本發(fā)明涉及一種過濾材料，具體涉及燈草芯的用途及其構(gòu)成的過濾結(jié)構(gòu)、過濾裝置及過濾裝置的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化的進(jìn)程，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)峻，而人們賴以生存的空氣和水質(zhì)污染亦日趨嚴(yán)峻。與此同時，各種過濾材料和技術(shù)也相繼產(chǎn)生。目前，用于空氣過濾及水質(zhì)過濾的過濾材料，主要是塑料纖維、玻璃纖維、活性炭、金屬膜等，基本都是利用空氣和水的流動性，采用物理攔截的微孔結(jié)構(gòu)方式對空氣和水進(jìn)行過濾，且均具有較好的過濾效果。然而，這些過濾材料的缺點也很明顯，一是這些材料大多不可降解，易造成新的環(huán)境污染問題，而可降解的活性炭又會帶來碳微粒的二次污染問題；二是這些材料對于空氣和水中的重金屬離子過濾效果不好；三是為了提升這些材料對微米級微粒的過濾效果，必然會同時增加空氣阻力，對一些特定環(huán)境（如霧霾天氣）下的一些空氣過濾造成困難。
為了克服上述問題，目前市面上出現(xiàn)了一種利用玉米芯（玉米棒子脫粒后的物質(zhì)）粉碎后制作的過濾材料，這種濾材同樣具有生物活性、綠色環(huán)保的特點。然而，這種過濾材料主要利用的是玉米芯粉碎后，顆粒與顆粒之間的縫隙來讓水流通過，利用顆粒表面的溝壑與水流的接觸面來攔截水質(zhì)中的微粒，對于水體中較大微粒過濾有一定效果。但是，由于玉米芯顆粒材料密度、硬度較高，其每個顆粒體的內(nèi)部均不能通過水流，而玉米芯顆粒之間的間隙又相對較大，對水體中的微米級微粒的過濾無效；對于過濾空氣中的微粒來說，由于氣阻較大，更不可行。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是為了提供燈草芯作為大氣空氣及飲用水過濾材料的用途，并且提供了一種由燈草芯制成的新型過濾結(jié)構(gòu)，該過濾材料具有良好的透氣性、滲透性和生物活性，且綠色無污染，對于水質(zhì)和空氣中的微粒均具有良好的過濾效果。
本發(fā)明還提供了采用了該新型過濾結(jié)構(gòu)的新型過濾裝置，該裝置包括由燈草芯顆粒組成的燈草芯層。該燈草芯層可以是由燈草芯顆粒相互粘結(jié)組成，也可以借由其他過濾機(jī)構(gòu)來形成。
以下為本發(fā)明提供的其中一種實現(xiàn)方式，一種新型過濾裝置，包括由燈草芯顆粒組成的燈草芯層，以及包裹在燈草芯層外側(cè)的夾層，所述夾層上設(shè)有若干孔徑小于1.5mm的微孔，所述燈草芯顆粒的直徑為2~3mm。
優(yōu)選的，所述夾層為塑料夾層、金屬夾層、紡織物夾層、或由多孔淀粉和木漿混合的夾層。
本發(fā)明還提供了該新型過濾裝置的制備方法，包括以下步驟：
A、燈草芯顆粒的制備：將燈草曬干至其含水量低于3%后，剝?nèi)デo干表皮，得到白色透氣的圓柱形燈草芯；將該燈草芯粉碎為直徑為2~3mm的顆粒，即為燈草芯顆粒；
B、夾層的制備：制作一個設(shè)有用于放置燈草芯顆粒的容納腔的夾層，并在夾層上開設(shè)若干個孔徑小于1.5mm的微孔，在夾層側(cè)面開設(shè)一個用于填充燈草芯顆粒的開口；
C、過濾材料的制備：將步驟A制備得到的燈草芯顆粒通過步驟B中預(yù)留的開口填充至容納腔中，填充完畢后，將開口封閉，即可得到新型過濾材料。
