BR112015019842B1

BR112015019842B1 - Aparelho de filtro que usa o meio de filtro

Info

Publication number: BR112015019842B1
Application number: BR112015019842-2A
Authority: BR
Inventors: Jun Sik Hwang; Kyung Su Kim
Original assignee: Amogreentech Co., Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2021-08-17
Also published as: KR20140103866A; US10525686B2; CN104994928B; US20180319146A1; CN104994928A; US20200094539A1; US11084266B2; US20150360157A1; BR112015019842A2; KR101734120B1

Abstract

meio de filtro, método de fabricação do mesmo e aparelho de filtro que usa o meio de filtro. são fornecidos um meio de filtro, um método de fabricação do mesmo e um aparelho de filtro que usa o meio de filtro. o meio de filtro inclui: um substrato poroso; uma manta de nanofibra que é laminada em ambos os lados do substrato poroso e que tem inúmeros poros finos formados através da eletrofiação de um material de polímero; e uma unidade adesiva para aderir o substrato poroso e a manta de nanofibra de forma integral, em que a unidade adesiva é alcançada através da aplicação de calor, cuja temperatura é menor que o ponto de fusão do substrato poroso e maior que o ponto de fusão da manta de nanofibra.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001]A presente invenção refere-se a um filtro de tratamento de água e, mais especificamente, a um meio de filtro que emprega mantas de nanofibra produzidas através do uso de um método de eletrofiação, um método de fabricação do meio de filtro e um aparelho de filtro que usa o mesmo.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002]Avanços industriais recentes têm exigido alta pureza e alta qualidade de produtos e, dessa forma, uma tecnologia de separador (ou uma membrana) foi re-conhecida como um campo muito importante. No setor ambiental, especialmente, como a necessidade por água limpa e a preocupação com uma carência de água aumenta, uma tecnologia de uso de uma membrana tem atraído consideravelmente muita atenção como uma das maneiras de resolver esses problemas.

[003]Os processos, como purificação de água, esgoto, águas residuais e dessalinização que usam uma membrana, já estão difundidos. Além disso, a tecno-logia de membrana tem sido desenvolvida para aplicações distantes da própria membrana e tem expandido para o desenvolvimento de tecnologia circundante bem como tem aprimoramento de desempenho de membrana acentuado de acordo com as aplicações.

[004]A membrana é uma substância que tem uma capacidade de seleção que está presente entre dois materiais diferentes. Em outras palavras, a membrana signi-fica uma substância que serve para atravessar seletivamente ou excluir um material. As estruturas e substâncias da membrana, e as condições e os princípios do movi-mento dos materiais que atravessam a membrana, não apresentam limitações. Quando uma substância está localizada entre apenas dois materiais para isolar os dois materiais um do outro, e o movimento seletivo dos materiais através da subs-tância entre os dois materiais ocorre, a substância pode ser chamada de membrana.

[005]As membranas são de uma ampla variedade de tipos e são classificadas de acordo com vários critérios.

[006]Primeiro, uma classificação por uma operação de separação é um método de classificação que depende do estado de um material-alvo a ser separado, e é classificado em um método de separação de líquido, um método de separação de líquido-gás, um método de separação de gás, e assim por diante. O método de se-paração de líquido é classificado em microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, fil-traçãopor osmose reversa, etc., de acordo com o tamanho de um objeto para filtração.

[007]O método de separação de gás é classificado em detalhes de acordo com o tipo de gás a ser separado. A membrana de separação de gás é classificada em uma membrana enriquecida em oxigênio para separar o gás oxigênio, uma mem-brana enriquecida em nitrogênio para separar o gás nitrogênio, uma membrana en-riquecida em hidrogênio para separar o gás hidrogênio, um filme de desumidificação para remover umidade, etc.

[008]A membrana é classificada de acordo com um formato similar a filme e é classificada em uma membrana plana, uma membrana de fibra oca, uma membrana tubular, etc. Além disso, a membrana é também classificada em um tipo em formato de placa, um tipo enrolado em espiral, um tipo cartucho, um tipo de célula plana de membrana, um tipo de imersão, um tipo tubular e outros, dependendo da forma de um módulo de filtro.

[009]A membrana é classificada de acordo com um material e é classificada em um filme inorgânico e um filme orgânico que usa um filme de polímero. Nos últi-mos anos, entretanto, os filmes inorgânicos expandiram seu uso com base nas van-tagens de resistência a calor, durabilidade, etc., os produtos mais comercializados atualmente são as membranas de polímero.

[010]Em geral, filtração significa remover dois ou mais componentes de um fluido, ou seja, significa separar partículas não dissolvidas (sólidas) do fluido. Os mecanismos de filtração na separação dos materiais sólidos podem ser descritos como mecanismos de peneiração, adsorção, dissolução e difusão. Exceto para al-gumas membranas como as membranas de separação de gás, membranas de os mose reversa, etc., pode-se dizer que a maioria dos mecanismos de filtração depende inteiramente do mecanismo de peneiração.

[011]Portanto, é possível usar quaisquer materiais com poros como meios de filtro. Os panos não tecidos (não tecidos), panos tecidos (tecidos), malhas, mem-branas porosas e similares são meios de filtro típicos.

[012]É difícil produzir poros inferiores a 1 μm no caso de não tecidos, tecidos, malhas, etc. Dessa forma, os não tecidos, tecidos, malhas, etc., são usados como um conceito de filtro de pré-tratamento com uma limitação a uma área de filtração de partícula. Nesse ínterim, as membranas porosas podem produzir poros precisos e pequenos e têm sido usadas para um processo que requer uma ampla faixa de áreas de filtração e a mais alta precisão como a microfiltração, a ultrafiltração, a nanofil- tração, a filtração por osmose reversa, etc.

