CN115611349A - 水处理用过滤器及球形活性炭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理用过滤器及球形活性炭的制备方法。该水处理用过滤器包含球形度为80％以上且平均粒径为100μm至600μm的球形活性炭，由此能够在没有额外的粘结剂添加及成型工序的情况下，提高净化性能及强度。

Description

水处理用过滤器及球形活性炭的制备方法

技术领域

本发明涉及含有球形活性炭的水处理用过滤器，更具体为，涉及含有表面改性的球形活性炭的水处理用过滤器，对具有高球形度及高压缩强度的球形活性炭的表面进行改性来进一步实现高强度，并提高耐磨性及净水性能。

背景技术

一般按用途将水分为饮用水、农业用水及工业用水等，根据多种用途，通过对地下水或河水等进行净化来使用。尤其，饮用水通过对河水或地下水进行净化过程来生成而实现供给，该净化过程由过滤及杀菌等多个步骤形成，在所述净化过程中，为了吸附及去除水中含有的各种异物质而使用活性炭。

通常，活性炭以粉末形态填充在净水器内的过滤器中，从而从所供给的水中吸附各种异物质并将其去除。这种活性炭过滤器由于其结构简单，从而具有经济实惠的优点，但有可能在净化过程中产生活性炭的细小粉尘，并且该细小粉尘与被净化的水一同排出，或者由于碳粉的产生导致净化器的过滤器变黑。

对此，作为净水器的过滤器的一例，会使用一种向净水器内的过滤器填充活性炭并使其还包括微小粉尘吸附部以防止微小粉尘流出的过滤器。但在这种情况下，由于需要微小粉尘吸附部的额外结构，导致经济上并不实惠，不仅如此，还由于仅能防止因活性炭产生的粉尘的排出，并不能防止活性炭产生微小粉尘这一问题本身，可见比较受限。

作为另一例，使用一种对活性炭结合粘结剂来制作碳块过滤器以防止活性炭的微小粉尘产生的过滤器。在这种情况下，可以防止产生微小粉尘，但在净化过程中，粘结剂被得到净化的水磨损而发生脱离，或者在净化过程中粘结剂溶解在水中时，有可能有微小塑料与被净化的水一同排出，并且人体在吸收微小塑料时，有可能引起健康问题，而且在所述粘结剂被磨损而发生脱离时，活性炭有可能以微小粉尘排出，仍存在产生微小粉尘的问题。

韩国授权专利第10-1844686(2018年03月27日)涉及作为活性炭与树脂粘结剂相结合来制作炭块过滤器，因此存在如上所述的问题。

对此，要求水处理用活性炭及构成为包含其的过滤器能够在没有额外结构地包含活性炭的情况下，防止在水处理过程中产生的活性炭发生飞散，并且具有高压缩强度、耐磨性及进一步提高的净化性能，以提高净化性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国授权专利第10-1844686(2018年03月27日)

发明内容

本发明的目的在于，提供含有高球形度、高强度及耐磨性的表面改性球形活性炭的水处理用过滤器，防止由于在净化过程中使用粉末状或粒子状的活性炭而发生的因活性炭而导致的粉尘发生，无需用于防止粉尘的粘结剂、粉尘吸附部等额外结构，便能够具有进一步提高的净化性能。

并且，为了解决上述问题，本发明提供水处理用过滤器所包含的表面改性的球形活性炭的制备方法。

为了解决上述问题，本发明提出如下技术方案。

为了解决上述问题，本发明提供水处理用过滤器，该水处理用过滤器含有球形度为80％以上且平均粒径为100μm至600μm的球形活性炭。

为了解决上述其他问题，本发明提供球形活性炭的制备方法，该球形活性炭的制备方法包括：第一步骤，向由糠醇、交联剂、水及催化剂形成的反应物添加保护胶体并进行升温及固化来制备球形呋喃树脂；第二步骤，将所述球形呋喃树脂碳化后将其活性化来制备球形活性炭；以及第三步骤，将所述球形活性炭还原来制备表面改性的球形活性炭。

本发明的水处理用过滤器可以由具有一定范围的大小且具有高球形度的球形活性炭制成，此外，也可以通过对所述球形活性炭的表面进行改性来制成。由这种球形活性炭制成的水处理用过滤器呈现出高压缩强度和耐磨性，从而抑制了在净化过程或填充过程中因摩擦而产生活性炭的粉尘。由此，无需为了防止活性炭的粉尘而使用的现有的粘结剂、粉尘吸附部等额外结构，便能够提高净化性能。

