超濾盤及其製備方法
2023-05-29 08:41:16
專利名稱：超濾盤及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種特別用於對水進行消毒的超濾盤及其製備方法。
在利用超濾器對水進行機械消毒的過程中，超濾裝置的孔徑應當足夠小，而且典型的尺寸應為0.4至0.5μ，以使細菌能夠安全地留住。迄今為止，由於不能按照任何所需的形狀來生產陶瓷或具有合適孔徑的其它材料，從而具有大面積及優良過濾效果的過濾器只能在大成本和低劣操作性能下生產。目前使用的大表面積的和由陶瓷製造的過濾柱很難進行清洗，因此已知的過濾裝置通常必須經常打開，用手進行清洗。
特地參考歐洲專利申請92810843，其中，在所描述的自清洗式過濾裝置中，帶有相對於過濾器表面可移動的及為了刮削過濾物質而貼近該表面移動的清洗單元。此過濾器可通過外面驅動的清洗刷在組裝狀態下進行定期清洗，從而從根本上簡化保養。
本發明的目的是提供一種具有大表面積的扁平超濾盤，例如，它可以安裝在自清洗式過濾裝置中。此外，指出了此超濾盤的合適的製備方法。
為了達到這個目的，此超濾盤是以硅藻土為基礎製備的，且包含有至少兩種矽酸鹽鍵合類硅藻土，其中至少一種是預煅燒的，另一種是待燒結的，從而超濾盤顯示的孔徑可在0.05-0.5μ範圍內，優選0.1-0.3μ。已經發現，一種預煅燒硅藻土的存在確保了超濾盤在其生產過程中的穩定性，並預先為至少另一種不同類型的硅藻土形成骨架，從而可獲得具有所需孔徑的穩定形狀。特別地，能夠生產直徑至少為25cm，優選至少35cm的單塊超濾圓盤。此類盤的厚度為0.5-2cm，優選約1-1.5cm。厚度約0.5cm的盤可具有良好的過濾效果，同時具有良好的斷裂強度。根據本發明，此盤通常的滲透率維持在0.5-0.7升/分鐘·分米2，優選0.6升。
中央圓口的直徑為3-15cm的、優選6-10cm的超濾盤是可取的。由於此開口的存在，幾個超濾盤可以相互疊合在一個中心圓柱上，其中此圓柱可旋轉或有一個可旋轉的軸以便於超濾盤之間的相對運動。
為了在超濾裝置中緊密地安裝此類超濾盤，超濾盤的外邊緣和內邊緣必須被切成(由高壓噴水切刀獲得的)高精度的公差。此邊緣優選具有密封層，它在盤的至少一側環繞該盤覆蓋了約1-8mm，優選3-5mm。以這種方式，此盤能夠使它的邊緣和底層以密封方式安裝。為了調節盤的任何尺寸變化，密封層的厚度應為1-3mm。
優選的是，在過濾盤的上表面設有開孔以隨時提高對上表面進行自動清洗的效果，其中上表面應當足夠軟以利用清洗刷獲得磨擦效果。此清洗刷具有人造剛毛，例如，特別是尼龍或貴金屬毛，因此，通過利用幾個工作周期磨掉厚度約為0.1-5μ的一層來得以清洗上表面是我們的目的。在上表面和清洗刷之間進行約一到二十次相對運動就能獲得這種磨擦(清洗)效果。然後，被磨掉的物質在用清水衝洗的周期中被清水衝掉而不能通過過濾盤滲透。
在整個超濾盤上，為了殺死侵入的細菌和避免停留在上表面的細菌的生長，此盤優選含有部分洗不掉的氧化銀。具有極強的穩定性和良好的過濾效果的盤可通過使用至少三種不同的硅藻土和部分高嶺土來獲得。一種硅藻土是預煅燒的，至少另外一種特地包含許多細小的顆粒，約15％的顆粒尺寸在2μ以下。
在優選的實施方案中，超濾盤含有6％-12％(重量)，優選9％(重量)預煅燒的且一般還要與其它組分再次燒結的硅藻土，25-30％的高嶺土，剩下的是另外一種硅藻土以及可能的話還含有氧化銀以及其它少量的與製造有關的組分。重量百分數是相對於已燒結並已乾燥的盤的重量而言的。
