一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法

2023-07-21 03:43:26

一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法
【專利摘要】一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法，涉及水淨化。濾芯的組成與質量比含量為活性炭50～65，硅藻土5～10，高嶺土29.8～35，抗菌劑0.1～0.5，金屬離子添加劑0～3，石墨烯微片0.1～1.5。將石墨烯微片放入N-甲基吡咯烷酮水溶液中分散為2～25g/L的石墨烯微片分散液；將硅藻土、高嶺土、活性炭、抗菌劑、金屬離子添加劑和石墨烯微片分散液球磨後，取出漿料，熟化後得到注漿成型用的漿料，倒入石膏模的型腔中，待在石膏模內壁吸附的胚體厚度為8～15mm後，倒出未吸附的流動漿料，獲得空心濾芯胚體，脫氣處理後，把濾芯胚體從石膏模內脫出，得到濾芯生坯，乾燥燒結還原，冷卻，即得複合活性炭超濾濾芯。
【專利說明】一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水淨化，尤其是涉及一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法。
【背景技術】
[0002]石墨稀由一層二維平面排列的碳原子組成的，其中碳原子以sp2雜化連接，由於石墨稀是單原子碳層，因此它具有極大的比表面積，其理論值可達2600m2/g，其具有非常高的吸附性能及特殊功效。
[0003]目前，無論是採用擠出成型法還是燒結成型來製備的活性炭棒濾芯，除了其具有優異的物理吸附功效外，其過濾精度一般都在0.5?10 μ m。要做到過濾精度在0.05?
0.1 μ m，上述方法均無法實現。
[0004]中國專利201210437472公開一種含多壁碳納米管、低溫燒結、高強度的硅藻土基複合陶瓷濾芯及其製備方法，該複合陶瓷濾芯由以下質量份數原料製成:精製硅藻土 60?80份，活性炭12?20份，分散劑4.5?9份，燒結助劑2?6份，抗菌劑I?3份，碳納米管0.5?2份。該發明的含碳納米管低溫燒結高強度硅藻土基複合陶瓷濾芯因其內部均勻分布的多壁碳納米管，能夠提高陶瓷濾芯的機械性能；同時，多壁碳納米管具有介孔結構，能夠有效吸附去除水中重金屬離子。此外，通過添加微米級金屬鋁粉降低了燒結溫度(0.5GPa)。
[0005]中國專利201310255456公開一種複合陶瓷濾芯及其製備方法，硅藻土 12?14、活性炭36?38、碳納米管2?3、硝酸銀I?2、椰油酸單乙醇醯胺4?5、偏矽酸鈉7?9、丙二醇8?10、澱粉3?5、碳酸氫銨3?4、改性膨潤土 20?25、水適量。該發明的含碳納米管，能夠提高陶瓷濾芯的機械性能；同時，多壁碳納米管具有介孔結構，能夠有效吸附去除水中重金屬離子。該發明可以用於空氣調節系統的空氣過濾、也可以用於水過濾、還可以用於汽車濾清器吸氣過濾，適用於各種環境惡劣的場所。
[0006]中國專利201310255348公開一種炭晶複合微孔陶瓷濾芯及其製備方法，由下列重量份的原料製成:輕質碳酸鈣12?14、高嶺土 9?12、硅藻土 7?9、竹炭粉10?12、木炭粉4?6、秸杆灰燼I?2、天青石粉12?14、滑石粉6?8、雲母粉3?5、氯化石蠟10?12、乙醇12?14、改性膨潤土 25?35、水適量。
[0007]中國專利200810006710公開一種炭晶複合微孔陶瓷濾芯及其製備方法，該炭晶複合微孔陶瓷濾芯以硅藻土和炭粉為主要成分，加入輕質碳酸鈣、高嶺土等其他材料混合攪拌後，經注漿或壓坯成型，在還原性氣氛下燒結而成的炭晶複合微孔陶瓷濾芯，成品形狀可為管狀、板狀、半球狀等形狀。這種微孔陶瓷濾芯主要用於水處理設備或其他過濾設備中；同時具有過濾、吸附和抑制細菌繁殖等多種功能。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在於提供含石墨烯微片、高過濾精度的一種複合活性炭超濾濾芯及其製備方法。利用石墨烯特殊的吸附性能，其表面積達到2600m2/g，以及納米銀優異的抗菌殺菌能力及超濾級過濾精度的控制技術，而獲得一種新型的複合活性炭超濾濾芯，其對有機物、細菌及鉛等有毒重金屬離子去除非常有效。