本发明的效果并不限定于以上提及的效果，根据以下说明的内容，可以在对本领域技术人员而言显而易见的范围内包括各种效果。

附图说明

图1示出通过改变搅拌速度(rpm)来制备的(a)球形度为43％的球形活性炭及(b)球形度为96％的球形活性炭的图像。

图2示出当评价由粒状活性炭制成的水处理用过滤器的残留氯去除性能时的(a)排出水及(b)排出水的视频显微镜图像。

图3示出由粉末状活性炭制成的水处理用炭块过滤器的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图4示出本发明实施例1至实施例4以及比较例1至比较例2的表面改性的球形活性炭的含氧量(重量百分比)的残留氯去除寿命(L)。

具体实施方式

下面进一步详细说明本说明书。

具体说明如下。在本说明书中所使用的术语选择了考虑到在本说明书中的功能并尽可能当前广泛使用的一般术语，这可根据本领域技术人员的意图或管理、新技术的问世等而不同。并且，在特定情况下，也可以使用申请人任意选择的术语，此时会在对应发明的说明部分详细记载其含义。因此，在本说明书中使用的术语并非仅是简单的术语名称，而是需要以其术语所具有的含义和在本发明的整体内容为基础加以定义。

若无其他定义，技术或科学术语在内的在此使用的所有术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同。通常使用的词典中定义的术语的含义与相关技术在上下文上具有的含义相同，若在本申请中未明确定义，便不能被解释成异常含义或过于形式化的含义。

数值范围包括在所述范围内定义的数值。在本说明书全文中的所有最大数值限制包括所有更低的数值限制，如明确写出的数值限制。在本说明书全文中的所有最小的数值限制包括所有更高的数值限制，如明确写出的数值限制。在本说明书全文中的所有数值限制可包括更大数值范围内的更优选的所有数值范围，如明确写出的更小范围的数值限制。

下面在本说明书中公开的各个说明及实施方式也可应用于不同说明及实施方式。即，在本发明中公开的多种要素的所有组合属于本发明的范围内。并且，本发明的范围并不限定于以下描述的具体说明。

对于本说明书中所使用的如“包括”之类的表述，只要在包括对应表述的句子或文章中并未特别提及，则应被理解成涵盖可包括其他实施例的开放式术语(open-endedterms)。

本发明的发明人通过将在水处理用过滤器中使用的活性炭的粒子状改成球形并通过调节球形度及粒径的大小来呈现出球形活性炭的高压缩强度、耐磨性，由此抑制了在净化过程或填充过程中因摩擦而产生活性炭的粉尘，发现能够将此应用于水处理用过滤器。

下面详细说明本发明。

水处理用过滤器

根据本发明的一个方面，本发明提供含有球形度为80％以上且平均粒径为100μm至600μm的球形活性炭的水处理用过滤器。

在本发明中，术语“球形度”是指通过以下式1获取的值。

式1

球形度(％)：短轴长度(a)/长轴长度(b)×100(％)

本发明的特征在于，水处理用过滤器不包含粘结剂。

在本发明中，术语“不包含”意味着不仅在形式上水处理用过滤器完全不包含粘结剂，而且为了规避本发明，包含能够与解决本发明所要解决的技术问题同等实施的程度的粘合剂，这也可以被视为不包含粘合剂。

具体地，在使用粉末状的活性炭时，活性炭的粉尘有可能与在净化过程中净化的水一同排出，而在使用粒子状的活性炭时，随着在净化过程中发生磨损，粒子状的活性炭将会碎裂，从而和粉末状的活性炭一样产生粉尘，并且该粉尘与被净化的水一同排出。

对此，本发明的发明人员通过在水处理用过滤器包含球形度为80％以上的球形活性炭来解决了上述问题。具体地，在所述球形活性炭的球形度为80％以上时，具有如下的优点：可以提高净化性能，而且压缩强度、耐磨性也得到了提高，从而抑制了净化过程中因摩擦而发生的活性炭的磨损，由此无需用于防止活性炭粉尘的粘结剂或额外的吸附剂。

