CN112960784A

CN112960784A - 一种复合滤芯及其制备方法和带有该复合滤芯的***

Info

Publication number: CN112960784A
Application number: CN202110159521.1A
Authority: CN
Inventors: 罗泗权; 吴承铂; 吕林; 张豪; 王孟克
Original assignee: Kochin Environment Technology Ningbo Co ltd
Current assignee: Kochin Environment Technology Ningbo Co ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: CN112960784B

Abstract

本申请涉及净水技术领域，具体公开了一种复合滤芯，自外向内，包括PP棉层、活性炭纤维筒、超滤膜壳和超滤膜。将活性炭纤维替换传统的活性炭颗粒，这样活性炭纤维能够与超滤膜组合成CMF膜结构，从而既能够进一步减少滤芯的体积，又能够保证滤芯的净水效率；其制备方法为：用熔融的强碱炭化并活化炭纤维，接着用酸和蒸馏水对炭纤维进行清洗中和，最后将活性炭纤维成型干燥，并将超滤膜安装起来。整个生产过程较为简单，适合工业化生产。另外，将本申请的复合滤芯用于***，能够有效地提升***整体的净水效率。

Description

一种复合滤芯及其制备方法和带有该复合滤芯的***

技术领域

本申请涉及净水技术领域，更具体地说，它涉及一种复合滤芯及其制备方法和带有该复合滤芯的***。

背景技术

***也叫净水机、水质净化器，是按对水的使用要求对水质进行深度过滤、净化处理的水处理设备。平时所讲的***，一般是指用作家庭使用的小型净化器。

并且，传统的***主要采用的是五级过滤技术，第一级为滤芯又称PP棉滤芯（PPF），第二级颗粒活性碳（UDF）滤芯，第三级为精密压缩活性炭（CTO）滤芯，第四级为反渗透膜或超滤膜，第五级为后置活性炭（小T33）。由于五种滤芯是独立设计的，所以，传统的***普遍体积都比较大，需要占据空间也比较多。

为此，小型化成为了***的主流发展方向。而为了能够实现***的小型化，企业在生产***的时候，普遍会使用复合后的滤芯，以此来缩小***的空间。

例如，公告号为CN105329973B的中国专利，公开了一种复合滤芯和具有其的净水***，复合滤芯包括：外壳，所述外壳内限定有腔室，所述外壳上设有进水口和出水口；活性炭纤维筒，所述活性炭纤维筒设在所述腔室内，所述活性炭纤维筒内限定有安装腔，所述活性炭纤维筒具有导通其外壁面与所述安装腔的进水通道，所述进水通道与所述进水口导通；超滤膜，所述超滤膜的至少一部分设在所述安装腔内，所述超滤膜与所述出水口之间设有出水通道。虽然，这种复合滤芯也有较好的净化水质的功能，但是由于其选用的活性炭纤维筒在过滤水的时候，水需要在其内部流经比较长的距离，因此实际生产过程中，活性炭纤维筒的径向厚度还是比较的大。为此，亟需进行改进。

发明内容

为了在保证***净水效果的前提下，又能够缩小复合滤芯的体积，本申请提供一种复合滤芯及其制备方法和带有该复合滤芯的***

本申请提供的一种复合滤芯及其制备方法和带有该复合滤芯的***，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种复合滤芯，采用如下的技术方案：

一种复合滤芯，自外向内，主要包括包括PP棉层、活性炭纤维筒、超滤膜壳和超滤膜。

通过采用上述技术方案，由于活性碳纤维(ACF)的纤维直径为 5～20μm，比表面积平均在 1000～2000m²/g，平均孔径在 1.0～4.0nm，微孔均匀分布于纤维表面。与颗粒活性炭相比，活性碳纤维微孔孔径小而均匀，结构简单，对于吸附小分子物质（例如：水中的余氯）吸附速率快，吸附速度高，且容易解吸附。

