複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器的製作方法

2024-01-19 00:07:15 1

專利名稱：複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種淨水器複合過濾器及具有淨水器複合過濾器的淨水器，更詳細地，涉及一種包含活性炭、活性炭纖維、離子交換纖維、抗菌中空纖維膜中至少一種的複合過濾器及具有上述複合過濾器的淨水器。
背景技術：
近來，自來水的水質顯著下降從而導致各種問題。例如，由於水中含有苯酚等有機物或者鏽、土鹼、土金屬等雜質，從而被指出影響健康或者降低味道。並且，由於集體生活的增加，在使用共同水罐時，由於管理不好或汙染物的流入，而頻繁發生細菌增殖等 水質惡化的情況，從而需要能夠提供清潔的飲用水的淨水器。一般，淨水器提供通過過濾自來水或者自然水等需要淨水的淨化對象水來提供溫水或涼水的淨水的功能。淨水器應具有多個過濾器，這些過濾器除去包含混合在淨化對象水的浮遊物在內的對人體有害的成分和味道來殺滅引發水引性疾病的細菌。淨水器選擇性地具有沉澱過濾器，其使淨化對象水依次通過的同時形成為淨水；粒狀活性炭過濾器，藉助基於活性炭的微細氣孔的吸附作用來實現過濾功能；中空纖維膜過濾器，其通過在膜表面分布的多個微細氣孔除去汙染物質；紫外線殺菌過濾器等。將來，需要研究開發更加小型化且使用壽命提高的淨水器，這也是當前實情。

發明內容
技術問題本發明的目的在於，提供一種實現淨水器大小的小型化的同時提供更好的淨水性能的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。本發明的再一目的在於，提供一種同時除去淨化對象水的有害物質和消毒副產物的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。本發明的另一目的在於，提供一種能夠除去在淨水器的內部棲息的病原性微生物的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。解決問題的手段 根據本發明的一實施方式的淨水用複合過濾器可包括機殼，流入口，其形成在上述機殼的一側，使淨化對象水流入，流出口，其形成在上述機殼的另一側，使上述淨化對象水淨水而流出，複合過濾器模塊，其形成在上述流入口與上述流出口之間，具有活性炭纖維層及離子交換層；上述活性炭纖維層及上述離子交換層可沿著上述機殼的側壁交替層壓。根據本發明的第二實施方式的淨水用複合過濾器包括抗菌中空纖維膜，有關上述抗菌中空纖維膜的製備方法，將包含高分子的高分子溶液分散到非溶劑來製備中空纖維膜，將上述製備的中空纖維膜浸水於銀離子溶液中來使銀離子滲透於上述中空纖維膜，將滲透有上述銀離子的中空纖維膜浸水於包含肼及無水水合肼(anhydrous hydrazinehydrate)的至少一種的反應溶液中來使上述銀離子還原,從而製備上述抗菌中空纖維膜。
發明的效果根據本發明，能夠提供通過具有多個活性炭過濾器部來能夠實現淨水器的大小的小型化的同時提高淨水性能的複合過濾 器及具有複合過濾器的淨水器。根據本發明，能夠提供包含活性炭纖維和離子交換纖維來提供簡單的結構和優秀的淨水性能的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。根據本發明，能夠提供在中空纖維膜的表面塗敷銀粒子而能夠除去病原性微生物的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。


圖I表示本發明的一實施例的淨水用複合過濾器。圖2表示本發明的一實施例的活性炭纖維。圖3及圖4是本發明的一實施例的粒狀活性炭的製備順序圖。圖5及圖6是本發明的一實施例的粉末活性炭的製備順序圖。圖7是用於說明本發明的一實施例的中空纖維膜的製備方法的流程圖。圖8表示根據本發明的一實施例而製備的抗菌中空纖維膜的剖面。圖9表示本發明的一實施例的淨水順序圖。圖10表示本發明的另一實施例的淨水用複合過濾器。圖11及圖12是用於說明本發明的一實施例的離子交換反應的圖。圖13是用於說明本發明的複合過濾器的動作方法的圖。
具體實施例方式本發明的上述目的、特徵及優點，通過與附圖相關的以下的詳細說明將更加清楚。下面，參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細說明。說明書全文中相同的附圖標記表示相同的結構元件。並且，若判斷為對與本發明相關的公知功能或者結構的具體說明可能不必要地混淆本發明的要旨，將省略其詳細說明。圖I表示本發明的一實施例的淨水用複合過濾器。參照圖1，本發明的一實施例的淨水用複合過濾器I包括機殼10、流入口 12、流出口 14、活性炭纖維20、活性炭層30、中空纖維膜60而構成。這並不是必需的結構，因此可以包括比這些更少或更多的結構。本申請中所說的淨水用複合過濾器I是為了淨化原水而使用的過濾器的總稱，例如，可以適用於淨水器。為方便說明，將上述活性炭纖維20及活性炭層30命名為活性炭過濾器部70。上述淨水用複合過濾器I可以包括一個以上的活性炭過濾器部70a、70b。上述一個以上的活性炭過濾器部70a、70b可根據相對的位置區分為上部活性炭過濾器部70a及下部活性炭過濾器部70b。淨水用複合過濾器I可以指一般為了淨化水而使用的過濾裝置。本發明的複合過濾器具有小的體積的同時可以提供有效地除去水中包含的有害成分的功能。以下過濾器是指複合過濾器I。對本發明的淨水用複合過濾器I進行詳細敘述。機殼10可以形成淨水用複合過濾器I的外部結構體。即，可以準備上述活性炭過濾器部所處的位置。
