CN114515470A - 一种活性炭凝胶颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭凝胶颗粒及其制备方法，属于活性炭滤芯技术领域，将粉状活性炭、海藻酸钠和草酸在水中混合，滴加至氯化钙溶液进行交联反应，经分离、干燥处理后获得活性炭凝胶颗粒，可作为净水器滤芯材料。通过海藻酸钠和氯化钙的交联作用将粉状活性炭成型，通过草酸的添加提高活性炭凝胶颗粒的净水性能。由于活性炭凝胶颗粒制备过程中采用来源广泛、价格低廉、无毒的海藻酸钠、氯化钙和草酸作为原材料且在常温常压下操作，使得该方法简单易行、成本低廉、安全无毒，具有广阔的市场空间。

Description

一种活性炭凝胶颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于活性炭滤芯技术领域，涉及一种活性炭凝胶颗粒的制备方法。

背景技术

近年来，家用净水器已逐步成为生活必需品。净水器的心脏是滤芯，主流家用净水器通常采用活性炭作为滤芯材料。

目前，常用的活性炭滤芯多为复合材料，即将一定比例的粉状活性炭和树脂混掺，基于二者的协同作用改善自来水水质。也有人采用粉状活性炭、改性纤维素以及活性炭纤维等多种物质混合。多种物质的使用旨在提高活性炭复合滤芯的净水性能。此外，在活性炭复合滤芯的制备过程中需要粘合剂的投加，在粘合剂的作用下将粉状活性炭黏结成型。粘合剂种类繁多，如聚乙烯、高分子聚合物、聚醋酸乙烯脂等。活性炭复合滤芯材料存在以下问题：

（1）由于制备过程中使用粘合剂，树脂，改性纤维素等多种原料，造成制作成本增加，制作工艺复杂。事实上，除了粘合剂的使用还需要使用分散剂。

（2）粘合剂本身多为人工合成的化学药剂，在活性炭复合滤芯的制作过程中不可避免地进入水体或大气中，造成二次污染，使得制备过程中产生了新的环境问题。

（3）活性炭复合滤芯在使用过程中，当达到使用寿命需要丢弃时，由于含有粘合剂、树脂、改性纤维素等多种化学物质，使得废弃的活性炭复合滤芯材料处置成本和环境风险进一步增加。

净水器具有广阔的市场空间。然而，如前所述，常用的活性炭复合滤芯材料不管是在制备过程还是使用过程都存在一定的环境风险，因此寻求一种经济、廉价、易制备、环境友好的活性炭复合滤芯制备方法是当前亟需解决的关键科技问题之一。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种活性炭凝胶颗粒的制备方法，具有以下特性：（1）以绿色、无毒、价廉的天然高分子材料海藻酸钠和氯化钙代替人工合成的粘合剂，通过海藻酸钠和氯化钙的交联作用将粉状活性炭包裹成型，从粉状变为凝胶颗粒；（2）以无毒、廉价、环境友好的草酸代替价格较高的树脂或改性纤维素等，由于草酸携带的含氧官能团能与水中重金属、有机物质结合从而提高处理性能；（3）制备过程中使用粉状活性炭、海藻酸钠、氯化钙和草酸，且在常温常压下操作，使得制备工艺简单、成本低廉、次生污染显著减轻；（4）当本发明提供的活性炭凝胶颗粒达到使用寿命丢弃时，与常用的活性炭复合滤芯相比，由于成分简单且原材料基本无毒，环境风险明显降低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种活性炭凝胶颗粒的制备方法，包括以下步骤：

1、将粉状活性炭、海藻酸钠和草酸加入水中，搅拌一定时间后，获得混合溶液；将混合溶液加入氯化钙溶液中，交联一定时间后，固液分离，干燥，制得活性炭凝胶颗粒，；

2、优选地，步骤1中活性炭、海藻酸钠、草酸用量比为7.5g：2g：0.2g。

3、优选地，步骤1中水的用量为500mL。

4、优选地，步骤1中氯化钙溶液浓度为0.08mol/L。

5、优选地，步骤1中交联时间为7小时。

6、优选地，步骤1中干燥温度为70ºC，干燥时间2小时。

7、优选地，步骤1中在干燥前先用75%的乙醇浸泡1min，再在真空冷冻条件下干燥，-60ºC下干燥8小时。

8、优选地，步骤1 ~7任意一项所述的制备方法制得的产品呈现为黑色颗粒，其特征在于，颗粒粒径为1~3 mm。

9、权利要求8所述的活性炭凝胶颗粒可作为家用净水机滤芯。

10、权利要求8所述的活性炭凝胶颗粒室温下自来水中浸泡5个月，水中菌落总数符合国家饮用水卫生标准。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的活性炭凝胶颗粒，采用价格低廉、绿色的天然高分子材料海藻酸钠与无毒的氯化钙作为原料对粉状活性炭进行包裹成型，制备出粒径大小1~3mm的颗粒，并添加无毒、价廉的草酸提高产品的处理性能，可作为滤芯用于净水装置中。该项发明技术与传统技术相比具有：（1）成本低廉，（2）制作简单，（3）环境友好，（4）净水性能好等特点。

