專利名稱：一種流體凈化介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體凈化介質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種由不同的材料組合形成一體化結(jié)構(gòu)流體凈化介質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和生活水平的提高，水質(zhì)的凈化，尤其是日常用水的凈化已變得越來越重要和迫切。比如在城市的自來水供應(yīng)系統(tǒng)中，輸水管道中的顆粒雜質(zhì)、水中的微生物、重金屬離子、鈣鎂離子、有機(jī)和無機(jī)污染物、特別是殘留氯對(duì)人體的危害，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。為除去水中各種各樣的污染物，必須采用不同操作單元的多級(jí)組合，以形成一個(gè)凈化系統(tǒng)來達(dá)到目的。
然而由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，已開發(fā)出的凈水設(shè)備有著種種嚴(yán)重的缺陷。現(xiàn)已開發(fā)出的凈水設(shè)備主要有兩大類型。一種類型為分體式的多級(jí)凈化過程。具代表性的是活性碳和纖維纏繞濾芯凈化裝置(US5824215，發(fā)明人S.Suh)，反滲透凈化裝置(US4391712，發(fā)明人T.Tyler等)和離子交換樹脂凈化裝置(US6607668，發(fā)明人M.Rela)。這種分體式的多級(jí)凈化系統(tǒng)雖然可以除去大部分的污染物，但需要很大的安裝空間和高昂的投資和操作費(fèi)用。并且由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，普遍具有流動(dòng)阻力大，須外加動(dòng)力進(jìn)行操作；維護(hù)保養(yǎng)困難，部件易損壞；需要大量的反沖水，造成浪費(fèi)等等問題，難以推廣并被廣大用戶接受。另一種形式為可直接安裝于輸水管道出口端的凈化器。然而同樣由于技術(shù)的限制，目前這種凈化器都是由簡(jiǎn)單的一個(gè)或兩個(gè)單元操作，例如活性碳吸附，KDF大顆粒濾料，或兩者的簡(jiǎn)單堆砌來進(jìn)行凈化(US4504389，發(fā)明人A.Rundzaltis；US4814078，發(fā)明人R.Stern等；US6241103B1，發(fā)明人R.Hembree；US5256287，發(fā)明人D.Underwood等；CA02318636，發(fā)明人W.Conley等；ZL03273986.9，設(shè)計(jì)人喬治.盧延之)。由于水中污染物的多樣性和復(fù)雜性，這種簡(jiǎn)單的凈化過程不能滿足凈化的要求，水中的各種污染物和雜質(zhì)不能被有效去除。并且這些凈化裝置普遍具有效率低下、流量小、壽命短等嚴(yán)重缺陷。有些還加入了液體消毒劑(ZL01222813.3，設(shè)計(jì)人羅雁等)，造成了被凈化水的二次污染。同時(shí)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)陋的密封條件也造成制造困難、易泄漏引起二次污染，和產(chǎn)品成本高(US4147631，發(fā)明人S.Deines；US4591438，發(fā)明人M.Tanabe等；CA02470149，發(fā)明人C.Yiu；ZL992491 87.8，設(shè)計(jì)人劉福民；ZL95227611.9，設(shè)計(jì)人朱國(guó)柱；ZL200420052538.9，設(shè)計(jì)人黃真卿)，并且軸向流動(dòng)的設(shè)計(jì)形成流體阻力大、出水量小和因內(nèi)部壓力大易泄漏等嚴(yán)重問題(US4680116，發(fā)明人M.Kamiwada等)。
