一種水質淨化用納米生態基的生產方法

2023-07-13 23:01:11 3

專利名稱：：一種水質淨化用納米生態基的生產方法一種水質淨化用納米生態基的生產方法
技術領域：
：本發明涉及紡織領域、環保領域以及納米
技術領域：
，具體地說是一種水質淨化用納米生態基的生產方法。[
背景技術：
]水體富營養化是指氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質汙染現象。這些過量營養物質主要來自於農田施肥、農業廢棄物、城市生活汙水，以及食品加工、畜產品加工等工業廢水、動植物殘體等長期沉積於底泥中，在腐敗菌作用下不斷向水體釋放氮、磷等營養物質，成為水體的內源性汙染源。當過量營養進入湖泊、水庫、河口、海灣等緩流水體後，水生生物特別是藻類將大量繁殖瘋長，它們的繁殖、瘋長、腐敗致使水中溶解氧含量急劇下降，導致魚蝦等水生生物大量窒息死亡，某些藻類甚至還會釋放出一些有毒物質使魚類中毒死亡。此外，由於死亡藻類厭氧條件下腐敗菌分解時會放出甲垸、硫化氫等氣體，使水體汙濁發臭，透明度下降，感觀性狀惡化。水體富營養化制約了湖泊流域地區經濟和社會可持續發展，已成為全球性嚴重的生態環境問題之一。目前，治理水體富營養化的方法主要有機械清淤法、活水置換法、化學治汙法、生物修復法、曝氣復氧法、生態治理法，以及綜合治理法等。這些方法都存在不同程度的缺陷，如機械清淤法工程量巨大，挖出的底泥運輸、處理過程將會成為二次汙染；活水置換法是汙染轉移過程；化學治汙法所加入化學藥劑殘留極易造成二次汙染；生物修復法可能導致的生態危害比已知的危害更難以控制；曝氣復氧法需消耗電能，還產生噪音汙染；生態治理法所涉及的人工溼地技術、浮島技術會受制於環境條件問題等等。以生態學理論為指導，在富營養化水體中引入人工生態基，為土著菌藻提供良好的水生態環境，為硝化、反硝化作用的細菌群落繁殖以及藻類生長創造適宜的條件，利用附著在生態基上的藻類和細菌兩類生物之間的生理功能協同作用來強化氮、磷的去除效果，並輔以其它治理措施，從而改善受汙染水體的水質，進而恢復水體的生態系統。與傳統的治理方法相比，生態基治理法具有治理簡單、工程量小、費用低廉、不產生二次汙染等優勢，實現了治理系統與自然環境的融合。目前對生態基的研究不多，已公開的技術資料也較少。"用於水體生物養護的人造結構物.中國發明專利，申請號98106999.1"提出了柔性水草柵網，材料為添加了營養顆粒物的泡沫塑料或絲狀材料，單元尺寸為微米級，"在水性環境中能產生食物、控制水體質量並提供庇護所的水產業方法及其裝置和水中結構體.中國發明專利，申請號00812861.8"提出了由浮力器、柔軟片、柔軟帶組成的促進生物生長的水中結構體，用於從水中去除營養物，以控制水體質量。"水質淨化用生態修復漂帶.中國實用新型專利，申請號200420044704.0"提出了由三層材料組成的生態修復漂帶，"汙水淨化用生物過濾吸附簾帶.中國實用新型專利，申請號200420014436.8"提出了由三部分組成的生物過濾吸附簾帶，均用於水質淨化。這些專利都是從產品結構上展示其新穎性，未涉及從聚合物材料為起點到製成生態基產品的生產方法，並且產品單元的特徵尺寸為微米級。納米技術是當今世界上最活躍的研究領域之一，其研究的對象主^尺寸在1100nm之間的物質所組成的體系的特性、運動規律和相互作用，以及實際應用這些特性的科學技術。