其中，所述步驟C中，燈草芯顆粒填充完畢后，可通過擠壓夾層后再封閉開口來調(diào)整燈草芯顆粒之間的間距和燈草芯顆粒內(nèi)部孔徑，或者通過繼續(xù)填充燈草芯顆粒后再封閉開口來調(diào)整草芯顆粒之間的間距和燈草芯顆粒內(nèi)部孔徑。
本發(fā)明的新型過濾裝置的過濾原理如下：
首先，當(dāng)空氣或水流通過過濾裝置時，由于燈草芯顆粒本身的組織孔徑，以及組織單位之間的縫隙，使空氣或水流得以通過。但其中所含的大于材料內(nèi)部孔徑和顆粒間縫隙孔徑的微粒，被阻擋在過濾結(jié)構(gòu)中；同時，由于燈草芯的組織細(xì)胞具有對氣溶膠微粒、重金屬微粒、帶菌微粒及水中的各種懸浮微粒均具有一定的吸附作用，也將對空氣和水流中的這類物質(zhì)進(jìn)行過濾，凈化空氣和水；最后，即可得到凈化后的空氣和水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明是由燈草芯制作而成，其內(nèi)部孔徑本來很小，約0.5~2μm，在受到外力擠壓情況下，孔徑相應(yīng)變小，最小的可達(dá)到0.01微米（μm）。微孔中還有中孔，形成復(fù)式過濾結(jié)構(gòu)，能有效過濾空氣和水中微粒直徑小于PM2.5的微粒。
（2）本發(fā)明的燈草芯的孔徑可以根據(jù)壓力自行調(diào)整，壓力越大，孔徑越小。為適應(yīng)不同過濾要求；具體施加多大壓力，以顆粒之間縫隙最小為原則，可通過顆粒體積變化來判斷；當(dāng)體積被壓縮減少25~30%時，顆粒間縫隙則小于0.5μm，同時燈草芯顆粒內(nèi)部的天然孔徑也會減小約25~30%。
（3）本發(fā)明的燈草芯具有不同的生物活性成分，對人體有益；可過濾空氣和水中的氣溶膠微粒、重金屬微粒、帶菌微粒，以及水中的各種懸浮微粒，并凈化空氣和水中的異味氣。
（4）本發(fā)明的燈草芯是可降解、可再生、可回收的，無二次污染，屬于綠色環(huán)保材料，而其夾層可根據(jù)需要設(shè)置，且夾層材料為金屬、塑料或紡織物，均可循環(huán)利用，并且，夾層可最大限度確保顆粒的完整性，及其回收的便利性。
（5）本發(fā)明的燈草芯由于基本濾材顆粒本身具有柔軟性，顆粒表面在粉碎斷裂后，又形成了凹凸不平的內(nèi)部纖維組織面。在適當(dāng)?shù)耐饬D壓下，顆粒之間的縫隙會大大減小，從而避免空氣或水流在壓差作用下側(cè)漏側(cè)流，影響過濾效果；并且，其擠壓后仍然可保持內(nèi)部微孔與較好通氣性能的特點。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實施例。
實施例
本實施例的目的之一是為了提供燈草芯作為大氣空氣及飲用水過濾材料的用途，該燈草芯可有效過濾空氣和水中的微粒物質(zhì)，包括空氣中的氣溶膠微粒、重金屬微粒、帶菌微粒，以及水中的各種懸浮微粒。并且還可解決空氣和水中的異味氣相物質(zhì)的吸附問題。
本實施例還提供了一種由燈草芯制成的新型過濾結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)一步提供了包含了該新型過濾結(jié)構(gòu)的新型過濾裝置。該裝置進(jìn)一步的將燈草芯處理為燈草芯顆粒，并通過工藝處理使其組成燈草芯層。該燈草芯層可以是由燈草芯顆粒相互粘結(jié)組成，也可以借由其他過濾機(jī)構(gòu)來形成，并且該燈草芯層還可根據(jù)需要進(jìn)行工藝處理，形成片狀或膜狀等。
