CN206219261U - 过滤材料和流体处理设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了过滤材料和流体处理设备。该过滤材料包括：负载层，该负载层负载有纳米金属氧化物；上包装层，该上包装层设置在所述负载层的上表面；以及下包装层，该下包装层设置在所述负载层的下表面。本实用新型所提出的过滤材料，能够有效地吸附水中存在的氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯，还能充分地拦截水中悬浮物质和胶体物质，并且吸附容量大。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理技术领域，具体的，本实用新型涉及一种过滤材料和流体处理设备。
背景技术
我国污废水排放总量巨大，污染物组成十分复杂，特别是一些具有持久生物毒性的污染物对水环境危害显著。其中，持久性有机污染物(英文缩写为POPs)，如氯苯、氯酚类等大部分含氯化合物以及硝基苯，具有特殊的性质和危害，这类污染物在环境中很难被降解，并且可在生态系统中通过食物链不断地富集、放大，严重威胁人类健康与生态系统稳定，所以在世界范围内被普遍关注。
因此，亟待一种有效吸附水中氯酚类持久性有机污染物的材料。
发明内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种有效吸附水中氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯的，能够拦截水中悬浮物质和胶体物质的，或者吸附容量大的过滤材料。
在本实用新型的第一方面，本实用新型提出一种过滤材料。
根据本实用新型的实施例，所述过滤材料包括：负载层，所述负载层负载有纳米金属氧化物；上包装层，所述上包装层设置在所述负载层的上表面；以及下包装层，所述下包装层设置在所述负载层的下表面。
发明人意外地发现，采用本实用新型实施例的过滤材料，能够有效地吸附水中存在的氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯，能够充分地拦截水中悬浮物质和胶体物质，并且吸附容量大。
另外，根据本实用新型上述实施例的过滤材料，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的实施例，所述负载层是由1～3层重叠的聚丙烯或第一无纺布形成的。
根据本实用新型的实施例，所述聚丙烯或所述第一无纺布的厚度为0.5～1.0mm，孔径为0.5～5.0微米。
根据本实用新型的实施例，所述纳米金属氧化物为γ-氧化铝纳米粉体，并且所述γ-氧化铝纳米粉体的粉体尺寸为5～15微米。
根据本实用新型的实施例，所述负载层进一步负载包括选自纤维材料和活性炭的至少之一。
根据本实用新型的实施例，所述纤维材料包括选自玻璃纤维和碳纤维的至少之一。
根据本实用新型的实施例，所述上包装层和所述下包装层分别独立地包括2～3层第二无纺布。
根据本实用新型的实施例，所述第二无纺布的厚度为0.5～1.0mm，所述第二无纺布的孔径为2～5微米。
在本实用新型的第二方面，本实用新型的一个目的在于提出一种流体处理设备。
根据本实用新型的实施例，所述流体处理设备包括所述的过滤材料。
发明人意外地发现，采用本实用新型实施例的流体处理设备，能够有效地吸附流体中存在的氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯，还能拦截流体中的悬浮物质和胶体物质。本领域技术人员能够理解的是，前面针对过滤材料所描述的特征和优点，仍适用于该流体处理设备，在此不再赘述。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的过滤材料的纵截面结构示意图；
图2是根据本实用新型另一个实施例的负载层的纵截面结构示意图；以及
图3是根据本实用新型又一个实施例的上包装层的纵截面结构示意图。
附图标记：
100 负载层
200 纳米金属氧化物
300 上包装层
400 下包装层
110、120、130 聚丙烯或第一无纺布
310、320、330 第二无纺布
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本实用新型，而不应视为对本实用新型的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市购的常规产品。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种过滤材料。在图1～3的截面示意图中，对本实用新型的过滤材料进行详细的描述。具体的参照图1，该过滤材料包括：负载层100、纳米金属氧化物200、上包装层300和下包装层400。
