CN1940151B - 具有中央固着线的块状无纺布及利用其的受污染流体净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明是具有中央固着线的块状无纺布，其是由含光触媒的短纤维所构成，该含光触媒的短纤维包含一具有一外表面的纤维本体及一涂布在该纤维本体的外表面上且含有光触媒的光触媒层，该纤维本体是由一纤维材料所构成，该纤维材料是为有机高分子或能制成纤维的无机材料，该含光触媒的短纤维具有1至80mm之间的长度，本发明另是利用该具有中央固着线的块状无纺布的受污染流体净化方法。本发明的含光触媒的短纤维可有效增加反应表面积，且制造成本低，并可重复使用。

Description

具有中央固着线的块状无纺布及利用其的受污染流体净化方法

【技术领域】

本发明是有关于一种具有中央固着线的块状无纺布及其用途，特别是指一种具有可有效增加反应表面积、制造成本低以及可重复使用等功效，并由具有特定长度的含光触媒的短纤维所构成的具有中央固着线的块状无纺布，以及利用此具有中央固着线的块状无纺布的受污染流体净化方法。

【背景技术】

近年来，因为发现光触媒具有杀菌、防污、空气净化、脱臭等功能，使其成为目前业界的热门产品，而所产生的各项效用则被总称为“光触媒效果”。

“光触媒反应”是借由紫外光或太阳光的照射，使光触媒表面的电子(electron)吸收足够能量而跳跃至高能阶轨道，所以在电子脱离的位置便形成带正电的电洞(holes)，电洞会将附近水分子所游离出的氢氧基氧化(也就是夺取其电子)，使其成为活性极大的氢氧自由基(OH radical)。而氢氧自由基一旦遇上有机物质，便会将电子夺回，而让有机物质因键结被破坏而分解，以达到除污及灭菌的目标。

光触媒现在已经被广泛地应用在日常生活的周围环境中，特别是用于净化空气及水等流体的装置。例如，在水净化装置中，也曾有人尝试直接将光触媒加入污水中形成一浆液，接着再利用紫外光进行照射，以分解水中的有机物，例如：美国专利第5,174,877及5,294,315号曾揭示一种的受污染流体的去污设备，此去污设备包含一供容纳光触媒粉末及受污染流体的槽体。不过，在完成水净化处理后，因为一般光触媒的粒径一般介于数十奈米至数百奈米之间，而必须借由过滤薄膜将光触媒与水进行分离，但是，在长时间使用后，过滤薄膜的孔隙会被光触媒所填满而容易被阻塞，此时需先将水净化装置停机再进行薄膜更换，而让整个净化过程的成本增加，更让净化效率大幅降低。

为避免先前提到的过滤薄膜的阻塞问题，在大部分市面所见的流体净化装置中，一般是以薄膜形式将光触媒涂布在流体净化装置的内壁，或其他内部构件上，例如：美国专利第5,790,934及6,063,343号就揭示一种包含多数涂布有光触媒的风扇的反应器，而中国台湾省专利公告第402162号也揭示一种紫外光/二氧化钛光氧化装置(photo-oxidation device)，这个装置包含一具有多数涂布有光触媒的搅拌叶片的搅拌机构，或是被涂布在例如玻璃珠、陶瓷及不锈钢珠等刚性载体(supporter)。当光触媒涂布在净化装置的内壁或其他构件时，容易因为紫外光无法均匀照射到该净化装置的内部、涂布厚度过厚或与流体接触的反应表面积有限等因素，而让光触媒无法完全进行反应。若光触媒涂布在刚性载体时，虽可均匀吸收紫外光而产生光触媒反应，但是刚性载体会因本身质地较为坚硬，在多次碰撞该净化装置的内部构件后，容易让光触媒产生脱落现象，于是缩短载体的使用寿命。而且，需注意的是，不论是将光触媒涂布在该净化装置的内壁或内部构件，或是将其涂布在刚性载体，皆可能因为与光触媒的接着程度不好，所以产生脱落现象。目前业界虽曾将光触媒涂布至纤维或织物等非刚性载体上，但是此类产品的用途大多为了提高产品本身的杀菌及自洁(self-cleaning)能力，并未曾有人将其应用在任何净化方法或装置中。

由以上说明可知道，针对光触媒无法吸收紫外光能量、反应表面积有限以及容易脱落等问题，现今业界期望发展一种不易脱落、反应表面积大、成本低廉、可发挥光触媒效果且可与各种净化装置搭配使用的构件。