附图说明

图1左图为实施例1制备的活性炭凝胶颗粒产品实物图，粒径大小为1~2mm。右图为所采用的原材料粉状活性炭。可以看出，本方法成功包裹了粉状活性炭，成型良好，在本方法中，烘干方式采用烘箱烘干，获得的产品粒径较小。

图2为实施例2制备的活性炭凝胶颗粒实物图，粒径大小为2~3mm。右图为所采用的原材料粉状活性炭。可以看出，本方法成功包裹了粉状活性炭，成型良好，在本方法中，烘干方式采用真空冷冻干燥方式，获得的产品粒径较大。

图3为实施例1和实施例2制备的活性炭凝胶颗粒分别作为滤芯应用于净水机的示意图。

图4为实施例1（左图）和实施例2（右图）制备的活性炭凝胶颗粒室温浸泡在水中5个月后的外观图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

按照重量计，原材料包括粉状活性炭7.5g、海藻酸钠2.0g、0.2g草酸。按照配方量称粉状活性炭、海藻酸钠、草酸，放于1L容器中得到混合料；将混合料置于80℃水浴中加热30min，均匀搅拌，直到海藻酸钠充分溶解，其中用水量500mL。将混合溶液滴加入0.08mol/L的氯化钙溶液中，静置7小时，过滤得到充分交联的凝胶颗粒。将凝胶颗粒置于70℃烘箱中烘干2小时，得到成品活性炭凝胶颗粒。

实施例2

按照重量计，原材料包括粉状活性炭7.5g、海藻酸钠2.0g、0.2g草酸。按照配方量称粉状活性炭、海藻酸钠、草酸，放于1L容器中得到混合料；将混合料置于80℃水浴中加热30min，均匀搅拌，直到海藻酸钠充分溶解，其中用水量500mL。将混合溶液滴加入0.08mol/L的氯化钙溶液中，静置7小时，过滤得到充分交联的凝胶颗粒。使用75%的酒精洗涤凝胶颗粒1min，将凝胶颗粒真空冷冻条件下，-60ºC下干燥8小时，得到成品活性炭凝胶颗粒。

实施例3

净水机包括端盖1，进水口2，出水口3，活性炭凝胶颗粒滤芯4和阳离子交换树脂5，滤瓶6，泵连接处7。处理后出水溶解性总固体、pH、硬度和余氯等指标符合GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》

实施例4

称取1g活性炭凝胶颗粒浸泡于150 mL自来水中，静置5个月后，水中菌落总数低于100CFU符合GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》。

本发明提供的活性炭凝胶颗粒可以广泛的应用于家用净水机、校园机、商务机、工程机等一切滤芯净水设备当中，而且该滤芯成本较低，外形尺寸可以定制，不影响净水机本身的使用功能和外观，适用于几乎市面上所有的净水机型号，具有很大的市场价值。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活性炭凝胶颗粒及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将粉状活性炭、海藻酸钠和草酸加入水中，搅拌一定时间后，获得混合溶液,将混合溶液加入氯化钙溶液中，交联一定时间后，固液分离，干燥，制得活性炭凝胶颗粒。

2.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，活性炭、海藻酸钠、草酸用量比为7.5g：2g：0.2g。

3.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，水的用量为500mL。

4.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，氯化钙溶液浓度为0.08mol/L。

5.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，交联时间为7小时。

6.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，干燥温度和时间分别为70ºC以及2小时。

7.根据权利要求1所述的活性炭凝胶颗粒制备方法，其特征在于，步骤1中，在干燥前先用75%的乙醇浸泡1min，再在真空冷冻条件下干燥，-60ºC下干燥8小时。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得的产品呈现为黑色颗粒，其特征在于，颗粒粒径为1-3 mm。

9.权利要求8所述的活性炭凝胶颗粒可作为家用净水机滤芯。

10.权利要求8所述的活性炭凝胶颗粒室温下自来水中浸泡5个月，水中菌落总数符合国家饮用水卫生标准。

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