[013]Uma vez que os não tecidos, os tecidos ou as malhas são feitos de fibras que têm uma espessura de vários micrômetros a várias centenas de micrômetros, é difícil produzir poros finos inferiores a 1 μm. Em particular, não é possível de fato criar poros uniformes, uma vez que as mantas são formadas pela disposição aleatória de fibras no caso dos panos não tecidos. O tecido não-tecido fundido por sopro pode ser chamado de tecido não-tecido feito de uma fibra muito fina que tem um diâmetro de 1 a 5 μm. O tamanho de poro antes da termocalandragem não é menor que seis mi- crômetros e o tamanho de poro após a termocalandragem tem apenas três micrô- metros aproximadamente. A discrepância no tamanho de poro médio ocorre em mais do que ± 20% em torno de um ponto de referência, e o tecido não-tecido fundido por sopro tem uma estrutura na qual coexistem poros muito grandes.

[014]Consequentemente, os não tecidos, os tecidos ou as malhas têm difi-culdade na prevenção do vazamento de materiais contaminados através poros rela-tivamente grandes e, dessa forma, têm eficiência de filtro baixa. Portanto, os meios de filtro são usados em um processo de filtração impreciso ou usados como um conceito de pré-tratamento de um processo de filtração preciso.

[015]Nesse ínterim, a membrana porosa é preparada por um método como um processo de separação de fase induzida por não solvente (NIPS), um processo de separação de fase termicamente induzida (TIPS), um processo de estiramento, um processo de gravação de faixa, um processo sol-gel, etc. Os materiais da maioria das membranas porosas são feitos de polímeros orgânicos representativos, como polite- trafluoroetileno (PTFE), fluoreto de polivinilideno (PVdF), náilon (Nylon6 ou Nylon66), polisulfona (PS), polietersulfona (PES), polipropileno (PP), polietileno (PE), nitroce- lulose (NC) ou similares. Embora as membranas porosas convencionais possam criar poros de tamanho preciso e pequeno, poros fechados ou poros blindados podem ser criados inevitavelmente no processo de fabricação. Como um resultado, as membranas porosas convencionais têm problemas como uma quantidade de fluxo pequena de filtração, uma pressão de acionamento alta e um ciclo de elevação de filtraçãocurto, causando, dessa forma, custos operacionais altos e substituição de filtro frequente.

[016]A publicação de pedido de patente coreana n° 2013-0011192 revela um método de produção de um tecido não-tecido compósito de alumina que inclui uma primeira etapa de execução de um tratamento com plasma de um tecido não-tecido de fibra de polímero termoplástico que modifica a superfície do tecido não-tecido e uma segunda etapa de depósito da alumina sobre o pano com superfície tratada. Entretanto, os meios de filtro que usam o tecido não-tecido compósito de alumina não possuem danos ocasionados por corte da fibra, e também são excelentes no de-sempenho de remoção de vírus, mas têm uma desvantagem de eficiência de filtração baixa devido ao tamanho de poro grande do tecido não-tecido.

REVELAÇÃO Problema da Técnica

[017]Para resolver os problemas ou defeitos acima, um objetivo da presente invenção consiste em fornecer um meio de filtro que usa uma manta de nanofibra formada por um método de eletrofiação, para aprimorar, por meio disso, a resistência e controlar livremente o tamanho de poro, para produzir, dessa forma, uma variedade de produtos de acordo com um uso pretendido, um método de fabricação do meio de filtro e um aparelho de filtro que usa o meio de filtro.

[018]Um outro objetivo da presente invenção consiste em fornecer um meio de filtro que usa uma manta de nanofibra formada por um método de eletrofiação, para permitir, por meio disso, que a espessura do meio de filtro se torne fina e, dessa forma, a espessura de uma placa de filtro se torne fina, para laminar consequente-mente um grande número de placas de filtro em um espaço pequeno para reduzir, dessa forma, o tamanho de um sistema de filtração, um método de fabricação do meio de filtro e um aparelho de filtro que usa o meio de filtro.

[019]Ainda um outro objetivo da presente invenção consiste em fornecer um meio de filtro que é preparado através da laminação de uma manta de nanofibra que tem poros finos tridimensionais e um tecido não-tecido, para alcançar, por meio disso, excelentes manuseio e resistência, e aprimorar a eficiência de filtro, um método de fabricação do meio de filtro e um aparelho de filtro que usa o meio de filtro.

Solução da Técnica

[020]Para realizar os objetivos acima e outros objetivos da presente invenção, de acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um meio de filtro que compreende: um substrato poroso; uma manta de nanofibra que é laminada em ambos os lados do substrato poroso e que tem inúmeros poros finos formados atra-vés da eletrofiação de um material de polímero; e uma unidade adesiva para aderir o substrato poroso e a manta de nanofibra de forma integral, em que a unidade adesiva tem uma estrutura de fusão térmica que é alcançada através da aplicação de calor, cuja temperatura é menor que o ponto de fusão do substrato poroso e maior que o ponto de fusão da manta de nanofibra.

[021]Alternativamente, a unidade adesiva tem uma estrutura de fusão térmica que é alcançada através da aplicação de calor, cuja temperatura é maior que o ponto de fusão do substrato poroso e menor que o ponto de fusão da manta de nanofibra.

[022]Além disso, a unidade adesiva pode ser um pó de fusão a quente ou uma manta de fusão a quente. O pó de fusão a quente é colocado em um padrão de ar-ranjo de ponto para obter, dessa forma, uma permeabilidade a ar após a adesão, e a manta de fusão a quente tem uma pluralidade de poros finos, é possível assegurar a permeabilidade a ar após a adesão.

[023]Além disso, o substrato poroso é um tecido não-tecido de qualquer um dentre um tecido não-tecido à base de poliéster, à base de náilon, à base de poliole- fina e à base de celulose, e o material de polímero que forma a manta de nanofibra compreende um fluoreto de polivinilideno (PVdF).

[024]Além disso, o material de polímero é uma mistura de PVdF e poliacriloni- trila (PAN) em uma razão de 5:5 ou 6:4.