因而，開發(fā)一種新技術(shù)，制備具有一體化的結(jié)構(gòu)和多重凈化功能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、使用壽命長(zhǎng)、效率高的凈水介質(zhì)，顯得十分迫切和必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的凈化介質(zhì)，以有效地達(dá)到水質(zhì)凈化，這種新型的凈化介質(zhì)具有一體化的緊湊結(jié)構(gòu)，并且具有流動(dòng)阻力小，流量大的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)由固定化層、吸附過濾層組合而成為一體化結(jié)構(gòu)。所述的流體凈化介質(zhì)還包含預(yù)過濾層。所述的流體凈化介質(zhì)包含依次由預(yù)過濾層、固定化層、活性碳纖維層和半透膜層組合而成為一體化的結(jié)構(gòu)。預(yù)過濾層為流體凈化介質(zhì)的外表粗孔預(yù)過濾層，該粗孔預(yù)過濾層厚度在在10微米至100毫米之間，在粗孔預(yù)過濾層中含有孔，粗孔預(yù)過濾層的孔徑在5微米至1000微米之間，緊貼粗孔預(yù)過濾層為固定化層，固定化層的厚度為0.1毫米至500毫米，固定化層中含有固定化物和銅性合金濾料，緊貼固定化層為吸附過濾層，由活性碳纖維和半透膜交替排列形成，活性碳纖維的厚度在0.1至500毫米之間，活性碳纖維與半透膜以層層交替的方式形成組合，活性碳纖維與半透膜的交替組合為至少一層。
本發(fā)明的另一目的是提供一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，采用這種制備方法制作的凈化介質(zhì)具有多重的凈化功能，可以有效去除氯、重金屬、有機(jī)、無機(jī)、離子、細(xì)菌、固體顆粒等污染物和雜質(zhì)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是按從進(jìn)水端至出水端的方向，將固定化層、吸附過濾層依次排列，形成組合體。在進(jìn)水端固定化層之前還設(shè)有預(yù)過濾層。其中預(yù)過濾層為外表粗孔預(yù)過濾層，該粗孔預(yù)過濾層厚度在在10微米至100毫米之間，在粗孔預(yù)過濾層中含有孔，粗孔預(yù)過濾層的孔徑在5微米至1000微米之間；固定化層的厚度為0.1毫米至500毫米，固定化層中含有固定化物和銅性合金濾料；吸附過濾層由活性碳纖維和半透膜交替排列形成。
固定化層的制備過程包含以下步驟A、先混合固定化物和穩(wěn)定劑，然后加入銅性合金濾料顆粒后繼續(xù)混合；B、將混合物以每立方厘米0.5至5.0克的充填密度裝入模具；C、加熱充填后的模具至固定化物的熔點(diǎn)，或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃，并在該溫度保持0.25至48小時(shí)，其中熔點(diǎn)為固定化物的熔融、燒結(jié)或固化溫度；D、在加溫和保溫過程中對(duì)該混合物加壓，壓力控制在0.01至10MkP；E、冷卻脫模。
該流體凈化介質(zhì)的一體化結(jié)構(gòu)由粗孔預(yù)過濾層、固定化層、吸附過濾層組合而成，具有通過化學(xué)反應(yīng)以除氯、除重金屬和抑菌，通過吸附過程以除氯、除有機(jī)污染物、除細(xì)菌病毒，通過梯度過濾以除大顆粒雜質(zhì)、膠體等多種功能。這種新型的凈化介質(zhì)具有有效面積大，壓力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可根據(jù)流體凈化要求進(jìn)行不同的優(yōu)化組合。這種新型的凈化介質(zhì)可廣泛應(yīng)用于水和污水處理，和液體、氣體等流體的凈化，以除去流體中的氯、有機(jī)、無機(jī)、重金屬、離子、顆粒、細(xì)菌等各種污染物和雜質(zhì)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中吸附過濾層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為固定化層形成過程的流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明為一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)由固定化層、吸附過濾層組合而成為一體化結(jié)構(gòu)。所述的流體凈化介質(zhì)還可包含預(yù)過濾層。
本發(fā)明的流體凈化介質(zhì)按下列順序組合構(gòu)成近進(jìn)水端為粗孔的預(yù)過濾材料制成的預(yù)過濾層，緊隨預(yù)過濾層之后的是固定化的銅性合金濾料即KDF材料，即固定化層，在固定化層之后近出水端是由活性碳吸附材料和半透性分離膜交替排列構(gòu)成的吸附過濾層。進(jìn)水端和出水端之間由本發(fā)明的凈化介質(zhì)隔開。未處理過的進(jìn)水在壓力下被強(qiáng)制通過凈化介質(zhì)后排出，以達(dá)到凈化的目的。
預(yù)過濾層