根据本实用新型的实施例，该负载层100负载有纳米金属氧化物200。负载层100的具体材料包括但不限于聚丙烯或第一无纺布等吸附材料，本领域技术人员可以根据需要灵活地选择。其中，聚丙烯为具有一定厚度的带很多的大孔疏松结构，便于纳米粉体或碳颗粒的均匀分布。具体的参考图2，根据本实用新型的实施例，负载层100是由1～3层重叠的聚丙烯或第一无纺布形成的，因为，每层聚丙烯或第一无纺布的表面能够负载的纳米粉体颗粒是有上限量的，但为了达到深层净化水质的目的，可重叠1～3层负载有纳米金属氧化物200的聚丙烯或第一无纺布，来增加负载层100的负载量。
需要说明的是，负载层100的层数具体可为1～3层，本领域技术人员可以根据需要灵活地选择。例如，参考图2.c，负载层100只包括聚丙烯或第一无纺布110，1层聚丙烯或第一无纺布的负载量，能够实现深度净化水质的基本目的；还可参考图2.b，负载层100包括聚丙烯或第一无纺布110和120，且两层重叠形成负载层，2倍于单层聚丙烯或第一无纺布的负载量，能够进一步满足深度净化水质的要求；以及参考图2.a，负载层100包括聚丙烯或第一无纺布110、120和130，且三层重叠形成负载层，3倍于单层聚丙烯或第一无纺布的负载量，能够完全实现深度净化水质的目的。
此外，根据本实用新型的实施例，聚丙烯或第一无纺布110、120或130的厚度控制在0.5～1.0mm，孔径采用0.5～5.0微米。由此，负载层100具有丰富的大量孔隙，即能够负载大量的纳米金属氧化物200的粉体，还能拦截住水中的悬浮物质、胶体物质和铁锈，以及保证纳米粉体又不会被水带出过滤材料。
根据本实用新型的实施例，纳米金属氧化物200的具体材料，本领域技术人员可以根据需要灵活地选择，只需纳米金属氧化物颗粒具有丰富的介孔空隙即可。该纳米金属氧化物200包括但不限于γ-氧化铝纳米粉体。由于，γ-氧化铝纳米粉体具有较高的比表面积和表面能，并且表面的羟基能够提高纳米离子对有机污染物和金属离子的吸附效果；同时，γ-氧化铝纳米粉体带有天然的Al3+电动电位，可以有强大的静电电场，能够吸附一些带负电的细菌微生物。因此，根据本实用新型的实施例，纳米金属氧化物200采用γ-氧化铝纳米粉体，能够有效地吸附水中存在的氯酚类POPs、细菌微生物和部分重金属离子，且吸附容量大。
另外，根据本实用新型的实施例，γ-氧化铝纳米粉体的粉体尺寸为5～15微米。本实用新型的发明人经过深入的研究发现，以硝酸铝和尿素为原料，加入表面活性剂SDS，通过水热法可制备得到纳米γ-氧化铝的粉体，而纳米γ-氧化铝的粉体颗粒的尺寸为5～15微米。由此，纳米级晶粒尺寸且多孔的γ-氧化铝具有高比表面积，从而具有大吸附容量；同时，负载层100中聚丙烯或第一无纺布110、120或130的孔径选择0.5～5.0微米，是能够有效地保证γ-氧化铝纳米粉体不会被水带出过滤材料。
另外，根据本实用新型的实施例，该负载层100可进一步负载纤维材料和活性炭。具体的，根据本实用新型的实施例，纤维材料可选择玻璃纤维和碳纤维。因为，碳纤维和玻璃纤维来源广泛且价廉，并添加入γ-氧化铝纳米粉体的合成原料中、再经过水热合成和煅烧干燥后能够获得复合型吸附剂，该复合型吸附剂能够有效地吸附污水中的氯酚类POPs。而且，碳纤维或者活性炭粉，由于是非极性的材料，其均匀而微小的孔道能够充分吸附并去除水中非极性的余氯。
需要说的是，过滤材料的具体横截面形状，即负载层100、上包装层300和下包装层400的具体横截面形状都不受特别的限制，可以是本领域内已知的任何形状，例如圆形、正方形或长方形等，本技术领域人员可根据实际的需要灵活地进行选择，在此不再赘述。
根据本实用新型的实施例，该上包装层300设置在负载层100的上表面，该下包装层400设置在负载层100的下表面。为了拦截住负载层100上负载的吸附剂颗粒，不让颗粒散落到水中，需要在负载层的上下表面上增加孔径更细的包装层，并且上下包装层能够进一步拦截住水中的悬浮物质、胶体物质和铁锈。
需要说明的是，上包装层300或下包装层400的具体层数为2～3层第二无纺布，本领域技术人员可以根据需要灵活地选择。例如，参考图3.e，上包装层300包括第二无纺布310和320，2层无纺布重叠形成的上包装层300，能够有效地拦截住负载层100上负载的吸附剂颗粒，不让颗粒散落到水中；还可参考图3.d，上包装层300包括第二无纺布310、320和330，3层无纺布重叠形成上包装层300，能够进一步有效地拦截住负载层100上负载的吸附剂颗粒，不让颗粒散落到水中。
还需说明的是，对图3所示的上包装层300的纵截面示意的结构说明，同样适用于下包装层400，在此不再赘述。其中，根据本实用新型的实施例，第二无纺布的厚度仍为0.5～1.0mm，但是孔径缩小为2～5微米。由此，上下包装层能够进一步拦截住水中的悬浮物质、胶体物质和铁锈，以及充分地保证纳米粉体不会被水带出过滤材料。