因此，选用活性炭纤维替换传统复合滤芯中的活性炭，其能够与超滤膜形成CMF膜结构，从而一方面能够保证复合滤芯的净水效率，另一方面也能够缩小复合滤芯的体积。

第二方面，本申请提供一种复合滤芯的制备方法，采用如下的技术方案：

一种复合滤芯的制备方法，包括如下步骤，

步骤一、取强碱进行熔融，然后将原料纤维加入到强碱中进行混合；

步骤二、将强碱和原料纤维的混合物，以12℃/min升温至520～600℃，并保温1～2h，得到活化炭纤维；

步骤三、将活化炭纤维用酸和蒸馏水进行洗涤，直至洗涤液的pH值恒定为7.0；

步骤四、将洗涤后的活化炭纤维根据要求制成筒状，之后置于80℃温度下干燥，得到活性炭纤维筒；

步骤五、之后将带有超滤膜壳的超滤膜***至活性炭纤维筒中，并与PP棉层一起组装成成品复合滤芯。

通过采用上述技术方案，利用强碱来处理原料纤维，这样一方面能够除去活性炭纤维表面的油渍，另一方面利用强碱活化炭纤维，从而得到的活性炭纤维的BET比表面积可高达2913.4m²/g。

优选的，步骤一中所使用的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种。

通过采用上述技术方案，由于氢氧化钠、强氧化钾和强氧化锂是较为容易获取的强碱，从而有利于降低生产成本。

优选为，步骤三中所使用的酸为盐酸。

通过采用上述技术方案，一方面盐酸的酸性较强，其能够快速中和强碱的碱性，使得活化炭纤维的表面pH值接近中性。另一方面，如果活化后的炭纤维表面还残留有盐酸的话，那么盐酸在干燥的过程中又会挥发，从而保证了最终活性炭纤维筒表面的接近度。

优选为，步骤一中，所述原料纤维为聚丙烯腈纤维和椰壳纤维的混合物，聚丙烯腈纤维和椰壳纤维之间的质量比为1：（5～3）。

通过采用上述技术方案，首先椰壳纤维获取方便，且椰壳纤维的本身就具备有较多的孔隙率，但是由于椰壳纤维易发生热分解，因此，选用聚丙烯纤维和椰壳纤维进行混合，从而在一定程度上提高了整体炭纤维热稳定性。

优选为，步骤二中强碱和原料纤维之间的质量比为（0.8～1）：1。

通过采用上述技术方案，将强碱和原料纤维的质量比大于1：1的值，此时，强碱量过多，容易造成对原料纤维内部造成较大程度腐蚀，从而原料纤维在炭化之后其韧性会明显下降。

其次，如果强碱和原料纤维的质量比小于0.8：1，此时，强碱对原料纤维的活化程度不够。

优选为，步骤四中，在干燥前，取纳米TiO₂加入到溶剂中，然后将洗涤后的活化炭纤维加入到溶剂中，待完全浸渍后取出，再进行干燥。

通过采用上述技术方案，以活性炭纤维作为载体，将纳米TiO₂依附在活性炭纤维上，这样纳米TiO₂作为催化剂，能够催化氧化水中的有机物，使其分解成水和二氧化碳，进而能够降低水中有机毒物的含量。

优选为，步骤五中，待活性炭纤维筒干燥完成之后，直接将带有超滤膜的超滤膜壳安装至活性炭纤维筒中。

通过采用上述技术方案，由于干燥过程中，活性炭纤维受热是处于膨胀的状态。此时，超滤膜壳能够轻松安装于活性炭纤维筒中。待活性炭纤维筒降温的时候，活性炭纤维筒就会受缩，从而其内壁就会紧紧地与超滤膜壳的外壁贴合。这样活性炭纤维筒和超滤膜壳之间的就不容易沉积较大颗粒的水垢，从而在反清洗的时候，水垢也能够顺利地通过活性炭纤维筒而被除去，从而保证了滤芯地清洗效果。