反之，在水处理用过滤器由球形活性炭形成且该球形活性炭具有小于80％的球形度时，作为过滤器填充材料的稠密性将减少，从而发生压差和窜流现象并导致净化性能降低，而且由于球形度较低，粒子的均匀性并未充分得到提高，因此，具有低压缩强度及耐磨性，从而在净化过程中有可能发生因摩擦所引起的活性炭的磨损及由此导致的粉尘发生问题。因此，所述球形活性炭的球形度应为80％。

在本发明中，术语“平均粒径”是指利用粒度分布测定装置(Accusizer 780A，Particle Sizing Systems)绘制球形活性炭的粒度累积图，将球形活性炭在累积50％的点处具有的粒径称为平均粒径(D₅₀)。术语“D₅₀”是指当通过还被已知为激光衍射粒度测定法的干式激光粒度测定技术来测定时，所述粒子的50体积百分比具有更小直径的(粒子的)直径。

除球形活性炭的球形度以外，活性炭的平均粒径也会对水处理用过滤器的性能产生影响。具体地，球形活性炭的平均粒径优选为100μm至600μm，更优选地，球形活性炭的平均粒径为200μm至500μm。若球形活性炭的平均粒径过小，则存在净水器中压差高的缺点，若平均粒径过大，则接触面积将会降低，导致残留氯去除性能降低。因此，活性炭的平均粒径优选为100μm至600μm。

在本发明中，所述球形活性炭可以包含小于2重量百分比的氧，具体为0.01重量百分比至1.5重量百分比，更具体为0.03重量百分比至1.3重量百分比，优选为可以包含0.05重量百分比至0.95重量百分比的氧，但并不限定于此。

具体地，在球形活性炭中的含氧量大于2重量百分比时，几乎无法呈现由表面改性带来的净化性能提高效果，因此发生增加球形活性炭的填充量或改善BET比表面积的问题，导致用于水处理用过滤器时效率较低。因此，球形活性炭优选包含小于2重量百分比的氧。

在本发明中，优选地，在所述水处理用过滤器中，通过以下测定方法1测定的残留氯去除寿命可以为1800L以上，具体为1800至3000L，更具体地为2000至3000L。

测定方法1

使溶液以1.0kgf/cm²的压力流过填充了90g球形活性炭的水处理用过滤器，所述溶液通过在蒸馏水滴加次氯酸(HClO)来制成，在所述溶液中，所滴加的次氯酸达到2mg/L，针对流入水及渗透水，通过DPD比色法分析氯浓度。以50L为单位收集渗透水并进行分析，此时，将直到除氯率小于90％时流过的流量表示为除氯能力。

在本发明中，术语“DPD比色法”是指测定通过与氯发生反应的DPD(N，N-diethyl-p-phenylenediamine)试药而生成的氧化物的比色来算出氯浓度的方法。

在本发明中，根据净水器标准规范及检验机构指定公告(环境部公告第2019-106号)，水处理用过滤器的残留氯去除性能可以为2000L至3000L，但并不限定于此。

在本发明中，术语“残留氯去除性能”是指在不清扫、再生、更换净水器内的过滤器等的情况下可以有效去除污染物质的最少程度的处理容量，根据净水器标准规范及检验机构指定公告(环境部公告第2019-106号)，本发明的水处理用过滤器可呈现出残留氯去除性能提高到2000L至3000L的净化性能。因此，本发明的水处理用过滤器可降低球形活性炭的粉尘发生危险，同时提高球形活性炭的耐久性及净化性能。

在本发明中，优选地，所述球形活性炭具有9N/Bead以上的压缩强度。具体地，在压缩强度为9N/Bead以上时，具有当制作过滤器后使用时不会发生因水压所引起的破损且耐磨性也有所提高的优点，而在压缩强度小于9N/Bead时，存在如下问题：在净化过程中，因摩擦而有可能导致活性炭的球形遭破损或者活性炭破碎而发生粉尘，并且因窜流现象导致性能降低。因此，球形活性炭优选具有9N/Bead以上的压缩强度，具体地，球形活性炭的压缩强度更优选为9N/Bead至15N/Bead。

在本发明中，所述球形活性炭的BET比表面积可以为1200m²/g至1300m²/g，但并不限定于此。

在本发明中，本发明的水处理用过滤器为向过滤器外壳填充球形活性炭的方式，此时，对本领域技术人员而言，所述过滤器外壳的材质、结构及结构要素等是已知的，因此以下将省略对其的详细说明。