在一體化多功能凈化介質(zhì)的最外層近進(jìn)水端，是粗孔結(jié)構(gòu)的預(yù)過濾層100，該預(yù)過濾層厚度在10微米至100毫米之間，最佳選擇在200微米至500微米之間。該預(yù)過濾層的孔徑在5微米至1000微米之間，最佳孔徑在25至50微米之間。預(yù)過濾層的材料可以是任何可以起到物理過濾作用的材料，如無紡布、金屬濾網(wǎng)、陶瓷濾材等，最佳選擇是聚丙烯或聚乙烯的無紡濾布。
固定化層在預(yù)過濾層內(nèi)面，緊挨預(yù)過濾層的是固定化層101，固定化層的主要成分是銅性合金濾料即KDF濾料。KDF是高純度的銅鋅合金。在與水接觸時(shí)，KDF中的兩種金屬構(gòu)成無數(shù)微米或納米級(jí)的銅-鋅原電池，通過電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)來進(jìn)行凈化。這種材料在水中具有強(qiáng)大的反應(yīng)能力和極快的反應(yīng)速度，可以清除水中高達(dá)99％的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物，對(duì)抑制細(xì)菌、真菌等微生物的效果顯著，是一種十分優(yōu)異的水處理材料。然而能夠發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的僅僅是處在KDF顆粒表面上的微電池，處在合金濾料顆粒內(nèi)部的微電池沒有參與任何反應(yīng)。選用小顆粒的KDF可以成倍增加反應(yīng)表面，從而減小設(shè)備體積，增加反應(yīng)速度。但是因?yàn)镵DF具有每立方厘米2.4至2.9克的高比重，如果在現(xiàn)有的填充床反應(yīng)器中使用粒徑小于40目(0.42毫米)的KDF濾料，流體壓力損失將非常大，無法進(jìn)行具有實(shí)際意義的凈化工作，限制了KDF優(yōu)異性能的發(fā)揮。因此需要先將KDF顆粒固定化，再使用KDF微小顆粒作為凈化介質(zhì)。
具體的固定化過程如圖4所示。
將KDF和固定化物粉末充分混合后，通過加熱、凝固等方法使KDF固定化。用聚合物做固定化物時(shí)，加熱至聚合物熔點(diǎn)，或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃，并保持在該溫度，并適當(dāng)加壓，其中熔點(diǎn)為固定化物的熔融、燒結(jié)或固化溫度。KDF濾料可以是KDF55(50％銅和50％鋅的合金)，KDF85(85％銅和15％鋅的合金)或其他的KDF。KDF濾料的顆粒直徑在1250目至6目(0.01毫米至3.36毫米)之間，最佳選擇為200目至100目(0.07毫米至0.14毫米)之間。聚合物的加入量為KDF重量的0.3％至30％，最佳選擇為5％至10％。保溫時(shí)間可以在0.25分鐘至48小時(shí)，最佳選擇為15至30分鐘。壓力為0.01至10MPa，最佳選擇為0.05至0.5MPa。固定化物可以是任何熱塑性或熱固性的塑料，粘土，淀粉，蜂臘等可使KDF顆粒有效結(jié)合在一起的物質(zhì)。固定化物的顆粒大小為0.01微米至3毫米，最佳選擇為10微米至150微米。可以通過注塑、模壓等各種方法得到需要的形狀。固定化使得應(yīng)用小顆粒的KDF材料成為可能，極大地增加了有效表面，提高了凈化效率，并減少了KDF的用量，降低了成本。
在具體的制備過程中，先將KDF顆粒、固定化物和添加劑充分混合，理想的混合程序是先混合固定化物和穩(wěn)定劑，然后加入KDF顆粒后繼續(xù)混合，經(jīng)過混合后，KDF的表面應(yīng)均勻覆蓋上固定化物顆粒。然后將混合物以每立方厘米0.5至5.0克，最佳值為每立方厘米1.2至1.8克的充填密度裝入模具。加熱充填后的模具至固定化物的熔融、燒結(jié)或固化溫度。升溫的方式是梯度升溫，先將溫度升至低于熔點(diǎn)5至10度，維持0.25至24小時(shí)，最佳選擇為15至30分鐘，然后再將溫度升溫至熔點(diǎn)，或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃，并在該溫度保持0.25至48小時(shí)，最佳選擇為0.5至1.5小時(shí)。在加溫和保溫過程中可以對(duì)KDF混合物加壓，以提高固定化KDF的密度。壓力控制在0.01至10MPa，最佳選擇為0.05至0.5MPa。溫度和壓力的控制目的不僅是使KDF被固定化，同時(shí)也使得在KDF顆粒和KDF顆粒之間、KDF顆粒和固定化物顆粒之間、固定化物顆粒和固定化物顆粒之間生成無數(shù)的微米級(jí)的孔隙。經(jīng)冷卻脫模，并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)后，即可得到固定化KDF的產(chǎn)品，即固定化層。