第三方面，本申请提供一种净水***，采用如下的技术方案：

一种净水***，包括与一原水进口连通的上述的复合滤芯，所述复合滤芯与增压泵连通，所述增压泵与RO膜滤芯连通，所述RO膜滤芯分别与浓水出口以及纯水出口连通。

通过采用上述技术方案，利用本申请的复合滤芯来替换传统的复合滤芯，这样在保证正常过滤性能前提下，有利于缩小复合滤芯的体积。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用活性炭纤维替换活性炭，这样活性炭纤维能够与超滤膜能够形成CMF膜结构，从而既能够减少滤芯的体积，又能够保证净水的效果；

2、本申请中优选采用选用椰壳纤维和聚丙烯腈纤维的混合纤维作为原料纤维，这样一方面能够保证活性炭纤维具有较大比表面积，具备较大的净化效率，另一方面也能够保证活性炭纤维的韧性；

3、本申请的方法，通过熔融的强碱直接处理原料纤维，既能够快速炭化原料，又能够对炭纤维起到活化作用，从而提高了活性炭纤维的制备效率。

附图说明

图1是本申请实施例1中的一种复合滤芯的结构示意图；

图2是本申请实施例1中的一种复合滤芯的***示意图；

图3是本申请应用例1中的一种净水***的结构示意图；

图4是本申请应用例1中的一种净水***的***示意图；

图5是本申请应用例1中的一种放置筒和复合滤芯的侧视图；

图6是图5中A-A向的剖视图；

图7是本申请应用例1中的盖合门的结构示意图。

图中，1、外壳；11、原水进口；12、浓水出口；13、纯水出口；14、开口；15、上支撑块；151、上卡接孔；16、下支撑块；161、下卡接孔；17、盖合门；171、上卡接块；172、下卡接块；18、弹性片；181、锁定孔；2、复合滤芯；21、上盖板；211、上翻边；212、出水口；22、PP棉层；23、活性炭纤维筒；231、安装腔；24、超滤膜壳；241、进水口；242、固胶块；243、环槽；244、密封圈；25、超滤膜；251、出水孔；26、下盖板；261、下翻边；262、插接片；3、放置筒；31、限位环；32、放置腔；321、嵌设槽；322、卡嵌槽；4、增压泵；5、RO膜滤芯；6、进水电磁阀；7、浓水电磁阀；8、高压电磁阀。

具体实施方式

结合附图以及以下实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例1

一种复合滤芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、取氢氧化锂进行熔融，然后将原料纤维加入到氢氧化锂中进行混合；

步骤二、将氢氧化锂和原料纤维的混合物，以12℃/min升温至520℃，并保温2h，得到活化炭纤维；

步骤三、将活化炭纤维用35%盐酸和蒸馏水进行洗涤，直至洗涤液的pH值恒定为7.0；

步骤五、待活性炭纤维筒干燥完后，直接将带有超滤膜壳的超滤膜加入到活性炭纤维筒中，并与PP棉层一起组装成成品复合滤芯。

其中，原料纤维为聚丙烯腈纤维和椰壳纤维的混合物，聚丙烯腈纤维和椰壳纤维之间的质量比为1：3。氢氧化锂和聚丙烯腈纤维之间的质量比为0.8：1。

参照图1和图2，复合滤芯2包括上盖板21、下盖板26、活性炭纤维筒23、超滤膜壳24、超滤膜25和PP棉层22。

活性炭纤维筒23呈圆筒形设置，活性炭纤维筒23采用活性炭颗粒加入粘接剂加温烧结而成，使得活性炭纤维筒23的外周向侧壁上具有导通孔，能够从活性炭纤维筒23的轴向侧壁上渗透进水并过滤余氯以及异色异味物质。活性炭纤维筒23的内部具有安装腔231，安装腔231沿活性炭纤维筒23的长度设置，安装腔231的一端封闭，超滤膜壳24呈圆筒形设置，超滤膜壳24嵌设于安装腔231内，超滤膜壳24的侧壁上设有若干进水口241，超滤膜壳24靠近安装腔231开口14处的一端固定连接有固胶块242，超滤膜25的一端固定连接于固胶块242上且穿过固胶块242，超滤膜25伸出固胶块242的一端设有出水孔251，固胶块242密封超滤膜壳24的管口，使得水只能从超滤膜25内的出水孔251流出。此处超滤膜25放置于超滤膜壳24内并将一端伸出超滤膜壳24外，然后在端部灌注胶水，当胶水固化后，将伸出超滤膜壳24外的胶水和超滤膜25进行切除，形成固胶块242。

