CN117966513A - 一种活性炭深层过滤纸板及制备方法和应用其的脱色工艺 - Google Patents

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CN117966513A CN202410136557.1A CN202410136557A CN117966513A CN 117966513 A CN117966513 A CN 117966513A CN 202410136557 A CN202410136557 A CN 202410136557A CN 117966513 A CN117966513 A CN 117966513A
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Abstract

本申请涉及深层过滤的领域，具体涉及一种活性炭深层过滤纸板及制备方法和应用其的脱色工艺。其中，活性炭深层过滤纸板，包括纸板主体，所述纸板主体的一侧为进液面，所述纸板主体的另一侧为出液面，所述纸板主体包括纤维、活性炭颗粒和粘结剂；所述纸板主体的活性炭含量沿纸板主体的厚度方向自其进液面至出液面梯度增加；所述纸板主体中活性炭总含量X为45～80％；所述纸板主体沿其厚度方向自进液面向出液面等分为第一区域、第二区域和第三区域；所述纸板主体用纯水完全润湿后的湿重与干燥的纸板主体的重量之差为M差；所述M差与纸板用纯水完全润湿后的湿重M湿的比例Y为30～80％；所述X/Y为0.6～2。本申请的活性炭深层过滤纸板具有提高活性炭颗粒的利用率以及提高活性炭深层过滤纸板对原料药以及合成药中色素等杂质的吸附效果和吸附效率。

Description

一种活性炭深层过滤纸板及制备方法和应用其的脱色工艺
技术领域
本发明涉及深层过滤介质的领域，更具体地说，它涉一种活性炭深层过滤纸板及制备方法和应用其的脱色工艺。
背景技术
药物生产过程中，尤其在涉及头孢类的原料药生产过程中，脱色步骤是必不可少的一个关键步骤。脱色的原因有以下几点，一是药物的外观会直接影响患者的信任感，而有色杂质会使得药物呈现出不纯的外观，导致使用者可能对其造成不认可之感。二是一些有色杂质通常是由于氧化等非期望反应而形成的，这些杂质有可能会影响药物的稳定性，尤其是光稳定性。三是有色杂质会对药物的分析的准确性造成影响，比如各类光谱、色谱等分析方法。因此，在药物的生产过程中，尤其是一些有机合成药物，诸如头孢等的生产过程中，对其进行脱色有助于提高药物的外观质量、稳定性和纯度等，从而更好地满足治疗需求。
脱色剂根据脱色的原理可以分为三大类：絮凝脱色剂、氧化脱色剂和吸附脱色剂。絮凝脱色剂大多是季胺型阳离子高分子化合物；氧化脱色剂是使用如：高锰酸钾，臭氧等具有氧化性的化合物将有色基团氧化破坏而除色；吸附脱色剂一般为活性炭、白土，硅胶或者吸附树脂等可直接用过滤的方式除去杂质。在合成药物制备过程中，脱色一般采用的脱色剂为活性炭、活性白土、硅胶或吸附树脂等多孔物质的粉末。
授权公告号为CN105906515B的中国发明专利中公开的一种盐酸多巴酚丁胺脱色工艺，盐酸多巴酚丁胺，化学名：4-[2-[[1-甲基-3-(4-羟苯基)丙基]氨基]乙基]-1,2-苯二酚盐酸盐，英文名Dobutamine Hydrochloride，分子式为C18H23NO3·HCl，为多巴胺同系物，为一选择性心脏β1-受体兴奋剂，临床用于治疗器质性心脏病心肌收缩力下降引起的心力衰竭、心肌梗塞所致的心源性休克及术后低血压。其中脱色工艺为：(1)先在纯化水中加入定量的水溶性抗氧剂，再加入待脱色的盐酸多巴酚丁胺，用保护气体置换系统，升温至物料溶清，加入药用活性炭，升温至脱色温度，脱色若干分钟；(2)将上步物料趁热滤除活性炭，滤液至结晶釜内，加入定量浓盐酸，再缓慢降至室温，逐渐析出固体，经过滤干燥后得盐酸多巴酚丁胺成品。
在公开号为CN117323695A的中国发明专利中公开了一种维生素B6的脱色装置及方法，其脱色装置主要为脱色罐，其脱色步骤为“1)溶液制取：将维生素B6粗品按照18.5g：100ml的比例溶于蒸馏水中，制得维生素B6粗品水溶液；2)物料混合：将维生素B6粗品水溶液置入脱色罐中，并加入适量活性炭，活性炭与维生素B6粗品水溶液的投入比例为4.5g∶100ml；3)一次脱色：脱色罐内设有夹层，可通入蒸汽(或热水循环)进行加热，加热温度80～85℃，时间30min，并使粉末活性炭在罐内借助搅拌器的运转，与物料充分混合、搅拌后而进行吸附脱色；4)二次脱色：通过过滤将3)中脱色得到的维生素B6半成品再次取出，得到的溶液再次填充到脱色罐，加入活性炭，活性炭与维生素B6粗品水溶液的投入比例为2.3g∶100ml，随机搅拌加热，加热温度80～85℃，时间30min；5)结晶成品：对二次脱色后所得混合溶液进行过滤，滤液浓缩至干，加适量乙醇结晶得到脱色后的成品维生素B6。”
由上述盐酸多巴酚丁胺和维生素B6药物的脱色装置和方法可知，对于目前用于药物或中间体脱色的活性炭脱色剂而言，传统的利用形式是将活性炭粉末与料液混合，使料液与活性炭粉充分接触，从而通过活性炭粉末的吸附性将料液中的色素等杂质吸附去除。一般在脱色完成后还需要进行过滤将活性炭滤除，然后得到所需去除杂质后的料液。整体工艺步骤上比较繁琐，而且活性炭粉的利用率以及利用效率都很难把握，很难实现对活性炭的高效利用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种活性炭深层过滤纸板及制备方法和应用其的脱色工艺。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种活性炭深层过滤纸板，包括纸板主体，所述纸板主体的一侧为进液面，所述纸板主体的另一侧为出液面，
