一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法
2023-04-30 19:30:16
一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法，所述的多重結構為兩層或三層結構，所述的燒結炭棒的過濾孔孔徑由外層向內層呈梯度變化，即外層的過濾孔孔徑大於內層的過濾孔孔徑。本發明的梯度式多重結構的燒結炭棒，具有在同一支炭棒內可設計出多層次不同配方之優點，且納汙容塵量較高，可以有效減少水中異物顆粒之阻塞，延長炭棒的使用壽命。
【專利說明】一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於濾芯材料製備領域，具體涉及一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法。
【背景技術】
[0002]炭棒是飲用水淨化器的一個非常關鍵且重要的濾材。炭棒的形成方法可分擠出工藝與燒結工藝兩種。燒結法的工藝較複雜，產速較慢，但功能性質量比擠出法佳。因此，飲用水源受汙染較大，或自來水廠淨化技術較不先進的地區，特別需要採用燒結制出的炭棒做為淨水器的核心單元。目前市場上所出售的燒結炭棒幾乎都是單層結構，很難實現在同一支炭棒上擁有可設計出不同功能的靈活性。況且炭棒的過濾精度與其水通量或受阻塞時間是互相矛盾的關係。即炭棒的燒結孔徑越小，攔截水中異物雜質的能力越佳，但卻越容易受阻塞，工作壽命越短。如何能使進水的大顆粒的雜質被擋住在炭棒外層，水繼續穿過炭棒，讓小顆粒雜質被吸附在炭棒層內，只剩下乾淨的出水供飲用被過濾排出則是一個較挑戰的難題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種梯度式多重結構的燒結炭棒及其製備方法，該梯度式多重結構的燒結炭棒，具有在同一支炭棒內可設計出多層次不同配方之優點，且納汙容塵量較高，可以有效減少水中異物顆粒之阻塞，延長炭棒的使用壽命。
[0004]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：` 一種梯度式多重結構的燒結炭棒的多重結構為兩層或三層結構，所述的燒結炭棒的過濾孔孔徑由外層向內層呈梯度變化，即外層的過濾孔孔徑大於內層的過濾孔孔徑。
[0005]三層結構的燒結炭棒的各層原料組分及質量百分比為：
外層：40-100目活性炭粉40~85% ;黏結劑15~40% ;改質劑0~20% ；
中間層：80~200目活性炭粉40~85% ;黏結劑15~40% ;改質劑0~20% ；
內層：160-500目活性炭粉40~85% ;黏結劑15~40% ;改質劑0~20%。
[0006]所述的活性炭粉是椰殼質、煤質、木質中的一種或幾種的混合物；所述的黏結劑是LDPE, HDPE, LLDPE, EVA、PP或超高分子量聚乙烯；所述的改質劑是沸石粉、分子篩、除重金屬離子篩、硅藻土、抗菌劑、水質軟化劑中的一種。
[0007]製備如上所述的梯度式多重結構的燒結炭棒的方法包括以下步驟：
(1)將各層配方料秤取後分別在低速混拌機內混合10-30分鐘，然後分別注入加料漏鬥之各層，並充填至模具內；
(2)啟動模具下方的振動器3飛分鐘使配料均勻；然後抽出加料漏鬥，並在模具上方鎖上塞頭式端蓋；
(3)將模具移入燒結爐內，18(T30(TC燒結25-60min;然後取出模具，以冷風或冷水冷卻之；最後打開塞頭端蓋，並頂出已成形的梯度式多重結構的燒結炭棒。[0008]製作如上所述的梯度式多重結構炭棒的製備模具包括有漏鬥加料器和套在漏鬥加料器下部的底模，所述底模包括有柱形外筒體和設在柱形外筒體中心軸線上的中柱；所述漏鬥加料器包括有漏鬥狀外筒體和設在漏鬥狀外筒體體內的一層以上的漏鬥狀內筒體，所述漏鬥狀外筒體可伸入柱形外筒體內緣內，所述漏鬥狀內筒體下部延伸至柱形外筒體的筒底，所述中柱伸入至漏鬥狀內筒體的中心部。所述漏鬥狀外筒體內設有兩層的漏鬥狀內筒體，所述該兩層漏鬥狀內筒體的下部均延伸至柱形外筒體的筒底。 [0009]本發明的顯著優點在於：本發明解決了配方及結構功能性單一，而且能做到精細過濾但又不易阻塞的困難。採用一種多夾層（三層或兩層）的漏鬥式加料器，置於炭棒模具的進料口。它能使不同粒度的炭粉配方料，進入不同夾層，結果在同一支炭棒模具內能夠實現多層次結構，多重配方之可能。由於炭棒最外層之燒結孔徑最大，中間層之燒結孔徑次之，最內層之燒結孔徑最小，因此形成一個過濾孔由外層向內層呈梯度變化的特殊結構，非常有利於水中之大、中、小顆粒雜質依序被炭棒之三層結構逐次攔截並吸附。此種梯度式多層結構的炭棒可以使過濾與堵塞兩種矛盾性得到最佳平衡，並且發揮所需要的特定功能。如此可因應不同地區水質之特性而設計出最符合該地區適用的多層多功能型燒結炭棒。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖I是本發明梯度式多重結構的燒結炭棒的構造示意圖；