超滤膜壳24靠近超滤膜25的出水孔251的一端设有环槽243，环槽243内嵌设有密封圈244，密封圈244和活性炭纤维筒23的内侧壁之间过盈配合，使得超滤膜壳24的外侧壁和活性炭纤维筒23的内侧壁之间密封。

PP棉层22套设于活性炭纤维筒23的外周向侧壁上，对原水进行初步过滤，拦截铁锈、泥沙等颗粒物质。

上盖板21安装于PP棉层22靠近活性炭纤维筒23的安装腔231开口14的一端，上盖板21靠近PP棉层22的一侧具有上翻边211，上翻边211呈圆环形设置，上翻边211套设于PP棉层22外且与PP棉层22贴合，使得上盖板21固定于PP棉层22上。上盖板21上具有出水口212，出水口212和出水孔251互相连通，使得从PP棉层22进入到活性炭纤维筒23的安装腔231内的水流入超滤膜25后经过出水孔251后从出水口212流出。

下盖板26安装于PP棉层22远离活性炭纤维筒23的安装腔231开口14的一端，下盖板26靠近PP棉层22的一侧具有下翻边261，下翻边261呈圆环形设置，下翻边261套设于PP棉层22外且与PP棉层22贴合，使得下盖板26固定于PP棉层22上。

本申请实施例1中一种复合滤芯2的实施原理为：原水从复合滤芯2的外周边进入PP棉层22内，过滤铁锈和泥沙等颗粒物质，然后经过活性炭纤维筒23过滤余氯和有机物等，进入超滤膜壳24内，经过超滤膜25去除细菌和病毒，最后从出水口212出水，流出纯水。

实施例2

一种复合滤芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、取氢氧化钠进行熔融，然后将原料纤维加入到氢氧化钠中进行混合；

步骤二、将氢氧化钠和原料纤维的混合物，以12℃/min升温至600℃，并保温1h，得到活化炭纤维；

步骤五、待活性炭纤维筒干燥完后，直接将带有超滤膜壳的超滤膜加入到活性炭纤维筒中，形成自外向内为活性炭纤维筒21、超滤膜壳22和超滤膜23的成品复合滤芯。

其中，原料纤维为聚丙烯腈纤维和椰壳纤维的混合物，聚丙烯腈纤维和椰壳纤维之间的质量比为1：5。氢氧化钠和聚丙烯腈纤维之间的质量比为1：1。复合滤芯的结构与实施例1 相同。

实施例3

一种复合滤芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、取氢氧化钾进行熔融，然后将原料纤维加入到氢氧化钾中进行混合；

步骤二、将氢氧化钾和原料纤维的混合物，以12℃/min升温至560℃，并保温1.5h，得到活化炭纤维；

其中，原料纤维为聚丙烯腈纤维和椰壳纤维的混合物，聚丙烯腈纤维和椰壳纤维之间的质量比为1：4。氢氧化钾和聚丙烯腈纤维之间的质量比为0.9：1。复合滤芯的结构与实施例1 相同。

