CN1336248A - 活性微滤烧结膜制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属活性微滤烧结膜制造方法,它是采用以碳活性纤维为主料,配以陶瓷,高分子材料的粉体或纤维制品为骨料,并辅以针对性填料,进行高倍切割式共混,填充,增强改性,加压成型,熔融烧结,降温,后处理制造高强活性微滤一体化为特征的烧结方法。本发明具有其制品形态随意性好,可制成板、管、柱、盘、蜂窝体或异形体。

Description

活性微滤烧结膜制造方法

本发明涉及一种环保膜工程复合材料，特别是一种活性微滤烧结膜制造方法。

在环保净化工艺中，液相、气相过滤单元使用的过滤介质品种繁多。目前国内开始广泛采用将金属、陶瓷、高分子材料制备的烧结膜，并得到认可。其制法：是选用金属、陶瓷、高分子材料的粉体或纤维为原料，经粉碎、短切、筛分分级，依据过滤粒子的大小，过滤精度，运用堆砌理论进行原料粒度的配制、混炼、成型、烧结、降温固化制成弯曲贯通的多孔材料。这种烧结膜按过滤孔径大小，分为粗滤、微滤。由于此种烧结膜活性点极少，只能对液相、气相发挥过滤的功能，且孔道阻力大，无弹性、液、气通量小，设备体积相对大，反冲洗效果差，易结垢和堵塞孔道，特别是对离子级的无机或有机杂质过滤单元无法实现，其应用受到限制。要想清除液相、气相中离子级无机或有机杂质，特别是有毒、有害的杂质及细菌、微生物等。目前多采用活性吸附材料或中空纤维超滤膜等。二十世纪九十年代初，第四代高效吸附材料—活性碳纤维的毡、纸、布、丝等制品步入工业化生产，应用领域广泛，拓宽了活性吸附单元。其制法：是选用有机纤维(如粘胶基纤维、聚丙烯腈基纤维、沥青基纤维、聚乙烯醇基纤维、酚醛基纤维、合成基纤维等)经预处理、碳化、活化、后处理得到具有高度发达的微孔结构，比表面积大，吸附容量高，吸脱附速度快，净化效果好的活性碳纤维。这种活性吸附材料可在简单条件下，完全脱附再生，且损失吸附功能极小，同时兼备耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高低温等特点。

活性碳纤维对液相、气相中的有机物吸附功能非常优异，且吸附容量大，浓度范围宽，既能处理高浓度，也可处理微量或痕量的被吸附物。同时处理精度高，吸附速度比颗粒活性炭高100倍以上。广泛应用于空气净化，水净化，废水回收工艺，有机溶剂回收，高纯水生产，脱色，脱嗅等高科技净化，分离，回收工艺中。

然而，国内活性碳纤维及其制品，在应用实践中，一直销售不畅，其主要原因有三个方面：1、技术指标应适性、予选择性差。2、耐浸渍性、耐顶破、冲击、抗折、抗拉强度低下，尤其经脱附再生强度指标更低，无法在液相、气相中长期使用，一般寿命3～6个月。3、成本高，一般通用型500～1000元/KG，用户难于接受。本发明针对上述过滤，吸附单元过程中使用的材料或介质原有技术中存在的问题，经充分研制与实践，简化单元流程，提高综合功效。运用现代复合材料的机理，将两种或两种以上不同材料，既以活性碳纤维为主料，配以陶瓷或纤维制品为骨料，并辅以针对性填料，进行高倍切割式共混，填充，增强改性，加压成型、熔融烧结，降温，后处理得到高强、微滤结构与高效吸附一体化为特征的烧结膜。其制品形态随意性好，可制成板、管、柱、盘、蜂窝体或异形体。

本发明的目的是提供一种活性微滤烧结膜制造方法。

本发明是这样实现的：活性微滤烧结膜制造方法是采用以活性碳纤维为主料，配以陶瓷，高分子材料的粉体或纤维制品为骨料，并辅以针对性填料，进行高倍切割式共混，填充，增强改性，加压成型，熔融烧结，降温，后处理制造高强活性微滤一体化为特征的烧结方法。