[025]Além disso, a estrutura de fusão térmica é uma estrutura que tem 1/5 a 1/2 a espessura da manta de nanofibra que é penetrada e colada no tecido não-tecido, ou 1/5 a 1/2 a espessura do tecido não-tecido que é penetrado e colado no tecido não-tecido.

[026]Além disso, a manta de nanofibra tem uma estrutura em que a manta de nanofibra é laminada na totalidade da superfície exceto a superfície superior do te-cidonão-tecido.

[027]De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um meio de filtro que compreende: um substrato poroso; e uma manta de nanofibra que é laminada em ambos os lados do substrato poroso e que tem inúmeros poros finos formados através da eletrofiação de um material de polímero, em que a manta de nanofibra compreende uma primeira camada de manta de nanofibra que é formada através da eletrofiação de uma solução de mistura de material de polímero com baixa concentração e uma segunda camada de manta de nanofibra que é formada através da eletrofiação de uma solução de mistura de material de polímero com alta concen-tração.

[028]Além disso, a solução de mistura de material de polímero com baixa concentração contém um material de polímero de 8 a 10% em peso, e a solução de mistura de material de polímero com alta concentração contém um material de polí-mero de 15 a 17% em peso.

[029]De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método de fabricação de um meio de filtro que compreende as etapas de: preparar um tecido não-tecido; eletrofiar um material de polímero em um papel removível, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra; e laminar a manta de nanofibra em ambas as superfícies do tecido não-tecido, e aquecer o laminado resultado em uma temperatura menor que o ponto de fusão do tecido não-tecido e maior que o ponto de fusão da manta de nanofibra, fundindo, dessa forma, termicamente o tecido não-tecido e a manta de nanofibra.

[030]Alternativamente, a fusão térmica é alcançada através da aplicação de calor, cuja temperatura é maior que o ponto de fusão do substrato poroso e menor que o ponto de fusão da manta de nanofibra.

[031]De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método de fabricação de um meio de filtro que compreende as etapas de: preparar um tecido não-tecido; eletrofiar uma solução de mistura de material de polímero com baixa concentração que contém um material de polímero de 8 a 10% em peso, e uma solução de mistura de material de polímero com alta concentração que contém um material de polímero de 15 a 17% em peso em sequência, sobre uma superfície do tecido não-tecido, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra; e eletrofiar a solução de mistura de material de polímero com baixa concentração que contém o material de polímero de 8 a 10% em peso, e a solução de mistura de material de polímero com alta concentração que contém o material de polímero de 15 a 17% em peso em sequência, sobre a outra superfície do tecido não-tecido, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra.

[032]De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um método de fabricação de um meio de filtro que compreende as etapas de: preparar um tecido não-tecido; eletrofiar um material de polímero em um papel removível, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra; e laminar e fundir termicamente a manta de nanofibra através de um pó de fusão a quente ou manta de fusão a quente em ambas as superfícies do tecido não-tecido.

[033]De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecido um aparelho de filtro que compreende: um alojamento que tem uma entrada e uma saída para esgoto ou águas residuais; uma pluralidade de meios de filtro que é disposta em um intervalo predeterminado no alojamento, e para filtrar as águas residuais armazenadas no alojamento; e uma bomba que é conectada à saída para bombear a água do alojamento, ou suprir água de lavagem para o alojamento.

[034]O aparelho de filtro compreende adicionalmente um bocal para gerar bolhas, que é fornecido em um lado do alojamento e lava um meio de filtro.

Efeitos Vantajosos

[035]Conforme descrito acima, a presente invenção fornece um meio de filtro que é formado através da colagem de uma manta de nanofibra formada por um mé-todo de eletrofiação em ambos os lados de um tecido não-tecido através do uso de uma estrutura de fusão térmica ou um adesivo de fusão a quente, para aprimorar, por meio disso, a resistência e controlar livremente o tamanho de poro, para produzir, dessa forma, uma variedade de produtos de acordo com um uso pretendido.

[036]Além disso, a presente invenção fornece um meio de filtro que usa uma manta de nanofibra formada por um método de eletrofiação, para permitir, por meio disso, que a espessura do meio de filtro se torne fina e, dessa forma, a espessura de uma placa de filtro se torne fina, para laminar consequentemente um grande número de placas de filtro em um espaço pequeno para reduzir, dessa forma, o tamanho de um sistema de filtração.

[037]Adicionalmente, a presente invenção fornece um meio de filtro que é preparado através da laminação de uma manta de nanofibra que tem poros finos tridimensionais e um tecido não-tecido, para fornecer, por meio disso, um aparelho de filtro com capacidade de alcançar manuseio e resistência excelentes, e aprimorar a eficiência de filtro.

Descrição dos Desenhos

[038]A Figura 1 é uma vista em seção transversal de um aparelho de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[039]A Figura 2 é uma vista em planta de um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[040]A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[041]A Figura 4 é uma fotografia em aproximação de mantas de nanofibra de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[042]A Figura 5 é um diagrama esquemático de um aparelho de eletrofiação para que forma uma manta de nanofibra de um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[043]A Figura 6 é uma vista em seção parcial que ilustra um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[044]A Figura 7 é uma vista em seção transversal ampliada de uma manta de nanofibra que é aplicada a um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Melhor Modo

[045]Doravante na presente invenção, as modalidades da presente invenção serão descritas em referência aos desenhos anexos. No processo, os tamanhos e os formatos de componentes ilustrados nos desenhos podem ser mostrados exagera-dos a título de conveniência e clareza de explicação. Adicionalmente, através da consideração da configuração e da operação da presente invenção, os termos espe-cificamente definidos podem ser alterados de acordo com a intenção do usuário ou do operador, ou configurações predefinidas. As definições desses termos na presente invenção precisam ser feitas com base nos conteúdos ao longo de todo o pedido.