由於納米材料尺寸的急劇減小，其比表面積、表面原子數、表面能和表面張力都極度增大，加上其體積效應和量子效應，使納米材料在光、熱、電、磁、機械性能甚至化學特性方面都發生顯著變化，具有了常規材料所沒有的特殊性能。納米材料具有表面和界面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特點，並產生了許多和常規材料不同的物理化學性質，具有許多新的功能和廣泛的應用前景。納米材料的應用領域十分廣泛，例如，在紡織領域已有高效過濾、超低穿透濾材、抗菌防臭、紅外保暖、防紫外線、防電磁輻射、光催化降解有機物等納米紡織品的應用。在新興的納米紡織領域，對於納米級纖維的定義目前有兩種觀點--種是指纖維直徑小於l"m(通常為50300nm)，另一種則認為即使纖維直徑不到納米級尺寸，但在纖維上存在有納米級尺寸的微孔，凹凸不平點或層疊等細微結構，也同樣視為納米纖維。納米纖維的性能主要是高比表面積，導致與周圍介質的接觸面積大；小孔徑、多孔積率；重量輕、流動阻力小。無紡布用的納米纖維材料，是以適當的紡絲加工工藝將纖維的直徑加工到納米級，然後以單一成分使用或與其他纖維混合使用；或將具有功能性的粒子加工到納米級，在纖維紡絲時分散到纖維中，使纖維具有獨特功能，再以單一成分使用或與其他纖維混合使用。但目前將納米材料添加劑施加在纖維材料中的方法大多採用高聚物熔融混紡或後整理粘合技術，這些方法的最大問題是施加在纖維材料中的大多數納米級材料添加劑被纖維或膠粘劑包覆起來，達不到過濾、防菌抗菌材料所要求的表面性能，從而影響納米材料的作用效能。本發明採用生態基治理法，提出一種水質淨化用納米生態基的生產方法，包括親水高分子聚合物、有機溶劑、計量泵、高壓靜電紡絲機、託持網簾、超細粉體、水刺機、高速離心過濾機、軋車、烘乾設備、巻繞設備、全自動裁床、工業縫紉機、化纖高強工業縫紉線，其特徵在於以下工藝步驟a.親水納米纖維膜的製備本發明採用高壓靜電紡絲法製備納米纖維。首先把親水高分子聚合物溶解在有機溶劑中，形成紡絲液。然後通過計量泵把紡絲液注入高壓靜電紡絲機的毛細管噴嘴中。紡絲過程中紡絲電壓設為1040kV，孔板距離設為2030cm。紡絲溶液在電場力的作用下從毛細管噴嘴噴出，在運動的過程中發生裂分，形成無數細小的纖維，同時由於溶劑的揮發形成納米纖維並被收集在銅板電極上，納米纖維的直徑主要分布範圍在80400nm之間，形成規格為50100g/n^的無紡布纖維膜。通過高壓靜電紡絲法製得的納米纖維表面存在納米氣孔，加上纖維直徑達到納米級，因此具有極大比表面積，且纖維膜的纖維之間也形成了許多納米微孔結構，由此構成的納米無紡布材料具有很強的吸附力以及良好的過濾性和保溫性，非常適合水體中菌種與藻類在這種納米無紡布材料上繁殖與生長。b.添加超細粉體的水刺無紡布的製備對於上述收集的纖維膜，用水刺法進行機械加固。根據無紡布的單位面積的克重要求，把相應層數的纖維膜疊加在託持網簾上，並在纖維膜的層與層之間鋪灑有利於菌藻繁殖的超細粉體，所用粉體的質量為充紡布質量的210%，然後進入水刺機進行水刺纏結，水刺壓力設為630MPa，水針板上孔徑的範圍為80180nm，水針板上的打孔密度為1024個/cm。