CN117306312A - 一种深层过滤纸板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了过滤技术领域的一种深层过滤纸板及其制备方法：所述深层过滤纸板包括纤维素纤维、活性炭、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维，以木纤维或者棉纤维作为基质，加入改性聚乙烯纤维，使滤纸板具有良好的耐酸碱性、耐腐蚀性和化学稳定性，该深层过滤纸板能够有效拦截、吸附小颗粒污染物，同时其解决了现有过滤纸板本身吸收物料量较多，对过滤后物料的收率及有效成分均存在较大影响的技术问题；活性炭具有良好的物理化学特性和吸附容量，被广泛应用于污染物的处理，本发明同时使用石英砂，使深层过滤纸板具有良好的过滤速率。
Description
技术领域
本发明属于过滤纸板材料技术领域，具体是指一种深层过滤纸板及其制备方法。
背景技术
深层过滤系统被广泛用于细胞收获液的澄清，深层过滤系统可以非常有效的滤除收杂质，避免终端除菌膜过滤器过早堵塞，从而延长使用寿命；多数深层过滤介质都是由纤维素、助滤剂以及带电树脂制成，具有一定的润湿拉伸强度并且表面带有电核；深层过滤介质的原料是纸浆，工艺类似造纸，首先做成纸板，然后根据生物制药的工艺要求，制成滤囊或者滤芯，安装在支架或滤筒中。
纤维素结构组成了滤芯中的网状结构，纤维之间的空隙用于捕捉料液中的颗粒，随着过滤的进行，颗粒堆积在表面形成滤饼，会提高过滤的效率，同时随着滤饼越来越厚，也会降低过滤速度，在纤维中加入硅藻土、活性炭、海砂等可以提高在形成滤饼后的过滤速度，在滤纸板中组成很多亚微米的空隙，可以拦截细小颗粒。
深层过滤介质的第三个组分是树脂，它有两个方面作用：一是粘结纤维，二是提供过滤介质表面的电荷；这些正电荷可以吸附带负电、比过滤孔径小很多的细胞碎片等杂质，深层过滤滤芯通常做成模堆，放置在不锈钢滤筒中，可拦截、吸附小颗粒污染物。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种深层过滤纸板，该深层过滤纸板能够有效拦截、吸附小颗粒污染物，同时其解决了现有过滤纸板本身吸收物料量较多，对过滤后物料的收率及有效成分均存在较大影响的技术问题；活性炭具有良好的物理化学特性和吸附容量，被广泛应用于污染物的处理，本发明同时使用石英砂，使深层过滤纸板具有良好的过滤速率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种深层过滤纸板，所述深层过滤纸板包括纤维素纤维、活性炭、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维。
进一步地，所述深层过滤纸板的制备方法包括如下步骤：
S1.将纤维素纤维、改性聚乙烯纤维分别与水混合，得到纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液；
S2.将纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液以2:1-4:1的比例混合，然后进行打浆处理，打浆时间为5h，得到原始浆液；
S3.将活性炭、石英砂分别与水混合，得到活性炭悬浮液和石英砂悬浮液；
S4.将S3中的活性炭悬浮液和石英砂悬浮液混合，搅拌10min至分散均匀，然后与S2中的原始浆液混合，加入质量浓度为1wt%的聚丙烯酰胺基粘结剂搅拌2h，得到粘稠浆液；
S5.将S4中的粘稠浆液铺展均匀，然后进行脱水处理，得到浆板；
S6.将浆板在120℃下干燥，使浆板中的水分含量在1%±0.2%，得到原始纸板；
S7.将S6中得到的原始纸板根据实际使用要求裁切为特定尺寸，的到所述深层过滤纸板。
进一步地，步骤S1中，所述纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液的质量浓度都为5wt%。
进一步地，步骤S4中，所述原始浆液、活性炭悬浮液和石英砂悬浮液中固含量的比例为10:2:5。
进一步地，所述石英砂的粒径范围为0.015-0.025mm。
进一步地，所述聚丙烯酰胺基粘结剂为带有正电荷的粘结剂。
进一步地，所述纤维素纤维是木纤维和棉纤维中一种或两种的组合。
进一步地，所述活性炭为磷酸活化活性炭，平均粒径为0.005mm。
进一步地，所述磷酸活化活性炭的制备方法包括如下步骤：
S1.将木块洗涤、粉碎，然后加入到管式炉中设置升温程序，然后在但其氛围下进行热解，得到原始炭；