機殼I的剖面可以具有與上述活性炭纖維20、活性炭層30及中空纖維膜60的剖面相應的形狀。並且，在機殼10可以形成流入口 12和流出口 14。流入口 12是使淨化對象水流入的地方。在此，淨化對象水可以指未淨化的一般自來水等。原水是屬於淨化對象水的術語。流出口 14是使淨水流出的地方。即，可使通過流入口 12流入的淨化對象水經淨水後流出。上述活性炭過濾器部70可以提供利用活性炭來淨化原水的功能。例如，活性炭過濾器部70可以除去包含於原水中的各種成分中的殘留氯。並且，活性炭過濾器部70可具有能夠吸附除去引發味道的物質的功能。如上所述，上述活性炭過濾器部70可以包括上述活性炭纖維20及上述活性炭層 30中的至少一種。包含在上述活性炭過濾器部70的活性炭可以在表面具有羧基。羧基可以提供重金屬及金屬吸附功能。羧基可以在作為植物纖維質的纖維素的醇基燃燒時與氧進行反應而生成。並且，上述活性炭過濾器部70可以通過包含一個以上的吸附劑來提高淨水性能。下面，對上述活性炭過濾器部70進行詳述。為了方便說明，先對上述活性炭過濾器部70的上述活性炭纖維20進行說明，對上述活性炭層30進行後述。構成上述活性炭過濾器部70的活性炭纖維20亦稱纖維狀活性炭，是指明顯提高以往粒狀活性炭所具有的吸附容量和吸附速度的吸附劑。活性炭纖維20由用於吸附的無數的微細孔(miCTopore)形成。因此，由於吸附容量大，且微細孔在表面發達，因此吸附速度非常快。特別是，能夠與玻璃殘留氯、三滷甲烷類、三氯甲烷等揮發性有機化合物(V0C)、鉛等有效地吸附。此外，具有胺味除去、甲硫醇除去能力。並且，由於是纖維形態，因此可容易加工成各種形態。例如，為了加工活性炭纖維可以利用針刺(needle-punch)工藝。針刺工藝可以指將利用無紡布紗線形成網狀物(web)之後通過針刺來實現粘結的方式。S卩，利用針刺工藝將毛氈(felt)狀態的活性炭纖維切斷或打孔，來製備成使用者所需要的形態。在此，毛氈可以指壓縮毛織或毛而製造的柔軟且厚的布。概括而言，活性炭纖維20為加工容易，且除去水中包含的有害成分的吸附能力卓越的材質。上述活性炭纖維20可以具有與上述機殼10相應的形狀。即，機殼10為圓形時，活性炭纖維20也可具有圓形。從流入口 12流入的淨化對象水首先可以藉助活性炭纖維20淨水。S卩，如上所述，活性炭纖維20可以吸附包含在淨化對象水中的玻璃殘留氯、三滷甲烷類、三氯甲烷、鉛等而除去。由於活性炭纖維20吸附速度快且淨水量高，因此能夠實現過濾器的小型化。即，可以減少以往的活性炭的量。因此，淨水器的過濾器的安裝空間變小，從而能夠實現淨水器的小型化及輕量化。並且，活性炭纖維20可提供分散板功能。由於機殼10的半徑小於流入口 12的半徑，因此所流入的淨化對象水有必要向大範圍擴散。由於活性炭纖維20由纖維材質形成，因此能夠提供使所流入的淨化對象水廣泛擴散的分散板功能。
並且，活性炭纖維20的親水性優秀且與有害物質的吸附速度快，因而不會使所流入的淨化對象水積壓在流入口 12。即，能夠提供減少堵水現象的效果，從而可以減少壓力損失。S卩，以使從流入口 12流入的淨化對象水首先經過活性炭纖維20的方式配置流入口 12和活性炭纖維20，從而淨化對象水分散均勻，因此具有不需要單獨的分散板，且可產生減少堵水現象的優點。活性炭纖維20可以由毛氈或者塊成型體形成。參照圖2，毛氈形態的活性炭纖維22可以多層層壓而使用。

例如，毛氈形態的活性炭纖維22可具有預定的厚度。可以將這樣的毛氈形態的活性炭纖維22層壓約7 8層而使用。如上所述，毛氈形態的活性炭纖維22可以利用針刺工藝容易地加工。或者可以使用塊成型體形態的活性炭纖維24。以上，對上述活性炭纖維20進行了具體說明。下面，對上述活性炭層30進行具體說明。上述活性炭層30能夠提供淨化水，且改善水的味道的功能。對更具體的功能進行後述。上述活性炭層30根據形成上述活性炭層30的活性炭的原料物質，可以分為椰子類、木質類、煤炭類。椰子類可將椰子殼作為原料。椰子類可具有內部表面積大而細孔直徑小的特性。並且，為低灰分而純度高，因此可適合於飲料和/或食品的淨水。椰子類可以製造成粉末和/或粒狀。即，上述活性炭層30利用椰子類原料來製備成粉末和/或粒狀。木質類可將木頭、木屑作為原料。木質類可具有與椰子類類似的特性。即，木質類也是內部表面積大，細孔直徑小，且為低灰分而純度高，從而可適於飲料和/或食品的淨水。木質類可製備成粉末和/或粒狀。