所述纸板主体包括纤维、活性炭颗粒和粘结剂；
所述纸板主体的活性炭含量沿纸板主体的厚度方向自其进液面至出液面梯度增加；
所述纸板主体中活性炭总含量X为45～80％；
所述纸板主体沿其厚度方向自进液面向出液面等分为第一区域、第二区域和第三区域；所述第一区域、第二区域和第三区域的活性炭含量分别为X1、X2、X3；X1为40～65％，X2为45～70％，X3为50～80％；
所述纸板主体用纯水完全润湿后的湿重与干燥的纸板主体的重量之差为M差；所述M差与纸板用纯水完全润湿后的湿重M湿的比例Y为30～80％；
所述X/Y为0.6～2。
活性炭纸板中的活性炭颗粒与纤维之间具有一定的结合效果，使得活性炭颗粒的位置基本被固定，在过滤原料药或其他进料液时，活性炭不会随着料液而发生串流，从而解决了活性炭颗粒粉尘对设备以及对工艺环境的影响，提高了工人的工作安全性。
活性炭颗粒在与纤维结合形成活性炭纸板后，活性炭颗粒吸附原料药中色素杂质的利用率也得到提高。就整体而言，活性炭颗粒在纸板中的分布相较于直接使用活性炭颗粒的方式更加有序，而更为有序的活性炭颗粒分布使得活性炭颗粒之间不会在过滤物料的过程中，由于相互之间的碰撞等因素而损失部分过滤面积。其次，纤维的分布也使得物料在流过纸板的时候，物料流可以快速地与流经位置处的活性炭表面接触，同时在流过纸板的整个过程中都在与不同的活性炭颗粒发生吸附作用，整体活性炭颗粒的利用率和吸附效率得到大大提升。需要补充的是，纸板内纤维和活性炭颗粒相互协同而形成更加复杂且更有利于物料流充分且快速地与活性炭颗粒接触流道，这主要是通过更具体的纸板细节参数控制决定的。
首先，本发明中纸板整体的活性炭的含量占比控制在所述范围内，一方面是为了避免活性炭含量过低而导致对色素等杂质的吸附效果达不到理想状态，需要多次过滤才可达到杂质去除的标准。另一方面也是为了避免活性炭的含量过高而导致活性炭纸板中活性炭颗粒发生较多的聚集而造成活性炭颗粒的利用率降低。过多的活性炭颗粒还可能造成靠近下游的部分活性炭细颗粒脱落进入滤液中。
其次，纸板主体沿其厚度方向自进液面向出液面等分为第一区域、第二区域和第三区域后，然后控制每个区域中的活性炭的具体含量并在纸板的厚度方向上使得活性炭的含量呈递增的趋势，以使得料液在过滤的时候色素被吸附的程度或者色素被吸附的能力在纸板的厚度方向上呈逐步提高的趋势，从而使得料液中的色素等杂质可以被吸附得更加完全。
本发明中，活性炭深层过滤纸板对于料液中的色素的去除效果的提升主要在两个方面，一个方面是对于活性炭颗粒在纸板内的分布在垂直液体流动方向上更加均匀，另一方面是对于纸板内液体流动的流道分布的优化，使得流道分布可以有助于料液与活性炭颗粒表面的接触面积增多，接触效率提高。具体而言，本发明主要控制X/Y的值在所述的范围内，其中X代表的是活性炭纸板中含有的活性炭颗粒的含量，可以通过将活性炭深层过滤纸板在一定的温度下进行灼烧以烧去除活性炭外的其他物质，然后通过测试灰分的重量就得到活性炭颗粒的含量，然后再与纸板的总质量之比即可得到活性炭深层过滤纸板中活性炭的含量占比X。而Y代表的是纸板用纯水完全润湿后的增加的重量占完全润湿后的湿重的比例，具体测试可以通过将活性炭深层过滤纸板放在纯水中浸泡合适的时间后，去除纸板进行称重即可得到纸板完全润湿后的湿重大小，而再通过测试干重后即可得到两者的差值。本发明中限定X/Y的值是为了控制活性炭深层过滤纸板中的活性炭颗粒含量与深层过滤纸板中的纤维形成空隙以及纤维的粗细等参数等纤维的综合性能存在相应的关系，以使得活性炭颗粒与纤维之间可以满足较为合理的分布结构，从而一方面使得活性炭获得较大的有效过滤面积，另一方面深层过滤纸板中的料液过滤流道可以提高料液与活性炭的接触有效率，提高吸附效果和吸附效率。
进一步的，所述活性炭颗粒在纸板主体的进液面上的SEM平均粒径Din为5～20μm，；以及出液面上的SEM平均粒径Dout为3～15μm；Din∶Dout为1.05～1.5。
活性炭颗粒在进液面上的SEM平均粒径以及在出液面上的SEM平均粒径的测量方式可以通过使用扫描电子显微镜对深层过滤介质进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量，并进行相应计算；在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对深层过滤介质表面(或截面)进行表征，获得相应的SEM图，并选取一定的面积，例如100μm2(10μm乘以10μm)或者625μm2(25μm乘以25μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上所有活性炭颗粒的粒径，然后进行计算，获得该区域的平均粒径；颗粒状纤维素的SEM平均粒径在本发明中优选为测量颗粒状纤维素的长度和宽度并取平均值作为测量的颗粒状纤维素的粒径。当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
