CN203315875U - 一种具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流体净化技术领域，提供一种具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯。该滤芯按照流体的流动方向，在上游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度小于相对在下游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度，以使上游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径大于下游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径。这样，减少了部分滤芯材料表面孔隙被堵后造成整个滤芯失效的情况，形成在对流经的流体分层截留不同大小颗粒状物质的同时，可更充分地发挥滤芯材料的吸附净化功能的效果。该滤芯净化功能好、吸附效率高、不易吸附饱和、极大地延长了使用寿命、减小了脱附处理的频率和废弃物处理量。

Description

一种具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯

技术领域

本实用新型属于流体净化技术领域，涉及基于活性炭纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)材料形成的过滤器，尤其涉及用于净化流体的具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯。 

背景技术

过滤器是流体净化的一种装置，用来消除流体中的杂质。当流体进入置有一定规格滤芯的过滤器后，其杂质被阻挡，而净化后的流体则由过滤器出口排出，当需要清除杂质时，只要将可拆卸的滤芯取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。 

活性炭纤维(ACF)也称为纤维状活性炭，其是典型的微孔炭(MPAC)，是继粉状活性炭和粒状活性炭之后的第三代产品。它可以采用天然纤维或人造有机化学纤维经过炭化、活化处理后形成。ACF由于具有吸附量大、吸附速度快、脱附速度快、耐热性好、耐酸耐碱、灰粉少、成型性好等优点，其成为新一代高效活性吸附材料和环保功能材料，被广泛应用于空气、水等流体的净化处理领域。并且，随着社会对环境保护的关注程度越来越高，ACF作为一种新型环保材料越来越受关注。 

当前，水的净化处理或者空气净化处理技术中，有一种方法是使用ACF材料作为过滤器的滤芯，来吸附过滤流体中有害吸附质或化学物质等(以下统称为吸附质)，其主要是利用ACF的高效的物理吸附作用来进行的；并且，活性炭纤维滤芯的纤维束之间可以形成孔隙尺度的结构，即束间孔隙，其用来输送水或空气等流体，也可以用来物理筛除较大尺寸的杂质颗粒。 

现有的ACF滤芯的结构密度基本均匀，也即活性炭纤维材料基本均匀分布，活性炭纤维滤芯的纤维之间形成的孔隙并不随流体在净化过程中的流动方向而规律变化。在使用后发现，ACF滤芯的上游部分容易被筛留的杂质颗粒所堵塞，不但影响了流体在ACF滤芯体内的输送效率，也影响了相对下游部分的ACF的吸附效果，从而使ACF滤芯使用寿命降低，净化处理效果容易变差。 

有鉴于此，有必要提出一种新型的具有疏密结构安排的ACF滤芯。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于，提高ACF滤芯的使用寿命。 

本实用新型的又一目的在于，提高ACF滤芯的净化处理效果。 

为实现以上目的或者其他目的，本实用新型提供一种具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯，其中活性炭纤维之间分布有孔隙，活性炭纤维上分布有吸附孔，按照净化处理时流体的流动方向，在上游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于在下游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度，以使所述上游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径大于所述下游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径。 

根据本实用新型一实施例的活性炭纤维滤芯，其中，按照净化处理时流体的流动方向，活性炭纤维滤芯的滤芯部分活性炭纤维结构密度呈梯度递增，以使活性炭纤维滤芯的滤芯部分的孔隙的平均孔径呈梯度减小。 

根据本实用新型还一实施例的活性炭纤维滤芯，其中，所述活性炭纤维滤芯包括按照净化处理时流体的流动方向依次设置的第一滤芯部分和第二滤芯部分，所述第一滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于所述第二滤芯部分的活性炭纤维结构密度。 

根据本实用新型再一实施例的活性炭纤维滤芯，其中，所述活性炭纤维滤芯还包括第三滤芯部分，所述第一滤芯部分、第二滤芯部分和第三滤芯部分按照净化处理时流体的流动方向依次设置，所述第二滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于所述第三滤芯部分的活性炭纤维结构密度。 

较佳地，所述第一滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为小于或等于200目，所述第二滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为7500-15000目，所述第三滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为15000-33000目。 