[046]A Figura 1 é uma vista em seção transversal de um aparelho de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[047]Em referência à Figura 1, um aparelho de filtro de acordo com uma mo-dalidade da presente invenção inclui: um alojamento 10 no qual o esgoto ou as águas residuais é externamente introduzido e armazenado; uma pluralidade de meios de filtro 20 que é disposta em um intervalo predeterminado no alojamento 10, e para filtrar o esgoto ou águas residuais armazenado no alojamento 10; e uma pluralidade de bocais de geração de bolha 30 que são dispostos no lado inferior do alojamento 10 para funcionar, dessa forma, para limpar os meios de filtro 20.

[048]O alojamento 10 é dotado de uma entrada 12 através da qual a água a ser purificada, por exemplo, água poluída como esgoto água ou águas residuais é introduzida, e uma saída 14 que é formada no lado superior do alojamento 10 e através da qual a água purificada no alojamento 10 é externamente descarregada.

[049]Conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, cada um dos meios de filtro 20 in-clui: um tecido não-tecido 22 que tem uma pluralidade de poros através dos quais a água pode passar; uma primeira manta de nanofibra 24 que é laminada sobre uma superfície do tecido não-tecido 22 e que tem poros finos com capacidade de filtrar a água; e uma segunda manta de nanofibra 26 que é laminada sobre a outra superfície do tecido não-tecido 22 e que tem poros finos com capacidade de filtrar a água.

[050]Os meios de filtro 20 são dispostos em um intervalo predeterminado no alojamento 10 e filtram o esgoto ou águas residuais armazenadas no alojamento 10.

[051]Aqui, o tecido não-tecido que pode ser usado na presente invenção é qualquer um dentre, por exemplo, um tecido não-tecido fundido por sopro, um tecido não-tecido fiado por colagem, um tecido não-tecido colado por calor, um tecido não-tecido colado por meios químicos e um tecido não-tecido com deposição por via úmida. O tecido não-tecido pode incluir fibras que têm diâmetros de cerca de 30 μm a cerca de 60 μm, e poros de diâmetros de cerca de 50 μm a cerca de 200 μm.

[052]O tecido não-tecido 22 inclui um grande número de poros e dessa forma desempenha um papel de uma trajetória através da qual a água pode passar, bem como uma camada de suporte para sustentar a primeira manta de nanofibra 24 e a segunda manta de nanofibra 26 para manter um tipo plano.

[053]Na presente invenção, o meio de filtro pode ser implantado através da laminação de uma manta de nanofibra em ambos os lados de um tecido não-tecido como um substrato poroso que tem inúmeros poros, nos quais a manta de nanofibra tem inúmeros poros finos formados através da eletrofiação de um material de polí-mero. Nesse caso, o meio de filtro pode incluir uma unidade adesiva para aderir o tecido não-tecido e a manta de nanofibra de forma integral.

[054]A unidade adesiva pode ter uma estrutura de fusão térmica que é alcan-çada através da aplicação de calor, cuja temperatura é menor que o ponto de fusão do substrato poroso e maior que o ponto de fusão da manta de nanofibra.

[055]O substrato poroso pode ser um tecido não-tecido de qualquer um dentre um tecido não-tecido à base de poliéster, à base de náilon, à base de poliolefina e à base de celulose, e o material de polímero que forma a manta de nanofibra pode incluir um fluoreto de polivinilideno (PVdF).

[056]Adicionalmente, o material de polímero que é eletrofiado a fim de formar a manta de nanofibra é uma mistura de PVdF e poliacrilonitrila (PAN) em uma razão de 5:5 ou 6:4, e a estrutura de fusão térmica é uma estrutura que tem 1/5 a 1/2 da es-pessura da manta de nanofibra que é penetrada e colada no tecido não-tecido.

[057]Conforme descrito acima, quando a compressão térmica é executada através da aplicação de calor, cuja temperatura é menor que o ponto de fusão do substrato poroso e maior que o ponto de fusão da manta de nanofibra, uma porção da manta de nanofibra, ou seja, 1/5 a 1/2 da espessura da manta de nanofibra é fundida e penetrada e fortemente aderida ao substrato poroso, por exemplo, ao te-cidonão-tecido.

[058]Alternativamente, a estrutura de fusão térmica é alcançada através da compressão térmica e da colagem de dois membros, ou seja, o substrato poroso e a manta de nanofibra, através da aplicação de calor, cuja temperatura é maior que o ponto de fusão do substrato poroso e menor que o ponto de fusão da manta de na- nofibra. Nesse caso, 1/5 a 1/2 da espessura do substrato poroso é fundida e pene-trada e fortemente aderida ao substrato poroso, por exemplo, o tecido não-tecido.

[059]No meio de filtro que tem uma estrutura de fusão térmica conforme des-crito acima, a manta de nanofibra pode ter uma estrutura em que a manta de nanofi- bra é laminada na totalidade da superfície exceto a superfície superior do substrato poroso, ou seja, do tecido não-tecido.

[060]Nesse ínterim, de acordo com um outro aspecto da invenção, um meio de filtro também pode ser configurada através da eletrofiação direta de uma primeira manta de nanofibra 24 e uma segunda manta de nanofibra 26 sobre um substrato poroso, ou seja, um tecido não-tecido com a finalidade de ser fortemente aderido a isso.

[061]Ou seja, conforme mostrado na Figura 4, a primeira manta de nanofibra 24 e a segunda manta de nanofibra 26 são formadas através do uso de um processo que tem as etapas de: preparar um solução de fiação através da mistura de um ma-terial de polímero e um solvente em uma razão de mistura constante na qual o mate-rial de polímero pode ser eletrofiado; formar nanofibras 112 e 114 através da eletro- fiação da solução de fiação; e acumular as nanofibras 112 e 114 sobre a superfície do tecido não-tecido 22 para ter, dessa forma, poros finos 110 através dos quais a água pode ser filtrada.