在本发明的内容中引用本领域普通技术人员已知的对于所述过滤器外壳的材质、结构及结构要素等内容。

由此，根据本发明的水处理用过滤器可降低活性炭粉尘发生危险并提高活性炭的耐久性及净化性能。

球形活性炭的制备方法

根据本发明的另一方面，本发明提供球形活性炭的制备方法，其特征在于，包括：第一步骤，向由糠醇、交联剂、水及催化剂形成的反应物添加保护胶体并进行升温及固化来制备球形呋喃树脂；第二步骤，将所述球形呋喃树脂碳化后将其活性化来制备球形活性炭；以及第三步骤，将所述球形活性炭还原来制备表面改性的球形活性炭。

在本发明中，所述第一步骤为向由糠醇、交联剂、水及催化剂形成的反应物添加保护胶体并进行升温及固化来制备球形呋喃树脂的步骤，详细地，将所述反应物第一次升温之后，添加保护胶体，第二次升温并固化来制备球形呋喃树脂。

在本发明中，只要没有其他特殊规定，术语“重量份”可以是指各个成分之间的重量的比例。

在本发明中，所述反应物可以由100重量份的糠醇、以100重量份的糠醇为基准的80重量份至130重量份的交联剂、100重量份至300重量份的水及1重量份至4重量份的催化剂形成，但并不限定于此。

具体地，所述糠醇(Furfuryl alcohol)具有以下化学式结构，被命名为呋喃-2-基甲醇(furan-2-ylmethanol)。

化学式

在本发明中，以100重量份的所述糠醇为基准，所述反应物可以包含80重量份至130重量份的交联剂。

具体地，在包含小于80重量份的交联剂时，球形呋喃树脂的表面并不光滑，从而有可能发生磨损，在包含大于130重量份的交联剂时，会发生球形活性炭的压缩强度降低的问题，因此优选以100重量份的糠醇为基准，包含80重量份至130重量份的交联剂。

具体地，所述交联剂的种类并未限定于特定种类，可以为福尔马林、多聚甲醛、三噁烷、四噁烷、缩醛，但并不限定于此。

在本发明中，以100重量份的糠醇为基准，所述反应物可以包含100重量份至300重量份的水。

具体地，在所述反应物中，在所包含的水的含量小于100重量份时，反应物形成为卵形或块状，在所包含的水的含量大于300重量份时，反应时间变长，从而并不利于合成，因此，优选以100重量份的糠醇为基准，包含100重量份至300重量份的水。

在本发明中，以100重量份的糠醇为基准，所述反应物在100重量份的糠醇中包含1重量份至4重量份的催化剂。

具体地，在所述反应物中，投入催化剂是为了通过将混合糠醇及水的反应物的pH调成1至5(优选为2至3)来控制反应性，优选所述催化剂使用酸催化剂。

具体地，在所包含的所述催化剂小于1重量份时，不会进行反应或者无法实现固化，在所包含的所述催化剂大于4重量份时，由于反应急剧进行，导致粒子形成为块状或无法获得所需的粒子状，因此，优选以100重量份的糠醇为基准，包含1重量份至4重量份的催化剂。

具体地，所述酸催化剂并不限定于特定物质，可以为选自硫酸、盐酸、硝酸、亚磷酸、磷酸等的无机酸或癸基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、乳酸、马来酸、丙二酸、苹果酸、甲磺酸、苯磺酸、苯甲酸、水杨酸、磺胺酸、柠檬酸、醋酸、抗坏血酸、草酸、十八烷基苯磺酸、酒石酸、十四烷基苯磺酸、三氟乙酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸、富马酸、丙酸、丙酮酸及十六烷基苯磺酸中的任意一种以上，所述催化剂优选为十二烷基苯磺酸，但并不限定于此。

在本发明中，所述反应物可以在50℃至100℃温度范围内第一次升温，但并不限定于此。具体地，在反应物的第一次升温温度小于50℃时，反应时间变长或不进行反应；在第一次升温温度大于100℃时，所生成的粒子的大小得不到控制而生成块状粒子，因此，所述反应物优选在50℃至100℃的温度条件下进行第一次升温。

并且，在将所述反应物第一次升温之后，可向所述反应物投入保护胶体，通过用比第一次升温温度更高的温度进行第二次升温并固化来制备球形呋喃树脂。

在本发明中，术语“保护胶体”是指在粒子的分散过程中通过作用于表面来延迟凝集的物质，相对于100重量份的糠醇，可以投入0.01重量份至0.3重量份的保护胶体，但并不限定于此。