通过控制活性炭颗粒在深层过滤纸板的进液面上的SEM平均粒径大于出液面上的活性炭颗粒的SEM平均粒径，可以使得深层过滤纸板在厚度方向上具有更加鲜明的层次性。首先活性炭颗粒除了其本身表面的多孔结构而具有的对色素等杂质较好的吸附效果外，活性炭颗粒本身对于深层过滤纸板也起到蓬松纸板的作用。因此，优化深层过滤纸板靠近进液面一侧活性炭颗粒的粒径更大，可以使得深层过滤纸板靠近进液面一侧的蓬松度更高，也就是说该区域内的空隙率更高，更进一步而言，即深层过滤纸板靠近进液面一侧的活性炭颗粒暴露到流道内的面积更多，且深层过滤纸板靠近进液面一侧本身的物理拦截尺度也更大，从而使得深层过滤纸板靠近进液面一侧区域内的预过滤效果得到优化。预过滤效果并不仅仅指对过滤料液中的大颗粒杂质的过滤，也包括了对初始含量较高的色素分子等杂质的初步吸附，大幅度降低色素在料液中的浓度。
相对的，深层过滤纸板靠近出液面的一侧的区域内的活性炭颗粒的粒径更小，一方面使得活性炭颗粒本身的吸附能力得到提高，另一方面活性炭颗粒粒径更小可以使得深层过滤纸板靠近出液面的一侧区域内的物理拦截尺度更小，从而使得经过预过滤之后的料液在经过深层过滤纸板靠近出液面一侧的区域后，料液中的小颗粒杂质以及浓度变低的色素分子可以被吸附地更彻底，从而保证深层过滤纸板的过滤性能，优化深层过滤纸板的过滤能力，提高过滤精度以及过滤稳定性。
进一步的，所述纤维素纤维的SEM平均纤维直径d为1～20μm，所述Din∶d为0.3～18。
通过上述技术方案，纤维素纤维的SEM平均纤维直径与活性炭颗粒的粒径需要有一定的关联，如果两者相差过大，即纤维素纤维之间形成的空隙过大，则粒径较小的活性炭颗粒容易发生互相聚集堆积，造成活性炭颗粒表面吸附面积的损失。而如果纤维素纤维的SEM平均直径与活性炭颗粒粒径之间相差过小，则容易导致纤维之间形成的用于容纳活性炭颗粒的空隙过少，活性炭颗粒在纸板内容易被纤维遮盖过多的吸附面积，也会导致活性炭颗粒表面的吸附面积损失。因此，本发明可以通过控制纤维素纤维的SEM平均直径大小以及进液面和出液面上的活性炭颗粒SEM平均粒径，使得纤维素纤维可以有效地将活性炭颗粒均匀地分散在纸板内，且纤维素纤维不会造成活性炭颗粒表面被过多的不形成活性炭颗粒锚固点的吸附面积被遮盖，从而有效地保持了活性炭颗粒的吸附效果和吸附利用率。
进一步的，所述活性炭颗粒包括SEM平均粒径Dmax为20～60μm的粗活性炭颗粒和SEM平均粒径Dmin为0.1～5μm的细活性炭颗粒，Dmax∶Dmin为2～40。
活性炭颗粒的需要有粒径存在差距的粗颗粒和细颗粒，粗颗粒主要起到蓬松纸板的效果，提高纸板中活性炭与过滤料液的接触面积，提高吸附量；而细小的活性炭颗粒则具有较高的比表面积，可以对杂质起到更强的吸附效果，从而提高纸板的过滤效果和过滤精度。
其次，活性炭颗粒中粗颗粒和细颗粒的差距不能过大，因为过大的活性炭颗粒会导致细颗粒由于过于蓬松的纸板结构而在过滤过程中更加容易脱落到后端料液中，造成不必要的污染。
活性炭颗粒优选为包括粒径较大的粗活性炭颗粒和粒径较小的细活性炭颗粒，并控制两者粒径的SEM平均粒径范围和SEM平均粒径比例，以使得不同粒径的活性炭颗粒在深层过滤纸板的厚度方向上具有更为有利于提高吸附效果和吸附效率的方向分布。具体而言，期望颗粒较大的粗活性炭颗粒更多地分布于深层过滤纸板的靠近进液面的一侧区域内，而颗粒较小的细活性炭颗粒更多地分布于深层过滤纸板的靠近出液面的一侧区域内。因为粗活性炭颗粒粒径更大，而靠近深层过滤纸板进液面一侧的区域内的纤维结构更加疏松，这使得位于该区域内的活性炭颗粒整体上暴露到深层过滤纸板流道内且容易与料液接触的接触面积更大，提高深层过滤纸板靠近进液面一侧的区域的预过滤效果，以及提高深层过滤纸板靠近进液面一侧区域的杂质吸附容量，从而提高深层过滤纸板的吸附效果、吸附载量和吸附寿命。另一方面，颗粒较小的细活性炭颗粒具有更大的比表面积，其单体颗粒的吸附能力更强，因此细活性炭颗粒更多地集中于深层过滤纸板靠近出液面的一侧区域内，可以有效提高深层过滤纸板靠近出液面一侧的过滤能力和过滤精度，可以有效地将料液中浓度已经降低的色素等杂质吸附地更加彻底。
进一步的，所述纤维为纤维素纤维，所述纤维素纤维的SEM纤维直径为dmin～dmax，所述dmin满足0.5Dmin≤dmin≤Dmin，所述dmax满足Dmax≤dmax≤1.5Dmax。
纤维素纤维的直径范围选择应与活性炭颗粒的最大粒径和最小粒径之间就有关联性。在本发明的深层过滤纸板中，纤维素纤维的SEM直径的最小值比活性炭颗粒粒径的最小值小，因为纸板中的粒径小的活性炭颗粒需要直径更细的纤维素纤维交织缠绕后进行锚固，才能达到较为稳定且牢固的固定效果。但是纤维素纤维的纤维直径也不能过小，过细的纤维和细小的活性炭颗粒容易形成较为紧密的区域，降低纸板中流道的流通性，降低过滤效率。
而纤维素纤维的SEM直径的最大值比活性炭颗粒的最大值大，因为SEM直径较大的纤维素纤维之间形成的间隙较大，强度更高，从而使得纤维形成的纸板骨架结构强度更加稳定法，而且纸板整体的流通性更好。
进一步的，所述活性炭的堆积密度ρ为0.3～0.5g/cm3，所述纸板主体的紧度T为0.15～0.5g/cm3。