[062]Aqui, os diâmetros das nanofibras 112 e 114 estão, de preferência, na faixa de 0,1 μm a 3,0 μm.

[063]As espessuras da primeira manta de nanofibra 24 e da segunda manta de nanofibra 26 são livremente ajustadas de acordo com o tempo de eletrofiação do aparelho de eletrofiação, e os tamanhos dos poros 110 são determinados pelas es-pessuras das mantas de nanofibra.

[064]Portanto, uma vez que os tamanhos dos poros 110 da primeira manta de nanofibra 24 e da segunda manta de nanofibra 26 podem ser livremente ajustados na presente modalidade, os tamanhos dos poros 110 podem ser produzidos de várias maneiras de acordo com o tipo de um filtro.

[065]Dessa forma, o meio de filtro que é configurado através da formação de uma manta de nanofibra através da eletrofiação direta de um material de polímero em ambos os lados de um tecido não-tecido conforme descrito acima, inclui: um subs-trato poroso; e uma manta de nanofibra que é formada através da eletrofiação direta de um material de polímero em ambos os lados do substrato poroso no qual a manta de nanofibra tem poros finos.

[066]Nesse caso, a manta de nanofibra inclui uma primeira camada de manta de nanofibra que é formada através da eletrofiação de uma solução de mistura de material de polímero com baixa concentração e uma segunda camada de manta de nanofibra que é formada através da eletrofiação de uma solução de mistura de material de polímero com alta concentração. Aqui, a primeira camada de manta de na- nofibra pode ser formada por um método de revestimento ou aspersão bem como eletrofiação.

[067]Além disso, a solução de mistura de material de polímero com baixa concentração contém um material de polímero de 8 a 10% em peso, e a solução de mistura de material de polímero com alta concentração contém um material de polí-mero de 15 a 17% em peso.

[068]O material de polímero usado para as modalidades da presente invenção pode incluir, por exemplo, polímeros hidrofílicos ou/e polímeros hidrofóbicos que podem ser eletrofiados, ou podem incluir um tipo dos polímeros ou uma mistura de dois ou mais tipos dos polímeros.

[069]Os materiais de polímero usados nas modalidades da presente invenção podem ser resinas que podem ser dissolvidas em um solvente orgânico para eletro- fiação, e que podem ser capazes de formar nanofibras através da eletrofiação, mas não são especificamente limitadas a isso. Por exemplo, os materiais de polímero usado na presente invenção pode ser: fluoreto de polivinilideno (PVdF), po- li(vinilideno fluoreto-co-hexafluoropropileno), perfluoropolímero, cloreto de polivinila, cloreto de polivinilideno, ou copolímeros dos mesmos; derivado de polietileno glicol que contém polietileno glicol dialquiléter e polietileno glicol dialquiléster; po- li(oximetileno-oligo-oxietileno); polióxido que contém óxido de polietileno e óxido de polipropileno; acetato de polivinila, poli(vinil pirrolidona-vinil acetato), poliestireno, e um copolímero de poliestireno acrilonitrila; um copolímero de poliacrilonitrila que contém poliacrilonitrila (PAN) e um copolímero de poliacrilonitrila metil metacrilato; ou polimetil metacrilato, um copolímero de polimetil metacrilato ou uma mistura dos mesmos.

[070]Também, o material de polímero usado na presente invenção pode ser: poliéster aromático como poliamida, poli-imida, poliamidaimida, poli(meta-fenileno isoftal amida), poliéster sulfona (PES), poliéter cetona, polieterimida (PEI), tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno ou naftalato de polietileno; polifosfazeno como politetrafluoroetileno, polidifenoxifosfazeno, poli{bis[2-(2-methoxietoxi) fosfa- zeno]}; poliuretano e copolímero de poliuretano que contém poliéter uretano; ou acetato de celulose, acetato butirato de celulose, acetato propionato de celulose.

[071]Os materiais de polímero que pode ser particularmente usados de forma desejável como material de filtro da presente invenção podem ser poliacrilonitrila (PAN), fluoreto de polivinilideno (PVdF), poliéster sulfona (PES) e poliestireno (PS), sozinhos ou uma mistura de fluoreto de polivinilideno (PVdF) e poliacrilonitrila (PAN), uma mistura de PVdF e PES ou uma mistura de PVdF e poliuretano ternoplástico (TPU).

[072]Em referência novamente às Figuras 1 a 3, cada um dos meios de filtro 20 é formado de modo que a primeira manta de nanofibra 24 e a segunda manta de nanofibra 26 sejam respectivamente laminadas em ambas as superfícies do tecido não-tecido 22, em que as outras três bordas laterais, exceto a superfície superior do tecido não-tecido 22, são comprimidas por um método de compressão térmica de modo que a primeira manta de nanofibra 24 e a segunda manta de nanofibra 26 se-jam formadas para circundar a porção lateral do tecido não-tecido 22, em que a su-perfície superior do tecido não-tecido 22 se projeta em relação à primeira manta de nanofibra 24 e à segunda manta de nanofibra 26, a porção protuberante 32 do tecido não-tecido 22 é conectada a um tubo de descarga 50 através do qual a água purifi-cadaatravés do tecido não-tecido 22 é descarregada.

[073]Aqui, o tubo de descarga 50 inclui: uma porção de fixação 52 que é fixada para envolver a porção protuberante 32 do tecido não-tecido 22 de modo que apenas a água que atravessou o tecido não-tecido 22 possa ser descarregada; e um tubo de conexão 54 que é conectado à porção de fixação 52 e que é conectado a uma saída 14 formada no alojamento 10.

[074]Os bocais de geração de bolha 30 dispostos no lado inferior do aloja- mento 10 são conectados a um compressor (não mostrado) ou similares através dos quais o ar pode ser externamente injetado, e são dispostos em pluralidade na superfície de fundo do alojamento 10.