综上所述，根据本实用新型的实施例，本实用新型提出了一种过滤材料。采用本实用新型实施例的过滤材料，能够有效地吸附水中存在的氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯，能够充分地拦截水中悬浮物质和胶体物质的，且吸附容量大。
在本实用新型的另一个方面，本实用新型提出一种流体处理设备。
根据本实用新型的实施例，该流体处理装置包括上述过滤材料。本领域技术人员可以理解的是，不仅限于过滤材料，该流体处理设备还可以包括其他必要的部件，例如支撑结构、流体出入口、过滤材料安装位置和储罐等，在此不再进行过多赘述。
本领域技术人员还可以理解的是，该流体处理设备的具体种类不受特别的限制，可以是本领域内已知的任何种类，例如水净化器、空气净化器或污水处理装置等，本技术领域人员可根据实际的需要灵活地进行选择，在此不再赘述。
需要说明的是，本文中所使用的术语“流体”应作广义的理解，该描述方式不仅包括水这种最常见的流体，还包括气体甚至气溶胶等具有流动性的物质与介质，无论待处理的流体是否有具体的形态，只要该流体能够通过此过滤材料进行处理即可，在此不再赘述。
发明人意外地发现，采用本实用新型实施例的流体处理设备，能够有效地吸附流体中存在的氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子以及余氯，还能拦截流体中的悬浮物质和胶体物质。本领域技术人员能够理解的是，前面针对过滤材料所描述的特征和优点，仍适用于该流体处理设备，在此不再赘述。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
实施例1
在该实施例中，过滤材料的制备步骤可分为：活性γ-Al2O3的合成、改性和纤维复合，负载层的制备，以及过滤材料的制作。
首先，取3mmol Al(NO3)3·9H2O和6mmol CO(NH2)2溶解到70mL的去离子水中，搅拌。随后滴加10mL的乙醇，增加合成原料的分散性，还添加2.5mg/mL的表面活性剂SDS。搅拌30分钟后，把混合液体转移到100mL的水热釜中，在160摄氏度下晶化处理3小时。水热结束后，冷却至室温取出制备得到的固-液混合物，进行离心，期间需用蒸馏水和乙醇至少洗涤三次所得到的沉淀物质。然后，将沉淀物放入恒温烘箱内，在80摄氏度下烘干12小时。最后，用马弗炉在550摄氏度下煅烧4小时，可得到所需的γ-Al2O3纳米粉体。
第二步，将上述制备而成的γ-Al2O3纳米粉体和活性炭粉均匀的铺在一层熔喷聚丙烯上，一层聚丙烯均匀铺一层吸附剂，共3层，每一层的厚度在0.5mm、孔径为3.0微米；经过震动，让吸附剂颗粒均匀地分散在负载层上，可获得分散有吸附剂的负载层。
最后，在负载层的上下表面各增加2层的孔径较细的第二无纺布，其厚度为0.5mm，孔径在3.0微米。上下面铺好选定的无纺布层后，经过压实，封边，可得到过滤材料。
实施例2
在该实施例中，按照与实施例1基本相同的制备方法，进行活性γ-Al2O3的合成、改性和纤维复合，负载层的制备，以及过滤材料的制作，来获得过滤材料。区别在于，添加SDS至2.0mg/mL的浓度，水热处理是在180摄氏度下晶化处理2小时，烘干14小时，在450摄氏度下煅烧5小时，得到所需的γ-Al2O3纳米粉体；负载层为1层聚丙烯，每层聚丙烯的厚度在0.75mm，孔径为5.0微米；在负载层的上下表面各增加3层第二无纺布，其厚度为0.75mm，孔径在2.0微米。
实施例3
在该实施例中，按照与实施例1基本相同的制备方法，进行活性γ-Al2O3的合成、改性和纤维复合，负载层的制备，以及过滤材料的制作，来获得过滤材料。区别在于，添加SDS至3.0mg/mL的浓度，水热处理是在100摄氏度下晶化处理4小时，烘干2小时，在600摄氏度下煅烧3小时，得到所需的γ-Al2O3纳米粉体；负载层为2层聚丙烯，每层聚丙烯的厚度在1.0mm，孔径为0.5.微米；在负载层的上下表面各增加2层第二无纺布，其厚度为1.0mm，孔径在5.0微米。
实施例4
在该实施例中，对实施例1的γ-Al2O3纳米粉体进行氯酚POPs吸附试验。
首先，配置浓度为200mg/L的对氯苯酚母液，各取一定量的母液放入比色管，再分别稀释定容到10、20、30、40、50、60、70和80mg/L，制作浓度和吸光度的工作曲线，选取吸附动力学实验初始浓度为80mg/L。各取一定体积的对氯苯酚溶液，分别置于一系列的50mL锥形瓶中，向各锥形瓶中加入一定质量的γ-Al2O3吸附剂，混合溶液用氢氧化钠或盐酸调节至pH值为6.0～7.0，之后放置到25摄氏度的恒温振荡器中震荡。按照制定的一系列时间点取出相应的锥形瓶，取上清液，在对氯苯酚特征峰所对应的波长处测量锥形瓶内剩余对氯苯酚的吸光度，根据标准曲线即可算出其浓度。样品在相应时间点对对氯苯酚的吸附量可以按照(1-1)式计算得到：