灰分的堆积密度是把灰分颗粒自由填充于某一容器内，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。纸板主体的紧度是测试纸板主体的体积和质量即可得到。
本发明中主要通过控制纸板灼烧的温度，以将除活性炭外的其他纤维素纤维等灼烧干净，使得灰分中基本为活性炭颗粒。纸板主体在600～800℃下灼烧完全后的灰分中主要含有的成分为活性炭颗粒，因此灰分的堆积密度在一定程度上可以体现原本纸板主体中的活性炭颗粒的性状。灰分的堆积密度主要受到灰分中的活性炭颗粒的大小和形状的影响，其次活性炭本身的孔隙率也会对灰分的堆积密度产生一定的影响。因此，灰分的堆积密度需要控制在合适的范围内，以确保在纸板主体中的活性炭颗粒暴露的有效面积以及活性炭颗粒本身的吸附能力都能处于较优的范围内。
在纸板内活性炭颗粒暴露的有效面积是指活性炭颗粒暴露与纸板主体内的过滤料液流动的流道内的面积。理论上而言，活性炭颗粒的粒径越大，其在纸板主体内能够暴露的有效面积越多。但是越大颗粒的活性炭，其本身的比表面积越低，容易造成深层过滤纸板的吸附能力变差。因此，本发明需要平衡活性炭颗粒在纸板主体内与过滤料液直接的接触效率与活性炭颗粒本身吸附能力。而灰分的堆积密度是能够在一定程度上综合体现出原来纸板主体中活性炭颗粒的分布情况和活性炭颗粒的吸附能力。为了更加准确地可以通过控制纸板灼烧后灰分的堆积密度来控制纸板主体内活性炭颗粒的利用率和吸附能力，因此还限定了纸板主体应当满足的紧度范围。主要影响纸板主体的紧度的因素是纸板主体中的纤维与纤维之间的排列关系。紧度过大说明纤维与纤维之间排列过于紧密，这一方面会导致纸板主体的空隙率降低，流道减少，过滤流速减慢；另一方面还会导致排列过于紧密的纤维将活性炭颗粒原本的有效过滤面积覆盖，导致活性炭颗粒的吸附利用率大大降低。紧度过小则说明纤维与纤维之间排列疏松，虽然这有利于提高活性炭颗粒的利用率，但是过于疏松的纤维会使得纤维与纤维之间的空隙过大而导致杂质容易穿透纸板主体进入下游，以及流道过于畅通而导致色素杂质也很难被活性炭吸附完全。
进一步的，所述X1∶X2为0.8～0.99，所述X1∶X3为0.65～0.9。
本发明中限定第一区域内的活性炭颗粒的含量、第二区域内的活性炭颗粒的含量以及第三区域内的活性炭颗粒的含量之间的比例，是为了控制活性炭颗粒的含量在纸板主体的厚度方向上的增加的幅度。如果在活性炭总含量不变的情况下，活性炭颗粒的含量增加的幅度过快，说明在纸板主体越靠近出液面的一侧的区域内越可能出现活性炭颗粒含量过高而导致出现明显影响流速的不良区域。并且活性炭颗粒增加的幅度过快，说明在纸板主体靠近出液面的一侧区域内，活性炭的含量很高，而活性炭颗粒在纸板主体内主要是依靠纤维进行锚固的，而活性炭含量过高会导致该区域内的锚固点过少，部分活性炭颗粒容易在过滤的过程中发生脱落而进入后端料液中。而如果在活性炭总含量不变的情况下，活性炭颗粒的含量的增加的幅度过小，则较难较优地实现纸板主体靠近进液面一侧的区域和靠近出液面一侧的区域之间的差距所带来的预过滤和精过滤分区进行的效果。甚至有可能造成纸板主体的使用寿命显著下降，主要是由于纸板主体靠近进液面一侧的区域更容易达到吸附饱和。
进一步的，所述第一区域、第二区域和第三区域的紧度分别为T1、T2、T3；所述T1∶T2为0.75～0.99，所述T1∶T3为0.6～0.95。
在限定第一区域内的活性炭颗粒的含量、第二区域内的活性炭颗粒的含量以及第三区域内的活性炭颗粒的含量之间的比例的情况下，进一步控制第一区域、第二区域和第三区域的紧度以及紧度之间的比例，以期望在纸板主体的厚度方向上的纤维排列紧密程度与活性炭颗粒的含量之间具有关联协同效果。紧度主要体现了纤维在纸板内的排列紧密程度，而活性炭颗粒的含量在纸板主体的厚度方向上是呈一定递增幅度递增变化的，那么对于厚度方向上的每个厚度区域而言，理论上具有最适宜该区域的最优活性炭利用率的紧度值。但是纸板主体的制备并不能对纸板主体厚度方向上各个区域进行精密的调节，因此在有限的条件下，本发明突破性地发现了控制第一区域、第二区域和第三区域的紧度以及紧度之间的具体比例可以使得纸板主体的过滤效果和过滤效率进一步得到优化。
进一步的，所述纤维选自纤维素纤维、合成纤维或活性炭纤维中的一种或多种。
在本发明中的活性炭深层过滤纸板中，纤维素纤维具有较高的亲水性，合成纤维具有一定程度的疏水性，两者搭配使用时既可以保持深层过滤纸板具有较好的亲水性，也可以使得深层过滤纸板队友有机溶剂的亲和性提高，在一定程度上可以有助于溶解在有机溶剂中的杂质被纸板的吸附。而活性炭纤维表面也具有较多的孔隙，其作为纤维添加时，既可以作为纸板的框架以提高纸板的强度，也可以提高纸板的吸附效果。
进一步的，所述合成纤维为聚丙烯腈纤维和/或聚丙烯腈原纤化纤维。
进一步的，所述粘结剂包含基于尿素或三聚氰胺-甲醛的聚合物的水溶性合成聚合物、聚氨基聚酰胺-表氯醇聚合物或者乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂。
进一步的，所述纸板主体中的活性炭颗粒的D50粒径为5～100μm。
一种活性炭深层过滤纸板的制备方法，包括以下步骤：
S1：打浆，选取纤维打浆，得到纤维浆料；其中纤维浆料包括打浆度为10～90°SR；