[075]Aqui, os bocais de geração de bolha 30 servem para descarregar o ar para o alojamento 10, para gerar, dessa forma, bolhas e fluxos de água e, dessa forma, servem para remover um material de adesão aderido nas superfícies dos meios de filtro 20.

[076]Quaisquer formas de bocais capazes de gerar um fluxo de água e bolhas de ar são aplicáveis às estruturas dos bocais de geração de bolha 30. Além disso, uma passagem de descarga (não mostrado) é formada no fundo do alojamento 10, na qual as substâncias estranhas acumuladas no fundo do alojamento 10 através da lavagem dos meios de filtro 20 são descarregadas através da passagem de descarga.

[077]Um método de fabricação de meios de filtro de acordo com uma modali-dade da presente invenção será descrito em detalhes a seguir.

[078]A Figura 5 é um diagrama esquemático de um aparelho de eletrofiação que fabrica um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[079]O aparelho de eletrofiação de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui: um primeiro coletor 110 ao longo do qual um tecido não-tecido 22 é transferido; primeiro bocais de fiação 120 dispostos sobre a superfície superior do primeiro coletor 110 e conectados a um gerador de alta tensão (não mostrado) para formar, dessa forma, uma primeira manta de nanofibra 24 sobre uma superfície do tecido não-tecido 22; um segundo coletor 130 ao longo do qual a outra superfície do tecido não-tecido 22, em cuja superfície a primeira manta de nanofibra 24 foi formada, é transferida para ficar voltada para cima; e segundos bocais de fiação 140 dispostos sobre a superfície superior do segundo coletor 130 e conectados a um gerador de alta tensão (não mostrado) para formar, dessa forma, uma segunda manta de na- nofibra 26 sobre a outra superfície do tecido não-tecido 22.

[080]Os primeiros bocais de fiação 120 e os segundos bocais de fiação 140 servem para produzir fios de nanofibra ultrafinos através da eletrofiação de uma solução de fiação que é formada através da mistura de um material de polímero e um solvente.

[081]Um rolo de tecido não-tecido 100 no qual o tecido não-tecido 22 é enro-ladoestá disposto no lado frontal do primeiro coletor 110 e um rolo de meios de filtro 190 no qual os meios de filtro 20 laminados com a primeira manta de nanofibra 24 e a segunda manta de nanofibra 26 são enrolados está disposto no lado traseiro do se-gundo coletor 130.

[082]Quando uma força eletrostática de alta voltagem de 90 a 120 kV é apli-cada entre o primeiro coletor 110 e cada um dentre os primeiros bocais de fiação 120 e entre o segundo coletor 130 e cada um dentre os segundos bocais de fiação 140, filamentos de fibra ultrafina 112 e 114 são fiados para formar, dessa forma, um manta de nanofibra ultrafina.

[083]Os dispositivos de pulverização de ar 70 e 72 são fornecidos nos primei-ros bocais de fiação 120 e nos segundos bocais de fiação 140, respectivamente, e, dessa forma, os filamentos de fibra fiados a partir dos primeiros bocais de fiação 120 e dos segundos bocais de fiação 140 são impedidos de soprar sem ser capturados pelo primeiro e pelo segundo coletores 110 e 130.

[084]Os bocais de pacote fiados de múltiplos orifícios usados na presente in-venção são produzidos para ajustar a pressão de ar da pulverização de ar para estra na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,6 MPa. Nesse caso, a pressão de ar menos que cerca de 0,1 MPa, não contribui para capturar e integrar as fibras soltas. No caso de que a pressão de ar excede cerca de 0,6 MPa, o cone de cada bocal de fiação é endurecido para fazer com que, dessa forma, um fenômeno de entupimento da agu-lha ocorra e para fazer com que, através disso, um problema de fiação ocorra.

[085]Dessa maneira, um processo de preparar os meios de filtro através do uso do dispositivo de eletrofiação conforme construído acima será descrito a seguir.

[086]Primeiro, quando o primeiro coletor 110 for acionado, o tecido não-tecido 22 enrolado no rolo de tecido não-tecido 100 é movido ao longo da superfície supe- rior do primeiro coletor 110.

[087]Além disso, quando uma força eletrostática de alta voltagem for aplicada entre o primeiro coletor 110 e cada um dentre os primeiros bocais de fiação 120, uma solução de fiação dos primeiros bocais de fiação 120 é produzida nos filamentos de fibra ultrafina 112 e fiada sobre uma superfície do tecido não-tecido 22. Desse modo, os filamentos de fibra ultrafina são acumulados sobre uma superfície do tecido não-tecido 22 e, dessa forma, a primeira manta de nanofibra 24 que tem poros ultrafinos é formada.

[088]Desse modo, quando a primeira manta de nanofibra 24 for completa-mente produzida, um processo de laminar a segunda manta de nanofibra 26 no outro lado do tecido não-tecido 22 é realizado.

[089]Em outras palavras, o tecido não-tecido 22 em uma superfície na qual a primeira manta de nanofibra 24 é laminada é movido para o segundo coletor 130. Nesse caso, visto que o segundo coletor 130 está disposto no lado inferior do pri-meiro coletor 110, o tecido não-tecido 22 é movido para o segundo coletor 130 em um estado invertido de 180°. Desse modo, a outra superfície do tecido não-tecido 22 esta voltada para cima.

[090]Além disso, quando uma força eletrostática de alta voltagem for aplicada entre o segundo coletor 130 e cada um dentre os segundos bocais de fiação 140, uma solução de fiação dos segundos bocais de fiação 140 é produzida nos filamen-tos de fibra ultrafina 114 e fiada sobre a outra superfície do tecido não-tecido 22. Desse modo, os filamentos de fibra ultrafina são acumulados sobre a outra superfície do tecido não-tecido 22 e, dessa forma, a primeira manta de nanofibra 26 que tem poros ultrafinos é formada.