式中：qt—t时间所对应的对氯苯酚的吸附量，mg/g；
Ci，Cf—分别为对氯苯酚的初始浓度和t时间点的溶液浓度，mg/L；
V—溶液的体积，L；
M—投加的吸附剂的量，g。
按照以上方式测试纳米氧化铝粉体对对氯酚的吸附容量，数据使用Langmuir拟合得到，经过改性后γ-Al2O3的吸附容量最大可达到184.8mg/g。这表明，实施例1的γ-Al2O3吸附剂能够很好地吸附去除水中的酚类物质。
实施例1的γ-Al2O3吸附剂粉体再制作成滤纸的形态，可以进行折叠支撑滤芯或支撑平板滤芯，过滤去除水中的有害物质。过滤材料除了去除水中氯酚类POPs有机物污染物，静电吸附水中细菌微生物，还可以借助复合的活性炭纤维进一步去除水中余氯，部分重金属物质；同时聚丙烯，无纺布也可以拦截浊度，胶体等有害物质。
实施例5
在该实施例中，按照与实施例1基本相同的制备方法，进行活性γ-Al2O3的合成、改性和纤维复合，负载层的制备，以及过滤材料的制作，来获得过滤材料。区别在于，第二步中是将γ-Al2O3纳米粉体和纤维材料均匀的铺在一层熔喷聚丙烯上，纤维材料可以是活性炭纤维，玻璃纤维等纤维材质。
该实施例的复合吸附剂是活性炭纤维与粉体的复合吸附剂，有很好的余氯、有机物及重金属的吸附效果；复合吸附剂是活性炭纤维及氧化铝粉体的复合材料有很好的浊度及细菌微生物的去除效果。也可以同时添加有活性炭纤维及玻璃纤维材料与纳米氧化铝粉体复合，得到高效的去除浊度，余氯，有机物，重金属，以及有害微生物等水中的有害物质的净化滤材。
总结
综合实施例1～5可得出，本实用新型所提出的过滤材料，能够有效吸附水中氯酚类POPs、细菌微生物、部分重金属离子或者余氯，且吸附容量大，该材料还能够拦截水中悬浮物质和胶体物质，并且该制备方法的原料价格低廉，其制备工艺成熟，利于工业化批量生产。
其中，实施例4还可发现，根据过滤材料的制备方法中的水热法制备出的γ-Al2O3，其吸附量最大达到184.8mg/g，并能够很好地吸附去除水中的酚类物质，是理想的吸附剂材料。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种过滤材料，其特征在于，所述过滤材料包括：
负载层，所述负载层负载有纳米金属氧化物；
上包装层，所述上包装层设置在所述负载层的上表面；以及
下包装层，所述下包装层设置在所述负载层的下表面。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述负载层是由1～3层重叠的聚丙烯或第一无纺布形成的。
3.根据权利要求2所述的过滤材料，其特征在于，所述聚丙烯或所述第一无纺布的厚度为0.5～1.0mm，孔径为0.5～5.0微米。
4.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述纳米金属氧化物为γ-氧化铝纳米粉体，且所述γ-氧化铝纳米粉体的粉体尺寸为5～15微米。
5.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述负载层进一步负载包括选自纤维材料和活性炭的至少之一。
6.根据权利要求5所述的过滤材料，其特征在于，所述纤维材料包括选自玻璃纤维和碳纤维的至少之一。
7.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述上包装层和所述下包装层分别独立地包括2～3层第二无纺布。
8.根据权利要求7所述的过滤材料，其特征在于所述第二无纺布的厚度为0.5～1.0mm，所述第二无纺布的孔径为2～5微米。
9.一种流体处理设备，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的过滤材料。
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Cited By (2)
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| CN107998748A (zh) * | 2016-11-10 | 2018-05-08 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 过滤材料及其制备方法、流体处理方法和流体处理设备 |
| CN108176136A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-06-19 | 边文兵 | 一种过滤材料及其生产工艺 |
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