菌格网上的边框，所述抗菌格网具有用于流体通过的网孔，所述边框包绕于所述抗菌格网的外围，所述抗菌格网含有季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、纳米氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
根据本发明实施例的用于电渗析的隔板，采用边框作为抗菌格网的支撑载体，且将抗菌格网的分布范围位于边框内，从而使得隔板同时具有支撑离子交换膜，导流和防止渗漏的功能，而且对抗菌格网中不易析出的抗菌活性物质，使得隔板具有抗菌性能，又能保证出水水质安全。
另外，根据本发明上述实施例的隔板，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述抗菌格网包括多组，每组抗菌格网间隔设置。
可选实施例中，相邻组的所述抗菌格网平行设置。
可选实施例中，相邻组的所述抗菌格网在相同侧连接，从而在所述边框上呈现U型分布或S型分布。
根据本发明的一些实施例，所述隔板的制备方法，包括如下步骤：S100：制作抗菌格网；S200：将熔化后的边框基材浇筑于成型的抗菌格网上，所述边框基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。
进一步可选实施例中，步骤S100中的抗菌格网的制备过程包括如下步骤：S101:制作抗菌母粒；S102:抗菌母粒与格网基材共混；S103:格网成型；其中，所述格网基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。
进一步可选示例中，步骤S101中的抗菌母粒的制备过程包括如下步骤：S1011:将抗菌材料与基材共混，搅拌机的转速为100-300rpm，转动1-3min其中，抗菌材料的含量为10-50wt％；S1012:采用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为200-240°，转速为300-500rpm；S1013:过水冷却，切粒；其中，所述抗菌材料包括季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
进一步可选示例中，在步骤S102中，抗菌母粒含量为0.2-12wt％，搅拌机的转速为200-400rpm，搅拌时间为2-5min。
进一步可选示例中，在步骤S103中的格网成型的制备过程包括如下步骤：S1031：双螺杆挤出机对步骤S102得到的复合物进行挤出成型，挤出温度为200-240℃，转速为300-500rpm，挤出直径为0.2-1.2mm的网线；S1032：冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.1-0.5mm。
根据本发明第二方面实施例的膜堆，包括：包括相对设置的正电极板和负电极板，所述正电极板和所述负电极板之间设有至少一组膜对，每组所述膜对包括相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜之间，和/或所述正电极板与所述阴离子交换膜之间，和/或所述负电极板和所述阴离子交换膜之间设有隔板。
根据本发明第三方面实施例的净水设备具有上述抗菌性能的膜堆，净水设备可以为用户提供水质佳的净化水，提高用户体验感。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一些实施例的膜堆的结构示意图；
图2是根据本发明一些实施例的隔板的结构示意图；
图3是根据本发明另一些实施例的隔板的结构示意图；
图4是根据本发明另一些实施例的隔板的结构示意图；
图5是根据本发明另一些实施例的隔板的结构示意图；
图6是根据本发明另一些实施例的隔板的制备方法流程图；
图7是图6中抗菌格网的制备流程图；
图8是图7中抗菌母粒的制备流程图；
图9是图6中格网成型的制备流程图。
附图标记：
膜堆100；
隔板10；抗菌格网11；边框12；
正电极板20；
负电极板30；
阴离子交换膜40；
阳离子交换膜50。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
电渗析技术指的是利用离子交换膜和直流电场，使水中电解质的离子产生选择性迁移，从而达到使水淡化的装置，简称ED。倒极电渗析指的是在使用过程中，正负电极极性相互倒换，它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质和水量，简称EDR。然而，不论是ED还是EDR都不具有主动分离细菌的功能，因此，长时间使用后，因细菌繁殖而导致电渗析器出水浑浊或有异味，上述问题将影响电渗析技术在对水质要求较高的行业中运用。