【发明内容】

所以，本发明的一目的在于提供一种有效增加反应表面积、制造成本低以及可重复使用的具有中央固着线的块状无纺布。

本发明的另一目的在于提供一种利用该具有中央固着线的块状无纺布的受污染流体净化方法。

于是，本发明的具有中央固着线的块状无纺布是由多条含光触媒的短纤维所构成，所述含光触媒的短纤维包含一纤维本体及一含光触媒的光触媒层。该纤维本体是由一纤维材料所构成且具有一外表面，该纤维材料是为有机高分子或能制成纤维的无机材料。该光触媒是涂布在该纤维本体的外表面上，其中，该含光触媒的短纤维具有1至80mm之间的长度。

此外，本发明的受污染流体净化方法，包含的步骤为：将多个具有中央固着线的块状无纺布放置在该受污染流体中，并施予可见光或紫外光范围波长的光线照射，借以净化该受污染流体。

本发明的具有中央固着线的块状无纺布是由多条含光触媒的短纤维所制成，由于每条短纤维上都含有光触媒，借此有效增加整体的反应表面积。当进一步将其运用至净化装置时，可均匀分散，而增加与受污染流体的接触机率，更有效获得较佳的净化效率。此外，不像是一般的刚性载体具有坚硬的结构，本发明具有中央固着线的块状无纺布与净化装置的内部构件碰撞时，并不会产生脱落现象，使得本发明的具有中央固着线的块状无纺布具有较长的使用寿命。

【附图说明】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，附图中：

图1是一横剖面图，说明本发明的含光触媒的短纤维的结构。

图2是一示意图，说明本发明的含光触媒的短纤维集合体的一形式。

图3是一示意图，说明本发明的含光触媒的短纤维集合体的另一形式。

图4是一示意图，说明本发明的含光触媒的短纤维集合体的又另一形式。

图5是一示意图，说明本发明的含光触媒的短纤维集合体的再另一形式。

图6是一示意图，说明利用本发明的含光触媒的短纤维的实施例1的流体净化系统的构造。

【具体实施方式】

如图1所示，所述的含光触媒的短纤维1包含一纤维本体11以及一光触媒层12。该纤维本体11是由一纤维材料所构成且具有一外表面111，该纤维材料是为有机高分子或能制成纤维的无机材料。该光触媒层12是涂布在该纤维本体11的外表面111上。该含光触媒的短纤维1是具有1至80mm之间的长度。

该含光触媒的短纤维1的长度可依据需要进行变化，但是需注意的是，纤维长度以不会相互缠绕纠结为原则，以免因为无法均匀分散在流体中，而让净化效率变差。较佳地，该含光触媒的短纤维1是具有1至50mm之间的长度。

在含光触媒的短纤维1中，构成该纤维本体11的纤维材料可为有机高分子或能制成纤维的无机材料。

较佳地，构成该纤维本体1的纤维材料为一选自于由下列所构成族群的有机高分子：聚酯(polyester)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酰胺(polyamide)、聚烯烃(polyolefin)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚丙烯(polyacrylonitrile)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚氯乙烯(polyethylenechloride)、聚氟乙烯(polyethylene fluoride)、聚苯乙烯(polystyrene)以及此等的一组合。更佳地，构成该纤维本体1的高分子为一选自于由下列所构成族群的有机高分子：聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚对苯二甲酸丙二酯(polypropylene terephthalate)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)、尼龙6(nylon 6)、尼龙66(nylon 66)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚苯乙烯(polystyrene)以及此等的一组合。而在本发明的一具体例中，构成该纤维本体1的高分子为聚对苯二甲酸乙二酯。在本发明的另一具体例中，构成该纤维本体1的高分子为聚甲基丙烯酸甲酯。

较佳地，构成该纤维本体1的纤维材料为一选自于由下列所构成族群的无机材料：玻璃纤维(glass fiber)、碳纤维(carbon fiber)及陶瓷纤维(ceramic fiber)。

在含光触媒的短纤维1中，该光触媒层12的含量范围可依据实际需要进行改变，较佳地，以该含光触媒的短纤维1的总重计，该光触媒层12的含量是介于0.2至15重量百分比之间，更佳地，以该含光触媒的短纤维1的总重计，该光触媒层12的含量是介于0.5至8重量百分比之间。

该光触媒层12内的光触媒可利用一般具有光触媒效果的市面上可见的任何产品，例如二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨或氧化铁等等，且该光触媒的粒径也视需要而进行选择。较佳地，该光触媒层12的光触媒是为呈锐钛矿(anatase)结晶的二氧化钛，且较佳地，其粒径是介于10nm至900nm之间，更佳地，其粒径是介于10nm至500nm之间，又更佳地，其粒径是介于10nm至200nm之间，以及再更佳地，其粒径是介于10nm至100nm之间。

含光触媒的短纤维1的横截面直径可依据后续用途进行变化及加工，较佳地，该含光触媒的短纤维1的横截面直径是介于5μm至2mm之间，以及更佳地，该含光触媒的短纤维1的横截面直径是介于10μm至100μm之间。