S2：混合，将粘结剂和活性炭加入纤维浆料中，搅拌混合后，得到混合浆料；其中，活性炭颗粒的D50为5～100μm；所述混合浆料包括第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料，所述第一混合浆料包括质量比为1∶6～10的活性炭颗粒和纤维，所述第二混合浆料包括质量比为1∶3～8的活性炭颗粒和纤维，所述第三混合浆料包括质量比为1∶1.5～5的活性炭颗粒和纤维；
S3：成型，将所述第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料分别等分，然后按照第一混合浆料、第二混合浆料、第一混合浆料、第三混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料的顺序依次铺在筛网上，并且在每次铺设浆料后先进行真空预抽吸，全部浆料铺完后再进行预加压，最后真空抽吸筛网未铺混合浆料的一侧，得到预定型的初成品；
S4：烘干，将初成品进行定型烘干至含水率不高于5％；
S5：冲切，将初成品进行裁切形成成品。
本发明中的活性炭深层过滤纸板通过采用预先调制的第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料按顺序依次铺在筛网上进行成型。这三种混合浆料中的活性炭颗粒与纤维的比例，以及纤维的打浆度均不同，由此按照一定的顺序进行铺设成预成型的深层过滤纸板结构中，活性炭颗粒在厚度方向上即存在一定的分布规律，而在经过真空抽吸预定型后，深层过滤纸板中的活性炭颗粒与纤维均会在真空抽吸作用力下发生部分迁移，从而使得最后定型得到的深层过滤纸板中的活性炭颗粒含量等参数在深层过滤纸板中分分布情况满足期望的布层，以达到对料液中色素等杂质更好的吸附效果。
进一步的，所述第一混合浆料中的活性炭颗粒的D50为30～100μm；所述第二混合浆料中的活性炭颗粒的D50为20～50μm；所述第三混合浆料中的活性炭颗粒的D50为5～30μm。
进一步的，所述第一混合浆料中纤维浆料的打浆度为80～90°SR；所述第二混合浆料中纤维浆料的打浆度为50～70°SR；所述第三混合浆料中纤维浆料的打浆度为10～20°SR。
通过控制第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料中的活性炭颗粒的D50粒径以及三种浆料的打浆度，以使得三种混合浆料通过一定的顺序堆叠后制备得到的深层过滤纸板中，活性炭颗粒的分布可以更加满足深层过滤纸板对料液中色素的预过滤和精过滤效果的提高。
进一步的，所述真空抽吸依次包括弱抽吸和强抽吸，所述弱抽吸的真空度为-50～-20kpa，所述强抽吸的真空度为-120～-70kpa；所述弱抽吸的时间是强抽吸的时间1/5～1/2之间。
通过控制真空抽分为弱抽吸和强抽吸，在弱抽吸阶段以提高深层过滤纸板上不同浆料层之间的混合连接的紧密性，而在强抽吸的阶段可以进一步使得深层过滤纸板整体得到预定型，从而形成期望的深层过滤纸板。
一种应用上述的活性炭深层过滤纸板的合成药物脱色工艺，包括以下步骤：将含有颜色的原料药溶液以100～500LMH的过滤速度通过活性炭深层过滤纸板。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、本发明的深层过滤纸板包括纤维、活性炭颗粒和粘结剂，通过控制活性炭的含量沿厚度方向逐渐增加，并且分为第一、第二和第三区域，同时控制整体的活性炭含量以及每个区域的活性炭含量，并且进一步控制X/Y的范围，以获得活性炭颗粒与纤维结合形成有序分布的活性炭深层过滤纸板，从而提高活性炭的利用率，使纸板呈现明显的层次性，优化了预过滤效果和过滤稳定性。
二、本发明的深层过滤纸板通过调整活性炭颗粒在进液面和出液面的SEM平均粒径以及纤维素纤维的SEM平均直径，确保它们在纸板内均匀分散，从而保持了活性炭颗粒的吸附效果和吸附利用率。
附图说明
图1是本申请实施例1中活性炭深层过滤纸板的出液面500倍的SEM电镜图；
图2是本申请实施例1中活性炭深层过滤纸板的进液面500倍的SEM电镜图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例
实施例1
一种活性炭深层过滤纸板，包括纸板主体，参照图1和图2，纸板主体的一侧为进液面，纸板主体的另一侧为出液面。纸板主体包括39％纤维、60％活性炭颗粒和1％粘结剂。其中，纤维为纤维素纤维，粘结剂为聚氨基聚酰胺-表氯醇聚合物。
上述活性炭深层过滤纸板的制备方法，包括以下步骤：
S1：打浆，选取纤维素纤维打浆，得到不同打浆度的三份纤维浆料；三份纤维浆料打浆度分别为82°SR、51°SR和12°SR；
S2：混合，将粘结剂、活性炭颗粒和粘结剂加入三份纤维浆料中，搅拌混合后，得到三份混合浆料，分别为第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料；
其中，第一混合浆料包括质量占比为0.72的活性炭颗粒，第二混合浆料包括质量占比为0.57的活性炭颗粒，第三混合浆料包括质量占比为0.48的活性炭颗粒；
第一混合浆料中的活性炭颗粒的D50为13μm；第二混合浆料中的活性炭颗粒的D50为30μm；第三混合浆料中的活性炭颗粒的D50为67μm。
第一混合浆料中纤维浆料的打浆度为82°SR；第二混合浆料中纤维浆料的打浆度为51°SR；第三混合浆料中纤维浆料的打浆度为12°SR。