制备活性微滤烧结膜的原料组份、配比、作用。

1、主料：活性碳纤维，视处理对象、液相、气相介质条件不同，选用粘胶基，聚丙烯腈基，沥青基，合成基等。适应针对性的各项吸附指标，吸附容量，吸附孔径范围等。可从市售活性碳纤维产品中或自制特种活性碳纤维产品中选择。然后根据要求进行短切，要求纤维直径5-20μm；长度0.2-6mm；加入量占20-80％重量比；

充分发挥活性碳纤维高效吸附功能。

2、骨料：多孔陶瓷材料，如瓷粉，硅酸铝，硅藻土，玻璃粉，玻璃微珠，玻璃纤维。

i. 高分子材料：聚乙烯，聚丙烯，聚丙烯腈等。

ii.选用中应尽量采用高强、高分子量、高融点牌号，粉料粒径

   范围，按过滤孔大小，依据堆砌理论要求配比，一般应用为

   20-400目，纤维直径0.5-30μm，长度0.2-6

   mm；加入量占15-60％重量比；充分形成微孔结构，并

   起到支持骨架，粘结纤维的功能。

3填料及其它：由于处理对象、液相、气相介质中工作条件不同，化学、物理性质不同，要求功能差异很大，如强度、水气通量、纳污量或有特殊过滤，吸附要求等，尚须要添加如下物质：

补强：可添加聚酰胺纤维、氧化铝纤维、碳纤维、玻璃纤维等

纤维直径5-30μm，长度2-8mm；加入量占5-20％。

偶联剂：常用硅烷偶联剂，

粘接剂：石蜡，水玻璃，纸浆，聚乙烯醇水溶液，淀粉等。

成孔剂：木碳，木粉，焦碳粉，石蜡，塑料粉，无机盐。

脱模剂：石墨粉，云母粉，化石粉等。

杀菌、抑制细菌剂：三碘树脂，高纯度铜锌合金粉等。

二、烧结机理与控制：将上述主料、骨料、填料等按预先设计的过滤孔经，吸附，强度等指标进行合理配料，严格进行均匀切割式共混，适时适量地填充，增强改性，提高各组份材料相容性，同时视原料和成品尺寸的不同，合理制定烧成工艺，确定烧结温度，保温时间，加温和降温速率及环境气氛。

一般选用陶瓷材料为骨料需在氮气保护下，进行烧结，严格控制120-600℃加温范围，其加温速率不易过高，最终烧结成温度900-1200℃，保温时间在30分钟左右。

选用高分子材料为骨料，需在氮气保护下，进行烧结，烧成温度视原料和成品尺寸的不同控制在50-260℃，加温速率20℃～30℃，保温时间2-2.5小时为宜。

对陶瓷材料或高分子材料为骨料时，需经充分共混后，适时适量的填充辅助料，均匀后通过工装，加压装入模具中，要求无装料层痕，压实致密。特别是形状复杂的要确保填充饱满。

盖上上盖后，检查排气孔，将模具送入焙烧炉中通氮防止氧化，确保各工件加温均匀，并按预先制定的烧成工艺进行，工件在高溫下熔融烧结，使微粒或纤维表面软化，由于烧结料的重力和表面张力趋向增大微粒的堆积密度，减少比表面积。因此造成微粒或纤维间接触面积加大，相互作用加强，降低温度后，彼此粘接，微粒或纤维间留下空隙，形成贯孔或网孔，固化后为多孔材料。注意添加补强偶联剂的使用规则，合理安排烧结工艺，适时清除污垢，确保孔道光滑，有弹性，这样有利于成品的反冲洗或化学清洗，恢复过滤、吸附单元的功能，烧成后的产品要认真严格地后处理与真空包装，方可保存与使用。

本发明与现有技术相比，以净水滤芯，过滤水量5吨为例。

项目      现有技术       现有技术       本发明介质材料    高分子材料    活性碳纤维    复合材料膜工程单元     过滤               吸附  过滤吸附一体化机械强度(8mm厚，孔径30μm，滤芯)  活性碳纤维30g 含活性碳纤维30g内爆破压力       ＞2MPa           极低        ＞1.2MPa适应温度         ＜80℃         有氧180℃    ＜120℃孔径范围0.5～120μm       3nm以上离子   过滤01～120μm

