專利名稱：凈水過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種凈水過濾器，具體說是涉及一種用于過濾自來水、工業(yè)用水、河水、廢水的凈水過濾器。
例如，特開平7-26460號公報、特開平8-24535號公報和特開平7-207566號公報上公開了一種價格低廉、臨界過濾粒徑較小的過濾介質，這種過濾介質是由容噴法無紡織物和紡粘型無紡織物層層粘接而成的。
不論是何種凈水過濾器，上述過濾器都需要將無紡織物加工成特定的形狀，再將沸石或活性碳承載于其中。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了利用可成型的碳質材料RB陶瓷或CRB陶瓷可以加工出凈水過濾器，進而完成了本發(fā)明。
另外還發(fā)現(xiàn)將無紡織物作為載體，承載RB陶瓷或CRB陶瓷粉末后也可作為凈水過濾器使用。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用無紡織物作為載體，承載RB陶瓷或CRB陶瓷粉末的凈水過濾器。
本發(fā)明的凈水過濾器以RB陶瓷或/和CRB陶瓷作為吸附及過濾介質，該RB陶瓷或/和CRB陶瓷的細孔直徑為10～2000埃，細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
在日本每年產(chǎn)出90萬噸的米糠，而全世界米糠的年排出量則高達3300萬噸。本發(fā)明的第一發(fā)明人堀切川一男曾對用米糠制備多孔性碳材料的方法進行過研究(請參照功能材料1997年5月號Vol.17 No.5 p24-28)。在該文獻中介紹了將由米糠提取的脫脂米糠與熱固性樹脂混合在一起進行混煉后加壓成型，成型體經(jīng)干燥后在惰性氣體條件下燒成而得到的碳材料(稱為RB陶瓷)及其制備方法。制備上述脫脂米糠時，無須選用特定品種的米，進口或國產(chǎn)品皆可。
另外，只要具備熱固化的性質，任何一種熱固樹脂都適用，常用的有酚醛樹脂，鄰苯二甲酸二烯丙基酯樹脂，不飽和聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂，三嗪樹脂，聚酰亞胺樹脂等，其中優(yōu)選酚醛樹脂。
在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，也可以同時用聚酰胺等熱塑性樹脂。
脫脂米糠和熱固性樹脂的混合比例為50～90∶50～10重量比，優(yōu)選70～80∶30～20重量比。
采用上述方法時，加壓成型體與再經(jīng)惰性氣體中燒成后的完成品相比，其尺寸的收縮比率高達25％，因此很難制造出尺寸精確的產(chǎn)品。針對這一問題本發(fā)明人又開發(fā)出了改性陶瓷(稱為CRB陶瓷)。
本發(fā)明中所指的CRB陶瓷是指對上述的RB陶瓷進行改性處理后所得的產(chǎn)物，具體制備方法如下混合由米糠提取的脫脂米糠和熱固性樹脂并進行混煉，再在700～1000℃的惰性氣體中經(jīng)過一次燒成后粉碎成小于60目的碳化粉末?；旌显撎蓟勰┖蜔峁绦詷渲M行混煉(稱之為CRB陶瓷前驅體)，在20～30Mp的壓力條件下使之加壓成型，再將其成型體在500-1100℃惰性氣體中進行熱處理后可得到CRB陶瓷。CRB陶瓷是多孔性物質，具有無數(shù)多個的細孔。CRB陶瓷上的細孔可根據(jù)其形成過程分為以下3種第一種如

圖1a所示，CRB陶瓷微粒相重疊后，各微粒間會形成孔徑大于5μm的較大細孔，此類細孔的峰值為約15μm。
第二種如圖1b所示，由米糠本身的纖維構造形成的孔徑小于5μm的細孔，此類細孔的峰值為約1.8μm。
第三種如圖1c所示，高分子聚合物(酚醛樹脂)在高溫碳化時在分子鏈與分子鏈之間會形成孔徑小于0.2μm的小細孔。此類細孔的峰值為約0.05μm。
以上三種細孔可分別過濾相應大小的微粒，起到過濾器的作用。
與RB陶瓷相比，CRB陶瓷最大的差別就是成型體和完成品尺寸收縮比由RB陶瓷的25％降至3％以下。
CRB陶瓷和RB陶瓷的通性如下所示。.硬度高。.膨脹系數(shù)非常小。.組織構造具有多孔性。.具有導電性能。.松比重小而輕。耐磨性能優(yōu)良。易于加工成型。可以加工成粉末。.由于以米糠為原料，因此可以減少地球環(huán)境污染，并且利于節(jié)約資源。
本發(fā)明中由RB陶瓷或/和CRB陶瓷直接制備凈水過濾器時，為了得到尺寸精確的成型體，使用CRB陶瓷為宜。但這并不等于排除使用RB陶瓷的實施形式。因為先用較大的模具作出成型體，然后再經(jīng)過切削等二次加工后，也可得到所需尺寸的產(chǎn)品。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷較突出的優(yōu)點是可基本上通過改變燒成條件，來控制其多孔性。通常認為處理溫度越高，多孔性越好。