S3：成型，将第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料分别等分，然后按照第一混合浆料、第二混合浆料、第一混合浆料、第三混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料的顺序依次铺在筛网上，并且在每次铺设浆料后先进行真空预抽吸，真空度设置为-80kpa，抽吸1min，全部浆料铺完后再进行预加压，最后真空抽吸筛网未铺混合浆料的一侧，得到预定型的初成品；预加压后的真空抽吸依次包括弱抽吸和强抽吸，所述弱抽吸的真空度为-27kpa，所述强抽吸的真空度为-90kpa；弱抽吸的时间是强抽吸的时间0.4之间。
S4：烘干，将初成品进行定型烘干至含水率不高于5％；
S5：冲切，将初成品进行裁切形成成品。
一种应用上述活性炭深层过滤纸板的合成药物脱色工艺，包括以下步骤：
S1：将安装于外壳内的活性炭深层过滤纸板用100L/m2的纯水冲洗；
S2：将含有颜色的原料药溶液以200LMH的过滤速度通过活性炭深层过滤纸板。
实施例2～实施例11也按照上述制备步骤制备得到活性炭深层过滤纸板，制备过程中的工艺参数进行调整。
表1实施例2～实施例11第一混合浆料的参数
表2实施例2～实施例11第二混合浆料的参数
表3实施例2～实施例11第三混合浆料的参数
表4实施例2～实施例11堆叠后的混合浆料的真空抽吸参数
对上述制备得到的活性炭纸板，对纸板成品的各项参数进行以下测试。
1、纸板主体中的活性炭总含量测试：将纸板放入烘箱中进行灼烧，控制温度为仅将除活性炭颗粒外的其他纤维素纤维等灼烧干净的温度，具体可根据实际使用的活性炭型号进行确定，本发明选择600℃的灼烧温度进行灼烧，以除去纤维素纤维。灼烧至灰分的质量不变后，灰分的质量计为m，纸板本身的自重为M，则活性炭的含量X为
2、纸板分层的活性炭含量的测试：将测试的纸板主体沿厚度方向分成3份，从进液面到出液面依次为第一区域、第二区域和第三区域。然后将每层纸板均送入800℃的烘箱中进行灼烧完全，称量灰分的质量为m1，每层纸板对应的质量的M1，则每层活性炭的含量为 其中n为1,2,3，表示不同区域的活性炭含量。
3、纸板主体的Y值测试：将纸板主体浸泡在纯水中，然后浸泡24小时后，将纸板主体取出进行称重为M湿，干纸板本身的自重为M，
4、灰分或活性炭的堆积密度：将活性炭颗粒或者灰分颗粒装在100ml的量筒中，不施加压力，装满之后取出称重为m堆(g)，
5、纸板主体进液面、出液面上的活性炭颗粒的SEM平均粒径测试、纤维的SEM直径以及平均直径测试、粗细活性炭颗粒的SEM平均粒径测试：通过使用扫描电子显微镜对纸板主体的进液面和/或出液面进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量，并进行相应计算；在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对纸板主体的表面(或截面)进行表征，获得适合倍数的SEM图，并选取一定的面积，例如104μm2(100μm乘以100μm)或者4×104μm2(200μm乘以200μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上所有活性炭颗粒的粒径或纤维直径，然后进行计算，获得该区域的活性炭颗粒的平均粒径或纤维的平均直径；活性炭颗粒的粒径在本发明中优选为测量活性炭颗粒的长度和宽度并取平均值作为测量的颗粒状纤维素的粒径。当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
表5实施例1～实施例11中深层过滤纸板的测试参数
实施例 X(％) Y(％) X/Y X1(％) X2(％) X3(％) X1∶X2 X1∶X3
实施例1 60 50 1.2 53 56 65 0.95 0.82
实施例2 76 40 1.9 65 70 85 0.93 0.76
实施例3 67 42 1.6 50 61 68 0.82 0.74
实施例4 60 30 2.0 51 57 67 0.89 0.76
实施例5 46 76 0.6 40 45 50 0.89 0.80
实施例6 54 68 0.8 46 54 69 0.85 0.67
实施例7 58 46 1.8 54 57 64 0.95 0.84
实施例8 57 48 2.8 52 58 65 0.90 0.80
实施例9 62 49 3.8 53 58 61 0.91 0.87
实施例10 63 47 4.8 46 62 73 0.74 0.63
实施例11 61 52 5.8 51 56 63 0.91 0.81
表6实施例1～实施例11中深层过滤纸板的测试参数
实施例 ρ(g/cm3) T(g/cm3) T1(g/cm3) T2(g/cm3) T3(g/cm3) T1∶T2 T1∶T3
实施例1 0.38 0.30 0.27 0.28 0.32 0.96 0.84
实施例2 0.37 0.38 0.32 0.40 0.42 0.80 0.76
实施例3 0.42 0.42 0.34 0.44 0.48 0.77 0.71
实施例4 0.35 0.24 0.21 0.25 0.26 0.84 0.81
实施例5 0.36 0.15 0.12 0.15 0.18 0.80 0.67