可选地，所述ACF滤芯可以由超过三个部分的更多的部分组成，在还一实例中，所述活性炭纤维滤芯包括按照净化处理时流体的流动方向依次设置的第一滤芯部分、第二滤芯部分、第三滤芯部分、第四滤芯部分和第五滤芯部分；所述第一滤芯部分中所分布的孔隙的目数 范围为小于或等于200目；所述第二滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为200-1500目；所述第三滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围为1500-7500目；所述第四滤芯部分的孔隙的目数范围约为7500-15000目；所述第五滤芯部分的孔隙的目数范围为15000-33000目。 

可选地，所述活性炭纤维滤芯可以为空心圆柱筒状。 

可选地，所述活性炭纤维滤芯可以为多部分结构密度不同的层按层叠状组成。 

本实用新型的技术效果是，ACF滤芯中可以形成梯度的多密度滤层分布，未被上游滤芯部分筛除的杂质颗粒很容易在下游部分较窄的孔隙通道中被筛除或截留(简称筛留)，容易实现高滤速和高精度过滤的统一，上游的滤芯部分也不容易被筛除或截留的杂质颗粒集中堵塞，从而避免了部分滤芯材料表面的孔隙被堵后造成整个滤芯失效的情况，尽可能多地发挥滤芯材料的各部分的筛除或截留及吸附净化功能，极大地延长了ACF滤芯使用周期，净化效果也得到提高。因此，本实用新型的ACF滤芯吸附量大、过滤速度快、经久耐用、使用成本低。 

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本实用新型的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。 

图1是现有的ACF滤芯的立体结构示意图。 

图2是图1的ACF滤芯在进行净水处理时的截面结构示意图。 

图3是按照本实用新型一实施例的ACF滤芯的截面示意图。 

图4是图3所示的ACF滤芯的局部结构相对水流方向的示意图。 

图5是图4所示的局部ACF滤芯部分截面结构示意图，其中(a)为A-A截面结构的局部示意图，(b)为B-B截面结构的局部示意图。 

图6是按照本实用新型又一实施例的ACF滤芯的截面示意图。 

具体实施方式

下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的一部分，旨在提 供对本实用新型的基本了解，目的并不在于确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。 

在本申请中，流体包括液相和气相的流体，液相流体例如可以是水，气相流体例如可以是空气，但是，流体的具体种类并不是限于以上实施例，因此，本申请的ACF滤芯也不限于应用于水的净化处理或者空气净化处理领域。但是，需要理解的是，ACF在各种流体中的净化处理的基本原理是一致的，因此，以下实施例中以水的净化处理进行示意性说明，本领域技术人员将可以根据以下教导或启示将其类似地应用于其他类型流体的净化处理中。 

图1所示为现有的ACF滤芯的立体结构示意图；图2所示为图1的ACF滤芯在进行净水处理时的截面结构示意图。ACF滤芯100上分布有大量的吸附微孔(图中未示出，以下简称为“微孔”)，这些微孔结构使ACF滤芯100的比表面积大大增大，水中的有害物质(以下称为“吸附质”)在微孔的孔壁上容易被吸附，从而实现净水功能。申请人发现，现有的ACF滤芯100中，在其实际的净化过滤过程中，ACF的纤维束之间也可以形成空间结构的孔隙来物理筛留相应尺寸的杂质颗粒；由于其内部的ACF是相对均匀分布的，也即结构密度均匀，当吸附质的颗粒相对大于ACF滤芯中的孔隙时，这部分吸附质容易更多地被过滤停留在表层的ACF滤芯的孔隙中，也即在表层“纳污”，这不但影响水流过滤效率，也限制了ACF滤芯100的相对下游部分的里层的ACF的吸附净化作用，从而使ACF滤芯表现为局部吸附饱和导致整个滤芯的吸附“假饱和”。例如，在按照如图2所示的水流方向进行净化处理时，尺寸大于ACF的孔隙的吸附质容易被过滤停留在ACF滤芯100的外表层，基本填塞ACF之间的孔隙，也即在水流方向的上游部分的ACF容易被填塞，这样，使上游部分的ACF的表现为饱和，而下游部分的ACF(例如，空心圆柱滤芯的中心部分的ACF)的微孔则没有被充分利用。最终导致ACF滤芯100的净化效果大大下降、使用寿命变短或者脱附处理的频率增加。 