固定化物可以選用熱塑性或熱固性的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚氯乙稀、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等，也可用粘土如高嶺土、陶土、沸石、瓷石、硅藻土等，淀粉如交聯(lián)淀粉、酯化淀粉、接枝共聚淀粉等，臘如蜂蠟、卡努巴臘等等可以將KDF顆粒粘合在一起并生成多孔結(jié)構(gòu)的材料。顆粒大小為0.01微米至3毫米，最佳選擇為10微米至150微米。固定化物的加入量為KDF重量的0.3％至30％，最佳選擇為5％至10％。穩(wěn)定劑的作用在于將固定化物顆粒均勻而穩(wěn)定地分布于KDF表面，并在加熱過程中幫助熱量的均勻傳遞。對(duì)穩(wěn)定劑要求其在固定化過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，能很好地與固定化物和KDF混合，并且無毒性。穩(wěn)定劑可以是水、乙醇、丙醇、丙三醇、乙二醇、丁醇等，而水是最經(jīng)濟(jì)安全和最有效的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的用量為KDF和固定化物總重量的0.01％至30％，其最佳選擇為1％至10％。固定化層中還可以加入添加材料，如活性碳、沸石或其混合物，以更方便地控制微孔孔徑何進(jìn)一步提高凈化能力。該混合物可以是上述成分的任意組合，混合比例沒有特別要求。添加材料的加入量為KDF重量的0.01％至80％，最佳選擇為0.5％至5％。
經(jīng)固定化后的KDF顆粒生成固定化層。固定化層不僅具有通過電化學(xué)反應(yīng)去除氯、重金屬，以及抑菌、滅菌等功能，并且在固定化后的KDF介質(zhì)層內(nèi)部和表面，生成了大量的孔徑在15至35微米之間的微孔，這些微孔的存在增加了KDF的接觸表面。這些微孔并且和預(yù)過濾層和半透膜中的微孔一起構(gòu)成了梯度過濾以除去各種尺寸的顆粒雜質(zhì)。KDF介質(zhì)層的厚度可以根據(jù)凈化要求變化。厚度越大，凈化效果越好，但流體阻力隨之增大，最佳厚度在10毫米至20毫米之間。
需要強(qiáng)調(diào)的是，上面的制備過程是通過模塑制備固定化層的過程。實(shí)際操作時(shí)也可以采用其它途徑，例如可以通過注塑來制備。不同的制備方法會(huì)使得上述流程產(chǎn)生相應(yīng)的變化，比如用注塑方法，流程中混合、充填、加熱、保溫和冷卻步驟可以在注塑機(jī)上一次完成，但基本原理和過程符合上述過程。
吸附過濾層在固定化KDF凈化層內(nèi)面，近出水端，是由活性碳纖維102和選擇性半透膜103交替組成的吸附過濾層。活性碳纖維可以是短纖維，長(zhǎng)纖維，纖維氈等等?；钚蕴祭w維的厚度在0.1至500毫米，最佳選擇在2至10毫米之間。活性碳纖維的孔徑在1至1000，最佳范圍在10至40?；钚蕴祭w維的碘吸附量大于850-1800mg/g(液相)，苯吸附量大于35w％，亞甲蘭吸附量大于150-300mg/g。
選擇性半透膜可以是微孔膜、荷電膜、超濾膜，納濾膜等，孔徑在0.001微米至1000微米。最佳選擇為孔徑在5至15微米的正荷電膜。膜的形式可以時(shí)平板膜、管形膜、中空纖維膜等。
活性碳纖維和選擇性半透膜可以以許多方法進(jìn)行交替排列。交替排列的次數(shù)至少為一次，最佳選擇為2至6次。其中一種有效的方法是將活性碳纖維氈和選擇性半透膜各一張相疊后卷繞成螺旋形結(jié)構(gòu)，活性碳纖維氈卷繞在選擇性半透膜的外側(cè)?；钚蕴祭w維有著比顆粒狀活性碳強(qiáng)3至6倍或更高的吸附能力。正荷電膜由于電荷的存在，大大增強(qiáng)了對(duì)顆粒雜質(zhì)，特別是對(duì)細(xì)菌病毒的截留。交替排列的活性碳纖維和半透膜構(gòu)成了多級(jí)的吸附平衡過程，大大提高了污染物的去除效率。其中另一種方法是以活性碳纖維包埋中空纖維膜，這種組合方式可以增加活性纖維的充填量和半透膜的膜面積。活性碳纖維中可以加入其它有助于凈化的添加材料，如顆粒狀活性碳、粉末狀活性碳、離子交換樹脂，硅藻土、沸石等或其混合物。該混合物可以是上述成分的任意組合，混合比例沒有特別要求。這些添加材料的量可以占活性碳纖維層中總重量的0.01％至100％。