实施例4、

本实施例与实施例3的区别，仅在于氢氧化钾和原料纤维之间的质量比为0.8：1。

实施例5、

本实施例与实施例3的区别，仅在于氢氧化钾和原料纤维之间的质量比为1：1。

对比例1、

本对比例与实施例3的区别，仅在于氢氧化钾和原料纤维之间的质量比为0.7：1。

对比例2、

本对比例与实施例3的区别，仅在于氢氧化钾和原料纤维之间的质量比为1.2：1。

对比例3、

本对比例与实施例3的区别，仅在于本对比例的步骤五中，活性炭纤维筒干燥冷却后，再将带有超滤膜的超滤膜壳安装至活性炭纤维筒中。

实施例6、

本实施例与实施例3的区别，仅在于本实施例的步骤四中，干燥前，取纳米TiO₂加入到DMF溶剂中，得到固液比为50g/L的液体，然后将洗涤后的活化炭纤维加入到溶剂中，待完全浸渍10min后取出,再进行干燥。

对比例4、

本对比例与实施例6的区别，仅在于本对比例中的原料纤维全为椰壳纤维。

对比例5、

本对比例与实施例6的区别，仅在于本对比例中的原料纤维全为聚丙烯腈纤维。

应用例1、

一种净水***，参照图3和图4，***包括外壳1、超滤膜25、增压泵4、RO膜滤芯5、进水电磁阀6、浓水电磁阀7和高压电磁阀8。

外壳1上设有原水进口11、浓水出口12和纯水出口13，超滤膜25、增压泵4、RO膜滤芯5、进水电磁阀6、浓水电磁阀7和高压电磁阀8均放置于外壳1内，复合滤芯2和原水进口11通过水管连通，复合滤芯2通过水管与增压泵4的一端连通，增压泵4的另一端通过水管与RO膜滤芯5连通，RO膜滤芯5与浓水出口12和纯水出口13连通，使得从原水进口11进入的原水经过超滤膜25和RO膜滤芯5后从浓水出口12和纯水出口13分别流出，此处未画出连通水管。

进水电磁阀6安装于复合滤芯2和增压泵4之间，以在***停止制水时切断***水源。浓水电磁阀7安装于RO膜滤芯5和浓水出口12，以使得RO膜滤芯5种的废水可以排除。高压电磁阀8安装于RO膜滤芯5和纯水出口13之间，以控制制水。

外壳1内固定连接有放置筒3，放置筒3的数量为两个，以放置复合滤芯2和RO膜滤芯5。外壳1上固定连接有弹性片18，弹性片18的数量为至少四个，此处弹性片18的数量为八个，弹性片18两两配合形成锁定孔181，放置筒3穿设于锁定孔181内使得放置筒3不易晃动。放置筒3上还固定连接有限位环31，限位环31的数量为两个，两个限位环31分别抵接于弹性片18的上下侧壁上，使得放置筒3穿设于锁定孔181内后不易滑动。

参照图5和图6，下盖板26远离下翻边261的一侧固定连接有若干插接片262，插接片262呈倾斜向外设置，放置腔32的腔底设有嵌设槽321，下盖板26嵌设于嵌设槽321内，嵌设槽321的槽底设有若干卡嵌槽322，插接片262***卡接于卡嵌槽322内，使得下盖板26固定于嵌设槽321内。

参照图3和图7，外壳1的一侧设有开口14，外壳1上可拆卸连接有盖合门17，以盖合开口14。

盖合门17靠近外壳1的一端固定连接有上卡接块171和下卡接块172，上卡接块171位于盖合门17的上侧，外壳1靠近开口14的上侧壁上固定连接有上支撑块15，上支撑块15上设有上卡接孔151，上卡接块171***卡接于上卡接孔151内。下卡接块172位于盖合门17的下侧，外壳1靠近开口14的洗啊侧壁上固定连接有下支撑块16，下支撑块16上设有下卡接孔161，下卡接块172***并卡接于下卡接孔161内，两者配合，将盖合门17固定于外壳1上。

本申请一种净水***的实施原理为：原水从原水进口11进入，经过进水电磁阀6进入复合滤芯2内，然后经过RO膜滤芯5的二次过滤，废水经过浓水电磁阀7从浓水出口12流出，纯水经过高压电磁阀8从纯水出口13流出。