具体地，相对于100重量份的糠醇，当所投入的所述保护胶体小于0.01重量份时，反应时间变长或者无法形成球形的粒子，当所投入的所述保护胶体大于0.3重量份时，形成的粒子小或者形成为粉末状，因此，优选相对于100重量份的糠醇，包含0.01重量份至0.3重量份的保护胶体。

在本发明中，所述保护胶体可以为选自由甲基纤维素、部分水解聚乙烯醇、阿拉伯树胶、羟乙基纤维素组成的组中的任意一种以上，优选可以为阿拉伯树胶，但并不限定于此。

在本发明中，所述第二次升温在60℃至120℃的温度条件下进行，但并不限定于此。具体地，在所述第二次升温温度小于60℃时，固化时间变长或者不会发生固化，从而无法获得需要的粒子状，而在所述第二次升温温度大于120℃时，呋喃树脂熔融而生成卵形粒子或块状，因此，所述第二次升温优选在60℃至120℃的温度条件下进行，具体地，更优选在80℃至100℃的温度条件下进行第二次升温。

并且，随着在所述第一次升温及第二次升温时以200rpm至300rpm进行搅拌，可以制备具有80％以上的球形度和高压缩强度的球形呋喃树脂。

通过所述第二次升温固化的球形呋喃树脂在冷却之后被洗涤及干燥，所述冷却、洗涤及干燥可通过现有的已知方法来实施，并无特别限制。

在本发明中，第二步骤为将所述球形呋喃树脂碳化后将其活性化来制备球形活性炭的步骤，可通过现有的已知碳化及活性化方法制备球形活性炭。

具体地，对于所制备的球形呋喃树脂的碳化及活性化方法并无限定，优选地，在400℃至600℃的温度条件下将所制备的所述球形呋喃树脂碳化1小时至2小时之后，在800℃至1000℃的温度条件下通过水蒸气活性化20分钟至70分钟来制备，但并不限定于此。

在本发明中，第三步骤为将所述球形活性炭还原来制备表面改性的球形活性炭的步骤，首先，向所述球形活性炭以800cc/min至1200cc/min的速度供给氮气(N₂)来组成氮气氛之后，在所述氮气氛下，通过700℃至950℃的温度还原处理10分钟至90分钟，由此可以制备表面改性的球形活性炭。

在本发明中，所述第三步骤中的还原温度可以为700℃至950℃，还原时间可以为10分钟至90分钟，但并不限定于此。

具体地，在所述第三步骤中的还原在小于700℃的温度条件下进行时，在球形活性炭的表面未发生反应，从而无法调节含氧量，而在大于950℃的温度条件下进行还原时，有可能发生热效率降低及球形活性炭的收缩，因此，所述第三步骤中的还原优选在700℃至950℃的温度条件下进行，具体地，还原温度更优选为800℃至900℃。

并且，在所述温度范围内实施还原不到10分钟时，还原并未充分进行，而在实施90分钟以上时，由还原时间增加带来的净化性能的提高程度并不大，导致工序效率降低，因此还原时间优选为10分钟至90分钟。

在本发明中，在所述第三步骤中，表面改性的球形活性炭包含小于2重量百分比的氧。在表面改性的球形活性炭包含大于2重量百分比的氧时，几乎没有呈现出由表面改性带来的净化性能的提高效果，因此，优选包含小于2重量百分比的氧。

根据本发明，球形活性炭的球形度可以为80％以上，平均粒径为100μm至600μm，通过表面改性来包含小于2重量百分比的氧。

包括水处理过滤器的水处理装置

根据本发明的又一方面，提供包括上述水处理用过滤器的水处理装置。

在本发明的水处理过滤器和水处理装置中，滤料本身已呈现出亲水性，因此有利于过滤水，例如可用于饮用水的过滤。

对于本领域技术人员而言，本发明的水处理装置的材质、结构及结构要素等是已知的，因此以下将省略对其的详细说明。

在本发明的内容中引用本领域技术人员已知的本发明的水处理装置的材质、结构及结构要素等内容。

下面，通过实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于实施例。

实施例

1.球形活性炭

(1)制备球形活性炭

以100重量份的糠醇(Furfuryl alcohol；FA)为基准，向1L反应器添加130重量份的福尔马林、100重量份至300重量份的水、2.7重量份的十二烷基苯磺酸之后通过75℃的温度条件进行第一次升温。在第一次升温之后，投入阿拉伯树胶并通过95℃的温度进行第二次升温之后，进行自然冷却并进行洗涤及干燥以制备球形呋喃树脂。但在制备所述球形呋喃树脂时，将搅拌速度分别设为彼此不同的100rpm、140rpm、180rpm、220rpm、240rpm及260rpm。