为了便于过滤及回收使用，也可将该含光触媒的短纤维1制成一短纤维集合体。较佳地，该短纤维集合体是选自于由下列所构成的族群：束状纤维(fibers bundle，如图2所示)、蓬松状纤维(bulky fibers，如图3所示)、无纺布(non-wovenfabric)以及编带(knitted strap)。束状纤维是进行集束(bundling)、固着(consolidation)及裁切(cutting)步骤所制成。蓬松状纤维是借由将该含光触媒的短纤维1进行鬈曲加工(crimping)、集束、固着及裁切步骤所制成。无纺布是借由将该含光触媒的短纤维1经开棉(opening)、梳棉(carding)形成纤维网、再经叠棉(lapping)、固着等步骤所制成，而为了便于后续使用，所制成的含有光触媒的无纺布会进行裁切步骤，以制成具有不同形状的块状无纺布，其形状包括但是不限于立方体、圆柱体、多面体(例如：五角柱体、六角柱体)等。此外，该块状无纺布可再进行一固着步骤，而让整体结构更加牢固，例如制作为一具有中央固着线的块状无纺布(如图4所示)。而编带是利用机器编织(knitting)且经裁切所制成，且其形状可为中空圆柱状的编带(如图5所示)等。

另外，用于制备该含光触媒的短纤维1的方法包含以下步骤：

(a)提供一由一纤维材料所构成且具有一外表面111的纤维本体11，

(b)将一光触媒固着在该纤维本体11的外表面111，以制成光触媒纤维，以及

(c)将该光触媒纤维切割为具有1至80mm之间长度的含光触媒的短纤维1。

该步骤(a)的纤维本体11的纤维材料也如先前说明中所提及的，而进行选择及变化，所以在这里不再重复说明。较佳地，该步骤(a)的纤维本体11的纤维材料是为有机高分子，更佳地，该有机高分子是选自于由下列所构成的族群：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、尼龙6、尼龙66、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯以及此等的一组合。

较佳地，以该纤维本体11的总重计，该步骤(b)的光触媒用量是介于0.2至15重量百分比之间，更佳地，该步骤(b)的光触媒用量是介于0.5至8重量百分比之间。

在上述制法中，该步骤(b)的光触媒可运用各种一般方式固着在该纤维本体11的外表面111，较佳地，该步骤(b)是借由将该光触媒浸渍(dipping)或涂布在该纤维本体11的外表面111，接着再进行干燥(drying)或熟化(curing)，以将该光触媒固着在该纤维本体11的外表面111。

较佳地，该步骤(c)所获得的含光触媒的短纤维1是具有1至50mm之间的长度。

此外，本发明的利用该具有中央固着线的块状无纺布的受污染流体净化方法包含的步骤为：将多个具有中央固看线的块状无纺布放置在该受污染流体，并施予可见光或紫外光范围波长的光线照射，借以净化该流体。

本发明的具有中央固着线的块状无纺布适用于净化处理各种流体，较佳地，该受污染流体为废气或废水。而在本发明的一应用例中，该受污染流体为废水。

依据本发明的受污染流体净化方法，可将该具有中央固着线的块状无纺布应用于各种流体净化系统，且该流体净化系统的构件可依需要进行变化及设计。较佳地，该受污染流体净化方法是借由将该受污染流体导入一流体净化系统，以净化该受污染流体，其中，该流体净化系统包括一用于容置该受污染流体的反应槽、一设置在该反应槽内且用以提供可见光或紫外光范围波长的光线的给光装置，以及一放置在该反应槽内且由多个具有中央固着线的块状无纺布所构成的光触媒单元，该光触媒单元会在该给光装置所提供的光线照射下，而与该受污染流体接触反应。

而在本发明的一应用例中，该光触媒单元是由该等含光触媒的短纤维或其集合体所构成，该含光触媒的短纤维具有1至50mm之间的长度。

较佳地，该光触媒单元是由多数短纤维集合体所构成，每一短纤维集合体是选自于由下列所构成的族群：束状纤维、蓬松状纤维、无纺布以及编带。更佳地，每一短纤维集合体是为块状无纺布，又更佳地，每一短纤维集合体是为呈中空圆柱状的编带。

较佳地，该流体净化系统更包括一设置在该反应槽内且用于将该等含光触媒的短纤维与经净化的流体分离的过滤装置。

有关本发明的前面描述及其他技术内容、特点与功效，在以下结合附图及实施对本发明进行详细说明。

<实施例>

[化学品]

1.实施例1的纤维材料(聚对苯二甲酸乙二酯，在以下说明中简称为『PET』)：由台湾远东化纤公司所制造。

2.实施例2的纤维材料(聚甲基丙烯酸甲酯，在以下说明中简称为『PMMA』)：由台湾奇美公司所制造。

3.光触媒(锐钛矿结晶型二氧化钛)浆液：由台湾工研院化学工业研究所制造，该光触媒浆液包含二氧化钛、分散剂及含有光或热可硬化树脂的粘合剂，其中，二氧化钛在该光触媒浆液中的含量为8.0％。