[0009]所述複合活性炭超濾濾芯由以下質量份數原料製成:活性炭50?65份,娃藻土5?10份，高嶺土 29.8?35份，抗菌劑0.1?0.5份，金屬離子添加劑O?3份，石墨烯微片0.1?1.5份。
[0010]所述活性炭原料的平均顆粒粒徑為10?16 μ m,比表面積BET值>1100?1500m2/g，碘值為 600 ?1000mg/g。
[0011]所述硅藻土原料的平均顆粒粒徑為6?10 μ m，所述高嶺土原料的平均顆粒粒徑為2?5 μ m。
[0012]所述抗菌劑可採用硝酸銀等，所述金屬離子添加劑可採用硝酸鐵或者氯化鐵等。所述石墨烯微片原料厚度為80?IOOnm,平均微片直徑為8 μ m。
[0013]所述複合活性炭超濾濾芯製備方法，包括以下步驟:
[0014]I)石墨烯微片的分散:將石墨烯微片放入體積比濃度為10%的N-甲基吡咯烷酮水溶液中超聲波分散為2?25g/L的石墨烯微片分散液；
[0015]2)注漿成型用的漿料的製備:將硅藻土、高嶺土、活性炭、抗菌劑、金屬離子添加劑和石墨烯微片分散液球磨後，取出漿料，熟化後得到注漿成型用的漿料；
[0016]3)注漿成型及脫模:將注漿成型用的漿料倒入石膏模的型腔中，待在石膏模內壁吸附的胚體厚度為8?15_後，倒出石膏模中的未吸附的流動漿料，獲得空心的濾芯胚體，將石膏模脫氣處理後，把濾芯胚體從石膏模內脫出，得到複合活性炭超濾濾芯生坯；
[0017]4)複合活性炭超濾濾芯生坯乾燥及燒結:將複合活性炭超濾濾芯生坯乾燥，燒結還原後，隨爐冷卻到室溫取出，即得載有納米銀、納米鐵的複合活性炭超濾濾芯。
[0018]在步驟2)中，所述球磨可採用行星式萬能球磨機球磨，硅藻土、高嶺土、活性炭、抗菌劑和石墨烯微片分散液的總質量與磨球的質量比可為1: 3，所述磨球可由兩種不同粒徑陶瓷球組成，其中一種陶瓷球的直徑為1mm，另一種陶瓷球的直徑為2mm，直徑為Imm陶瓷球和2mm陶瓷球的質量比為(I?3): 1，球磨的轉速可為1000?3000rpm,球磨的時間可為8?16h ;所述熟化可採用靜止熟化12?24h。
[0019]在步驟3)中，所述脫氣處理可將石膏模倒置放入真空度為IOkPa的真空箱中，靜止2?4h脫氣處理。
[0020]在步驟4)中，所述乾燥的溫度可為102?108°C，乾燥的時間可為12?24h ;所述燒結還原的方法可將乾燥後的複合活性炭超濾濾芯生坯放入真空反應燒結爐中，在氮氣和氫氣的氣氛中燒結還原，按照4?6°C /min的速度升溫，燒結的溫度為850?920°C，燒結的時間為1.5?3h。
[0021]本發明製備的複合活性炭超濾濾芯按照《GB5750-2006生活飲用水標準檢驗法》標準進行加標測試測試對餘氯的去除率，對鉛的去除率，採用多功能孔徑分析儀PSDA-20型對其進行孔徑大小測量。與現有技術相比，本發明具有下列優點:
[0022]1、可高效、快速去除水中有機汙染物、消毒副產物、餘氯以及鉛離子等重金屬離子，通過標準加標測試對餘氯的去除率可達到100%，鉛離子去除率達到95%。
[0023]2、具有殺菌和抑菌功能，能夠有效殺菌；同時，由於其過濾精度聞，平均孔徑為0.08 μ m,因此能夠完全攔截細菌和病毒。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]I)石墨烯微片的分散:將厚度為80~IOOnm,平均微片直徑為8 μ m石墨烯微片15g放入體積比濃度為10%的N-甲基吡咯烷酮水溶液0.6L中超聲分散為25g/L的石墨烯微片分散液。
[0026]2)注漿成型用的漿料的製備:將平均顆粒粒徑為1(^!11活性炭50(^，平均顆粒粒徑為6 μ m娃藻土 100g,平均顆粒粒徑為2 μ m高嶺土 350g,硝酸銀5g,硝酸鐵30g和上述的石墨烯微片的分散液，放入行星式萬能球磨機中進行球磨，物料與磨球的質量比例為
I: 3，磨球由兩種不同粒徑陶瓷球組成，其中一種陶瓷球的直徑為1mm，另一種轉速陶瓷球的直徑為2mm，直徑為1mm陶瓷球和2mm陶瓷球的質量比為3:1。球磨轉速為3000rpm，球磨時間為8h，取出漿料，靜止熟化24h得到注漿成型用的漿料。
[0027]3)注漿成型及脫模:將熟化後的漿料倒入石膏模的型腔中，待在石膏模內壁吸附的胚體厚度為15mm後，倒出石膏模中的未吸附的流動漿料，獲得空心的濾芯胚體，將石膏模倒置放入真空度為IOkPa的真空箱中，靜止4h脫氣處理，把濾芯胚體從石膏模內脫出，得到複合活性炭超濾濾芯生坯。