S2.将原始炭加入到35%的磷酸溶液中，连续搅拌4h；
S3.使用去离子水将搅拌后的原始炭洗涤两次，然后在70℃下干燥，得到磷酸法活性炭。
进一步地，所述深层过滤纸板应用于尺寸为0.1-2μm的小颗粒污染物。
采用上述结构本发明取得的最优有益效果如下：
（1）如图1和图2所示，本发明所提供的一种深层过滤纸板表面光滑平整，产品品相良好，图3中所显示的磷酸活化活性炭微观结构中孔隙发达，对小颗粒污染物具有优良的吸附去除效果；
（2）本发明所提供的一种深层过滤纸板，其以木纤维或者棉纤维作为基质，加入改性聚乙烯纤维，使滤纸板具有良好的耐酸碱性、耐腐蚀性和化学稳定性，其在过滤过程中过滤介质粒子的溶出均小于5ppm，满足食品和医药行业卫生标准；
（3）本发明利用改性聚乙烯纤维具有的良好的粘结性的特点，在满足过滤纸板的粘结要求的前提下，减少了带电荷的聚丙烯酰胺基粘结剂的使用使用量，以减少纸板的总迁移量，在满足滤纸板强度要求的前提下，降低了生产成本；
（4）本发明所提供的一种深层过滤纸板，利用聚丙烯酰胺基粘结剂与改性聚乙烯纤维间的电荷作用，增加滤纸板中纤维素纤维的结合力，可以有效的防止滤纸板多次使用后所发生的破裂，提升了滤纸板的耐折和耐破程度，有效的增加了深层过滤纸板的使用经济性。
附图说明
图1为本发明提出的一种深层过滤纸板的表面；
图2为本发明提出的一种深层过滤纸板表面的扫描电镜图；
图3为本发明提出的磷酸活化活性炭的扫描电镜图；
图4为本发明提出的一种深层过滤纸板表面的疏水效果图；
图5为本发明提出的实施例1中一种深层过滤纸板表面的DSC测试图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。所用试剂如无特别指出均为商品化试剂，从市场上买来均未进行进一步纯化就直接使用。
实施例1
本发明一种深层过滤纸板及其制备方法，具体包括：
一种深层过滤纸板，其原料包括，纤维素纤维、活性炭、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维。
其中，深层过滤纸板的制备方法包括如下步骤：
S1.将纤维素纤维、改性聚乙烯纤维分别与水混合，得到纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液；
S2.将纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液以2:1的比例混合，然后进行打浆处理，打浆时间为5h，得到原始浆液；
S3.将活性炭、石英砂分别与水混合，得到活性炭悬浮液和石英砂悬浮液；
S4.将S3中的活性炭悬浮液和石英砂悬浮液混合，搅拌10min至分散均匀，然后与S2中的原始浆液混合，加入质量浓度为1wt%的聚丙烯酰胺基粘结剂搅拌2h，得到粘稠浆液；
S5.将S4中的粘稠浆液铺展均匀，然后进行脱水处理，得到浆板；
S6.将浆板在120℃下干燥，使浆板中的水分含量在1%±0.2%，得到原始纸板；
S7.将S6中得到的原始纸板根据实际使用要求裁切为特定尺寸，的到所述深层过滤纸板。
其中，步骤S1中，纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液的质量浓度都为5wt%。
其中，步骤S4中，原始浆液、活性炭悬浮液和石英砂悬浮液中固含量的比例为10:2:5。
其中，石英砂的粒径范围为0.015-0.025mm。
其中，聚丙烯酰胺基粘结剂为带有正电荷的粘结剂。
其中，纤维素纤维是木纤维。
其中，活性炭为磷酸活化活性炭，平均粒径为0.005mm。
其中，磷酸活化活性炭的制备方法包括如下步骤：
S1.将木块洗涤、粉碎，然后加入到管式炉中设置升温程序，然后在但其氛围下进行热解，得到原始炭；
S2.将原始炭加入到35%的磷酸溶液中，连续搅拌4h；
S3.使用去离子水将搅拌后的原始炭洗涤两次，然后在70℃下干燥，得到磷酸法活性炭。
其中，深层过滤纸板应用于尺寸为0.1-2μm的小颗粒污染物。
实施例2
本发明一种深层过滤纸板及其制备方法，具体包括：
一种深层过滤纸板，其原料包括，纤维素纤维、活性炭、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维。
其中，深层过滤纸板的制备方法包括如下步骤：
S1.将纤维素纤维、改性聚乙烯纤维分别与水混合，得到纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液；