煤炭類可將煤炭作為原料。煤炭類可具有內部表面積小而細孔直徑相對大的特性。並且，相比其他原料物質，可具有經濟實惠、機械性強度高、耐磨耗性優秀的特性。煤炭類可製備成粒狀活性炭。並且，上述活性炭層30可根據性狀分為粒狀活性炭和粉末活性炭。粒狀活性炭可具有O. 5cm3/g至I. Ocm3/g的細孔體積、700m2/g至1500m2/g的比表面積、12Λ至30Λ的平均細孔直徑。粉末活性炭可具有O. 4cm3/g至O. 5cm3/g的細孔體積、700m2/g至1500m2/g比表面積15A至30A的平均細孔直徑。粒狀活性炭可以利用圖3及圖4的方法製備，粉末活性炭可以利用圖5及圖6的方法製備。圖3表示將椰子殼作為原料來製備粒狀活性炭的方法。參照圖3，準備作為原料的椰子殼。在攝氏500度至攝氏800度下經過乾餾炭化並破碎粒化。之後，經過活性化步驟和粉體處理後進行包裝，從而可以製備出椰子殼粒狀活性炭。
圖4表示將煤炭作為原料來製備粒狀活性炭的方法。參照圖4，準備作為原料的煤炭。微粉碎後與粘結劑一起混合。之後經過壓縮成型、破碎粒化、炭化步驟。之後，經過活性化步驟和粉體處理後進行包裝，從而可以製備煤炭粒狀活性炭。粒狀活性炭可具有如下的優點。粒狀活性炭由於不會飛散而容易處理，即使原水的濃度劇變，流出水也沒有影響，可以進行連續性逆流操作，運轉費用低廉。並且，可再生，因而經濟實惠，可以燃燒或者回收來實現無害化，因而環保，且由於沒有粒子凝結性，因而操作中斷的憂慮低。粒狀活性炭可除去包含在淨化對象水中的苯酚、水銀、洗滌劑、其他溶劑。並且，通過除去氯而可以提高淨化對象水的味道和氣味濁度,可以減少包含在淨化對象水的寄生蟲。
圖5表示製備粉末活性炭的方法。參照圖5，將作為原料的椰子殼或者木屑作為原料使用。準備原料後，可以經過炭化、破碎粒化、活性化、微粉碎步驟來製備粉末活性炭。並且，圖6表示製備粉末活性炭的其他方法。參照圖6，將作為原料的椰子殼或者木屑可經過混合浸潰、活性化、氯化鋅回收、塑性炭清洗、水洗、乾燥、粉碎、包裝步驟來製備粉末活性炭。粉末活性炭可具有如下的優點。粉末活性炭由於吸附速度快，因此可以以灰分式進行高純度處理，可利用簡易式貯水槽，因而建設費低，由於每次使用都使用新炭，因而產生微生物且吸附能力降低的憂慮低。以上，對使用於上述活性炭層30的活性炭的性狀和基於此的製備方法進行了說明。下面，對使用於本發明的一實施例的活性炭層30的活性炭的特徵進行詳述。上述活性炭層30可包含各種性能的活性炭，以符合淨水目的。即，上述活性炭層30可以具有38至200的粒度、900mg/g至2000mg/g的碘吸附值、O. 3cm3/g至O. 8cm3/g的細孔體積144令20A的平均細孔大小、30A至37A的中細孔大小。上述活性炭層30可包含具有上述屬性的各種活性炭。例如，上述活性炭層30可以由以下將要說明的第一活性炭至第四活性炭中的至少一個形成。例如，第一活性炭可以是,碘吸附值(iodine no)為1400mg/g以上、粒度為90(48/100)目(mesh)、比表面積(BET)為 1500m2/g M 1700m2/g、細孔體積(Pore volulme)為O. 5cm3/g 至 O. 8cm3/g、平均細孔大小(Pore size micro)為 15A至I 6·Α、中細孔大小(Poresize meso )為30 A至35A。第二活性炭可以是，碘吸附值為950mg/g以上、粒度為90 (60/150)目、比表面積為IOOOmVg至1200m2/g、細孔體積為0. 3cm3/g至0. 5cm3/g、平均細孔大小為15 A至18人、中細孔大小力30 A至35A。第三活性炭可以是，碘吸附值為950mg/g以上、粒度為90 (60/150)、比表面積為IOOOmVg至1200m2/g、細孔體積為0. 3cm3/g至0. 5cm3/g、平均細孔大小為15A至1就、中細孔大小為30A至351第四活性炭可以是，碘吸附值為1400mg/g以上、粒度為95 (20/50)、比表面積為1500m2/g至1700m2/g、細孔體積為0. 5cm3/g至0. 8cm3/g、平均細孔大小為15麼至I 6麼、中細孔大小為3θΑ至35A。上述第一活性炭至第四活性炭可以由粒狀活性炭或者粉末活性炭形成。上述碘吸附值可以指活性炭比表面積的代表指標。上述比表面積可以指對分析基於氮吸附解吸等溫曲線的細孔大小體積等進行分析的數值。另一方面，細孔體積或者細孔大小大時，可提供連分子大小相對大的物質都能吸附的優點。下面，對可包含在活性炭層30的吸附劑(media)進行說明。吸附劑可提供用於補充活性炭的性能的功能。即，吸附劑補充活性炭層的性能， 從而可以增加水中含有的有害成分除去項目，可以提高除去異味、消毒副產物、重金屬的性倉泛。例如，吸附劑可以是原子化高純銅鋅合金(Kinetic Degradation Fluxion,以下稱作KDF)、ATS、離子交換樹脂、銀離子。使用多個吸附劑為顯而易見，因此省略其說明。KDF特別可以提供能夠抗菌並除去重金屬的效果。