如图1所示，根据本发明实施例的用于电渗析的膜堆100主要包括相对设置的正电极板20和负电极板30，所述正电极板20和所述负电极板30之间设有至少一组膜对，每组所述膜对包括相对设置的阴离子交换膜40和阳离子交换膜50，参考图1所示，正电极板20和负电极板30之间设有四组膜对。每组膜对之间均设有隔板10，且所述正电极板20与所述阴离子交换膜40之间以及所述负电极板30和所述阴离子交换膜40之间也设有隔板10，即膜堆100呈正电极板20-隔板10-多组膜对-隔板10-负电极板30方式排布，其中，膜对以阴离子交换膜40-隔板10-阳离子交换膜50方式排布，其中，膜对数量根据实际情况的需要来设定。
为解决上述问题，本申请提出一种具有抗菌作用的隔板10，通过对隔板10进行抗菌处理来降低膜堆100中细菌滋生速度，有利于解决出水浑浊及异味问题，不会影响离子交换性能及电荷传输性。
具体地，如图2-图5所示，隔板10包括：抗菌格网11和一体形成于抗菌格网11上的边框12，其中，抗菌格网11具有用于流体通过的网孔。即膜堆100正常工作时，流体可以从网孔穿过，进入膜堆100内的淡水室和浓水室。也就是，隔板10不影响流体及流体内离子的迁移，而且抗菌格网11的网孔可以引导水流流动。
通常地，在膜堆100的两侧还设有端板，通过端板来对膜堆100施加预紧力，使得膜堆100之间的各个部分紧密贴合设置，防止膜堆100出现渗水的问题。
如图2-图5所示，边框12包绕于抗菌格网11的外围，也就是抗菌格网11没有外延至隔板10的外沿，因此，水流也不会被引导至隔板10的外沿，离子交换膜夹设在两个相邻设置的隔板10之间，通过两个隔板10的边框12进行密封，防止水流对外渗透。换言之，硬度相对较高的隔板10间隔设置于离子交换膜之间，不仅可以起到支撑作用，防止离子交换膜形变，而且能够起到导流和防漏的作用。
为使得抗菌格网11具有抗菌性，且满足家用饮水环境，保证出水水质的卫生安全，本申请的抗菌格网11选用不易析出的材料作为抗菌活性物质，例如，季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
简言之，根据本发明实施例的用于电渗析的隔板10，采用边框12作为抗菌格网11的支撑载体，且将抗菌格网11的分布范围位于边框12内，从而使得隔板10同时具有支撑离子交换膜，导流和防止渗漏的功能，而且对抗菌格网11中不易析出的抗菌活性物质，使得隔板10具有抗菌性能，又能保证出水水质安全。
由此，根据本发明实施例的膜堆具有上述抗菌性能的隔板10，可以避免膜堆100内部细菌滋生，提高出水水质，该膜堆100可以运用于对水质要求高的净水设备。
由此，根据本发明实施例的净水设备具有上述抗菌性能的膜堆100，净水设备可以为用户提供水质佳的净化水，提高用户体验感。
在本发明的一些实施例中，如图3-图5所示，所述抗菌格网11包括多组，每组抗菌格网11间隔设置，也就是，多组抗菌格网11之间具有边框12。换言之，隔板10上的抗菌格网11被分隔成多个部分，每一部分通过边框12进行连接。相比于图2所示的仅在隔板10上形成一块抗菌格网11，将抗菌隔网分成多个部分，可以提高隔板10结构的稳定性，使得隔板10整体受力更加均匀，防止其局部形变而影响膜堆100的密封性。
可选实施例中，如图3所示，相邻组的所述抗菌格网11平行设置。该实施例中，每一组抗菌格网11可以形成一个流道，多个流道平行设置。
可选实施例中，如图4和图5所示，相邻组的所述抗菌格网11在相同侧连接，从而在所述边框12上呈现U型分布或S型分布。该实施例中，膜堆100内可以U型流道和S型流道，通过流道设计方式的多样，可以将水流引导至不同的区域，满足不同进出水方式。
下面参照图6，描述根据本发明实施例的隔板的制备方法，如图6所示，隔板的制备方法大体包括如下步骤：S100：制作抗菌格网；S200：将熔化后的边框基材浇筑于成型的抗菌格网上。也就是，隔板制备过程中分成两个阶段，第一阶段，先完成抗菌格网的制备；第二阶段，通过熔化后的边框基材对抗菌格网进行定型，形成具有边框和抗菌格网的隔板。其中，边框基材可以为聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。优选，乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物(EVA),EVA具有柔韧性佳、无毒、化学稳定、不易老化等特点，比较适合家用净水设备。
