抑菌型活性炭膜絲的製作方法

2023-09-18 17:11:20

本發明涉及一種用於水（或空氣）淨化處理的抑菌型活性炭膜絲。

背景技術：

納米二氧化鈦作為一種高效、無毒的光催化劑，在環保領域的應用越來越受到人們的廣泛關注和重視。抗菌材料納米TiO2以其優異的抗菌性能成為開發研究的熱點之一，以期應用於水處理裝置、醫療設備、食品包裝、建材（如抗菌地磚、抗菌陶瓷衛生設施、抗菌砂漿、抗菌塗料等）、化妝品、幼織品、日用品以及家用電器等各個領域。

納米 TiO2作為抗菌劑有以下特點：抗菌廣譜、長效、安全穩定；殺菌效果迅速、殺菌力強、可長期使用和循環再生使用；耐洗滌、耐磨損；對人體無害，無異味，外觀顏色淺；熱穩定性好，高溫下不變色、不變質、不分解、不揮發；價格便宜，來源豐富。

在飲用水處理上，人們將納米TiO2固定在玻璃纖維網上製成催化膜，用來深度淨化飲用水，降低自來水中總有機物量和細菌總數，全面改變水質，達到了直接飲用的安全標準。

但是，將納米TiO2固定在玻璃纖維網上製成催化膜，實際上，是將納米TiO2添加粘結劑後塗抹在玻璃纖維網上，製成催化膜，其缺點為：納米TiO2被粘結劑所包覆，TiO2表面細小孔隙被堵塞或掩蓋，抑菌效果下降。

活性炭是一種經特殊處理的炭，具有無數細小孔隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500-1500m2。活性炭有很強的物理吸附和化學吸附功能，而且還具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面積，將毒物吸附在活性炭的微孔中，從而阻止毒物的吸收。同時，活性炭能與多種化學物質結合，從而阻止這些物質的吸收。活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質的吸附作用，以達到淨化水質量的目的。由於活性炭的具有吸附雜質作用，從而廣泛地將其應用水淨化處理裝置中。現有活性炭應用水淨化處理裝置中的基本形式有如下幾種：

（1）顆粒碳，活性炭以顆粒的形式直接放置在水淨化處理裝置中，屬於浸泡式吸附與處理，其缺點為：時間長，對有害物質的吸附有漏網現象。

（2）壓鑄碳，將粉狀活性炭添加粘結劑後壓鑄成棒狀，然後安設在水淨化處理裝置中，其缺點為：粉狀活性炭被粘結劑包覆，活性炭表面細小孔隙被堵塞，吸附效果下降。

（3）燒結碳，是將粉末或粉末壓坯加熱到低於其中基本成分的熔點的溫度，然後以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。燒結的結果是粉末顆粒之間發生粘結，燒結體的強度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結體，從而獲得所需的物理、機械性能的製品或材料。燒結碳的水淨化效果比壓鑄碳好些，但仍然存在活性炭表面細小孔隙被堵塞的問題。

壓鑄碳和燒結碳在水淨化處理裝置中仍然屬於浸泡式吸附與處理形式，同樣存在淨化處理時間長，對有害物質的吸附有漏網現象。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有納米TiO2及活性炭應用於水淨化處理裝置中的不足之處，提供一種用於水（或空氣）淨化處理的抑菌型活性炭膜絲。

本發明，由以下工藝製備：（1）由20-50wt%的聚丙烯、50-80 wt%的粉狀氧化鈦和粉狀活性炭攪拌混合後，經擠出成型設備製成中空管狀物；（2）中空管狀物於50-130℃，拉伸倍數為1.5-5.5的條件下拉裂，使聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離隙縫而成為抑菌型活性炭膜絲。

本發明，所述粉狀氧化鈦和粉狀活性炭的重量比為1:5~5:1。

本發明，所述粉狀氧化鈦的粒度為0.001-1µm；粉狀活性炭的粒度為0.001-1µm；膜絲內孔直徑（D）為0.1-3mm；膜絲壁厚（H）為0.08-0.35mm。

本發明，其在水淨化處理裝置中的使用和安裝方式與中空纖維超濾膜相似，原水在本發明抑菌型活性炭膜絲的外側或內腔加壓流動，分別構成外壓式與內壓式。其被截留的物質可隨廢水排除，不致堵塞膜表面，可長期連續運行。

本發明，其在空氣淨化處理裝置中的使用原理和安裝方式與水淨化處理裝置相同或相似，待處理空氣必須有一定壓力，空氣在本發明抑菌型活性炭膜絲的外側或內腔加壓流動，分別構成外壓式與內壓式。其被截留的物質可隨廢氣排除，不致堵塞膜表面，可長期連續運行。