图3所示为按照本实用新型一实施例的ACF滤芯的截面示意图。在该实施例中，ACF滤芯300是主要基于活性炭纤维形成，其用于对水进行净化处理，水中的杂质(例如吸附质)的具体类型不是限制性的，需净化处理的水从如图所示的流体方向流经过ACF滤芯300后，流出的水被净化以符合预定的质量要求。按照水在净化过程的流动方向，可以定义上下游，可以理解的是，“上游”与“下游”是相对的位置关系，例如，ACF滤芯300中的滤芯部分302是滤芯部分301下游时，其也可以是滤芯部分303的上游。ACF滤芯300在该实施例中为空心圆柱，但是，其具体形状不受本实用新型实施例限制，其可以根据需要净化处理的流体的情况来设置滤芯形状。 

图4所示为图3所示的ACF滤芯的局部结构相对水流方向的示意图；图5所示为图4所示的局部ACF滤芯部分截面结构示意图(未示出活性炭纤维上的吸附孔)，其中(a)为A-A截面结构的局部示意图，(b)为B-B截面结构的局部示意图。ACF滤芯300中同样地设置有多个用于对流经的水进行杂质颗粒筛除的孔隙，其孔隙是由多个活性炭纤维之间形成(即纤维束之间的间隙)，每个活性炭纤维上同样有许多吸附微孔(其被简称为“微孔”)，吸附微孔一般地可以在ACF材料的制活化过程中形成，因此，微孔的具体形状是随机的，微孔的孔径大小通常也不是严格一致的，其在一定参数范围内分布。在其他实施例中，每个活性炭纤维上也可以形成吸附中孔。用于吸附的微孔或中孔的具体尺寸大小不是限制性的。微孔的密度越大，ACF滤芯的比表面积越大，吸附性能越好。 

在该实施例的ACF滤芯300的内部结构中，如图4和图5所示，按照水流方向，滤芯部分310中，A-A截面所对应的滤芯部分是上游的滤芯部分，B-B截面所对应的滤芯部分是相对的下游的滤芯部分；图5(a)中示意性地相对地反映了上游的滤芯部分的孔隙分布，图5(b)中示意性地相对地反映了下游的滤芯部分的孔隙分布。在上游的滤芯部分中，其中孔隙311反映了上游的滤芯部分所有孔隙导致的孔隙的平均孔径；在下游的滤芯部分中，其中孔隙313反映了下游的滤芯部分所有孔隙的平均孔径。孔隙313或311均是由多个纤维束之间形成。在该实施例中，通过控制A-A截面和B-B截面所在的滤芯部分的活性炭纤维结构密度，使A-A截面所在的相对上游的滤芯部分的活 性炭纤维结构密度低于B-B截面所在的相对上游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度，这样，B-B截面的活性炭纤维分布更加紧密，纤维束之间形成的孔隙也将更小，也即孔隙313的平均孔径小于孔隙311的平均孔径。这样，水从上游的滤芯部分流至下游的滤芯部分时，尺寸较大的杂质颗粒相对容易在孔隙311筛留，进而，剩下的尺寸相对较小的杂质颗粒相对容易在孔隙313筛留；对于其他孔隙，也将存在类似的规律，也即，上游的滤芯部分筛除尺寸相对较大的颗粒，下游的滤芯部分筛除尺寸相对较小的颗粒，从而可以较大程度的避免如图1所示实施例的ACF滤芯100在净化中的问题，被筛留的杂质颗粒的平均尺寸也将按照水流方向逐渐地大致减小。这样，使得ACF滤芯300不但可同时实现用于对流经的流体进行截留净化处理和的吸附净化处理的功能，而且可以充分发挥ACF滤芯300中所有部分ACF的微孔吸附功能，提高ACF滤芯的孔隙的运输效率，净化效率和净化效果得到有效结合，并且使上游部分的ACF滤芯不容易集中地吸附饱和，ACF滤芯的使用周期得到大大延长，或者脱附处理的频率可以减小，大大提升用户的使用感受。 