KDF為銅和鉛的合成物質，KDF是一種通過與氯及重金屬的電磁交換來將水中含有的各種有害物質轉化成無害物質，並利用此時產生的磁場除去微生物體，促使從水分子生成的輕基自由基(HydroxylRadicals)和過氧化氫(Peroxides)連病毒都殺滅的殺菌處理劑。ATS為沸石系列，特別是可以提供能夠除去重金屬例如鉛的效果。能夠除去基於自來水管道的腐朽化弓I起的溶解性鉛和水中殘留的鉛。離子交換樹脂特別是可以提供能夠除去重金屬的效果。吸附劑可以與上述說明的第一活性炭至第四活性炭選擇性地結合。即，可以在圖3及圖4的活性炭的製備方法的最後步驟添加吸附劑。例如，可以在粉碎後包裝步驟前添加吸附劑，來製造添加有吸附劑的活性炭過濾器。因此，不需要準備單獨的吸附劑層，因而可以提供實現淨水器的小型化的同時提高淨水性能的效果。再次參照圖I，上述活性炭過濾器部70可以由一個以上的活性炭過濾器部70a、70b構成。換而言之，上述活性炭過濾器部70可以包括一個以上的活性炭層30。上述一個以上的活性炭層30分別可以選擇性地包含上述的各種活性炭，例如第一活性炭至第四活性炭，以提高淨水性能。下面，對包含在各個上述活性炭層30的活性炭的各種組合進行說明。下面，為了方便說明，將包括在上述上部活性炭過濾器部70a的活性炭層30命名為上部活性炭層30，將包括在上述下部活性炭過濾器部70b的活性炭層30命名為下部活性炭層30。上述上部活性炭層30和上述下部活性炭層30可以包含各自不同的活性炭。上述上部活性炭層30可以包括能夠充分確保原水的空間流速的活性炭過濾器。並且，上述下部活性炭層30可以包括可提供能夠提高淨水水質、保護薄膜(Membrane)、吸附除去有機化合物的功能的活性炭過濾器及吸附劑。例如，上述上部活性炭層30可以包含上述說明的第一活性炭，上述下部活性炭層30可以包含第二活性炭。並且，舉出其他例子，上述上部活性炭層30可以包含上述說明的第四活性炭，上述下部活性炭層30可以包含第二活性炭過濾器。另一方面，上部活性炭層30和下部活性炭層30可以包含相同種類的活性炭。例如，上部活性炭層30和下部活性炭層30可以包含上述說明的第二活性炭。如上所述，組合上部活性炭層及下部活性炭層的活性炭，從而上述淨水器複合過濾器I可加快淨水速度的同時提供卓越的淨水性能。另一方面，如圖I所示上述活性炭層30具有多個活性炭層，從而可以提高過濾器壽命。過濾器壽命可以指，在除了反滲透(RO)過濾器以外的其他過濾方式的過濾器中使流出三氯甲烷調製水250ppb通過後，可將流入對比淨水的三氯甲烷濃度除去到50ppb (80%)的通水量，可以具有與有效淨水量相同的意思。 根據實驗，與具有單一活性炭層的情況相比，具有多個活性炭層的情況可增加50%以上的通水量。並且，上部活性炭層30及下部活性炭層30分別可選擇性地包含吸附劑。例如可以是，上部活性炭層30隻包含活性炭，下部活性炭層30而包含活性炭及吸附劑。在此情況下，下部活性炭層30可以提供能夠以低廉的費用提供將上部活性炭層30未能除去的有機化合物吸附除去並強化抗菌功能等功能的效果。即，將活性炭層30分為多個層，並具有適合各層的活性炭及吸附劑，從而可提供提高淨水性能的效果。另一方面，上述淨水用複合過濾器I可以在上述上部活性炭過濾器部30a與上述下部活性炭過濾器部30b之間包括分散板40。上述分散板40可提供使淨水過程中向特定區域聚集的水廣泛擴散的功能。以上述上部活性炭過濾器部70a淨化後的原水經由上述分散板40，水可以流向上述下部活性炭過濾器部70b的活性炭纖維20。活性炭纖維20可提供使水分散的功能，因此分散板40可以是任意性的結構。經由上述分散板40的原水可以進入上述下部活性炭過濾器部70b。上述下部活性炭過濾器部70b的活性炭纖維20可提供與上述說明的上述上部活性炭過濾器部70a的活性炭纖維20相同的功能。並且如上所述，上述活性炭纖維20可以由毛氈形態的活性炭纖維22或者塊成型體形態的活性炭纖維24形成，可以提供與上述相同的功能。製造多個活性炭過濾器部70a、70b例如多個活性炭纖維20層，從而可以劃分複合過濾器I內部。即，可以防止複合過濾器I內的構成複合過濾器的各層相互混合。因此，可以提供能夠選擇性地只更換特徵過濾器區域的功能。通過了活性炭纖維20層的水可以重新通過活性炭層30和活性炭纖維20，而反覆地經過淨水過程。對於要將活性炭纖維20層和活性炭層30層構成為幾個層的內容是本領域的技術人員能夠容易變形實施的程度。經由上述下部活性炭過濾器部70b的水可以流向中空纖維膜60。下面，對上述中空纖維膜60進行詳述。上述中空纖維膜60由如線一樣細且中空的中空纖維填充，能夠吸附不純物等。例如,可以除去病原性微生物。中空纖維膜60 —般為中間具有中空的線形態的膜，具有通過壁選擇性地過濾物質的特徵。中空纖維膜與其他形態的膜相比，具有在相同的體積內膜的表面積大的優點，因此其應用範圍廣，多使用於淨水、汙廢水處理、血液透析、各種產業用等。更具體地，中空纖維膜60可以將數千個具有微細的孔的纖維，例如具有O. 01 O. I微米的半徑的中空纖維捆在一起作為過濾器使用。