                                    吸附3nm以上离子嗅味        --             100％               100％脱氯        --             100％               100％挥发性酚    --             90％                 90％四氯化碳    --             98％                 98％三氯甲烷    --             96％                 96％细菌总数    --             100％               100％耐浸性能    优              差                   优

下面结合实施例对本发明作以详细说明。

实施例1

将100份单位重量的粘胶基液相型活性碳纤维，丝经5-20μm，长度0.5-6mm，比表面积1000-1500m²/g，亚甲兰吸附值150-200mg/g；60份单位重量的聚乙烯粉末(其高低密度聚乙烯粉按3∶1混合)粒径325目通过率占85％；10份单位重量玻璃丝，通过偶联剂处理，丝径5-30μm，长度2-6mm，5份单位重量的聚酰胺纤维66，丝径20-50μm，长2-6mm；2份单位重量的高纯度铜锌合金粉，粒径200目。添加成型药剂经充分切割式共混，干燥，加压装入中空带底圆筒模具中，封盖留气孔，送入氮气保护焙烧炉中加热80-200℃，升温速率20-30℃，至烧成温度后，保温2小时出炉，热抽芯，水降温，出成品。烧成样品尺寸为：外径60mm，内径32mm，底厚15mm，长度260mm。供净水器滤芯。

实施例2

将100份单位重量的酚醛基脱氯型活性碳纤维(自制)，丝径5-20μm，长度0.5-6mm，10份单位重量的椰壳液相型活性炭粉，粒径100目，60份单位重量的高强聚乙烯粉180目，通过率90％：8份单位重量的聚丙烯腈纤维，丝径20-50μm，长度2-6mm，2份单位重量的高纯度铜锌合金粉200目。添加成型药剂经充分切割式共混，干燥，加压装入中空带底圆筒模具中，封盖留气孔，送入氮气保护焙烧炉中加热80-230℃，升温速率20-30℃，至烧成温度后，保温2小时出炉，热抽芯，水降温，出成品。烧成样品尺寸为：外径60mm，内径32mm，底厚15mm，长度260mm。

实施例3

将80份单位重量的聚丙烯腈基活性碳纤维，丝径10-20μm度0.5-6mm，比表面积850-1000m²/g，亚甲兰吸附值200mg/g：20份单位重量的粘胶基液相型活性碳纤维(自制)微孔20～40埃占50％以上，碘吸附值1000mg/g；65份单位重量的高强聚乙烯粉180目通过率占90％：10份单位重量的高融点聚丙烯腈纤维，丝径20-50μm，长度2-6mm，3份单位重量的高纯度铜锌合金粉200目。添加成型药剂经充分切割式共混，干燥，螺旋加压装入中空带底或不带底圆筒模具中，封盖留气孔，送入氮气保护焙烧炉中，加热150-240℃，升温速率30-40℃，至烧成温度后，保温2.5小时出炉，热抽芯，水降温，出成品。烧成样品尺寸为：外径38mm，内径20mm，底厚15mm，长度1000mm。供油田含硒生活饮用水净化中应用。

Claims (2)

1、一种活性微滤烧结膜制造方法，其特征在于：以活性碳纤维为主料，配以陶瓷、高分子材料的粉体或纤维制品为骨料，并辅以针对性填料，进行高倍切割式共混，填充，增强改性，加压成型，熔融烧结，温度在150～230℃，急冷降温，后处理制造高强活性微滤一体化为特征的烧结方法。

2、按权利要求1所述的活性微滤烧结膜制造方法，其特征在于：活性碳纤维，纤维直径5-20μm：长度0.2-6mm；加入量占20-80％重量比；高强聚乙烯粉，粒径20～400目或高强聚乙烯纤维，纤维直径0.5-30μm，长度0.2-6mm；加入量占15-60％重量比；玻璃纤维，纤维直径5-30μm，长度2-8mm：加入量占5-20％重量比，并进行硅烷偶联剂处理；高纯度铜锌合金粉，粒径200目，加入量1～2％，添加成型药剂，经充分切割式共混、干燥、加压装入模具中，封盖留气孔，送入氮气保护焙烧炉，温度在150～230℃，升温速率20～30℃，进行高温熔融烧结，保温2小时出炉，热抽芯，水急冷，拔模，出成品经后处理制造高强活性微滤一体化烧结膜。