S2.将纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液以3:1的比例混合，然后进行打浆处理，打浆时间为5h，得到原始浆液；
S3.将活性炭、石英砂分别与水混合，得到活性炭悬浮液和石英砂悬浮液；
S4.将S3中的活性炭悬浮液和石英砂悬浮液混合，搅拌10min至分散均匀，然后与S2中的原始浆液混合，加入质量浓度为1wt%的聚丙烯酰胺基粘结剂搅拌2h，得到粘稠浆液；
S5.将S4中的粘稠浆液铺展均匀，然后进行脱水处理，得到浆板；
S6.将浆板在120℃下干燥，使浆板中的水分含量在1%±0.2%，得到原始纸板；
S7.将S6中得到的原始纸板根据实际使用要求裁切为特定尺寸，的到所述深层过滤纸板。
其中，步骤S1中，纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液的质量浓度都为5wt%。
其中，步骤S4中，原始浆液、活性炭悬浮液和石英砂悬浮液中固含量的比例为10:2:5。
其中，石英砂的粒径范围为0.015-0.025mm。
其中，聚丙烯酰胺基粘结剂为带有正电荷的粘结剂。
其中，纤维素纤维是木纤维。
其中，活性炭为磷酸活化活性炭，平均粒径为0.005mm。
其中，磷酸活化活性炭的制备方法包括如下步骤：
S1.将木块洗涤、粉碎，然后加入到管式炉中设置升温程序，然后在但其氛围下进行热解，得到原始炭；
S2.将原始炭加入到35%的磷酸溶液中，连续搅拌4h；
S3.使用去离子水将搅拌后的原始炭洗涤两次，然后在70℃下干燥，得到磷酸法活性炭。
其中，深层过滤纸板应用于尺寸为0.1-2μm的小颗粒污染物。
实施例3
本发明一种深层过滤纸板及其制备方法，具体包括：
一种深层过滤纸板，其原料包括，纤维素纤维、活性炭、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维。
其中，深层过滤纸板的制备方法包括如下步骤：
S1.将纤维素纤维、改性聚乙烯纤维分别与水混合，得到纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液；
S2.将纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液以4:1的比例混合，然后进行打浆处理，打浆时间为5h，得到原始浆液；
S3.将活性炭、石英砂分别与水混合，得到活性炭悬浮液和石英砂悬浮液；
S4.将S3中的活性炭悬浮液和石英砂悬浮液混合，搅拌10min至分散均匀，然后与S2中的原始浆液混合，加入质量浓度为1wt%的聚丙烯酰胺基粘结剂搅拌2h，得到粘稠浆液；
S5.将S4中的粘稠浆液铺展均匀，然后进行脱水处理，得到浆板；
S6.将浆板在120℃下干燥，使浆板中的水分含量在1%±0.2%，得到原始纸板；
S7.将S6中得到的原始纸板根据实际使用要求裁切为特定尺寸，的到所述深层过滤纸板。
其中，步骤S1中，纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液的质量浓度都为5wt%。
其中，步骤S4中，原始浆液、活性炭悬浮液和石英砂悬浮液中固含量的比例为10:2:5。
其中，石英砂的粒径范围为0.015-0.025mm。
其中，聚丙烯酰胺基粘结剂为带有正电荷的粘结剂。
其中，纤维素纤维是木纤维。
其中，活性炭为磷酸活化活性炭，平均粒径为0.005mm。
其中，磷酸活化活性炭的制备方法包括如下步骤：
S1.将木块洗涤、粉碎，然后加入到管式炉中设置升温程序，然后在但其氛围下进行热解，得到原始炭；
S2.将原始炭加入到35%的磷酸溶液中，连续搅拌4h；
S3.使用去离子水将搅拌后的原始炭洗涤两次，然后在70℃下干燥，得到磷酸法活性炭。
其中，深层过滤纸板应用于尺寸为0.1-2μm的小颗粒污染物。
对比例1
与实施例1的区别在于，制备过程中所使用的纤维素纤维为棉纤维，无机填料为硅藻土。
对比例2
与实施例1的区别在于，制备过程中所使用的纤维素纤维为棉纤维，无机填料为粒径范围为3.5~10μm的硅灰石粉。
性能测试
对实施例1中所制得的一种深层过滤纸板进行了过滤性能、耐折度和耐破度的测试，其中耐折度和耐破度通过购自英国英斯特朗公司的Instron-1221型万能材料试验机测得，其显著效果如下：
（1）当弹簧张力为9.81N，实施例1中所制得的一种深层过滤纸板的耐折度为17；
（2）实施例1中所制得的一种深层过滤纸板的耐破度为1.38 kPa·m2/g；