同时，在一优选实施例中，ACF滤芯300体内的ACF的活性炭纤维结构密度是按照净化时水流动方向呈梯度地递增，例如，滤芯部分301的活性炭纤维结构密度小于滤芯部分302的活性炭纤维结构密度，滤芯部分302的活性炭纤维结构密度小于滤芯部分303的活性炭纤维结构密度；这样，ACF滤芯300的孔隙的平均孔径也按照净化时水流动方向呈梯度减小。这样，如果需要去除ACF滤芯300中筛留的杂质颗粒，可以按照净化时水流的反方向(如图3所示的反方向)，加压注水或其他液体(基本没有杂质颗粒)，轻松去除ACF滤芯300中筛留的杂质颗粒，从而，ACF滤芯300的孔隙的颗粒筛除能力得到恢复，也有利于延长使用周期。并且，以上去除杂质颗粒过程相对简单。 

需要理解的是，ACF滤芯300中各个部分的孔隙的孔径分布在此以平均孔径来反映，例如，滤芯部分301的孔隙的平均孔径相对滤芯部分302的孔隙的孔径较大时，一般地，表明滤芯部分301的孔隙的孔径相对滤芯部分302的孔隙较大的数量多，但是，由于孔径大小是在一定范围内分布，也有可能少数滤芯部分302的孔隙的孔径大于少数滤芯部分301的孔隙的孔径。 

在图5中，ACF滤芯300中的孔隙的具体形状也不是限制性的，例如，其可以圆孔、方孔和/或椭圆孔等。ACF滤芯300可以但不限于为如图4中所示的空心圆柱筒状。 

另外，由于ACF的密度的增加，滤芯部分301、302和303中的ACF的活性炭纤维结构密度依次增加，ACF上的吸附微孔的密度也梯度递增，也有利于提高ACF的吸附使用率，提高净化效果，延长使用寿命。 

图6所示为按照本实用新型又一实施例的ACF滤芯的截面示意图。在该实施例中，ACF滤芯600包括第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630，第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630按照净化时的水流方向(如图6所示箭头方向)依次布置，也即第一滤芯部分610位于第二滤芯部分620的上游，第二滤芯部分620位于第三滤芯部分630的上游。在ACF滤芯600为空心圆柱状时，第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630均可以为空心圆柱筒状。在净水处理时，水依次被第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630净化处理。通过设置第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630中的ACF的活性炭纤维结构密度，例如，设置第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630的活性炭纤维结构密度逐渐递增，从而使第一滤芯部分610中分布的孔隙的平均孔径大于第二滤芯部分620中分布的孔隙的平均孔径、第二滤芯部分620中分布的孔隙的平均孔径大于第三滤芯部分630中分布的孔隙的平均孔径；这样，尺寸(例如粒径)最大的杂质颗粒容易在第一滤芯部分610中被筛留，尺寸次大的杂质颗粒容易在第二滤芯部分620中被筛留，尺寸较小的杂质颗粒相对容易在第三滤芯部分620中被筛留。因此，整体上，ACF滤芯600的孔隙的平均孔径也表现为梯度分布(上游的滤芯部分的吸附微孔的平均孔径大于相对在下游的滤芯部分的吸附微孔的平均孔径)，也能实现梯度净化筛除的功能，也可以达到类似实现图3所示实施例的技术效果，即净化功能好、不易吸附饱和、使用寿命长或者脱附处理的频率可以减小。 

第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630可以分别采用不同工艺条件(不同活化工艺或者不同活化程度)分别制备形 成，然后在组装形成；当然，第一滤芯部分610、第二滤芯部分620、第三滤芯部分630也可以一体地制造形成。 

具体地，滤芯中的孔隙的平均孔径可以通过目数来反映，在一实施例中，第一滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围约为小于或等于7500目，从而，其可以筛留粒径在2微米以上的杂质颗粒，第二滤芯部分620的孔隙的目数范围约为7500-15000目，筛留粒径在1微米以上的杂质颗粒，第三滤芯部分630的孔隙的目数范围约为15000-33000目，筛留粒径在0.45微米以上的杂质颗粒。。 