此超濾盤的生產是按包含下列步驟的方法進行的a.將以下組分進行混和已煅燒的硅藻土，重量份數至少為6-12，優選9份；高嶺土，重量份數為25-35，優選30；另一種未煅燒的或只很輕程度煅燒的硅藻土，重量份數為53-69，優選61；b.用重量份數為200到250，優選重量份數為225的水將混合物攪拌開，並向其中加入重量份數為0.2-0.35優選0.27的液化劑和重量份數為0.4-0.8，優選重量份數為0.5-0.7的有機粘合劑；c.攪拌混合物直到粘度發生固定的變化，優選12-15小時；d.把攪拌和處理完的混合物傾入由吸溼材料如熟石膏製成的模具中；e.緩慢幹澡混合物，優選經歷8到25天，特別優選10到20天；
f.然後，已乾燥的混合物，在溫度1000到1050℃之間燒結，優選溫度為1035℃。
在後文將要解釋的實施例中看出，液化劑和長時間的攪拌相結合將導致不同種類的硅藻土和高嶺土的細小的顆粒均勻地分散在整個混合物中。在乾燥模具的內部和外部的同時有機粘合劑協助未燒結部分內聚，已煅燒的那部分硅藻土形成穩定的骨架，從而確保未燒結盤的形狀穩定(素坯強度)。由這部分煅燒硅藻土穩定了的和由有機粘合劑保持在一起的剩餘組分以非常均勻的順序排列，從而可獲得所需的孔隙率。以這種方法，生產具有所需孔隙率和直徑(迄今仍達不到)及無裂紋的單塊盤是可能的。
在優選的例子中，使用下列組分(以重量份數表示)大約40.72份第一種未煅燒或只很輕程度煅燒的硅藻土，約9.05份第二種已煅燒的硅藻土，和大約20.82份第三種末煅燒或只很輕程度煅燒的硅藻土，和約29.41份高嶺土。
這裡，所使用的各種硅藻土的顆粒尺寸有不同分布，從而總體上獲得盤中所需的孔隙度在0.05μ至0.5μ，優選0.1到0.3μ範圍內。
為了避免任何細菌停留在上表面及以後在整個陶瓷結構上面生長，向混合物中加入重量份數為0.2至0.5，優選約0.36的氧化銀。
為了避免在超濾盤的生產過程中產生任何裂紋，模具的選擇是非常重要的。優選的模具材料應是最低程度溼潤的熟石膏，將攪拌完的混合物傾入模具中，熟石膏是一種吸水性材料。當使用完全乾的熟石膏模時，它從混合物中吸水的速率很快而可能導致裂紋的形成。因此，優選最低程度溼潤的熟石膏。
為了生產中央貫通的開口的盤，模具上必須帶有形成開口的可安裝的可調控芯塊。而且，在這區域，裂紋很容易形成。因此，芯塊應當由可屈服和具有吸收性的材料組成。當乾燥時，它可承受盤的任何變形。由紙和紙板製成的中空圓筒特別有用，因為它開始可吸收溼氣，但是在以後混合物的乾燥過程中可以承受最小量的變形，最後，還可以很容易地與盤分離。
在燒結此類預生產和預乾燥的盤的過程中，通常，為了預定的目的，上表面的密度會增加，也就是說，流體的滲透不是足夠的，因此是不合適的。因此，在燒結後，用刮削工具刮掉密度較大的上表面層，層的厚度約為5μ。
最後，盤被切成精確的尺寸。這是通過高壓噴水切刀實現的。為了能夠在過濾裝置中以密封方式安裝盤，每個盤的內、外邊緣應帶有能夠至少覆蓋盤的一側的密封層。密封層材料優選是能夠用膠水粘到盤上的以聚矽氧烷為基礎的材料。
下面是參考附圖和參考(附有優點和改性型的)特殊實施例對本發明進行的詳細敘述。
圖1所示為本發明盤的俯視圖，圖2為此盤所示的剖面圖，圖3所示是製備本發明盤的合適的模具。
圖1和2所示為盤1的實例，該盤1的外徑D約40cm，中央開口的內徑約為6.5cm。從圖2可以看出，盤1的外邊緣2帶有密封層5，密封層的一部分6覆蓋在盤1的下側。同時，盤1的內邊緣3帶有密封層7，它的一部分8覆蓋在盤的下側。當盤1沉放在支持其的結構上時，盤1下側的密封部分6，8可提高盤1的密封效果，而在內邊緣3和外邊緣2所提供的密封部分5，6與沒有畫出的容器壁和沒有畫出的內圓柱處於密封狀態。密封件還用於緩衝該盤因溫度引發的微量膨脹。外邊緣和內邊緣的密封部分5，7可各自與位於盤下側的密封部分6，8分開使用，優選通過膠水粘結。
圖3所示的模具用於本發明盤1的生產。基盤11的高度約為50至70mm，帶有可向其中插入圓環狀模塊13的外凹環12。基盤高度H應為盤1直徑D的1/16到1/10，優選1/8。基盤11和圓環狀模塊13由熟石膏材料組成，當它充入模具時，不應當完全乾燥。基盤11中央還具有可向其插入中空圓筒芯模15的凹圓或凹環14。該芯模15優選由紙或紙板製成的。