中空纖維膜60可以過濾不純物等。例如可以除去包含在淨化對象水的重金屬、鏽、黴。並且，中空纖維膜60可以除去原生動物，例如，隱孢子蟲或者賈第蟲等。即，比在中空纖維膜形成的氣孔大的粒子不能通過中空纖維膜，因此能夠有效除去包含在淨化對象水的有害粒子。此時，中空纖維膜60的淨水性能可因棲息在中空纖 維膜的表面或內側的病原性微生物而降低。根據本發明，將具有抗菌功能的中空纖維膜60作為過濾器使用，從而可以除去病原性微生物。下面公開製備具有抗菌功能的中空纖維膜的方法。圖7是用於說明本發明的一實施例的中空纖維膜的製備方法的流程圖。〈高分子溶液的製備〉製備高分子溶液(步驟S210)。高分子溶液包含形成中空纖維膜的高分子。高分子溶液可以是與分散溶液相同的意思。為了製備高分子溶液而使用的高分子可包含聚碸、聚醚碸、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、纖維素醋酸酯、纖維素三醋酸酯、聚氨酯、聚醚醯亞胺中的至少一種。可以通過使高分子在溶劑(以下稱為高分子溶劑)溶解來製備高分子溶液。高分子溶劑可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺中的至少一種。可製備成聞分子相對於聞分子溶劑為10重量％至30重量％。〈非溶劑的製備〉製備非溶劑(步驟S220)。非溶劑可以通過使高分子溶劑的高分子固化來形成中空
纖維膜。非溶劑例如可以是水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺中的至少一種。N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺分別相對於水，可以具有5重量份至20
的重量份。可以通過將高分子溶液分散到非溶劑來製備中空纖維膜(步驟S230)。中空纖維膜可以包含氣孔和孔徑(bore)。氣孔可以分布在作為中空纖維膜的外皮的活性層(active layer)和作為內皮的支撐層之間。孔徑可以指在支撐層的內側形成的淨水通道。中空纖維膜的氣孔成型劑可以使用相對於水具有O重量份至20重量份的聚乙烯吡咯烷酮。作為孔徑(bore)側非溶劑可以是水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、氯化鈉水溶液、氯化鈣水溶液、碳酸鈣水溶液中的至少一種。N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺分別相對於水具有5重量份至20的重量份。並且，氯化鈉水溶液相對於水可以具有10以下的重量份，氯化鈣水溶液可以具有12以下的重量份，碳酸鈣水溶液可以具有20以下的重量份。高分子溶液的溫度可以是20°C至30°C、60°C至80°C或者100°C至150°C中的至少一種。高分子溶液的溫度為20°C至30°C時，可以利用非溶劑致相分離法來使高分子固化，高分子溶液的溫度為60°C至80°C或者100°C至150°C時，不僅可以利用非溶劑致相分離法，還可以利用熱致相分離法來使高分子固化。非溶劑溫度可以是5°C至30°C或者60°C至100°C中的至少一種。非溶劑的溫度越低，所分散的高分子溶劑的流出越慢，非溶劑的溫度越高，所分散的高分子溶劑的流出越快，因此可能影響中空纖維膜的氣孔大小或機械強度。例如，如果非溶劑的溫度低，則可以形成多孔質的氣孔。此時，由於氣孔多，因而可以提供能夠使以下要詳述的銀離子均勻滲透的效果。整理上述步驟，如果規定溫度的高分子溶液分散到規定溫度的非溶劑，則高分子溶劑從高分子溶液流出的同時使高分子固化。此時，由於氣孔成型劑和孔徑側溶劑的影響，可以在中空纖維膜分別形成氣孔和孔徑。可以對通過改變高分子溶液及非溶劑的組成、濃度、溫度而形成的中空纖維膜的形狀、滲透率、氣孔大小、機械強度進行調節。例如，作為高分子選擇聚偏氟乙烯，作為高分子溶劑選擇二甲基乙醯胺，並將高分子溶液的溫度設為100°c -120°c。作為非溶劑選擇水， 並將非溶劑的溫度設為70°C _80°C。作為孔徑側非溶劑選擇10重量份的二甲基乙醯胺，並將孔徑側非溶劑的溫度設為18°C至20°C。如此製備的中空纖維膜的氣孔可以呈多孔質。即，在活性層也與支撐層之間可以形成無數多的小氣孔。此時，銀可以均勻分布在多孔質之間，可以增加要滲透的銀的量。〈在中空纖維膜滲透銀〉可以通過連續工序在所製備的中空纖維膜滲透銀(步驟S240)。可以使中空纖維膜的表面改性以增加銀的滲透量。例如，可以利用5重量份至20重量份的鹽酸水溶液或者硫酸水溶液進行處理。即，使中空纖維膜的表面改性，從而銀離子可以均勻且快速滲透於中空纖維膜。可以將表面改性後的中空纖維膜浸潰在銀離子溶液槽來進行反應。銀離子溶液可以包含硝酸銀(AgN03)、氨水、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid,以下稱作 EDTA)、緩衝溶液(buffer solution)中的至少一種。硝酸銀在溶解的狀態下可以生成銀離子。EDTA可以防止溶液的凝固。緩衝溶液是指，即使加酸或鹼，也能夠藉助共同離子效果來將氫離子濃度(pH)維持在規定濃度的溶液。並且，銀離子溶液可以包含穩定劑以均勻地滲透銀離子。穩定劑例如可以是具有O. 08重量份至5的重量份的聚乙烯醇、藻酸鹽及殼聚糖中的至少一種。將中空纖維膜浸潰於銀離子溶液槽，從而銀離子前驅體可以滲透於中空纖維膜表面及氣孔。可以將滲透有銀離子前驅體的中空纖維膜浸潰於用於還原的反應槽。反應槽可以包含銀離子前驅體的還原劑。還原劑可以通過使銀離子前驅體氧化而在中空纖維膜形成銀。例如，還原劑可以是O. 05M至2M的肼水溶液或者無水水合肼水溶液。包含O. 05M至2M的肼水溶液或者無水水合肼水溶液而形成的銀粒子的大小可以成為能夠形成在中空纖維膜的活性層與支撐層之間的程度的大小。因此，將形成的銀粒子銀離子可以均勻地分布在中空纖維膜的表面及氣孔。另一方面，O. 05M以下時，生成的銀的量太少，2M以上時，可能幾乎不影響相對於投入的還原劑的量形成的銀粒子的大小。並且，由於肼或者無水水合肼使銀離子前驅體氧化的反應速度快，因此可以提高
生產率。另一方面，可以適用超聲波裝置，以在中空纖維膜更好地吸附銀離子。即，利用超聲波振動，可以使銀離子很好地滲透到中空纖維膜的氣孔及孔徑。並且，上述步驟S210至步驟S240由一系列的連續工序構成，從而可以提高抗菌中空纖維膜的生產率。圖8表示根據本發明的一實施例製備的抗菌中空纖維膜的剖面。中空纖維膜可以包括活性層42、支撐層44、孔徑及銀46而構成。 活性層42是指中空纖維的外皮層，可以稠密地形成氣孔。支撐層44是指中空纖維的內皮層，可以形成大氣孔。如上所述，氣孔的大小可以根據高分子溶液、非溶劑的濃度、溫度等反應條件而不同。孔徑可以指在支撐層的內側形成的水路。例如，淨化對象水可以經由活性層42和支撐層44而流入孔徑。包含在淨化對象水中的有害物質通過經由形成有氣孔的活性層42和支撐層44而被除去。即，粒子比氣孔大的有害物質可被中空纖維膜過濾。過濾後的淨化對象水可以通過孔徑經由流出口 14流出。並且，銀46可以形成在活性層42的表面、活性層42與支撐層44之間的氣孔。即，藉助上述製備方法生成的抗菌中空纖維膜可以包含銀。銀粒子可以防止病原性微生物和/或病毒的增殖。例如，銀46粒子可以防止被活性層42與支撐層44之間的氣孔過濾的病原 性微生物和/或病毒的增殖。即，根據本發明的製備方法製備的抗菌中空纖維膜，可以使中空纖維膜清潔，因而可以提供改善中空纖維膜的淨水性能的效果，並可以延長中空纖維膜的壽命。通過了上述中空纖維膜60的水通過流出口 14從複合過濾器I流出。另一方面，可以將上述說明的複合過濾器I設置在淨水器是顯而易見的。並且，圖I公開的實施例的複合過濾器I的淨化對象水自上而下基於重力自然地流出。即，複合過濾器I的淨化對象水可以向一個方向流動。此時，構成複合過濾器I的各個活性炭纖維20、活性炭層30、中空纖維膜60層與上述淨化對象水的方向成直角，具有可使淨化對象水在各層中輪流過濾的層壓結構。即，活性炭纖維20、活性炭層30沿著複合過濾器的側面配置。如此配置的優點為，選擇性地更換過濾器時，最頂層的過濾器的更換時期最快，因此可以選擇性地進行過濾器的更換，不需要更換所有過濾器，從而降低費用。下面，參照圖9，對本發明的實施例的淨水順序進行說明。在說明圖9的實施例時，以圖I所示的複合過濾器的結構為基礎進行說明。圖I的實施例以上述上部活性炭過濾器部70a包含第一活性炭，且上述下部活性炭過濾器部70b包含第二活性炭及KDF、ATS、銀離子、離子交換樹脂的吸附劑為前提。這僅是一實施例，因此上述上部活性炭過濾器部70a及上述下部活性炭過濾器部70b當然可以包含前面說明的其他活性炭及吸附劑。淨化對象水可以通過流入口 12流入(步驟S50)。淨化對象水經由流入口 12到達上部活性炭過濾器部70a (步驟S52)。上部活性炭過濾器部70a —次性除去包含在流入的淨化對象水中的有機化合物。特別是，第一活性炭過濾器可通過使流速阻力最小化來使水的流速維持。
通過了上部活性炭過濾器部70a的淨化對象水經由上部活性炭過濾器部70a到達下部活性炭過濾器部70b (步驟S54)。下部活性炭過濾器部70b可以二次性除去包含在淨化對象水中的有機化合物。並且，下部活性炭過濾器部70b還可以提供抗菌功能、除去有害重金屬的功能。對分別包括在上述上部活性炭過濾器部70a及上述下部活性炭過濾器部70b的各個淨水過濾器，例如上述活性炭纖維20及上述活性炭層30所提供的功能，將參照圖13進行後述。通過了下部活性炭過濾器部70b的淨化對象水可以到達中空纖維膜16 (步驟S56)。中空纖維膜16可以除去包含在淨化對象水的細菌、微生物等細菌性物質。通過了中空纖維膜16的淨化對象水可以通過流出口 14流出(步驟S58)。·圖10表示本發明的另一實施例的淨水用複合過濾器，圖11及圖12是用於說明本發明的一實施例的離子交換反應的圖。本發明的另一實施例的淨水用複合過濾器具有離子交換部，從而可以提供利用離子交換原理來淨化水的功能。