凈化材料的組合將這些凈化介質(zhì)按從進(jìn)水端至出水端的方向，以粗孔預(yù)過濾層、固定化層、活性碳纖維和選擇性半透膜組合體的順序排列，使多種凈化材料形成一體化，并將進(jìn)水端和出水端隔開。形成一體化的方法是現(xiàn)有技術(shù)，可以通過膠接、熱壓、密封圈加螺栓等方法，或者這些方法的組合將各層疊加后，再將邊緣封閉后形成一體化結(jié)構(gòu)。組合的順序可以很方便地根據(jù)凈水的條件和要求變化，以求達(dá)到最佳的凈水效果。在實(shí)際使用中可以根據(jù)具體情況不用預(yù)過濾層。
實(shí)例和效果實(shí)例1固定化KDF圓筒的制備KDF濾料，顆粒直徑100目(0.14毫米)，240克。
固定化物，聚偏氟乙烯粉末，顆粒直徑35微米，45克，熔點(diǎn)170℃。
穩(wěn)定劑，水，28克。
將聚偏氟乙烯粉末和水充分混合后，加入KDF顆粒繼續(xù)混合KDF的表面均勻地覆蓋上固定化物顆粒；將混合物以每立方厘米1.78克的充填密度裝入模具；加熱充填后的模具至165℃，保溫1小時(shí)，然后再升溫至171℃，保溫0.5小時(shí)；在加熱和保溫過程中對(duì)模具施加0.1MP的壓力；保溫時(shí)間結(jié)束后驟冷脫模。徹底冷卻后，得到外徑5cm，內(nèi)徑2.8cm，壁厚1.1cm，長(zhǎng)11cm的圓筒形固定化KDF。氣泡點(diǎn)法測(cè)得名義孔徑20微米，最大孔徑35微米，孔隙率35％。
實(shí)例2一體化多功能凈化介質(zhì)的制備園筒形無紡布預(yù)過濾材料，壁厚0.3毫米，內(nèi)徑50毫米，高100毫米，名義孔徑35微米。
固定化KDF，KDF顆粒直徑0.07至0.17毫米，固定化后生成內(nèi)徑30毫米，外徑50毫米，高100毫米的園筒。圓筒孔隙率為30％的體積，名義孔徑為25微米。
活性碳纖維氈，厚4毫米，寬100毫米，長(zhǎng)240毫米，克重150g/m2，孔徑為20。
正荷電膜，厚0.3毫米，寬100毫米，長(zhǎng)260毫米，名義孔徑8微米。
將活性碳纖維氈和正荷電膜疊合后卷成螺旋形的結(jié)構(gòu)，活性碳纖維氈位于正荷電膜的外面，如圖2所示。該螺旋形結(jié)構(gòu)共有四層交替排列的活性碳纖維氈和正荷電膜，外徑為30毫米，內(nèi)徑為8毫米。
上述材料準(zhǔn)備完成后，按下列順序組裝將KDF圓筒套在活性碳纖維氈和正荷電膜的螺旋筒的外面，再將園筒形無紡布預(yù)過濾材料套在KDF圓筒的外面，在預(yù)過濾材料外面再套上外套，兩端再套上端蓋后用膠封住。
實(shí)例3裝有中空纖維膜的一體化多級(jí)凈化介質(zhì)實(shí)例1中得到的固定化KDF圓筒活性碳纖維，外表面積2.0m2/g，比表面積1450m2/g，平均孔徑15-35，微孔容積0.65mL/g，單絲直徑18μm，碘吸附量1500mg/g(液相)，苯吸附量50w％。
聚偏氟乙烯中空纖維微濾膜，單根膜外經(jīng)1.2微米，內(nèi)徑0.8毫米，壁厚0.2毫米，膜孔徑10微米，孔隙率78.5％。
如圖3所示，將250根中空纖維膜裝入固定化KDF圓筒，總膜面積為950平方厘米。在KDF圓筒內(nèi)再充填入約5.0克的活性碳纖維。然后將兩端用環(huán)氧樹脂封住，并經(jīng)切割后暴露中空纖維內(nèi)壁，再在固定化KDF圓筒外套上粗孔預(yù)過濾層。流體由固定化KDF圓筒外壁進(jìn)入一體化多級(jí)凈化介質(zhì)，經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)、活性碳纖維吸附、以及由預(yù)過濾層一固定化KDF層一活性碳纖維層一中空纖維微濾膜組成的梯度過濾等多級(jí)處理后，經(jīng)由中空纖維膜的內(nèi)腔流出。
實(shí)例4用實(shí)例2中得到的內(nèi)芯進(jìn)行凈水實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下


權(quán)利要求
1.一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)由固定化層、吸附過濾層組合而成為一體化結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)還包含預(yù)過濾層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)包括依次由預(yù)過濾層、固定化層、吸附過濾層組合而成為一體化的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于預(yù)過濾層為流體凈化介質(zhì)的外表粗孔預(yù)過濾層，該粗孔預(yù)過濾層厚度在在10微米至100毫米之間，在粗孔預(yù)過濾層中含有孔，粗孔預(yù)過濾層的孔徑在5微米至1000微米之間，緊貼粗孔預(yù)過濾層為固定化層，固定化層的厚度為0.1毫米至500毫米，固定化層中含有固定化物和銅性合金濾料，緊貼固定化層為吸附過濾層，由活性碳纖維和半透膜交替排列形成，活性碳纖維的厚度在0.1至500毫米之間，活性碳纖維與半透膜以層層交替的方式形成組合，活性碳纖維與半透膜的交替組合至少為一層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于預(yù)過濾層的材料是可以進(jìn)行物理過濾的材料，如金屬濾網(wǎng)、無紡布、微孔濾膜、陶瓷濾材；預(yù)過濾層厚度在200微米至500微米之間，預(yù)過濾層的孔徑在25至50微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于固定化層的厚度為10毫米至20毫米，固定化層中含有的固定化物為熱塑性或熱固性的塑料，粘土，淀粉，蜂臘，固定化物的顆粒大小為0.01微米至3毫米；銅性合金濾料是銅鋅合金濾料，銅的重量百分比為50-85％，鋅的重量百分比為15-50％，銅性合金濾料的顆粒直徑在0.01毫米至3.36毫米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于活性碳纖維的材料是短纖維，長(zhǎng)纖維，纖維氈，活性碳纖維的厚度為2毫米至10毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于半透膜是微孔膜、荷電膜、超濾膜、納濾膜，半透膜布滿微孔，孔徑為0.001微米至1000微米，半透膜層的形狀為平板形、管形、中孔螺旋形，中孔纖維形。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于活性碳纖維與半透膜以層層交替的方式形成吸附過濾層，活性碳纖維層與半透膜層的交替組合為2層至5層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于固定化層中含有的固定化物的顆粒大小為10微米至150微米；銅性合金濾料的顆粒直徑在0.07毫米至0.14毫米之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于固定化層中還包含添加材料，添加材料的加入量為銅性合金濾料重量的0.01％至80％，其中添加材料為活性碳、沸石。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于活性碳纖維中還包含添加材料，添加材料的加入量為活性碳纖維總重量的0.01％至100％，其中添加材料為顆粒狀活性碳、粉末狀活性碳、硅藻土、沸石。
13.一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于按從進(jìn)水端至出水端的方向，將固定化層、吸附過濾層依次排列，形成組合體。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于在進(jìn)水端固定化層之前加上預(yù)過濾層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于預(yù)過濾層為外表粗孔預(yù)過濾層，該粗孔預(yù)過濾層厚度在在10微米至100毫米之間，在粗孔預(yù)過濾層中含有孔，粗孔預(yù)過濾層的孔徑在5微米至1000微米之間；固定化層的厚度為0.1毫米至500毫米，固定化層中含有固定化物和銅性合金濾料；吸附過濾層由活性碳纖維和半透膜交替排列形成，活性碳纖維的厚度在0.1至500毫米之間，活性碳纖維與半透膜以層層交替的方式形成組合，活性碳纖維與半透膜的交替組合至少為一層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于固定化層的形成方法為將銅性合金濾料和固定化物粉末充分混合后，加熱至固定化物的熔點(diǎn)，或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃的溫度，保持在該溫度0.25分鐘至48小時(shí)，并進(jìn)行加壓，壓力為0.01至10MkP，形成固定化層，其中熔點(diǎn)為固定化物的熔融、燒結(jié)或固化溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于固定化層的制備過程包含以下步驟A、先混合固定化物和穩(wěn)定劑，然后加入銅性合金濾料顆粒后繼續(xù)混合；B、將混合物以每立方厘米0.5至5.0克的充填密度裝入模具；C、加熱充填后的模具至固定化物的熔點(diǎn)，或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃的溫度，并在該溫度保持0.25至48小時(shí)，其中熔點(diǎn)為固定化物的熔融、燒結(jié)或固化溫度；D、在加溫和保溫過程中對(duì)該混合物加壓，壓力控制在0.01至10MkP；E、冷卻脫模。