进一步地，如图7所示，抗菌格网制备过程包括如下步骤：S101:制作抗菌母粒；S102:抗菌母粒与格网基材共混；S103:格网成型。其中，所述格网基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。优选，易于与其他材料共混的聚乙烯。
进一步地，如图8所示，步骤S01中的抗菌母粒的制备过程包括如下步骤：S1011:将抗菌材料与基材共混，搅拌机的转速为100-300rpm，其中，抗菌材料的含量为10-50wt％；S1012:采用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为200-240°，转速为300-500rpm；S1013:过水冷却，切粒；其中，所述抗菌材料包括季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
进一步地，在步骤S102中，抗菌母粒含量为2-12wt％，搅拌机的转速为200-400rpm，搅拌时间为2-5min。
进一步地，如图9所示，在步骤S103中的格网成型的制备过程包括如下步骤：S1031：双螺杆挤出机对步骤S102得到的复合物进行挤出成型，挤出温度为200-240℃，转速为300-500rpm，挤出直径为0.2-1.2mm的网线；S1032：冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.1-0.5mm。
在发明的一个具体实施例中，抗菌格网的抗菌活性物质为聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)，聚六亚甲基胍盐酸盐为一种胍类抗菌剂，带正电的胍盐化合物易与带负电的细菌表层发生作用，使细胞表层结构破坏，从而抑制抑菌繁殖。
具体地，抗菌母粒过程中，先将聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)与聚乙烯(PP)共混，其中，PHMG的含量为10wt％，以转速为100rpm进行高速搅拌1min。然后采用双螺杆挤出机在温度为200℃，转速为300rpm的条件下进行挤出造粒，最后过水冷却，切粒获得抗菌母粒。
接着将抗菌母粒与聚乙烯再次共混，其中，抗菌母粒含量为2wt％，以转速为200rpm进行搅拌2min。
接着进行格网制作，双螺杆挤出机对抗菌母粒与聚乙烯的复合物进行挤出成型，挤出温度为200℃，转速为300rpm，挤出直径为0.2mm的网线。冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.1mm。
最后将融化的乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)材料按照固定的形状浇筑在已经成型的抗菌格网上，冷却，切割。
在发明的另一个具体实施例中，抗菌格网的抗菌活性物质为纳米ZnO，纳米ZnO抗菌原理包括光催化抗菌、金属离子析出抗菌及活性氧抗菌等。
具体地，抗菌母粒过程中，先将纳米ZnO与聚乙烯(PP)共混，其中，纳米ZnO的含量为15wt％，以转速为300rpm进行高速搅拌3min。然后采用双螺杆挤出机在温度为240℃，转速为500rpm的条件下进行挤出造粒，最后过水冷却，切粒获得抗菌母粒。
接着将抗菌母粒与聚乙烯再次共混，其中，抗菌母粒含量为12wt％，以转速为400rpm进行搅拌2min。
接着进行格网制作，双螺杆挤出机对抗菌母粒与聚乙烯的复合物进行挤出成型，挤出温度为240℃，转速为500rpm，挤出直径为1.2mm的网线。冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.5mm。
最后将融化的乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)材料按照固定的形状浇筑在已经成型的抗菌格网上，冷却，切割。
在发明的另一个具体实施例中，抗菌格网的抗菌活性物质为槐糖脂，槐糖脂对革兰氏阳性菌具有明显的抑制作用，原因为其对革兰氏阳性菌细胞壁的特异性破坏。槐糖脂是一种天然的抗菌材料，可从植物中提取，可生物降解。
具体地，抗菌母粒过程中，先将槐糖脂与聚乙烯(PP)共混，其中，槐糖脂的含量为11wt％，以转速为200rpm进行高速搅拌3min。然后采用双螺杆挤出机在温度为220℃，转速为400rpm的条件下进行挤出造粒，最后过水冷却，切粒获得抗菌母粒。
接着将抗菌母粒与聚乙烯再次共混，其中，抗菌母粒含量为8wt％，以转速为300rpm进行搅拌3min。
接着进行格网制作，双螺杆挤出机对抗菌母粒与聚乙烯的复合物进行挤出成型，挤出温度为220℃，转速为400rpm，挤出直径为0.8mm的网线。冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.3mm。