在其他实施例中，ACF滤芯600可以由其他数量(不限于3个，至少大于或等于2个)的类似滤芯部分组成；例如，按照净化处理时流体的流动方向依次设置的第一滤芯部分、第二滤芯部分、第三滤芯部分、第四滤芯部分和第五滤芯部分5个部分组成；第一滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围约为小于或等于200目，从而，其可以筛留粒径在75微米以上的杂质颗粒；第二滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围约为200-1500目，从而，其可以筛留粒径在10微米以上的杂质颗粒；第三滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围约为1500-7500目，从而，其可以筛留粒径在2微米以上的杂质颗粒；第四滤芯部分620的孔隙的目数范围约为7500-15000目，筛留粒径在1微米以上的杂质颗粒；第五滤芯部分630的孔隙的目数范围约为15000-33000目，筛留粒径在0.45微米以上的杂质颗粒。 

因此，在以上实施例的ACF滤芯中，形成梯度的多密度滤层分布的疏密结构安排，未被上游滤芯部分筛除的杂质颗粒很容易在下游部分较窄的孔隙通道中被筛除或截留，实现高滤速和高精度过滤的统一，上游的滤芯部分也不容易被筛留的杂质颗粒集中堵塞，从而避免了了部分滤芯材料表面的孔隙被堵后造成整个滤芯失效的情况，尽可能多地发挥滤芯材料的各部分的筛留及吸附净化功能，极大地延长了ACF滤芯使用周期，净化效果也得到提高。 

需要理解的是，本实用新型的ACF滤芯600的上下游各滤芯部分之间的其他参数，例如，堆积密度、孔容、微孔密度、比表面积等在此不作具体说明。ACF滤芯600的纤维的具体类型也不是限制性的，例如，其可以为胶体基、沥青基、酚醛基等。尽管以上示例主要是以 ACF的物理筛除进行说明的，但是，其并不代表本实用新型的ACF滤芯不具有物理或化学吸附的净化功能，其同样地可以具有物理或化学吸附的净化功能。本领域技术人员也可以根据以上可以类推地得出类似结构的用于其他流体净化的ACF滤芯。 

以上例子主要说明了本实用新型的ACF滤芯。尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。 

Claims (7)

1.一种具有疏密结构安排的活性炭纤维滤芯，其中活性炭纤维之间分布有孔隙，活性炭纤维上分布有吸附孔，其特征在于，按照净化处理时流体的流动方向，在上游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于在下游的滤芯部分的活性炭纤维结构密度，以使所述上游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径大于所述下游的滤芯部分中所分布的孔隙的平均孔径。 

2.如权利要求1所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，按照净化处理时流体的流动方向，活性炭纤维结构密度呈梯度递增，以使活性炭纤维滤芯的滤芯部分的孔隙的平均孔径呈梯度减小。 

3.如权利要求1所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，所述活性炭纤维滤芯包括按照净化处理时流体的流动方向依次设置的第一滤芯部分和第二滤芯部分，所述第一滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于所述第二滤芯部分的活性炭纤维结构密度。 

4.如权利要求3所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，所述活性炭纤维滤芯还包括第三滤芯部分，所述第一滤芯部分、第二滤芯部分和第三滤芯部分按照净化处理时流体的流动方向依次设置，所述第二滤芯部分的活性炭纤维结构密度相对低于所述第三滤芯部分的活性炭纤维结构密度。 

5.如权利要求4所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，所述第一滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为小于或等于7500目，所述第二滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为7500-15000目，所述第三滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为15000-33000目。 

6.如权利要求1所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，所述活性炭纤维滤芯包括按照净化处理时流体的流动方向依次设置的第一滤芯部分、第二滤芯部分、第三滤芯部分、第四滤芯部分和第五滤芯部分；所述第一滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为小于或等于200目； 所述第二滤芯部分中所分布的孔隙的目数范围为200-1500目；所述第三滤芯部分610中所分布的孔隙的目数范围为1500-7500目；所述第四滤芯部分的孔隙的目数范围约为7500-15000目；所述第五滤芯部分的孔隙的目数范围为15000-33000目。 

7.如权利要求1所述的活性炭纤维滤芯，其特征在于，所述活性炭纤维滤芯为空心圆柱筒状。 

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