與圖I公開的實施例的不同點為，圖10公開的實施例的複合過濾器I還包括離子交換部50。包括上述圖I所示的活性炭過濾器部70和上述離子交換部50，可以命名為複合過濾器模塊。上述離子交換部50可以由離子交換纖維、離子交換樹脂及具有離子交換功能的活性炭纖維形成。離子交換部50可包括離子交換層。參照圖11詳述離子交換反應，如下。在中樞(backbone) 52結合有陽離子或者負離子的官能團54。中樞52可以提供官能團54的骨架。如果官能團54與反應物質56進行反應，反應物質56則可以與中樞52結合。反應物質56是指包含在水中的有害物質。例如，如果陽離子的官能團碰上具有陽離子的反應物質56，反應物質56則與中樞52結合，從而可以除去反應物質56。因此，可以除去淨化對象水內的有害重金屬。例如，可以除去 Pb2+、CU2+。參照圖12，一旦水、Cu2+、Pb2+通過離子交換部50，則Cu2+、Pb2+被除去，僅有水通過。如上所述，詳述可以進行離子交換反應的離子交換纖維，如下。〈離子交換纖維〉離子交換纖維是指將與包含在淨化對象水內的重金屬離子相同符號的離子作為官能團具有的離子交換樹脂形成為膜，而成型為纖維狀的纖維。離子交換纖維可具有如下形狀纖維內部的聚合物基質(polymer matrix)具有高的拉伸強度,可以具有高濃度的官能團移植在聚合物基質。就聚合物基質而言，離子交換能力高，不純物吸附能力、強度卓越，可具有強度、彈性、伸縮性。並且，由於是纖維，因而可加工性卓越。官能團為陽離子的陽離子交換纖維是酸性，官能團為負離子的負離子交換纖維是中鹼性。〈離子交換纖維的製備方法〉
離子交換纖維可以通過如下方法來製備。離子交換纖維可將聚乙烯醇(PVA,polyvinyl alcohol)作為母材。在母材進行苯乙烯(styrene)聚合。苯乙烯聚合可以通過照射放射線、紫外線、等離子等來使母材改性。之後生成官能團。官能團可以通過硫酸或其他化學性處理生成能夠交換陽離子或負離子的官能團。例如，離子交換纖維的種類可根據離子交換機的官能團的特性分為陽離子交換纖維、負離子交換纖維、螯合(chelate)樹脂。陽離子交換纖維是在聚合物中樞結合陽離子官能團的形態。陽離子官能團可以是磺酸基(SO3H)或者羧基(C00H)。陽離子官能團為磺酸基(SO3H)時，SO3H中的H+離子可與水中含有的陽離子進行交 換。特性上可以與相當於無機酸的強酸性陽離子進行交換。陽離子官能團為羧基(COOH)時，COOH中的H+離子可以與水中含有的陽離子進行交換。特性上可以與相當於有機酸的弱酸性陽離子進行交換。負離子交換纖維是在聚合物中樞結合負離子官能團的形態。負離子官能團可以是肟基(NOH)或者氨基(NH2)。負離子官能團為肟基(NOH)時，包含在NOH中的0H_離子可與水中包含的負離子進行交換。特性上可以與相當於鹼性的強鹼性負離子進行交換。負離子官能團為氨基(NH2)時，NH2可以與水進行反應而形成0H_離子。0H_離子可與水中包含的負離子進行交換。特性上可以與相當於鹼性的弱鹼性負離子進行交換。螯合樹脂是具有可形成螯合物的配位體的官能團的離子交換纖維。螯合物是兩位以上的配位體與中心金屬原子進行配位結合而形成環形狀的配位化合物。並且，配位體是指，在配位結合的化合物的中心金屬離子的周圍結合的分子或離子。為了作為配位體起作用，必須具有非公有電子對。例如，螯合樹脂可以是在聚合物中樞結合CH2N (CH2COOH)2的形態。包含在COOH的H+離子可與重金屬離子進行交換。可以根據官能團的種類選擇性地除去重金屬。如圖10所示，離子交換部50可以由一個層形成，雖未圖示，但也可以由多個層以層壓式形成。由多個層形成時，可以位於活性炭纖維20、活性炭層30之間或者各個活性炭過濾器部70a、70b之間。並且，離子交換纖維可以由片形態製備而成。離子交換部50由離子交換纖維片形成的情況下，可以不需要在層壓時分隔層與層的單獨的隔膜部。並且，由於不是與活性炭層30混合的形態，因此過濾器回收後再利用時容易分離粒狀活性炭與離子交換纖維。並且，片形態的離子交換纖維可以容易地層壓在機殼10，因此複合過濾器I的結構變簡單且可以使複合過濾器I小型化。圖13是用於說明本發明的複合過濾器的動作方法的圖。圖13以圖10所示的本發明的實施例的結構為基礎。圖13的本發明的一實施例的動作方法當然也可以適用於參照圖I說明的實施例。淨化對象水可以通過上述流入口 12流入複合過濾器I (步驟S510)。流入的淨化對象水經由上述活性炭纖維20 (步驟S520)。上述活性炭纖維20可以吸附除去包含在淨化對象水的有機物。並且，上述活性炭纖維20可以提供使淨化對象水擴散的分散板的功能。