在高壓水針的作用下，上面的纖維與粉體從表面被帶入網底，當水針穿過纖維膜射到託持網簾後，受到託持網簾的反彈作用，再次穿插纖維膜。由此，纖維膜中的纖維與粉體在水針從正面直接衝擊和從反面託持網簾水射流反彈的雙重水力穿刺作用下，產生位移、穿插、纏結和抱合，促使纖維與纖維、纖維與粉體之間的相互纏結抱合，纖維膜中的纖維形成不同方向的無規則的纏結，達到加固無紡布的目的，從而形成具有一定強力和外觀的添加粉體的水刺無紡布。與此同時，在水針的撞擊下，團聚的超細粉體被分散，部分粉體顆粒被粉碎至納米級。隨高壓水刺水流出的粉體顆粒經高速離心過濾機進行液固分離後，被回收後重新利用。其後，先用軋車對無紡布進行機械擠壓脫水，然後把無紡布送入烘乾設備進行烘乾，以除去無紡布中的水分，使產品尺寸穩定，所生產的無紡布的幅寬為1.63.5m。最後，用巻繞設備將水剌無紡布自動巻繞成巻。本發明用水刺法複合超細粉體與纖維材料，避免了粉體顆粒被包覆而不能發揮功效的狀況，同時解決了超細粉體容易團聚的難題。c.納米生態基的加工把上述無紡布展開，在全自動裁床上迭加至620層後，先定位，然後裁剪成規定尺寸的長方形布料。其後按生態基圖紙尺寸進行裁剪編程，用全自動裁床對每迭長方形布料自下而上進行開口至規定位置，裁成條狀。用工業縫紉機與化纖高強工業縫紉線在每塊無紡布上端縫製成筒狀，然後在筒狀下部以及開口止位處橫縫二道加固。縫製完成後，清潔—千—淨，成品即為納米生態基，對成品質檢後裝箱入庫。本發明是由聚合物材料為起點到製成納米生態基產品的生產方法。所述的親水高分子聚合物為聚酯纖維(滌綸)或聚醯胺纖維(錦綸)或聚乙烯醇或乙烯-乙烯醇共聚物。所述的有機溶劑為異丙醇水溶液。本發明所述的有利於菌藻繁殖的超細粉體為託瑪琳粉。在纖維材料的添加劑中，託瑪琳是一種功效較理想的超細粉體，這種帶電的礦物晶體材料在晶體二端形成正負極，可以吸附水中對人體有害的重金屬；同時可使水中增加OIT或H3CV負離子，使水呈弱鹼性，並帶有還原性；具有很好的416微米遠紅外功能，俗稱"生命培育光線"的遠紅外線可以促進生物快速繁殖生長；同時託瑪琳還帶電，可使水成為小分子團活化水，提高水的含氧量；託瑪琳含有並能在水中釋放出ll種礦物質和微量元素，促進生物生長發育。鑑於託瑪琳的多種神奇功效，它已被廣泛應用到紡織品、護膚品、還原水、陶瓷品、塑料、油漆、肥料中。所述的高壓靜電紡絲機的毛細管直徑介於400700um之間。本發明所涉及的託瑪琳超細粉體與無紡布(膜)的複合方法，可以推廣到其它超細粉體與無紡布複合的應用領域。[]圖1為水質淨化用納米生態基的生產流程圖。圖2為水質淨化用納米生態基的外觀結構圖。[具體實施方式]以下結合附圖及附圖給出的實施例對本發明作進一步說明。本發明的製造技術對本專業的人來說是容易實施的。實施例1:參見圖l，本發明包括攪拌釜、乙烯-乙烯醇共聚物EVOH(親水高分子聚合物)、高壓靜電紡絲機、託瑪琳、水刺機、軋車、熱風烘燥和熱風烘筒組合式烘乾設備、巻繞設備、全自動裁床、工業縫紉機、化纖高強工業縫紉線。首先，由異丙醇和水按7:3的體積比混合配成溶劑加入到帶有加熱夾套的攪拌釜中，然後加入親水性較好的乙烯-乙烯醇共聚物EVOH，在加熱溫度8(TC下完全溶解EVOH，形成紡絲液。然後通過計量泵把紡絲液注入高壓靜電紡絲機的毛細管噴嘴中，毛細管直徑為500Pm。