由基盤11，環狀模塊13和圓筒狀插件15組裝的模具現可以用於通過向模具中傾入必要量陶瓷物質來製造盤1。模具吸收了所傾入物質的部分流體，從而提供了一種緩慢的乾燥過程。為了避免被傾入物質粘到熟石膏模具上。模具應塗覆潤滑性介質，優選滑石粉。經過2到5小時後，從模具中拿出已形成的盤並把它放在扁平的、可吸收性支持層，優選仍然由熟石膏製成的支持層上以進一步乾燥。為了避免產生任何裂紋，乾燥過程應在溫度30-50℃的範圍內進行，優選35-40℃，以使乾燥過程延長至約2-3周。
乾燥後，在整個燒成期間進行盤的燒結，燒成時間約10到15小時，其中在大約1035℃的最高溫度保持約20分鐘。
下面緊接著藉助於一個認為非常合適的實例來描述陶瓷物質的組分及其混合的方法。
在連續攪拌下，在4.4升的水中加入可減少表面張力的液化劑和12克有機粘合劑。此後，加入900克第一種硅藻土，200g第二種預煅燒的硅藻土，460g第三種硅藻土和650g高嶺土。經過劇烈攪拌後，再加入8克氧化銀。為了獲得整個混合物的均一性，需要進一步攪拌混合物約15到18小時，直到當混合物的粘度突然下跌約10到20％而能夠傾出時，即混合物變得較稀時為止。當要傾出液體混合物時，pH值應為大約9。
各組分，特別是液化劑和有機粘合劑可以已溶於水中的形式加入，從而混合物中水的總量應是約5升。
下表示出了所使用的就組成和顆粒大小而言屬不同種類的硅藻土。硅藻土是一種天然生材料，它是通過地質學過程由kieselalgae演變而來。此硅藻土可從Manville International Corporation，Denver，USA以「CELITE」商品名獲得，該公司提供了相應的組成和細顆粒分類樣。
根據本發明，此盤特別適用於自清洗式過濾裝置，這是因為它們的單塊扁平形狀，正如歐洲專利申請(92年3月11日申請)93810843.0中所述的。為了避免重複，參考該專利申請及其全部內容。根據其中所述的實例，在支架上支撐有兩個過濾盤而形成過濾元件，外部提供給過濾元件不潔淨的水，而在內部進行清洗，然後，潔淨的水被排出。許多此類過濾盤互相疊加在一起形成一個具有大表面積和單位時間內有較大貫流量的大型過濾元件。盤的扁平形狀通過緊固的可調軸上的旋轉刷而提高了清潔效果，此可調軸貫通每個盤的中央開口而突出來。在每次清洗周期中，從盤的上表面刮掉很薄的一層以恢復新過濾盤的原始特徵。通過超聲波和其它測量技術可進行檢測，以確定何時盤被刮除至厚度約0.5cm。當這種情況發生而盤仍在使用時，會存在斷裂的危險，應當更換。由於它們的單塊結構，很容易更換盤而不需要被支持和互相密封的複雜的結構。所以，他們特別適用於在過濾裝置中對水進行消毒的很經濟的操作。很小的孔提高了對細菌的安全的機械滯留效果。為了提高口感質量，可放入活性炭過濾物與過濾器串聯運作。也可以在過濾盤之間的潔淨側提供通用的消毒劑。
權利要求
1.以硅藻土為基礎的超濾盤(1)，特別用於水的消毒，其特徵在於a)超濾盤(1)包含至少兩種類型的矽酸鹽鍵合的硅藻土，其中至少一種是預煅燒並後燒成的；b)超濾盤(1)的孔大小在0.05-0.5μ範圍內，優選0.1-0.3μ。
2.根據權利要求1的超濾盤(1)，其特徵在於它是單塊的和圓形的，且超濾器(1)的直徑(D)至少為25cm，優選至少35cm。
3.根據權利要求1或2的超濾盤(1)，其特徵在於超濾盤(1)的厚度(h)為0.5-2cm，優選1-1.5cm。
4.根據權利要求1-3的超濾盤(1)，其特徵在於超濾盤(1)具有一個處於中央的，優選圓形的開口(4)，開口直徑(d)為3-15cm，優選6-8cm。
5.根據以上所述的權利要求中一項的超濾盤(1)，其特徵在於超濾盤的內、外邊緣被切到所規定的尺寸，優選由高壓水噴射切刀來進行。
6.根據前述權利要求中一項的超濾盤(1)，其特徵在於超濾盤的外邊緣(2)和內邊緣(3)帶有可以覆蓋盤一側1-8mm，優選3-5mm的密封層(5，6，7，8)。