[091]Os meios de filtro 20 preparados através desses processos são pressu-rizados para uma espessura predeterminada enquanto atravessa um rolamento de pressão 180 para, desse modo, ser enrolado em um meio de filtro rolo 190.

[092]Na presente invenção, em algumas modalidades, é fornecido um método de fabricação de um meio de filtro que compreende as etapas de: preparar um tecido não-tecido; eletrofiar uma solução de mistura de material de polímero com baixa concentração que contém um material de polímero de 8 a 10 %, em peso, e uma solução de mistura de material de polímero com alta concentração que contém um material de polímero de 15 a 17 %, em peso, em sequência, sobre uma superfície do tecido não-tecido, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra; e eletrofiar o solução de mistura de material de polímero com baixa concentração que contém o material de polímero de 8 a 10 %, em peso, e a solução de mistura de material de polímero com alta concentração que contém o material de polímero de 15 a 17 %, em peso, em sequência, sobre a outra superfície do tecido não-tecido, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra.

[093]Além disso, em algumas modalidades, também é fornecido um método de fabricação de um meio de filtro que compreende as etapas de: preparar um tecido não-tecido; eletrofiar um material de polímero em um papel removível, para formar, dessa forma, uma manta de nanofibra; e laminar a manta de nanofibra em ambas as superfícies do tecido não-tecido e aquecer o resultado laminado em uma temperatura maior que o ponto de fusão do tecido não-tecido e menor que o ponto de fusão da manta de nanofibra, fundindo, dessa forma, termicamente o tecido não-tecido e a manta de nanofibra.

[094]Além disso, de acordo com uma outra modalidade da presente invenção, o meio de filtro pode ser preparado aderindo-se uma fibra de não tecido e uma manta de nanofibra através do uso de um pó de derretimento a quente ou uma manta de derretimento a quente.

[095]Na presente invenção abaixo, a operação de um aparelho de filtro for-mado a partir dos meios de filtro será descrita.

[096]Quando a água flui no alojamento 10 para filtração, uma bomba 16 co-nectadaà saída 14 é acionada para fazer com que a água atravesse os meios de filtro 20 para, dessa forma, ser filtrada e, então, descarregada através da saída 14.

[097]Além disso, quando um processo de lavagem dos meios de filtro 20 for realizado para remover materiais afixados às superfícies dos meios de filtro 20, a bomba 16 é acionada na direção inversa para, dessa forma, fazer com que a água de lavagem introduzida no alojamento 10 passe através da saída 14. A água de lavagem pode incluir produtos químicos necessários para lavar os meios de filtro.

[098]Na presente invenção, a bomba 16 é conectada à saída 14, dessa forma, o alojamento 10, que realiza a função de bombear a água através da saída 14 para fora do alojamento 10 ou suprir a água de lavagem no alojamento 10 através da sa-ída 14.

[099]Quando a água de lavagem é introduzida no alojamento 10 através da saída 14, a água de lavagem introduzida através do tecido não-tecido 22 é descar-regadaatravés da primeira manta de nanofibra 24 e da segunda manta de nanofibra 26, para fabricar, através disso, materiais afixados à primeira manta de nanofibra 24 e à segunda manta de nanofibra 26 separados da mesma.

[0100]Desse modo, as bolhas geradas a partir dos bocais de geração de bolha 30 são supridas para as superfícies da primeira manta de nanofibra 24 e da segunda manta de nanofibra 26 para, dessa forma, executar um papel de produzir materiais afixados à primeira manta de nanofibra 24 e à segunda manta de nanofibra 26 se-parados da mesma. Em outras palavras, os bocais de geração de bolha 30 são for-necidos em um lado do alojamento 10 e servem para lavar os meios de filtro 20.

[0101]A Figura 6 é uma vista seccional parcial que ilustra um meio de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 7 é uma vista em corte transversal ampliada de uma nanofibra em uma manta de nanofibra de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0102]O meio de filtro descrito acima tem uma estrutura na qual uma manta de nanofibra é laminada em um tecido não-tecido. A manta de nanofibra pode ser im-plantada em uma estrutura de uma primeira manta de nanofibra laminada de uma superfície de um tecido não-tecido e uma segunda manta de nanofibra laminada so-bre a outra superfície do tecido não-tecido ou em uma estrutura na qual uma manta de nanofibra é laminada na totalidade da superfície exceto para a superfície superior do tecido não-tecido.

[0103]Nesse caso, o tecido não-tecido e a manta de nanofibra podem ser fu-sionados por meio de compressão térmica. O ponto de fusão da manta de nanofibra é projetado para ser menor que o ponto de fusão do tecido não-tecido, de modo que a manta de nanofibra seja preferencialmente fundida e fusionada para o tecido não-tecido através do calor aplicado durante a compressão térmica. Por exemplo, quando o material de polímero para formar uma manta de nanofibra for aplicado como PVDF, o ponto de fusão de PVDF é 155 °C e, dessa forma, o tecido não-tecido inclui um tecido não-tecido à base de celulose, à base de náilon ou à base de poli- éster que tem um ponto de fusão maior que 155 C.

[0104]Portanto, durante compressão térmica, a região de manta de nanofibra que entra em contato com o tecido não-tecido é fundida e fusionada em um tecido não-tecido. Na presente invenção, visto que o tamanho de poro do tecido não-tecido é muito maior que o tamanho de poro da manta de nanofibra, uma porção da manta de nanofibra fundida é penetrada nos poros do tecido não-tecido. Visto que, confor-me mostrado na Figura 6, com base em uma superfície-limite 29 entre um tecido não-tecido 28b e uma manta de nanofibra 28a antes da compressão térmica, a manta de nanofibra fundida após a compressão térmica é espalhada na distribuição na direção de manta de nanofibra (UM) e na direção de tecido não-tecido (B), a partir da superfície-limite 29. Quando uma quantidade da manta de nanofibra fundida é con-trolada com base nesse recurso técnico, a manta de nanofibra fundida entra nos poros do tecido não-tecido. Consequentemente, a manta de nanofibra fundida que tem entrado nos poros do tecido não-tecido executa um papel de uma função de travamento para, dessa forma, aprimorar a adesão entre a manta de nanofibra e o tecido não-tecido.