紡絲過程中紡絲電壓設為30kV，孔板距離設為25cm。紡絲溶液在電場力的作用下從高壓靜電紡絲機的毛細管噴嘴噴出，在運動的過程中發生裂分，形成無數細小的纖維，同時由於溶劑的揮發形成納米纖維並被收集在銅板電極上，納米纖維的直徑主要分布範圍在100300nm之間，網孔直徑主要分布在0.0810um，形成規格為80g/n^的無紡布纖維膜。對於上述收集的纖維膜，用水刺法進行機械加固。按照生產500g/m2規格的無紡布單位面積的克重要求，把6層80g/n^的無紡布纖維膜疊加在託持網簾上，並在纖維膜的層與層之間鋪灑平均粒徑為5"m的託瑪琳粉，所用粉體的質量為無紡布質量的4%，然後進入水刺機迸行水刺纏結，水刺壓力設為20MPa，水針板上孔徑的範圍為120ym，水針板上的打孔密度為16個/cm。在高壓水針的作用下，上面的纖維與粉體從表面被帶入網底，當水針穿過纖維膜射到託持網簾後，受到託持網簾的反彈作用，再次穿插纖維膜。由此，纖維膜中的纖維與粉體在在水針從正面直接衝擊和從反面託持網簾水射流反彈的雙重水力穿刺作用下，產生位移、穿插、纏結和抱合，促使纖維與纖維、纖維與粉體之間的相互纏結抱合，纖維膜中的纖維形成不同方向的無規則的纏結，達到加固無紡布的目的，形成添加粉體的水刺無紡布。其後，先用MatexTop-S軋車對無紡布進行機械擠壓脫水，然後把無紡布送入MH602Z-250型烘筒烘燥機與W2723型圓網烘燥機組合式烘乾設備進行烘乾，以除去無紡布中的水分，最後用W2801型自動巻繞機將無紡布自動巻繞，水刺EVOH無紡布產品的規格為門幅為2m、長度為50m,重500g/m2。把上述無紡布展開，在TC-50全自動裁床上迭加至10層後，先定位，然後裁剪成長1.9m、寬2m的長方形布料。其後按圖2進行裁剪編程，用全自動裁床對每迭長方形布料自下向上進行開口至1.5m止位，裁成條狀，參見圖2，其中l為布筒，2為塊狀布，3為條狀布。用JK-609厚料平縫機與化纖高強工業縫紉線在每塊無紡布上端縫製成直徑為35mm的筒狀，在下延300mm以及開口止位處橫縫二道加固。縫製完成後，清潔乾淨，成品為納米生態基，對成品質檢後裝箱入庫。實施例2:在上海浦東某一段河道用本發明所述的納米生態基進行黑臭整治，河道工程段長500m、寬8m、深3m,整治前河道黑臭，水質為劣V類水。整治時，在河道中均勻投放600n^的納米生態基，2周後生態基上掛模良好，水質開始明顯改善，3個月後水質已提高到V類水。該河道整治前後的水質監測見下表。tableseeoriginaldocumentpage12權利要求1、一種水質淨化用納米生態基的生產方法，包括親水高分子聚合物、有機溶劑、計量泵、高壓靜電紡絲機、託持網簾、超細粉體、水刺機、高速離心過濾機、軋車、烘乾設備、卷繞設備、全自動裁床、工業縫紉機、化纖高強工業縫紉線，其特徵在於以下工藝步驟a.親水納米纖維膜的製備採用高壓靜電紡絲法製備納米纖維，首先把親水高分子聚合物溶解在有機溶劑中，形成紡絲液，然後通過計量泵把紡絲液注入高壓靜電紡絲機的毛細管噴嘴中，紡絲過程中紡絲電壓設為10～40kV，孔板距離設為20～30cm；紡絲溶液在電場力的作用下從高壓靜電紡絲機的毛細管噴嘴噴出，在運動的過程中發生裂分，形成無數細小的纖維，同時由於溶劑的揮發形成納米纖維並被收集在銅板電極上，納米纖維的直徑分布範圍在80～400nm之間，形成規格為50～100g/m2的無紡布纖維膜；b.