[0028]4)複合活性炭超濾濾芯生坯乾燥及燒結:將複合活性炭超濾濾芯生坯在108°C下乾燥24h，將乾燥後的生坯放在真空反應燒結爐中，在氮氣和氫氣的氣氛中燒結還原，按照40C /min的速度升溫，燒結溫度為920°C，燒結時間為1.5h後，隨爐冷卻到室溫取出。可獲得載有納米銀、納米鐵的複合活性炭超濾濾芯。
[0029]獲得的複合超濾濾芯按照《GB5750-2006生活飲用水標準檢驗法》標準進行加標測試測試對餘氯的去除率，對鉛的去除率，採用多功能孔徑分析儀PSDA-20型對其進行孔徑大小測量。通過標準加標測試，鉛離子去除率達到95.6%，餘氯去除率100%。多功能孔徑分析儀PSDA-20測試結果表明，複合活性炭超濾濾芯的平均孔徑為0.08 μ m。餘氯性能測試數據參見表1。
[0030]表1
[0031]
【權利要求】
1.一種複合活性炭超濾濾芯，其特徵在於其原料組成與質量比含量為:活性炭50?65,娃藻土 5?10,高嶺土 29.8?35,抗菌劑0.1?0.5,金屬離子添加劑O?3,石墨烯微片 0.1 ?1.5。
2.如權利要求1所述一種複合活性炭超濾濾芯，其特徵在於所述活性炭的平均顆粒粒徑為10?16 μ m,比表面積BET值為1100?1500m2/g，碘值為600?1000mg/g。
3.如權利要求1所述一種複合活性炭超濾濾芯，其特徵在於所述硅藻土的平均顆粒粒徑為6?10 μ m，所述高嶺土的平均顆粒粒徑為2?5 μ m。
4.如權利要求1所述一種複合活性炭超濾濾芯，其特徵在於所述抗菌劑採用硝酸銀，所述金屬離子添加劑可採用硝酸鐵或者氯化鐵；所述石墨烯微片厚度為80?lOOnm，平均微片直徑為8 μ m。
5.如權利要求1?4中任一所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)石墨烯微片的分散:將石墨烯微片放入體積比濃度為10%的N-甲基吡咯烷酮水溶液中超聲波分散為2?25g/L的石墨烯微片分散液； 2)注漿成型用的漿料的製備:將硅藻土、高嶺土、活性炭、抗菌劑、金屬離子添加劑和石墨烯微片分散液球磨後，取出漿料，熟化後得到注漿成型用的漿料； 3)注漿成型及脫模:將注漿成型用的漿料倒入石膏模的型腔中，待在石膏模內壁吸附的胚體厚度為8?15_後，倒出石膏模中的未吸附的流動漿料，獲得空心的濾芯胚體，將石膏模脫氣處理後，把濾芯胚體從石膏模內脫出，得到複合活性炭超濾濾芯生坯； 4)複合活性炭超濾濾芯生坯乾燥及燒結:將複合活性炭超濾濾芯生坯乾燥，燒結還原後，隨爐冷卻到室溫取出，即得載有納米銀、納米鐵的複合活性炭超濾濾芯。
6.如權利要求5所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於在步驟2)中，所述球磨採用行星式萬能球磨機球磨，硅藻土、高嶺土、活性炭、抗菌劑和石墨烯微片分散液的總質量與磨球的質量比可為1: 3，所述磨球可由兩種不同粒徑陶瓷球組成，其中一種陶瓷球的直徑為1mm，另一種陶瓷球的直徑為2mm，直徑為Imm陶瓷球和2mm陶瓷球的質量比為(I?3):1,球磨的轉速可為1000?3000rpm,球磨的時間可為8?16h。
7.如權利要求5所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於在步驟2)中，所述熟化採用靜止熟化12?24h。
8.如權利要求5所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於在步驟3)中，所述脫氣處理是將石膏模倒置放入真空度為IOkPa的真空箱中，靜止2?4h脫氣處理。
9.如權利要求5所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於在步驟4)中，所述乾燥的溫度為102?108°C，乾燥的時間為12?24h。
10.如權利要求5所述複合活性炭超濾濾芯的製備方法，其特徵在於在步驟4)中，所述燒結還原的方法是將乾燥後的複合活性炭超濾濾芯生坯放入真空反應燒結爐中，在氮氣和氫氣的氣氛中燒結還原，按照4?6°C /min的速度升溫，燒結的溫度為850?920°C，燒結的時間為1.5?3h。
【文檔編號】B01D39/20GK103768869SQ201410032299
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】餘水, 莊友加, 李明仁 申請人:廈門建霖工業有限公司