最后将融化的乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)材料按照固定的形状浇筑在已经成型的抗菌格网上，冷却，切割。
在发明的另一个具体实施例中，抗菌格网的抗菌活性物质为季铵盐，季铵盐的正电荷可吸附带负电的细菌，改变细胞壁的渗透性，使菌体破裂。为了防止季铵盐析出，对人体产生毒性，本实施例中采用具有季铵盐-聚丙烯接枝聚合物作为抗菌母粒。
具体地，将抗菌母粒与聚乙烯共混，其中，抗菌母粒含量为0.2wt％，以转速为300rpm进行搅拌4min。
接着进行格网制作，双螺杆挤出机对抗菌母粒与聚乙烯的复合物进行挤出成型，挤出温度为300℃，转速为400rpm，挤出直径为0.7mm的网线。冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.4mm。
最后将融化的乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)材料按照固定的形状浇筑在已经成型的抗菌格网上，冷却，切割。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种用于电渗析的隔板，其特征在于，所述隔板包括：抗菌格网和一体形成于所述抗菌格网上的边框，所述抗菌格网具有用于流体通过的网孔，所述边框包绕于所述抗菌格网的外围，所述抗菌格网含有季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、纳米氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述隔板，其特征在于，所述抗菌格网包括多组，每组抗菌格网间隔设置。
3.根据权利要求2所述隔板，其特征在于，相邻组的所述抗菌格网平行设置。
4.根据权利要求2所述隔板，其特征在于，相邻组的所述抗菌格网在相同侧连接，从而在所述边框上呈现U型分布或S型分布。
5.根据权利要求1所述隔板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S100：制作抗菌格网；S200：将熔化后的边框基材浇筑于成型的抗菌格网上，所述边框基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。
6.根据权利要求5所述隔板的制备方法，其特征在于，步骤S100中的抗菌格网的制备过程包括如下步骤：S101:制作抗菌母粒；S102:抗菌母粒与格网基材共混；S103:格网成型；其中，所述格网基材包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物和乙烯─醋酸乙烯酯共聚合物的一种或一种以上。
7.根据权利要求6所述隔板的制备方法，其特征在于，步骤S101中的抗菌母粒的制备过程包括如下步骤：S1011:将抗菌材料与基材共混，搅拌机的转速为100-300rpm，转动1-3min其中，抗菌材料的含量为10-50wt％；S1012:采用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为200-240°，转速为300-500rpm；S1013:过水冷却，切粒；其中，所述抗菌材料包括季铵盐、聚六亚甲基胍盐酸盐(PHMG)、氧化锌(ZnO)和槐糖脂的一种或一种以上。
8.根据权利要求6所述隔板的制备方法，其特征在于，在步骤S102中，抗菌母粒含量为0.2-12wt％，搅拌机的转速为200-400rpm，搅拌时间为2-5min。
9.根据权利要求6所述隔板的制备方法，其特征在于，在步骤S103中的格网成型的制备过程包括如下步骤：S1031：双螺杆挤出机对步骤S102得到的复合物进行挤出成型，挤出温度为200-240℃，转速为300-500rpm，挤出直径为0.2-1.2mm的网线；S1032：冷却后编织成抗菌格网，网线与网线的间隔为0.1-0.5mm。
10.一种用于电渗析的膜堆，其特征在于，包括相对设置的正电极板和负电极板，所述正电极板和所述负电极板之间设有至少一组膜对，每组所述膜对包括相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜之间，和/或所述正电极板与所述阴离子交换膜之间，和/或所述负电极板和所述阴离子交换膜之间设有如权利要求1-9所述的隔板。
11.一种净水设备，其特征在于，包括权利要求10所述的膜堆。
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