利用管式电炉在500℃的温度条件下，将采用上述不同的搅拌速度来制备的球形呋喃树脂碳化1小时之后，在870℃的温度条件下将其活性化50分钟，以制备比较制备例1至比较制备例3、制备例1至制备例3的球形活性炭并表示在以下表1中。

表1

(2)测定球形活性炭的球形度、平均粒径及压缩强度

1)测定方法

对于所制备的所述球形活性炭的球形度、平均粒径及压缩强度的测定方法如下。

<球形度测定方法>

式1

球形度(％)：短轴长度(a)/长轴长度(b)×100(％)

<平均粒径测定方法>

通过四分法收集所制备的所述球形活性炭之后，利用粒度分布测定装置(Accusizer 780A，Particle Sizing Systems)绘制粒度累积图，将与体积平均粒径(Volume Mean Diameter，VMD)对应的粒径作为平均粒径。

<压缩强度(N)测定方法>

将试料放置于地面之后，以与测定片保持垂直的状态利用压缩强度机(Digitech公司制造，DTG-5)来测定压缩强度。将强度测定机的压缩速度调节成10mm/min的速度，将每个样品测定22次之后，求出除上限值、下限值之外的20个值的平均并记录压缩强度。

2)测定结果

将对于所制备的所述球形活性炭的球形度、平均粒径及压缩强度的测定结果表示在以下表2中。

表2

如表2所示，通过所述实验结果得知，当制备球形活性炭时可通过调节搅拌速度来调节球形活性炭的球形度。

(3)评价球形活性炭的各个粒子的残留氯去除性能

1)评价方法

对残留氯去除性能以如下方式测定：使用各个规格的mesh来将所制备的球形活性炭分级成100μm～200μm、200μm～300μm、300μm～400μm、400μm～500μm、500μm～600μm、600μm～710μm范围，将按粒子大小区分的球形活性炭和残留氯150ppm溶液200mL分别投入到锥形烧瓶。然后，以250rpm速度进行摇晃并测定随时间变化的除氯率。

2)评价结果

将基于所制备的具有80％以上的球形度的所述球形活性炭的粒度的残留氯去除性能的结果表示在表3中。

表3

由表3可知，球形活性炭的平均粒径越增加，残留氯去除性能越小。具体地，在进行1小时摇晃实验之后，平均粒径处于100μm～600μm范围的球形活性炭的残留氯去除率为80％以上，而采用600μm～710μm范围的球形活性炭的时，残留氯去除率为71％，呈现出最低的残留氯去除性能。

表4

净化性能检查按组分类及去除率基准(与第七条第一项及第二项有关)

1.必填常数项

备注：1.去除率栏的大于500L、500L以下是指有效净化量。

2.硬度、硝酸氮项目仅适用于反渗透净水器。

通过测定残留氯去除率，确认了用于水处理用过滤器的球形活性炭的平均粒径优选处于100μm至600μm的范围内，并且确认到在考虑到水处理用过滤器的压差等的情况下，球形活性炭的平均粒径更优选具有200μm至500μm的范围。

2.水处理用过滤器

为了了解用作水处理用过滤器的球形活性炭的粒子形态和基于水处理用过滤器成型有无的净化性能，分别通过具有所述球形度的所制备的球形活性炭粒子状活性炭及粉末状活性炭制作净化用过滤器。

(1)制作水处理用过滤器

1)制作利用具有球形度的球形活性炭的水处理用过滤器

将根据比较制备例1至比较制备例3、制备例1至制备例3制备的具有球形度且粒度处于100μm～600μm范围内的45g的各个球形活性炭填充到过滤器外壳之后，将其敲打在地面50次以上。然后，若原料高度没有发送变化，则再添加45g的球形活性炭并重复复进行该过程之后，以填充了90g的球形活性炭的状态进行密封以制作水处理用过滤器。