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于步驟C包含以下步驟a、溫度升至低于熔點(diǎn)5至10度，維持0.25至24小時(shí)；b、升溫至熔點(diǎn)或高于熔點(diǎn)0.1℃至100℃的溫度，并在該溫度保持0.25至48小時(shí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17中所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于穩(wěn)定劑是水、乙醇、丙醇、丙三醇、乙二醇、丁醇，穩(wěn)定劑的用量為KDF和固定化物總重量的0.01％至30％。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于固定化層的厚度為10毫米至20毫米，固定化層中含有的銅性合金濾料是銅鋅合金濾料，銅的重量百分比為50-85％，鋅的重量百分比為15-50％，銅性合金濾料的顆粒直徑在0.01毫米至3.36毫米之間；固定化物為熱塑性或熱固性的塑料，粘土，淀粉，蜂臘，固定化物的顆粒大小為0.01微米至3毫米，固定化物的加入量為KDF重量的0.3％至30％。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于活性碳纖維的材料是短纖維，長(zhǎng)纖維，纖維氈，活性碳纖維的厚度為2毫米至10毫米。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于半透膜的材料是微孔膜、荷電膜、超濾膜，納濾膜，半透膜布滿微孔，孔徑為0.001微米至1000微米，半透膜層的形狀為平板形、管形、中孔螺旋形、中空纖維形。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于將活性碳纖維氈和半透膜各一張相疊后卷繞成螺旋形結(jié)構(gòu)，形成吸附過濾層，活性碳纖維氈卷繞在半透膜的外側(cè)，交替排列的次數(shù)為2至5次。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于半透膜為中空纖維膜，以活性碳纖維包埋中空纖維膜的方式形成吸附過濾層。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)的制備方法，其特征在于固定化層中還包含添加材料，添加材料的加入量為銅性合金濾料重量的0.01％至80％，其中添加材料為活性碳、沸石。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于活性碳纖維中還包含添加材料，添加材料的加入量為活性碳纖維總重量的0.01％至100％，其中添加材料為顆粒狀活性碳、粉末狀活性碳、硅藻土、沸石。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流體凈化介質(zhì)及其制備方法。一種流體凈化介質(zhì)，其特征在于所述的流體凈化介質(zhì)由預(yù)過濾層、固定化層、吸附過濾層組合而成為一體化結(jié)構(gòu)。該流體凈化介質(zhì)具有通過化學(xué)反應(yīng)以除氯、除重金屬和抑菌，通過吸附過程以除氯、除有機(jī)污染物、除細(xì)菌病毒，通過梯度過濾以除大顆粒雜質(zhì)、膠體等多種功能。這種新型的凈化介質(zhì)具有有效面積大，壓力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可根據(jù)流體凈化要求進(jìn)行不同的優(yōu)化組合。這種新型的凈化介質(zhì)可廣泛應(yīng)用于水和污水處理，和液體、氣體等流體的凈化，以除去流體中的氯、有機(jī)、無機(jī)、重金屬、離子、顆粒、細(xì)菌等各種污染物和雜質(zhì)。
文檔編號(hào)B01D39/00GK1981909SQ200510111498
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者菅康莊 申請(qǐng)人:菅康莊