具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：（1）将细微纤维和颗粒物质混合，加入液体粘合剂，溶剂，混合，制得混合物；（2）将混合物倒入浅槽中，在浅槽中形成浇浆层E1；（3）重复步骤（1）~（2），依次得到浇浆层E2~E10，所述浇浆层E1~E10从下往上颗粒粒径依次减小，浇浆层E1~E10的孔径在100μm~20nm之间呈梯度依次递减；所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆层中的水或溶剂从浅槽底部的金属管排走；（4）将浅槽放入烘箱中进行烘干，干后从浅槽中脱出固体，即得到所述的过滤介质。本发明可以达到高效分离的目的，具有高孔隙率和均匀的孔径分布，具备所需的抗压性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，尤其是一种主要应用于水处理、生物制药及化工等以水相为过滤液体、油相为过滤液体和气相过滤场合的过滤介质。

背景技术

过滤一般有滤饼过滤和深层过滤二种。深层过滤由于被过滤物质通过多孔性过滤介质内部孔道表面吸附而有效去除，容易实现过滤的选择性和高效性。

对水相为过滤液体、油相为过滤液体和气相过滤的三种过滤情况下，过滤器必须有效地截留过滤物料中存在的悬浮物质，而使滤液或气体通过过滤器。不仅如此，过滤器还要能够有效地截留溶解于液体或气体中的“有害物质”，而过滤液或气体顺利通过过滤器。

所以，过滤介质必须具有选择性吸附、离子交换及膜过滤功能中的一种或几种功能。所需的选择性吸附包括了物理选择和化学选择，物理选择是通过物理筛选和物理吸附完成。离子交换是通过离子交换树脂来完成。膜过滤是通过多孔性超滤或微滤来实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，得到具有高孔隙率和均匀的孔径分布的过滤介质。

按照本发明提供的技术方案，所述具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，特征是，组份比例按重量份数计，包括以下工艺步骤：

（1）将2~60份细微纤维和10~95份颗粒物质充分混合，然后加入5~30份液体粘合剂，0~30份溶剂，在5~60℃的温度条件下混合均匀，制得混合物；所述颗粒物质为吸附性颗粒或离子交换树脂；

（2）将混合物倒入浅槽中，用刮刀将混合物刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，所述浇浆层E1的厚度为0.1~10毫米；

（3）重复步骤（1）~（2），重复次数为i次，i为1~9的整数，依次得到浇浆层E2~E10，浇浆层E1的粒径为1~500μm，浇浆层E10的孔径为0.5~100μm，所述浇浆层E1~E10从下往上颗粒粒径依次减小，浇浆层E1~E10的孔径在20nm~100μm之间呈梯度依次递减；所述浇浆层E1~E10中，至少一层浇浆层中含有离子交换树脂颗粒，至少一层浇浆层中含有吸附性颗粒；所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆层中的水或溶剂从浅槽底部的金属管排走，所述真空度为1~90KPa，抽真空的时间为0.5~8小时；

（4）将浅槽放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为30~100℃，时间为0.5~40小时；烘干后从浅槽中脱出固体，即得到所述的过滤介质。

所述细微纤维为生物纤维、高分子合成纤维、无机纤维或金属丝；所述生物纤维为纸浆纤维、棉纤维、麻纤维或蚕丝纤维；所述高分子合成纤维为聚酯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、醋酸纤维、聚砜纤维、聚乙烯纤维或聚丙烯纤维；所述无机纤维为石棉、玻璃纤维或碳纤维；所述金属丝为铜丝、铁丝或不锈钢丝。

所述吸附性颗粒为石英砂、锰砂、活性炭、硅藻土、改性海泡石、膨润土、多孔硅胶、沸石、活性氧化铝、凹凸棒土、无机纳米材料、蒙脱石或壳聚糖；所述无机纳米材料为纳米碳材料、纳米二氧化钛、纳米氧化亚铜、纳米金属银、负载型纳米金属银或纳米氧化镁。