圖2是本發明製備模具的構造示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下透過兩種對照例與實施例來說明本發明之製備工藝與優點。
[0012]本發明中所測試之過濾精度乃採用美國ChemTrac公司PC-2400D型號過濾顆粒通過分析儀所測得的過濾效率。
[0013]所述納汙容塵量是指將製備好的泥漿水(每升所含粉塵數量固定）按每分鐘固定的流速加入到濾心測試產品中，記錄濾芯流量降到初始流量1/4時所用掉的泥漿水的量，推算出所使用掉的泥漿水的粉塵量，這個粉塵量即為濾芯的納汙值(容塵量）；容塵量越大表炭棒之容塵納汙能力較聞,亦即炭棒不易堵塞。
[0014]對照例I
製備一種單層結構的通用型燒結活性炭棒
步驟一：秤取中等顆粒的活性炭棒配方380克，其組成為：
中等粒徑活性炭粉（粒徑120目~160目)…82%
黏結劑（HDPE)…18%
步驟二 ：上述配方料混合均勻後，注入金屬質炭棒模具內，振蕩3飛分鐘，然後上方鎖上塞頭式金屬端蓋。
[0015]步驟三：將模具移入燒結爐內，設定爐溫260，燒結40分鐘後將模具移出爐外，以冷風或冷水將之冷卻。然後打開塞頭端蓋，頂出已成形的炭棒。
[0016]所得之炭棒，測其公稱精度為5micron,孔徑分布在2~5micron,範圍內約佔86%。測其納汙容塵量為44克。
[0017]實施例I製備一種梯度式三層結構的高容塵（高納汙）型燒結炭棒 步驟一：首先秤取120克的粗孔徑炭棒配方料，其組成為：
粗顆粒活性炭粉（粒徑40目~80目）…82%
黏結劑（HDPE)…18%
此為A層配方料
步驟二 ：秤取180克之中孔徑炭棒配方料，其組成為：
中顆粒活性炭粉（粒徑120目~160目)…82%
黏結劑（HDPE)…18%
此為B(中間層)配方料
步驟三：首先秤取80克的細孔徑炭棒配方料，其組成為：
細顆粒活性炭粉（粒徑160目"250目)…82%
黏結劑（HDPE)…18%
此為C層配方料
步驟四：將上述A、B、C三種配方配方料各別注入已插在炭棒模具內的三夾層式漏鬥。振蕩約3飛分鐘使之均勻。然後抽出漏`鬥，並在模具上端鎖上塞頭頂蓋。
[0018]步驟五：將模具移入燒結爐內，設定爐溫260，燒結40分鐘後將模具移出爐外，以冷風或冷水將之冷卻。然後打開塞頭端蓋，頂出已成形的炭棒。
[0019]所得之炭棒,其（公稱)過濾精度為5micron,孔徑分布在2~5micron範圍內約佔88%。測其納汙容塵量為56克。與對照例I相比，容塵量提高27. 27%。
[0020]對照例2
製備一種單層結構的抗菌型燒結活性炭棒
步驟一：秤取400克之抗菌型活性炭棒配方料，其組成為：
活性炭粉(粒徑80目~160目)...74%
黏結劑（HDPE)…20%
載銀羥基磷灰石粉…6%
步驟二 ：上述配方料混合均勻後，注入金屬質炭棒模具內，振蕩3飛分鐘，使之均勻，然後上方鎖上塞頭式金屬端蓋。
[0021]步驟三：將模具移入燒結爐內，設定爐溫為270，燒結40分鐘後將模具移出爐外，以冷風或冷水將之冷卻。然後打開塞頭端蓋，頂出已成形的炭棒。
[0022]所得之炭棒在自來水中浸泡48小時候，依GB/T 5750. 12方法測水中菌落群數為零。依據GB/T 5750. 6法測得浸泡後過濾水之銀離子析出量為0.08mg/L。
[0023]實施例2
製備一種梯度式兩層結構的抗菌型燒結炭棒
步驟一：首先秤取180克之含抗菌劑炭棒配方料，其組成為：
活性炭粉（粒徑8O目~比0目)…66.67%
黏結劑（HDPE)…20%
載銀羥基磷灰石粉…13. 33%
此為A (外層）配方料
步驟二 ：秤取220克之炭棒配方料，其組成為：活性炭粉（粒徑120目~250目)…80%
黏結劑（HDPE)…20%
此為B(內層)配方料