实施例6 0.45 0.48 0.43 0.48 0.53 0.90 0.81
实施例7 0.55 0.52 0.41 0.62 0.53 0.66 0.77
实施例8 0.52 0.39 0.35 0.36 0.46 0.97 0.76
实施例9 0.38 0.51 0.49 0.51 0.53 0.96 0.92
实施例10 0.38 0.31 0.26 0.33 0.34 0.79 0.76
实施例11 0.37 0.26 0.18 0.29 0.32 0.62 0.56
表7实施例1以及实施例12-18的深层过滤纸板的特征
表8实施例1以及实施例19-14的深层过滤纸板的特征
实施例 Dmax(μm) Dmin(μm) Dmax∶Dmin dmin(μm) dmax(μm)
实施例1 26 1 26 5 20
实施例19 37 5 7.4 6 35
实施例20 48 2 24 3 50
实施例21 60 4 15 10 60
实施例22 21 0.6 35 1 20
实施例23 19 3 6.3 3 21
实施例24 23 0.5 46 4 30
其中，实施例12-24中深层过滤纸板的制备过程中主要通过控制加入的活性炭颗粒的D50粒径和加入的纤维直径来控制得到具有上述参数的深层过滤纸板。
实施例25与实施例1的区别在于，纤维含有纤维素纤维和聚丙烯腈纤维，两者质量比为3∶1。
实施例26与实施例1的区别在于，纤维含有质量比为5∶3∶1的纤维素纤维、聚丙烯腈纤维和活性炭纤维。
对比例
对比例1与实施例1的区别在于，纸板主体中包括60％纤维、39％活性炭颗粒和1％粘结剂。
对比例2与实施例1的区别在于，制备得到的活性炭纸板内活性炭含量基本均匀分散在活性炭纸板内，主要通过加压的方式而不采用抽真空的方式使得活性炭深层过滤纸板预定型。
对比例3与实施例1的区别在于，制备得到的活性炭深层过滤纸板的X/Y的值为2.3。
对比例4与实施例1的区别在于，制备得到的活性炭深层过滤纸板的X1为30％，X2为40％，X3为70％。
性能测试：
(1)流速测试：将深层过滤纸板装配到过滤器中，得到4.5×10-4m2有效过滤面积的深层过滤器；在100kPa的恒压和20℃下用超纯水源过滤双层过滤器，测得各个实施例和对比例中的过滤速度。
(2)400ppm亚甲基蓝吸附量测试：将深层过滤纸板装配到过滤器壳体中，得到1.3×10-3cm2有效过滤面积，厚度为5mm的深层过滤器；用亚甲基蓝染料作为标准试剂，加水，配成400ppm浓度的溶液。以5ml/min速度恒定供给浓度为400ppm的皂黄染液，当透过液在430nm下的透光度下降至95％时，测得此时透过的亚甲基蓝染液总体积。
测试结果如下表：
表9实施例1-11以及对比例1-5相关测试结果
实施例 流速(L/min·m2)1bar 400ppm亚甲基蓝吸附量(L/m2)
实施例1 300 350
实施例2 294 375
实施例3 291 362
实施例4 286 356
实施例5 330 318
实施例6 310 326
实施例7 296 332
实施例8 278 311
实施例9 279 315
实施例10 276 305
实施例11 274 308
对比例1 312 264
对比例2 298 281
对比例3 306 268
对比例4 308 294
结论：通过实施例与对比例之间的检测数据检测对比可知，本发明中制备得到的活性炭深层过滤纸板中控制活性炭的整体含量、每个区域内的活性炭含量以及X/Y的比值，显著地提高了活性炭深层过滤纸板的过滤效率和吸附能力。其次，通过实施例1-7与实施例7-9的对比可知，本发明中控制深层过滤纸板的紧度以及活性炭的堆积密度可以有效地提高活性炭深层过滤纸板的过滤效率和过滤能力。通过实施例1-7与实施例10和实施例11分别对比可以看出控制活性炭颗粒在深层过滤纸板不同深度区域内含量占比以及不同深度区域的紧度，能够显著提高深层过滤纸板的过滤效率和过滤能力。
表10实施例12-26相关测试结果
结论：通过实施例12-13与实施例14-18的对比，可以看出本发明中控制深层过滤纸板进出液面上的活性炭颗粒的粒径以及深层过滤纸板中的纤维直径，可以有效获得过滤效果和吸附能力较好的活性炭深层过滤纸板。其次，通过实施例19-20与实施例21-24的对比，可以看出本发明中通过控制深层过滤纸板中的Dmax和Dmin以及它们与纤维直径的dmax和dmin之间的关系，获得过滤效果和吸附能力较好的活性炭深层过滤纸板。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (17)

1.一种活性炭深层过滤纸板，包括纸板主体，所述纸板主体的一侧为进液面，所述纸板主体的另一侧为出液面，其特征在于：
所述纸板主体包括纤维、活性炭颗粒和粘结剂；
所述纸板主体的活性炭含量沿纸板主体的厚度方向自其进液面至出液面梯度增加；
所述纸板主体中活性炭总含量X为45～80％；
所述纸板主体沿其厚度方向自进液面向出液面等分为第一区域、第二区域和第三区域；所述第一区域、第二区域和第三区域的活性炭含量分别为X1、X2、X3；X1为40～65％，X2为45～70％，X3为50～80％；
所述纸板主体用纯水完全润湿后的湿重与干燥的纸板主体的重量之差为M差；所述M差与纸板用纯水完全润湿后的湿重M湿的比例Y为30～80％；