所述液体粘合剂为液体环氧树脂粘合剂、液体聚氨酯粘合剂、液态不饱和聚酯树脂粘合剂、液体酚醛树脂粘合剂或液体氨基树脂粘合剂。

所述溶剂为有机溶剂或水，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙酸甲酯或乙酸乙酯。

所述离子交换树脂为阳离子型交换树脂、阴离子型交换树脂或二者的混合物。

所述浅槽的高度为2~100mm。

所述细微纤维的直径为0.01~0.1mm，长度为1~500mm。

所述颗粒物质的粒径为0.01~1mm。

本发明可以达到高效分离的目的，过滤介质具有高孔隙率和均匀的孔径分布，具备所需的抗压性能；本发明所采用的材料具有选择性吸附、离子交换和膜过滤等功能，能够有效地去除悬浮物、有害离子、溶解性有害物质，达到高效的分离效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以物理机理来达到分离功能的方法是多方面的。本发明所采用的材料是纤维、固体颗粒和纳米材料等。可使用的纤维类型很多，常用的生物纤维素如纸浆、布匹、丝绸均可用于过滤介质。可以使用的化学纤维，其中包括了所有可用高分子材料的纤维，其高分子材料包括聚酯、聚胺酯、尼龙、醋酸纤维、聚砜类、聚乙烯、聚丙烯类等高分子合成材料。必须指出，本发明所用的高分子材料远远超过上述的数种。可以使用无机类材料制作纤维和颗粒包括石棉、陶土、玻璃纤维和金属材料等。总之，这些有机和无机材料得以加工成型制得带有孔隙的过滤介质。孔隙的形成是通过纤维或者颗粒堆积所产生的，为深层物理吸附提供足够大的吸附面积。为了达到高效的分离目的，过滤器的过滤介质必须达到高孔隙率和均匀的孔径分布，还必须具备所需的抗压性能。为了达到高效的分离效果，本发明所采用的材料也包括了纳米纤维和纳米颗粒，多孔性材料包括陶土、分子筛、硅藻土、活性炭等。所制得的过滤器有很高的孔隙率和物理吸附表面积，能够有效地去除悬浮物、溶解性有害物质。可以按照不同的配方制成含有不同固体的混合物，其中含纤维多、颗粒直径大的混合物制成较大孔径的深层过滤介质。相反，当混合物含有较少纤维和较小颗粒制得孔径较小的深层过滤介质。

离子交换机理是通过离子交换树脂去除液体中的阳离子和阴离子。本发明是通过吸附性材料和离子交换树脂制备具有选择性吸附与离子交换功能的深层过滤介质，以达到过滤液体中的悬浮物、溶解性有害物质的同时，也过滤有害离子的目的。本发明所述的离子交换树脂包括阳离子型交换树脂和阴离子型交换树脂，离子交换官能团可以是胺类的伯胺、仲胺和叔胺基团中的一种或几种，也可以是磺酸、磷酸和碳酸基团中的一种或几种。

本发明所使用的无机纳米材料包括纳米碳材料、纳米二氧化钛、纳米氧化亚铜、纳米金属银、负载型纳米金属银或纳米氧化镁。

实施例一：一种具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将2g直径为0.01mm，长度为20mm的尼龙纤维和30g粒径为0.5mm的石英沙充分混合，然后加入5g液体环氧树脂粘合剂、2g水，在15℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E1；

（2）将2g直径为0.01mm，长度为10mm的玻璃纤维和10g粒径为0.1mm的活性炭充分混合，然后加入5g液体环氧树脂粘合剂、2g水，在15℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E2；

（3）将3g直径为0. 02mm，长度为15mm的聚酯纤维和12g粒径为0.02mm的大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂充分混合，然后加入6g液体不饱和聚酯粘合剂、3g甲醇，在20℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E3；

（4）将3g直径为0. 02mm，长度为15mm的聚酯纤维和12g粒径为0.02mm的强碱性季铵型阴离子交换树脂充分混合，然后加入6g液体不饱和聚酯粘合剂、3g甲醇，在20℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E4；

（5）将4g直径为0.04mm，长度为4mm的纤维和14g粒径为100nm的纳米二氧化钛充分混合，然后加入8g液体环氧树脂粘合剂、4g乙醇，在22℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E5；

（6）将步骤（1）得到的混合物E1倒入浅槽中，用刮刀将混合物刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，再按相同的方法，分布将步骤（2）~步骤（5）得到的混合物倒入浅槽中，分布形成浇浆层E1~E5；所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆层中的溶剂和水从浅槽底部的金属管排走，所述真空度为30KPa，抽真空的时间为4小时；

（7）将浅槽放入烘箱中进行烘干，烘箱温度为60℃，时间为15小时；烘干后从浅槽中脱出固体，即得到所述的过滤介质。

实施例二：一种具有吸附与离子交换过滤特性的深层过滤介质的制备方法，包括以下工艺步骤：

 （1）将3g直径为0.05mm，长度为20mm的玻璃纤维和20g粒径为0.4mm的锰砂充分混合，然后加入5g液体酚醛树脂粘合剂、2g水，在25℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E1；

（2）将2g直径为0.03mm，长度为10mm的聚丙烯纤维和10g粒径为0.1mm的活性炭充分混合，然后加入5g液体环氧树脂粘合剂、2g水，在25℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E2；

（3）将3g直径为0. 02mm，长度为15mm的聚乙烯纤维和16g粒径为0.2mm的羧酸型阳离子交换树脂与弱碱性丙烯酰胺型阴离子交换树脂以体积比为1:1形成的混和树脂充分混合，然后加入10g液体不饱和聚酯粘合剂、 6g乙醇，在25℃的温度条件下混合均匀，制得混合物E3；

（4）将步骤（1）得到的混合物E1倒入浅槽中，用刮刀将混合物刮平，在浅槽中形成浇浆层E1，再按相同的方法，分别将步骤（2）、步骤（3）得到的混合物倒入浅槽中，分布形成浇浆层E2、E3。所述浅槽的底部通过金属管与真空泵连接，用真空泵将浇浆层中的溶剂和水从浅槽底部的金属管排走，所述真空度为60KPa，抽真空的时间为2小时；

（5）将浅槽放入烘箱中在真空条件下固化，烘箱温度为60℃，时间为12小时；烧干后从浅槽中脱出固体，即得到所述的过滤介质。所得过滤介质具有去除水体中的悬浮物、有机物、放射性污染物等性能。