2)制作利用粒子状活性炭的水处理用过滤器

将市场销售的45g的粒子状活性炭(GW45/100，Kuraray公司)填充到过滤器外壳之后，将其敲打在地面50次以上。然后，若原料高度没有发生变化，则再添加45g的球形活性炭并重复进行该过程之后，以填充了90g的球形活性炭的状态进行密封以制作水处理用过滤器。

3)制作利用粉末状活性炭的水处理用炭块过滤器

利用均匀地粉碎所述粒子状活性炭(GW45/100，Kuraray公司)来制备的粉末状活性炭来制作水处理用炭块过滤器。

具体地，为了形成炭块形态而向圆筒型模具内部填充原料混合物粉末状活性炭及PE粘结剂(GUR 4022-6，Celanese公司)。然后，向模具插入用于形成通水孔的内部芯之后，利用压力机从上部向下部施加压力来制作。加压后的压力机在电炉中通过150℃～200℃的温度进行热处理之后，向外部引出并利用冷风冷却来制作水处理用炭块过滤器。

(2)评价水处理用过滤器的物性及性能

1)评价方法

<BET比表面积测定方法>

比表面积测定装置(Tristar II 3020，Micromeritics公司)采用BET法(Brunauer-Emmett-Teller)来测定了所制备的所述球形活性炭的BET比表面积。

<残留氯去除性能评价方法>

使溶液以1.0kgf/cm²的压力流过填充了90g球形活性炭的水处理用过滤器，所述溶液通过在蒸馏水滴加次氯酸(HClO)来制成，在所述溶液中，所滴加的次氯酸达到2mg/L，针对流入水及渗透水，通过DPD比色法分析氯浓度。以50L为单位收集渗透水并进行分析，此时，将直到除氯率小于90％时流过的流量表示为除氯能力。

<视频显微镜图像分析方法>

当评价通过粒子状活性炭制作的水处理用过滤器的残留氯去除性能时，利用工业介质显微镜系统(IMS-1080P，Sometech Vision)来分析了排出水的视频显微镜图像。

<扫描电子显微镜图像分析方法>

利用扫描电子显微镜(MRA3-LMH、Tescan公司)分析了利用粉末状活性炭制作的水处理用炭块过滤器的扫描电子显微镜(SEM)图像。

2)评价结果

针对通过各个所述活性炭制作的过滤器，将比表面积及残留氯去除性能评价结果表示在以下表5中。

<活性炭的残留氯吸附反应式>

Cl₂+H₂O+碳→2HCl+碳-O

HOCl+碳→HCl+碳-O

OCl^-+碳→Cl^-+碳-

表5

在所述表5中，观察基于粒子状的活性炭的比表面积，球形、粒子状及粉末状态的活性炭均呈现出相似的比表面积。

但是，针对基于粒子状的活性炭的残留氯去除性能，可知即使是具有相似的BET比表面积的球型活性炭，，残留氯去除性能也会根据球形度发生改变。

具体地，与利用球形度小于80％的比较制备例3的水处理用过滤器的情况相比，在利用球形度为80％以上的制备例1至制备例3的水处理用过滤器的情况下，可以确认到去除性能提高了将近10％，尤其，与利用球形度小于50％的比较制备例1和比较制备例2的情况相比，可以确认到去除性能提高了50％以上。

这是因为在球形度小于50％的情况下，将发生压差及窜流现象，因此无法呈现出由球形度带来的残留氯去除性能提高效果，这种现象也发生在利用粒子状活性炭来制作的水处理用过滤器中。因此，利用球形度小于50％的活性炭制作的水处理用过滤器与利用粒子状活性炭制作的水处理用过滤器的去除性能相似。

并且，在球形度为80％以上(制备例1至制备例3)时，呈现出9N/Bead以上的高压缩强度，与球形度小于80％时相比，呈现出提高了将近10％的压缩强度，尤其是与球形度小于50％时相比，可确认呈现出提高约2倍以上的压缩强度。

在通过所述粒子状活性炭制作的碳过滤器时，在实验过程中，因材料的磨损，一部分活性炭被包含在排出水中一同排出(参照图2)，并且确认到这种现象是因粒子状活性炭的低强度而引起的。

并且，在利用粉末状活性炭制备的炭块过滤器时，随着过滤器的成型，可以改善压差及窜流现象，但是在成型为炭块的过程中性能将会降低。

这是因为因这种成型而添加的粘结剂(PE粘结剂)附着在活性炭的表面并堵住气孔来减少BET比表面积(参照图3)，因此，随着在成型为炭块的过程中性能降低，呈现出的残留氯去除性能较低。