經由上述活性炭纖維20的淨化對象水將經過上述活性炭層30 (步驟S530)。上述活性炭層30可以改善淨化對象水的水味，可以吸附除去有機物。經由上述活性炭層30的淨化對象水將經過上述離子交換部50 (步驟S540)。上述離子交換部50可以除去包含在淨化對象水中的有害重金屬。此後，如上所述，可以反覆地經過活性炭纖維20、活性炭層30、離子交換部50而過濾。S卩，淨化對象水可以經由一個以上的活性炭過濾器部70例如上述上部活性炭過濾器部70a、上述下部活性炭過濾器部70b和離子交換部50的同時被淨化。經由上述離子交換部50的淨化對象水將經過上述中空纖維膜60 (步驟S550)。向上述中空纖維膜60特別是抗菌中空纖維膜60流入的淨化對象水可以通過在上述中空纖維膜60的表面形成的氣孔來除去包含在淨化對象水的有害物質，例如病原性微 生物。並且，滲透在中空纖維膜的銀粒子可以抑制被中空纖維膜的氣孔過濾的病原性微生物和/或病毒的增殖。經上述中空纖維膜60淨化的淨化對象水可以通過上述流出口 14淨化而流出。根據參照上述圖I至圖13說明的本發明的一實施例的淨水用複合過濾器的各種組合，可以提供表現出最佳性能的淨水器複合過濾器及淨水器。本發明不限定於所記載的實施例，在不脫離本發明的思想及範圍內，可以進行各種修正及變形，這對本發明所屬技術領域的普通技術人員是顯而易見的。因此，這些修正例或者變形例應屬於本發明的權利要求書所請求的範圍內。產業上的可利用性根據本發明，提供一種包含抗菌中空纖維膜、活性炭纖維、離子交換纖維、具有最佳組合的一個以上的活性炭層的淨水器複合過濾器及淨水器，從而能夠實現淨水器大小的小型化的同時提供優秀的淨水性能及提高的壽命。
權利要求
1.一種淨水用複合過濾器，其特徵在於， 包括 機殼， 流入口，其形成在上述機殼的一側，用於使淨化對象水流入， 流出口，其形成在上述機殼的另一側，用於使上述淨化對象水淨化後流出， 複合過濾器模塊，其形成在上述流入口與上述流出口的之間，具有活性炭纖維層及離子交換層； 上述活性炭纖維層及上述離子交換層沿著上述機殼的側壁交替層壓。
2.根據權利要求I所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述複合過濾器模塊還包括活性炭層。
3.根據權利要求2所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述活性炭層包含活性炭，該活性炭具有48目至200目的粒度、900mg/g至2000mg/g的碘吸附值、0. 3cm3/g至0. 8cm3/g的細孔體積、141至20A的平均細孔大小、30A至37A的中細孔大小。
4.根據權利要求I所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述活性炭纖維層由塊成型體形態或者多個毛氈形態形成。
5.根據權利要求I所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述離子交換層由聚合物及與上述聚合物相結合的官能團形成，上述官能團包括陽離子官能團、負離子官能團、螯合官能團。
6.根據權利要求5所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述陽離子官能團由磺酸基及羧基中的至少一種形成。
7.根據權利要求5所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述負離子官能團由肟基及氨基中的至少一種形成。
8.根據權利要求I所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，包含KDF、ATS及銀離子中的至少一種。
9.一種淨水用複合過濾器，包括抗菌中空纖維膜，其特徵在於，上述抗菌中空纖維膜是通過入戲方法製造的 將包含高分子的高分子溶液分散到非溶劑來製備中空纖維膜，將上述製備的中空纖維膜浸潰於銀離子溶液中來使銀離子滲透於上述中空纖維膜，將滲透有上述銀離子的中空纖維膜浸潰於包含肼及無水水合肼中的至少一種的反應溶液中來使上述銀離子還原，由此製備上述抗菌中空纖維膜。
10.根據權利要求9所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，使用鹽酸水溶液或者硫酸水溶液來對已使上述銀離子還原的中空纖維膜進行改性。
11.根據權利要求9所述的淨水用複合過濾器，其特徵在於，上述銀離子溶液包含聚乙烯醇、藻酸鹽、殼聚糖中的至少一種。
12.根據權利要求9所述的淨水用複合過濾器，對上述銀離子溶液及上述反應溶液中的至少一種施加超聲波振動。
全文摘要
本發明涉及一種複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器，提供包括抗菌中空纖維膜、活性炭纖維、離子交換纖維、具有最佳組合的一個以上的活性炭層的淨水器複合過濾器及淨水器，從而提供一種能夠實現淨水器大小的小型化同時提供優秀的淨水性能及提高的壽命的複合過濾器及具有複合過濾器的淨水器。
文檔編號B01D69/02GK102711946SQ201080061870
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年1月19日
發明者吳晛煥, 文慶熙, 李昌鎬, 李相德, 桂正一, 鄭載烈, 金玟廷 申請人:Lg電子株式會社