7.根據前述權利要求中一項的超濾盤(1)，其特徵在於該盤有開孔型上表面，土表面柔軟程度足以讓有尼龍剛毛、貴金屬剛毛或諸如此類的清洗刷在幾個工作周期中刮掉0.1～0.5μm。
8.根據前述權利要求中一項的超濾盤(1)，其特徵在於該盤含有部分洗不掉的銀鹽。
9.根據前述權利要求中一項超濾盤(1)，其特徵在於該盤含有至少三種組分的硅藻土和一部分高嶺土。
10.根據前述權利要求中一項的超濾器(1)，其特徵在於該盤含有大約6-12％(重量)，優選大約9％(重量)預煅燒的和將要與(其它)剩餘組分一起再次燒成的硅藻土，25～30％(重量)高嶺土，和剩下的另一硅藻土、銀鹽和與製造有關的其它組分，重量百分數是相對於乾燥盤而言的。
11.超濾盤(1)的製備方法，該盤的孔大小為0.05～0.5μ，優選0.1～0.3μ，直徑(D)大於25cm，優選大於35cm，該盤尤其是根據權利要求1-10中一項的過濾盤，該方法有以下步驟a)將以下組分混合至少6-12重量份，優選9重量份已煅燒的硅藻土，25-35重量份，優選大約30重量份高嶺土，和53～69重量份，優選大約61重量份沒有或只很輕程度煅燒過的硅藻土；b)混合物在大約200～250重量份，優選大約225重量份水中攪拌，同時添加大約0.2-0.35重量份，優選0.27重量份至少一種液化劑和0.4～0.8重量份，優選0.5-0.7重量份有機粘合劑；c)將混合物攪拌12-15小時，直到粘度發生明顯的變化；d)將已攪拌好的混合物傾入由吸溼性材料、優選熟石膏製造的模具(11，13，15)中；e)經8-25天，尤其10-20天緩慢乾燥該混合物；e)經8-25天，尤其10-20天緩慢乾燥該混合物；f)從模具中取出乾燥的混合物，之後，混合物在1000～1050℃的溫度，尤其在1035℃下燒成。
12.根據權利要求11的方法，其特徵在於使用以下重量份數大約40.72份第一種沒有煅燒或輕度煅燒的硅藻土，大約9.05份第二種煅燒過的硅藻土，大約20.82份第三種沒有煅燒的或輕度煅燒的硅藻土，和大約29.41份高嶺土。
13.根據權利要求11或12的方法，其特徵在於該混合物中添加0.2-0.5重量份、優選大約0.36重量份的氧化銀。
14.根據權利要求11、12或13中一項的方法，其特徵在於該模具由最低程度溼潤的熟石膏組成。
15.根據權利要求11-14中一項的方法，其特徵在於模具(11，13，15)在其中央(14)有中心模芯(15)，它是由彈性的和吸收性物質、優選中空紙圓筒或紙板圓筒組成的。
16.根據權利要求11-15中一項的方法，其特徵在於，在燒成後，通過刮削工具將盤的上表面與厚度為大約5μ的較高密度的覆蓋層分開。
17.根據權利要求11-16中一項的方法，其特徵在於燒成過的超濾盤由高壓水噴射切刀切成精確的尺寸。
18.根據權利要求11-17中一項的方法，其特徵在於，盤的外邊緣和內邊緣有覆蓋盤的一側的密封層(5，6，7，8)，密封層優選是以聚矽氧烷為基礎的。
全文摘要
本發明涉及一種特別用於對水進行完全消毒的超濾盤，它以硅藻土為基礎。超濾盤包含至少兩種矽酸鹽鍵合的硅藻土，其中至少一種是預煅燒而後燒成的。超濾盤孔隙尺寸優選0.1到0.3μ的量級，從而可使細菌可靠地滯留下來。公開了一種方法，它使用三種硅藻土和高嶺土及進行小心乾燥和之後的燒結，從而可以生產直徑大於35cm、厚度為1-1.5cm的盤。此盤可容易地通過旋轉刷而機械地清洗。這使得自清洗式過濾裝置結構得以簡化。從而，如此構造的過濾裝置只需很少維護，由於其過濾元件的簡化沒經驗的操作工也可操作。
文檔編號C04B38/00GK1120318SQ94191642
公開日1996年4月10日 申請日期1994年3月24日 優先權日1993年3月29日
發明者A·狄勒格, P·格略特 申請人:盧高帕特股份公司