添加超細粉體的水刺無紡布的製備對於上述收集的無紡布纖維膜，用水刺法進行機械加固，根據無紡布的單位面積的克重要求，把相應層數的纖維膜疊加在託持網簾上，並在纖維膜的層與層之間鋪灑有利於菌藻繁殖的超細粉體，所用粉體的質量為無紡布質量的2～10％，然後進入水刺機進行水刺纏結，水刺壓力設為6～30MPa，水針板上孔徑的範圍為80～180μm，水針板上的打孔密度為10～24個/cm；在高壓水針的作用下，上面的纖維與粉體從表面被帶入網底，當水針穿過纖維膜射到託持網簾後，受到託持網簾的反彈作用，再次穿插纖維膜，由此，纖維膜中的纖維與粉體在水針從正面直接衝擊和從反面託持網簾水射流反彈的雙重水力穿刺作用下，產生位移、穿插、纏結和抱合，促使纖維與纖維、纖維與粉體之間的相互纏結抱合，纖維膜中的纖維形成不同方向的無規則的纏結，達到加固無紡布的目的，從而形成添加粉體的水刺無紡布；與此同時，在水針的撞擊下，團聚的超細粉體被分散，部分粉體顆粒被粉碎至納米級，隨高壓水刺水流出的粉體顆粒經高速離心過濾機進行液固分離後，被回收後重新利用；其後，先用軋車對無紡布進行機械擠壓脫水，然後把無紡布送入烘乾設備進行烘乾，以除去無紡布中的水分，使產品尺寸穩定，所生產的無紡布的幅寬為1.6～3.5m；最後，用卷繞設備將水刺無紡布自動卷繞成卷；c.納米生態基的加工把上述水刺無紡布展開，在全自動裁床上迭加至6～20層後，先定位，然後裁剪成規定尺寸的長方形布料，其後進行裁剪編程，用全自動裁床對每迭長方形布料自下而上進行開口至規定位置，裁成條狀，用工業縫紉機與化纖高強工業縫紉線在每塊無紡布上端縫製成筒狀，然後在筒狀下部以及開口止位處橫縫二道加固，縫製完成後，清潔乾淨，成品即為納米生態基。2、根據權利要求l所述的一種水質淨化用納米生態基的生產方法，其特徵在於所述的親水高分子聚合物為聚酯纖維或聚醯胺纖維或聚乙烯醇或乙烯-乙烯醇共聚物。3、根據權利要求1所述的一種水質淨化用納米生態基的生產方法，其特徵在於所述的有機溶劑為異丙醇水溶液。4、根據權利要求l所述的一種水質淨化用納米生態基的生產方法，其特徵在於所述的超細粉體為託瑪琳粉。5、根據權利要求l所述的一種水質淨化用納米生態基的生產方法，其特徵在於所述的高壓靜電紡絲機的毛細管直徑介於400700um之間。全文摘要本發明涉及紡織領域、環保領域以及納米
技術領域：
，具體地說是一種水質淨化用納米生態基的生產方法，包括親水高分子聚合物、高壓靜電紡絲機、託持網簾、超細粉體、水刺機、高速離心過濾機、軋車、烘乾設備、卷繞設備、全自動裁床、工業縫紉機、化纖高強工業縫紉線，其特徵在於採用高壓靜電紡絲法製備納米纖維膜，用水刺法對摻入了超細粉體的無紡布纖維膜進行機械加固，製備出添加超細粉體的水刺無紡布，最後進行納米生態基的加工。本發明是由聚合物材料為起點到製成納米生態基產品的生產方法，所涉及的託瑪琳超細粉體與無紡布(膜)的複合方法，可以推廣到其它超細粉體與無紡布複合的應用領域。文檔編號C02F3/10GK101434433SQ20081020726公開日2009年5月20日申請日期2008年12月18日優先權日2008年12月18日發明者唐國卿,徐煥章,遊振輝,蔡志武申請人:上海國瑞環保科技有限公司