以下僅為本實施例提供的其中一種包括了燈草芯層的過濾實現(xiàn)方式，即提供了一種新型過濾裝置，包括由燈草芯顆粒組成的燈草芯層，以及包裹在燈草芯層外側(cè)的上下兩夾層，所述夾層為塑料夾層、金屬夾層、紡織物夾層、或由多孔淀粉和木漿混合的夾層，且所述夾層上設(shè)有若干孔徑小于1.5mm的微孔，所述燈草芯顆粒的直徑為2~3mm。
本實施例中，兩夾層之間可通過邊緣相互粘合、焊接或縫合等方式直接連接，以形成供燈草芯顆粒填充的容納腔；也可通過采用與夾層材料相同、且圍繞兩夾層一圈設(shè)置的圍合層來將兩夾層撐開，形成供燈草芯顆粒填充的柱形容納腔；此外，還有其他可形成便于燈草芯顆粒填充的容納腔的方法，如在夾層內(nèi)設(shè)置繞夾層一圈的擋板，夾層閉合后即形成容納腔等方式，在此不再贅述。
本實施例還提供了一種制備上述新型材料的方法，包括以下步驟：
A、夾層的制備：取形狀、結(jié)構(gòu)均相同的兩夾層，并在夾層上開設(shè)若干個孔徑小于1.5mm的微孔；取長度與夾層周長相同、寬度為6~600mm且與夾層材料相同的材料作為圍合層；然后將圍合層繞兩夾層一圈設(shè)置，在圍合層末端留一個開口，從而使兩夾層與圍合層之間形成一個高度為6~600mm的容納腔；其中，夾層為塑料板夾層時，圍合層與兩夾層之間采用粘合劑粘合；夾層為金屬夾層時，圍合層與兩夾層之間焊接；夾層為紡織物夾層時，圍合層與兩夾層之間縫合。
B、燈草芯顆粒的制備：將燈草曬干至其含水量低于3%后，剝?nèi)デo干表皮，得到白色透氣的圓柱形燈草芯；將該燈草芯粉碎為直徑為2~3mm的顆粒，即為燈草芯顆粒；
得到的燈草芯呈細(xì)圓柱形，質(zhì)地柔軟，有彈性，易拉斷，其長度20~90cm不等，直徑為1~3mm；放大鏡下觀察，可看到其表面組織有隆起的細(xì)縱紋及海綿樣的細(xì)小孔隙；其橫斷面不平坦，全部由通氣組織組成；每一細(xì)胞呈類方形或長方形，有數(shù)條分枝，分枝長8~60μm，直徑7~20μm，壁厚約1.7μm，相鄰細(xì)胞的分枝頂端相互銜接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞間隙大多呈三角形或類四邊形。因此，其具有良好的生物活性，顆粒內(nèi)由微?？?，可過濾空氣和水中的氣溶膠微粒、重金屬微粒、帶菌微粒，以及水中的各種懸浮微粒，并凈化空氣和水中的異味氣。
C、過濾材料的制備：將步驟B制備得到的燈草芯顆粒通過步驟A中預(yù)留的開口填充容納腔中，填充完畢后，將開口封閉，即可得到新型過濾裝置。
其中，所述步驟C中，燈草芯顆粒填充完畢后，可通過擠壓夾層后再封閉開口來調(diào)整燈草芯顆粒之間的間距和燈草芯顆粒內(nèi)部孔徑，或者通過繼續(xù)填充燈草芯顆粒后再封閉開口來調(diào)整草芯顆粒之間的間距和燈草芯顆粒內(nèi)部孔徑。
此制備方法中，僅提供了一種形成容納腔的方式，其他方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)本方法推算得知，在此不再贅述。
實例1
本實例是使用新型過濾裝置對空氣中PM2.5進(jìn)行過濾的實驗。該新型過濾裝置是以紡織物層作為夾層，該紡織物層整體呈帶狀結(jié)構(gòu)，紡織物層上設(shè)有若干孔徑為1mm的微孔，紡織物層內(nèi)部填充滿了直徑為2mm燈草芯顆粒。
該實驗的具體步驟如下：
A、準(zhǔn)備空氣質(zhì)量檢測儀一臺，功率為1.8w的電腦排風(fēng)扇一臺，透明塑料做成的過濾腔一個；然后先將上述充滿燈草芯顆粒的新型過濾材料的體積壓縮為原來的70%后，封緊紡織物層的開口，作為本次試驗的過濾材料；