[实施例1]由PET所构成的含光触媒的短纤维的制作

(a)提供由PET所构成且具有一外表面的纤维本体，

(b)将该纤维本体浸渍在该光触媒浆液(二氧化钛的含量为8.0％)中，接着通过一压吸轮(paddingroller)，再借由干燥来去除水分，而将光触媒固着在该纤维本体的外表面，以制成含光触媒的纤维。以及

(c)将该光触媒纤维裁切为具有8mm长度以及0.2mm横截面直径的含光触媒的短纤维。

(光触媒附着量试验)

将多数8mm长度及0.2mm横截面直径的短纤维进行秤重，接着再依据该实施例1的流程，将该等短纤维制作为含有光触媒的短纤维，最后再进行干燥及秤重，并利用下式进行光触媒附着率的计算：光触媒附着率＝(附着光触媒后的干燥重量-附着前的干燥重量)/附着前的干燥重量

实施例1所制得的含光触媒的短纤维所测得的光触媒附着率为7.2％。

(甲基蓝褪色试验)：

将0.78g的实施例1的含光触媒的短纤维放置在10mL的浓度为10ppm的甲基蓝溶液(methylene blue，由日本Katayama化学公司所制造)中，接着在紫外光灯管下照射，以观察甲基蓝溶液的颜色变化。

(结果)：

在反应3小时后发现，甲基蓝溶液的颜色已由原本的蓝色转变为无色透明溶液，显然该实施例1所制得的含光触媒的短纤维确实具有光触媒效果。

[实施例2]由PMMA所构成的含光触媒的短纤维的制作

除了以PMMA取代PET作为构成该纤维本体的材料之外，其余制作方法及条件皆与该实施例1相同，最后也获得具有8mm长度以及0.2mm横截面直径的含光触媒的短纤维。

[应用例]利用该实施例1的含光触媒的短纤维的水净化系统如图6所示，该应用例的水净化系统包括一反应槽21、一给光装置22、多数实施例1的含光触媒的短纤维23、一搅拌装置24以及一过滤装置25。

该反应槽221具有一进水口211以及一与该进水口211相反设置的出水口212。该给光装置22是设置在该反应槽21内，并具有二相反设置且用以提供紫外光范围波长的光线的紫外光灯管221。

该搅拌装置24是设置在该反应槽21内且位在接近该反应槽21的进水口211处，以让该等含光触媒的短纤维23与该受污染流体可均匀混合，同时接触反应。该过滤装置25是设置在该反应槽21内且与该反应槽21的出水口212连接，以将该等含光触媒的短纤维23与经净化的流体分离。

该受污染流体的净化方法为：将该受污染流体由该进水口211导入该反应槽21内，接着借由该搅拌装置24而与该等含光触媒的短纤维23的该等含光触媒的短纤维231接触，并在该给光装置22的两紫外光灯管221所提供的紫外光范围波长的光线照射下进行反应，最后获得的已净化流体将透过该过滤装置25而与该等含光触媒的短纤维23分离，并由出水口212离开以进行收集。

综合以上说明，本发明的具有中央固着线的块状无纺布是由多条含光触媒的短纤维所制成，而增加它的反应表面积以及应用范围，且当进一步将其运用于净化装置时，更可均匀分散在受污染流体中，而增加接触机率，以获得较佳的净化效率，达到本发明的目的。

Claims (4)

1.一种具有中央固着线的块状无纺布，其特征在于：是由多条含光触媒的短纤维所制成，该含光触媒的短纤维包含一由一纤维材料所构成且具有一外表面的纤维本体，以及一涂布在该纤维本体的外表面上的含有光触媒的光触媒层，该含光触媒的短纤维具有1至80mm之间的长度。

2.一种受污染流体净化方法，其特征在于，包含的步骤为：将多个如权利要求1所述的具有中央固着线的块状无纺布放置在该受污染流体中，并施予可见光或紫外光范围波长的光线照射，借以净化该受污染流体。

3.如权利要求2所述受污染流体净化方法，其特征在于：是借由将该受污染流体导入一流体净化系统，来净化该受污染流体，其中，该流体净化系统包括一用于容置该受污染流体的反应槽、一设置在该反应槽内且用以提供可见光或紫外光范围波长的光线的给光装置，以及一放置在该反应槽内且由该等具有中央固着线的块状无纺布所构成的光触媒单元，该光触媒单元会在该给光装置所提供的光线照射下，而与该受污染流体接触反应。

4.如权利要求3所述受污染流体净化方法，其特征在于：该流体净化系统更包括一设置在该反应槽内且用于将该光触媒单元与经净化的流体分离的过滤装置。

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