此处，RO膜反渗透滤芯为从深圳市雨纯环保科技有限公司购得的型号为669的RO膜反渗透滤芯。

检测方法

1.利用抗弯测试仪对活性炭纤维进行抗弯强度测试；

2.利用拉力机分别固定活性炭纤维筒和超滤膜壳，然后进行拉动，测试两者分离所需的抗拉强度；

3.将实施例1至实施例5以及对比例1至对比例4分别作为应用例1中净水***的复合滤芯，对含氯100ug/L、胺100ug/L和苯100ug/L的原样水进行净化，通过色谱检测净化后水中氯、胺和苯的含量。

测试结果如表一所示：

表一实施例1至实施例6以及对比例1至对比例4的测试结果

测试项目	抗弯强度/Pa	抗拉强度/Pa	氯含量/ug/L	胺含量/ug/L	苯含量/ug/L
						实施例1	84	63	未检出	未检出	未检出
实施例2	83	66	未检出	未检出	未检出
						实施例3	87	64	未检出	未检出	未检出
实施例4	85	66	未检出	未检出	未检出
						实施例5	86	65	未检出	未检出	未检出
对比例1	85	62	11.2	6.4	10.3
						对比例2	63	62	未检出	未检出	1.5
对比例3	82	46	0.4	0.7	0.2
						实施例6	86	64	未检出	未检出	未检出
对比例4	70	63	未检出	未检出	1.7
						对比例5	87	62	4.6	5.8	1.5

结合实施例3至实施例5与对比例1和对比例2的比较，并结合表一可以看出，当氢氧化钾和原料纤维之间的质量比控制在（0.8～1）：1，这样既能够充分地活化炭纤维，又能够保证活性炭纤维韧性；

结合实施例3与对比例3的比较，并结合表一可以看出，步骤五中，待活性炭纤维筒干燥完成之后，直接将带有超滤膜的超滤膜壳安装至活性炭纤维筒中，这样能够有助于活性炭纤维筒和超滤膜壳紧密的固定在一起，从而保证了净化的效率；

结合实施例3和实施例6，并结合表一可以看出，经过纳米二氧化钛改性后地活性炭纤维能够在净化水的过程中，有效地除去水中地有机物，从而进一步提高了净水效果；

结合实施例3与对比例4和对比例5的比较，并结合表一可以看出，选用椰壳纤维和聚丙烯腈纤维作为混合纤维来制备活性炭纤维，这样既能够保证制成的复合滤芯具有较强的净化效率，又能够保证在与强碱混合处理时，原料纤维的稳定性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种复合滤芯，其特征在于：自外向内，包括PP棉层（22）、活性炭纤维筒（23）、超滤膜壳（24）和超滤膜（25）。

2.如权利要求1所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤五、之后将带有超滤膜壳的超滤膜***至活性炭纤维筒中，并与PP棉层一起组装成复合滤芯。

3.根据权利要求2所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤一中所使用的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤三中所使用的酸为盐酸。

5.根据权利要求2所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述原料纤维为聚丙烯腈纤维和椰壳纤维的混合物，聚丙烯腈纤维和椰壳纤维之间的质量比为1：（5～3）。

6.根据权利要求5所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤二中强碱和原料纤维之间的质量比为（0.8～1）：1。

7.根据权利要求2所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤四中，在干燥前，取纳米TiO₂加入到溶剂中，然后将洗涤后的活化炭纤维加入到溶剂中，待完全浸渍后取出，再进行干燥。

8.根据权利要求2所述的一种复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤五中，待活性炭纤维筒干燥完成之后，直接将带有超滤膜的超滤膜壳安装至活性炭纤维筒中。

9.一种净水***，其特征在于：包括与一原水进口（11）连通的如权利要求1所述的复合滤芯（2），所述复合滤芯（2）与增压泵（4）连通，所述增压泵（4）与RO膜滤芯（5）连通，所述RO膜滤芯（5）分别与浓水出口（12）以及纯水出口（13）连通。