步驟三：上述A與B配方料各自用臥式混合機低速攪拌10分鐘，將雙夾層式漏鬥填料器插入炭棒模具內。然後將上述A、B兩種配方料分別經雙層漏鬥注入模具內。振蕩： 5分鐘使配方料均勻。插入漏鬥並在模具上方鎖上塞頭頂蓋。
[0024]步驟四：將模具移入燒結爐內，設定爐溫270，燒結40分鐘後將模具移出爐外，以冷風或冷水將之冷卻。然後打開塞頭端蓋頂出已成形的炭棒。
[0025]所得之炭棒，在自來水中浸泡48小時候，依GB/T 5750. 12方法測水中菌落群數為零。依據GB/T 5750. 6法測得浸泡後過濾水之銀離子析出量為0.02mg/L。
[0026]與對照例2相比，本實施例浸泡自來水中48小時候，其銀離子析出量相對少很多。原因可能是A層中被水析出的銀離子，釋放後被B層料所吸收。由此可見本實施例的雙層抗菌炭棒比單層式抗菌炭棒，功能（抗菌性）相同，但安全性提升很高。
[0027]本發明多重結構燒結炭棒的製備模具，包括有漏鬥加料器3和套在漏鬥加料器下部的底模4，所述底模4包括有柱形外筒體401和設在柱形外筒體中心軸線上的中柱402 ；所述漏鬥加料器3包括有漏鬥狀外筒體301和設在漏鬥狀外筒體體內的一層以上的漏鬥狀內筒體302，所述漏鬥狀外筒體可伸入柱形外筒體401內緣內，所述漏鬥狀內筒體302下部303延伸至柱形外筒體的筒底403，所述中柱402伸入至漏鬥狀內筒體的中心部。
[0028]如圖2所示，為了實現製作具有三層結構的炭棒，上述漏鬥狀外筒體內設有兩層的漏鬥狀內筒體302，所述該兩層漏鬥狀內筒體302的下部均延伸至柱形外筒體的筒底403。
[0029]使用該模具製作多重結構燒結炭棒的過程：在底模中套入漏鬥加料器，使漏鬥狀內筒體的下部底端伸至柱形外筒體的內底端，同時中柱也伸入到漏鬥狀內筒體體內，開始往漏鬥狀外筒體與漏鬥狀內筒體之間的夾層中、漏鬥狀內筒體與中柱之間灌入不同的炭棒層配方料，振蕩幾分鐘使之均勻即完成模具的灌料。
[0030]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種梯度式多重結構的燒結炭棒，其特徵在於：所述的多重結構為兩層或三層結構，所述的燒結炭棒的過濾孔孔徑由外層向內層呈梯度變化，即外層的過濾孔孔徑大於內層的過濾孔孔徑。
2.根據權利要求1所述的梯度式多重結構的燒結炭棒，其特徵在於：三層結構的燒結炭棒的各層原料組分及質量百分比為： 外層：40~100目活性炭粉40~85%，黏結劑15~40%，改質劑0~20% ； 中間層：80~200目活性炭粉40~85%，黏結劑15~40%，改質劑0~20% ； 內層：160~500目活性炭粉40~85%，黏結劑15~40%，改質劑0~20%。
3.根據權利要求2所述的梯度式多重結構的燒結炭棒，其特徵在於：所述的活性炭粉是椰殼質、煤質、木質中的一種或幾種的混合物；所述的黏結劑是LDPE、HDPE, LLDPE, EVA、PP或超高分子量聚乙烯；所述的改質劑是沸石粉、分子篩、除重金屬離子篩、硅藻土、抗菌劑、水質軟化劑中的一種。
4.一種製備如權利要求1或2所述的梯度式多重結構的燒結炭棒的方法，其特徵在於：包括以下步驟： (1)將各層配方料秤取後分別在低速混拌機內混合10-30分鐘，然後分別注入加料漏鬥之各層，並充填至模具內； (2)啟動模具下方的振動器3飛分鐘使配料均勻；然後抽出加料漏鬥，並在模具上方鎖上塞頭式端蓋； (3)將模具移入燒結爐內 ，18(T30(TC燒結25-60min;然後取出模具，以冷風或冷水冷卻之；最後打開塞頭端蓋，並頂出已成形的梯度式多重結構的燒結炭棒。
5.一種製作如權利要求1所述的梯度式多重結構的燒結炭棒的製備模具，其特徵在於：包括有漏鬥加料器和套在漏鬥加料器下部的底模，所述底模包括有柱形外筒體和設在柱形外筒體中心軸線上的中柱；所述漏鬥加料器包括有漏鬥狀外筒體和設在漏鬥狀外筒體體內的一層以上的漏鬥狀內筒體，所述漏鬥狀外筒體可伸入柱形外筒體內緣內，所述漏鬥狀內筒體下部延伸至柱形外筒體的筒底，所述中柱伸入至漏鬥狀內筒體的中心部。
6.根據權利要求5所述的梯度式多重結構的燒結炭棒的製備模具，其特徵在於：所述漏鬥狀外筒體內設有兩層的漏鬥狀內筒體，所述該兩層漏鬥狀內筒體的下部均延伸至柱形外筒體的筒底。
【文檔編號】B01D39/20GK103480204SQ201310441146
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】葉嶽霖, 張金樹, 莊友加, 李明仁 申請人:廈門建霖工業有限公司