本發明，與中空纖維超濾膜比較，具有如下不同點：

（1）中空纖維超濾膜的製造過程：首先是將制膜材料加入塑化劑、溶劑、發泡劑；然後在紡絲機中用特製的噴絲頭擠出形成中空狀原纖；再將原纖進行破孔處理和除去溶劑、發泡劑等添加成分，最後得到管壁上布滿微孔的中空纖維。

（2）中空纖維超濾膜的水淨化原理：由於中空纖維管壁上布滿微孔，原水在中空纖維外側或內腔加壓流動，微孔能截留顆粒狀物質或分子量大的物質。

（3）本發明，與中空纖維超濾膜比較，具有如下優點：（a）不添加任何塑化劑、溶劑和發泡劑等添加劑，安全環保；（b）其拉裂後產生的剝離隙縫比中空纖維超濾膜的微孔更小，能截留的物質的粒度或分子量比中空纖維超濾膜更小；（c）不僅具有與中空纖維超濾膜一樣具有的分離膜的性能，還具有活性炭吸附有害雜質的性能和氧化鈦殺菌抑菌的性能：由於抑菌型活性炭膜絲被拉裂後，聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離，聚丙烯形成一個不規則的網絡並把氧化鈦及活性炭固定在網絡中，水在通過剝離隙縫時還與氧化鈦及活性炭周壁接觸，接觸的過程還能對水起殺菌抑菌作用和吸附有害雜質作用。

本發明，與將納米TiO2固定在玻璃纖維網上製成催化膜比較，具有如下優點：

（1）抑菌型活性炭膜絲在水淨化處理裝置中屬於過濾式處理形式，對水質的殺菌抑菌及有害物質的吸附與處理徹底乾淨，沒有漏網現象。

（2）抑菌型活性炭膜絲被拉裂後，每顆氧化鈦及活性炭微粒的表面幾乎與聚丙烯產生剝離，氧化鈦及活性炭表面細小孔隙幾乎均能與水接觸而不會被包覆或堵塞，殺菌抑菌和吸附有害雜質效果大為提高。

附圖說明

圖1圖2分別為實施例抑菌型活性炭膜絲外壓式過濾處理和內壓式過濾處理的結構原理示意（放大）圖。

圖中，A、原水；B、淨水；D、膜絲內孔直徑；H、膜絲壁厚。

具體實施方式

實施例1、一種抑菌型活性炭膜絲，由20wt%的聚丙烯，20 wt%的粉狀氧化鈦和60 wt%粉狀活性炭攪拌混合後，經擠出成型設備製成中空管狀物（其擠出成型設備可採用與中空纖維超濾膜擠出形成設備相同或相似的設備，下同）；中空管狀物再於50℃，拉伸倍數為1.5-2.5的條件下拉裂，使聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離隙縫而成為抑菌型活性炭膜絲。其中，所述粉狀氧化鈦和粉狀活性炭的粒度為0.001-1µm；膜絲內孔直徑（D）為0.1-3mm；膜絲壁厚（H）為0.08-0.35mm。

實施例2、一種抑菌型活性炭膜絲，由50wt%的聚丙烯和20 wt%的粉狀氧化鈦和30 wt%粉狀活性炭攪拌混合後，經擠出成型設備製成中空管狀物；中空管狀物再於100℃，拉伸倍數為4.5-5.5的條件下拉裂，使聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離隙縫而成為抑菌型活性炭膜絲。其中，所述粉狀氧化鈦和粉狀活性炭粒度為0.001-1µm；膜絲內孔直徑（D）為0.1-3mm；膜絲壁厚（H）為0.08-0.35mm。

實施例3、一種抑菌型活性炭膜絲，由40wt%的聚丙烯、40 wt%的粉狀氧化鈦和20 wt%粉狀活性炭攪拌混合後，經擠出成型設備製成中空管狀物；中空管狀物再於80℃，拉伸倍數為2.5-3.5的條件下拉裂，使聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離隙縫而成為抑菌型活性炭膜絲。其中，所述粉狀氧化鈦和粉狀活性炭的粒度為0.001-1µm；膜絲內孔直徑（D）為0.1-3mm；膜絲壁厚（H）為0.08-0.35mm。

實施例4、一種抑菌型活性炭膜絲，由30wt%的聚丙烯、50 wt%的粉狀氧化鈦和20 wt%粉狀活性炭攪拌混合後，經擠出成型設備製成中空管狀物；中空管狀物再於120℃，拉伸倍數為3.5-4.5的條件下拉裂，使聚丙烯與氧化鈦及活性炭之間產生剝離隙縫而成為抑菌型活性炭膜絲。其中，所述粉狀氧化鈦和粉狀活性炭的粒度為0.001-1µm；膜絲內孔直徑（D）為0.1-3mm；膜絲壁厚（H）為0.08-0.35mm。

由實施例1-實施例4所製備的抑菌型活性炭膜絲，在水（或空氣）淨化處理裝置中，可採用外壓式過濾處理方式（如圖1所示）或內壓式過濾處理方式（如圖2所示）。