所述X/Y为0.6～2。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述活性炭颗粒在纸板主体的进液面上的SEM平均粒径Din为5～20μm以及出液面上的SEM平均粒径Dout为3～15μm；Din∶Dout为1.05～1.5。
3.根据权利要求2所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述纤维素纤维的SEM平均纤维直径d为1～20μm，所述Din∶d为0.3～18。
4.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述活性炭颗粒包括SEM平均粒径Dmax为20～60μm的粗活性炭颗粒和SEM平均粒径Dmin为0.1～5μm的细活性炭颗粒，Dmax∶Dmin为2～40。
5.根据权利要求4所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述纤维为纤维素纤维，所述纤维素纤维的SEM纤维直径为dmin～dmax，所述dmin满足0.5Dmin≤dmin≤Dmin，所述d2满足Dmax≤dmax≤1.5Dmax。
6.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述活性炭的堆积密度ρ为0.3～0.5g/cm3，所述纸板主体的紧度T为0.15～0.5g/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述X1∶X2为0.8～0.99，所述X1∶X3为0.65～0.9。
8.根据权利要求7所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述第一区域、第二区域和第三区域的紧度分别为T1、T2、T3；所述T1∶T2为0.75～0.99，所述T1∶T3为0.6～0.95。
9.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述纤维选自纤维素纤维、合成纤维或活性炭纤维中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述合成纤维为聚丙烯腈纤维和/或聚丙烯腈原纤化纤维。
11.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述粘结剂包含基于尿素或三聚氰胺-甲醛的聚合物的水溶性合成聚合物、聚氨基聚酰胺-表氯醇聚合物或者乙醛酸化的聚丙烯酰胺树脂。
12.根据权利要求1所述的一种活性炭深层过滤纸板，其特征在于，所述纸板主体中的活性炭颗粒的D50粒径为5～100μm。
13.一种根据权利要求1～12任一所述的活性炭深层过滤纸板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：打浆，选取纤维打浆，得到纤维浆料；其中纤维浆料打浆度为10～90°SR；
S2：混合，将粘结剂和活性炭加入纤维浆料中，搅拌混合后，得到混合浆料；其中，活性炭颗粒的D50为5～100；所述混合浆料包括第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料，所述第一混合浆料包括质量比为1∶6～10的活性炭颗粒和纤维，所述第二混合浆料包括质量比为1∶3～8的活性炭颗粒和纤维，所述第三混合浆料包括质量比为1∶1.5～5的活性炭颗粒和纤维；
S3：成型，将所述第一混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料分别等分，然后按照第一混合浆料、第二混合浆料、第一混合浆料、第三混合浆料、第二混合浆料和第三混合浆料的顺序依次铺在筛网上，并且在每次铺设浆料后先进行真空预抽吸，全部浆料铺完后再进行预加压，最后真空抽吸筛网未铺混合浆料的一侧，得到预定型的初成品；
S4：烘干，将初成品进行定型烘干至含水率不高于5％；
S5：冲切，将初成品进行裁切形成成品。
14.根据权利要求13所述的一种活性炭深层过滤纸板的制备方法，其特征在于，所述第一混合浆料中的活性炭颗粒的D50为5～30μm；所述第二混合浆料中的活性炭颗粒的D50为20～50μm；所述第三混合浆料中的活性炭颗粒的D50为30～100μm。
15.根据权利要求13所述的一种活性炭深层过滤纸板的制备方法，其特征在于，所述第一混合浆料中纤维浆料的打浆度为10～20°SR；所述第二混合浆料中纤维浆料的打浆度为50～70°SR；所述第三混合浆料中纤维浆料的打浆度为80～90°SR。
16.根据权利要求13所述的一种活性炭深层过滤纸板的制备方法，其特征在于，所述真空抽吸依次包括弱抽吸和强抽吸，所述弱抽吸的真空度为-50～-20kpa，所述强抽吸的真空度为-120～-70kpa；所述弱抽吸的时间是强抽吸的时间1/5～1/2之间。
17.一种应用权利要求1～12任一所述的一种活性炭深层过滤纸板的合成药物脱色工艺，其特征在于，包括以下步骤：将含有颜色的原料药溶液以100～500LMH的过滤速度通过活性炭深层过滤纸板。
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