过滤性能通过将细小颗粒污染物尺寸分布和含量已知的体积为1L的流体通过上述步骤制备的深层过滤纸板，检测滤液中各尺寸污染物的含量和过滤介质溶出量，测试结果如下表1。
| 0.2μm | 0.3μm | 0.5μm | 0.6μm | 0.7μm | 0.8μm | 1.0μm | 2.0μm | 3.0μm | |
| 过滤前颗粒数 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 |
| 过滤前颗粒数 | 213 | 147 | 97 | 49 | 46 | 22 | 13 | 2 | 0 |
| 截留率（%） | 97.8 | 98.5 | 99.0 | 99.5 | 99.5 | 99.8 | 99.9 | 99.9 | 100 |
图5表示了深层过滤纸板具有良好的的抗氧化性能，本发明所制得的一种深层过滤纸板能够在长时间存放后避免老化、脆化等问题的发生，使得该深层过滤纸板在日常使用中具有更佳的耐久性和经济性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种深层过滤纸板，其特征在于，所述深层过滤纸板包括：纤维素纤维、无机填料、石英砂、聚丙烯酰胺基粘结剂和改性聚乙烯纤维，所述深层过滤纸板的制备方法包括如下步骤：
S1.将纤维素纤维、改性聚乙烯纤维分别与水混合，得到纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液；
S2.将纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液以2:1-4:1的比例混合，然后进行打浆处理，打浆时间为5h，得到原始浆液；
S3.将无机填料、石英砂分别与水混合，得到活性炭悬浮液和石英砂悬浮液；
S4.将S3中的无机填料悬浮液和石英砂悬浮液混合，搅拌10min至分散均匀，然后与S2中的原始浆液混合，加入质量浓度为1wt%的聚丙烯酰胺基粘结剂搅拌2h，得到粘稠浆液；
S5.将S4中的粘稠浆液铺展均匀，然后进行脱水处理，得到浆板；
S6.将浆板在120℃下干燥，使浆板中的水分含量在1%±0.2%，得到原始纸板；
S7.将S6中得到的原始纸板根据实际使用要求裁切为特定尺寸，的到所述深层过滤纸板。
2.根据权利要求3所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：步骤S1中，所述纤维素纤维悬浮液和改性聚乙烯纤维悬浮液的质量浓度都为5wt%。
3.根据权利要求2所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：步骤S4中，所述原始浆液、无机填料悬浮液和石英砂悬浮液中固含量的比例为10:2:5。
4.根据权利要求3所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述石英砂的粒径范围为0.015-0.025mm。
5.根据权利要求4所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述聚丙烯酰胺基粘结剂为带有正电荷的粘结剂。
6.根据权利要求5所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述纤维素纤维是木纤维和棉纤维中一种或两种的组合。
7.根据权利要求6所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述无机填料为活性炭、硅藻土和硅灰石粉中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述活性炭为磷酸活化活性炭，平均粒径为0.005mm。
9.根据权利要求8所述的一种深层过滤纸板，其特征在于，所述磷酸活化活性炭的制备方法包括如下步骤：
S1.将木块洗涤、粉碎，然后加入到管式炉中设置升温程序，然后在但其氛围下进行热解，得到原始炭；
S2.将原始炭加入到35%的磷酸溶液中，连续搅拌4h；
S3.使用去离子水将搅拌后的原始炭洗涤两次，然后在70℃下干燥，得到磷酸法活性炭。
10.根据权利要求9所述的一种深层过滤纸板，其特征在于：所述深层过滤纸板应用于尺寸为0.1-2μm的小颗粒污染物。
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