[0105]Em algumas modalidades, um material de polímero que forma a manta de nanofibra inclui uma mistura de fluoreto de polivinilideno (PVDF) e poliacrilonitrila (PAN) em uma razão de 5:5 ou 6:4. Nesse caso, conforme mostrado na Figura 7, uma nanofibra eletrofiada é formada para incluir um núcleo 27a, produzida a partir de PAN e um pele externa 27b que circunda a superfície periférica externa do núcleo 27a e produzida a partir de PVDF. As nanofibras dessa estrutura são empilhadas para formar uma manta de nanofibra. Quando a manta de nanofibra que é formada através da laminação das nanofibras, cada uma que tem a estrutura do núcleo 27a e a pele externa 27b e o tecido não-tecido são termicamente comprimidos, o PVDF da pele externa 27b é fundido e penetrado para ser fusionado no tecido não-tecido.

[0106]De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um mate-rial de reforço de fusão (não mostrado) é interposto entre a manta de nanofibra e o tecido não-tecido. O material de reforço de fusão pode ter uma boa força de adesão, respectivamente, com uma manta de nanofibra e um tecido não-tecido. Isto é, visto que a manta de nanofibra é fusionada sobre uma superfície do material de reforço de fusão e o tecido não-tecido é fusionado no outro lado do material de reforço de fusão, a manta de nanofibra e o tecido não-tecido são fusionados através do uso do material de reforço de fusão. Como um resultado, uma resistência à colagem entre a manta de nanofibra e o tecido não-tecido ao usar o material de reforço de fusão pode ser adicionalmente aumentada em comparação com o caso em que a manta de nanofibra e o tecido não-tecido são fusionados através da compressão térmica. Portanto, essa estrutura de meio de filtro pode reduzir notavelmente um fenômeno de delaminação entre a manta de nanofibra e o tecido não-tecido que pode ocorrer durante a realização de modo iterativo de uma função de filtro e uma função de lavagem no aparelho de filtro. Nesse caso, o processo de fusão pode ser o processo de derretimento respectivamente da manta de nanofibra e do tecido não-tecido através da compressão térmica e fundindo, desse modo, a manta de nanofibra e o tecido não-tecido através do uso do material de reforço de fusão.

[0107]Além disso, o material de reforço de fusão deve incluir aberturas nas quais a água pode passar. Essas aberturas conectam os poros da manta de nanofi- bra com os poros do tecido não-tecido, de modo que a água possa passar suave-mente entre a manta de nanofibra e o tecido não-tecido. Além disso, o material de reforço de fusão pode ser implantado com um material que tem a capacidade para aumentar a resistência do meio de filtro.

[0108]O material de reforço de fusão pode incluir um pó de derretimento a quente ou uma manta de fusão a quente.

[0109]Conforme descrito acima, a presente invenção foi descrita em relação às modalidades particularmente preferenciais. No entanto, a presente invenção não é limitada às modalidades acima e é possível para um indivíduo que tem uma habili-dade comum na técnica fabricar várias modificações e variações, sem de afastar do espírito da presente invenção. Dessa forma, o escopo protetor da presente invenção não é definido dentro da descrição detalhada do mesmo, mas é definido pelas rei-vindicações a serem descritas posteriormente e o espírito da técnica da presente invenção.

Aplicabilidade Industrial

[0110]A presente invenção pode ser aplicada a um meio de filtro que emprega uma manta de nanofibra que é preparada através da eletrofiação.

Claims

1. Aparelho de filtro CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um alojamento que tem uma entrada para fornecer esgoto ou água residual ao alojamento e uma saída para descarregar água purificada do alojamento; uma pluralidade de meios de filtro, o meio de filtro sendo disposto em um in-tervalo predeterminado dentro do alojamento e para filtrar o esgoto ou a água resi-dual armazenada no alojamento, em que cada um da pluralidade de meios de filtro compreende: um substrato poroso; uma manta de nanofibra laminada em ambas as superfícies do substrato poroso, a manta de nanofibra sendo formada por nanofibras acumuladas feitas de um material polimérico e tendo vários poros finos; e um material de reforço de fusão interposto entre a manta de nanofibra e o substrato poroso para adesão com a manta de nanofibra e o substrato poroso integralmente, e em que o substrato poroso é envolvido pela manta de nanofibra, exceto por uma borda superior do substrato poroso, a borda superior do substrato poroso se projeta em relação à manta de nanofibra para formar uma porção protuberante; um tubo de descarga disposto dentro do alojamento e conectado à saída, o tubo de descarga incluindo: uma porção de fixação envolvendo e fixada à porção protuberante do substrato poroso; e um tubo de conexão conectado à porção de fi-xação e conectado à saída, descarregando assim a água purificada através do substrato poroso através do tubo de descarga; e uma bomba conectada à saída para bombear a água purificada para fora do alojamento.

2. Aparelho de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um bocal para gerar bolhas, que é fornecido em um lado do alojamento e que lava o meio de filtro.

3. Aparelho de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato poroso é qualquer um dentre um tecido não-tecido à base de poliéster, um tecido não-tecido à base de náilon, um tecido não-tecido à base de po- liolefina e um tecido não-tecido à base de celulose, e o material de polímero que compreende um fluoreto de polivinilideno (PVdF).

4. Aparelho de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de polímero é uma mistura de PVdF e poliacrilonitrila (PAN) em uma razão de 5:5 ou 6:4.

5. Aparelho de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a manta de nanofibra compreende uma primeira camada de manta de nanofibra formada por um material polimérico de baixa concentração e uma segunda camada de manta de nanofibra formada por um material polimérico de alta concentração.