可从所述结果得知，具有80％以上的高球形度的活性炭在没有粘结剂及成型工序的情况下，也可以制作具有得到提高的净化性能的水处理用过滤器。

3.利用表面改性的球形活性炭制作的水处理用过滤器

(1)制作表面改性的球形活性炭

实施例1至实施例4

将氮气(N₂)的流量调节成1000cc/min之后，使其流过填充了200g球形活性炭(puresphere公司PureCarbon，BET比表面积1200m²/g，球形度95％)的反应器。将所述反应器从常温状态以10℃/min的速度升温并达到870℃之后，在所述温度条件下保持15分钟并进行还原。在还原之后，将试料冷却至常温来制备表面改性的球形活性炭，将根据在所述870℃的温度条件下的还原时间(15分钟、30分钟、60分钟及90分钟)制备的表面改性的球形活性炭作为实施例1至实施例4。

比较例1

以未对球形活性炭(puresphere公司PureCarbon，BET比表面积1200m²/g，球形度95％)进行还原处理的未改性的状态使用。

比较例2

以1000cc的气体为基准，将氧(O₂)浓度调节成5重量百分比之后(剩余为N₂)，使所述气体以1000cc/min的流量速度流过填充了200g球形活性炭(puresphere公司PureCarbon，BET比表面积1200m²/g，球形度95％)的反应器。将所述反应器从常温状态以10℃/min的速度升温至470℃。在达到所述470℃之后，保持所述温度并进行1小时氧化之后，将试料冷却至常温来制备表面改性的球形活性炭。

(2)表面改性的球形活性炭过滤器的元素分析及净化性能评价

1)评价方法

在以下表6中，对于实施例1至实施例4、比较例1及比较例2的元素分析利用FlashSmart(Thermo Fisher Scientific制)来实施，净化性能实验在根据所述水处理用过滤器的制作方法分别制作实施例1至实施例4、比较例1及比较例2之后，根据所述残留氯去除性能评价方法实施。

2)评价结果

将根据实施例1至实施例4、比较例1及比较例2的水处理用过滤器的元素分析及净化性能实验结果表示在表6中。

表6

参照所述表6，可知在通过实施还原处理90分钟来使O的含量变为最低的0.21重量百分比的实施例4中，残留氯去除性能得到提高，而在含氧量大于2重量百分比时，残留氯去除性能大幅度减少，从而需要增加球形活性炭填充量或提高BET比表面积，因此确认了使用效率低。

在通过对于球形活性炭的还原处理控制氧元素含量时，可以制作净化性能得到提高的水处理用过滤器。

以上详细说明了本发明的特定部分，对于本领域技术人员而言，这种具体技术仅是优选实施例，本发明的范围并不限定于此。因此，本发明的实际范围应通过随附的权利要求书及其等同技术方案定义。

Claims (4)

1.一种水处理用过滤器，其特征在于，

所述水处理用过滤器含有球形活性炭，所述球形活性炭的球形度为80％以上，平均粒径为100μm至600μm。

2.根据权利要求1所述的水处理用过滤器，其特征在于，

所述球形活性炭包含小于2重量百分比的氧。

3.根据权利要求1所述的水处理用过滤器，其特征在于，

所述水处理用过滤器通过测定方法1测定的残留氯去除寿命为1800L以上，

所述测定方法1如下：

使溶液以1.0kgf/cm²的压力流过填充了90g球形活性炭的水处理用过滤器，所述溶液通过在蒸馏水中滴加次氯酸来制成，在所述溶液中，所滴加的次氯酸达到2mg/L，针对流入水及渗透水，通过DPD比色法分析氯浓度，以50L为单位收集渗透水并进行分析，将直到除氯率小于90％时流过的流量表示为除氯能力。

4.一种球形活性炭的制备方法，其特征在于，包括：

第一步骤，向由糠醇、交联剂、水及催化剂形成的反应物添加保护胶体并进行升温及固化来制备球形呋喃树脂；

第二步骤，将所述球形呋喃树脂碳化后，使所述球形呋喃树脂活性化以制备球形活性炭；以及

第三步骤，将所述球形活性炭还原以制备表面改性的球形活性炭。

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