B、將空氣質(zhì)量檢測儀放入過濾腔，開啟風(fēng)扇，測得當(dāng)時過濾腔中空氣中PM2.5濃度為487.6μg/m3，與自然空氣PM2.5濃度一致；然后將過濾材料覆蓋在過濾腔的入口，輕輕壓合在過濾腔口，使過濾材料表面與腔口貼合。然后開啟排風(fēng)扇，測得過濾腔內(nèi)空氣PM2.5濃度為79.8μg/m3。
對比測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該過濾裝置過濾空氣中的PM2.5有效率達(dá)到83.6%。
實例2
本實例是使用新型過濾結(jié)構(gòu)中的直徑為2mm的燈草芯顆粒對煙霧中PM2.5進(jìn)行過濾的實驗。
該實驗的具體步驟如下：
A、準(zhǔn)備空氣質(zhì)量檢測儀一臺，功率為1.8w的電腦排風(fēng)扇一臺，透明塑料做成的過濾腔一個，同一包香煙中的兩支重量的香煙，面積為10㎡的辦公室，直徑為2mm的燈草芯顆粒，軟質(zhì)塑料管；
B、將辦公室的窗戶密閉，僅在其中一扇窗戶上開直徑為7mm的孔；
C、將排風(fēng)扇和過濾腔改裝成可以連接軟質(zhì)塑料管的簡易吸煙機(jī)；
D、在選取的兩支香煙上相同長度的位置標(biāo)記止燃記號，并將一次性過濾嘴中的原有濾芯除去，將備好的燈草芯顆粒填裝進(jìn)香煙的過濾嘴中，并通過壓力使其顆粒自然體積減少30%后，得到燈草芯顆粒濾嘴；
E、將其中一支香煙點燃，自然燃燒，到止燃記號時熄滅。用上一實驗的空氣質(zhì)量檢測儀測量室內(nèi)PM2.5，濃度為1580.5μg/m3；
F、將窗戶全部打開3小時，等室內(nèi)煙霧散去后，將窗戶如步驟B一樣密閉，將另一支香煙從窗戶開孔中穿過，然后將步驟C中簡易吸煙機(jī)的軟質(zhì)塑料管連接到步驟D中的燈草芯顆粒濾嘴上，并用玻璃膠密封；香煙較緊密地插入該燈草芯濾嘴。
G、從窗外點燃香煙的同時，開啟簡易吸煙機(jī)，直到香煙燃燒到止燃記號時，關(guān)閉簡易吸煙機(jī)，過濾后的煙霧完全留在室內(nèi)。用空氣質(zhì)量檢測儀檢測室內(nèi)PM2.5濃度為290.5μg/m3；
對比測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用該新型過濾結(jié)構(gòu)后，PM2.5濃度下降81.6%。
實例3
本實例是使用新型過濾裝置對水質(zhì)進(jìn)行過濾的實驗。該新型過濾裝置是借用現(xiàn)有的礦泉水瓶頸部分作為過濾層的，且礦泉水出水口用孔徑為1mm的濾布扎緊，然后在瓶頸內(nèi)部填充直徑為2mm燈草芯顆粒，稍微用力將顆粒壓緊后形成的。
該實驗的具體步驟如下：
A、準(zhǔn)備筆式余氯測量儀一支，TDS檢測筆一支。
B、取家用自來水20mL，用筆式余氯測量儀測量得到其余氯含量為3.4 mg/L；該水樣經(jīng)新型過濾裝置過濾后，再測量其余氯含量，測量結(jié)果為0.54mg/L；
對比顯示，對余氯的過濾有效率為84%；
C、取家用自來水20ML，用TDS檢測筆檢測，其溶解性總固體值為168mg/L，經(jīng)新型過濾裝置過濾后，再用TDS檢測筆檢測，其溶解性總固體值為76.3mg/L；
對比顯示，該材料對水質(zhì)中溶解性總固體物的過濾效率為54.5%；
上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，但凡在本發(fā)明的主體設(shè)計思想和精神上作出的毫無實質(zhì)意義的改動或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。