在本發(fā)明中由RB陶瓷或/和CRB陶瓷直接制備凈水過濾器成型體時，其成型體中形成的細孔直徑可達10～2000埃、細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
在本發(fā)明中如果用陶瓷粉末，則不論是RB陶瓷或CRB陶瓷粉末都能滿足要求。粉末的大小可根據(jù)目的進行選擇，通常用平均粒徑為1～500μm左右的粉末。
對本發(fā)明中的RB陶瓷或/和CRB陶瓷來講，多孔性是非常重要的特性，其主要影響因素有RB陶瓷的一次燒成溫度，CRB陶瓷的一次燒成溫度和二次熱處理溫度。當一次燒成溫度和二次熱處理溫度為800～1000℃時，RB陶瓷或/和CRB陶瓷成型體的多孔性能最佳。
在本發(fā)明中采用RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末時，以無紡織物作為載體為宜，另外除了采用該RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末也可承載常用的活性碳粉末。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末常用活性碳粉末的重量比以50～90∶50～10為宜。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的硬度較大，其表面凹凸不平，易于以粉末狀態(tài)存在，也不容易被流體帶走。無紡織物可采用玻璃纖維或石棉等無機材料或者聚酯、聚烯烴、聚酰胺等聚合物或者纖維素、麻、棉等天然材料，其中任何一種都適用于本發(fā)明。無紡織物的形式可以是干式或濕式，也可以是紡粘型無紡織物。
關于無紡織物特性的要求是平均孔徑為1～30μm，最大孔徑小于80μm，在壓差為1cm水柱時純水的過濾流量大于3L/m2.min，這種常用無紡織物在市面上可以買到。
本發(fā)明的具體實施形式如下(1)一種凈水過濾器，其特征在于該凈水過濾器以RB陶瓷或/和CRB陶瓷作為吸附及過濾介質，該RB陶瓷或/和CRB陶瓷的細孔直徑為10～2000埃，細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
(2)根據(jù)1所述的凈水過濾器，其特征在于由該RB陶瓷或/和CRB陶瓷形成圓筒狀的過濾器。
(3)根據(jù)2所述的凈水過濾器，其特征在于由幾個不同直徑的薄圓筒狀過濾器疊置而成。
(4)根據(jù)3所述的凈水過濾器，其特征在于在薄圓筒狀過濾器之間填充有沸石粉末、活性碳粉末。
(5)根據(jù)1所述的凈水過濾器，其特征在于由該RB陶瓷或/和CRB陶瓷形成實心的圓筒狀過濾器。
(6)一種凈水過濾器，其特征在于以無紡織物作為載體承載RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末，該RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的平均粒徑為1～500μm，細孔直徑為10～2000埃、細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
(7)根據(jù)6所述的凈水過濾器，其特征在于無紡織物或者毛氈載體上除了RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末外，還承載有常用的活性碳粉末。
(8)根據(jù)7所述的凈水過濾器，其特征在于RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末與活性碳粉末的重量比為50～90∶50～10。
(9)根據(jù)6、7或8所述的凈水過濾器，其特征在于該無紡織物的平均孔徑為1～30μm，最大孔徑小于80μm，在壓差為1cm水柱時純水的過濾流量大于3L/m2.min。
下面根據(jù)實施例，對本發(fā)明進行進一步說明。
取由米糠制備出的脫脂米糠75千克和液態(tài)酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂)25千克，在50～60℃條件下邊加熱邊混煉，得到具有可塑性的均質混合物。將混合物放入旋轉窯爐中，在氮氣氣氛下進行60分鐘的一次燒成，燒成溫度為900℃。用300目的篩子篩選碳化燒成產(chǎn)物，得到粒徑為50～80μm的碳化粉末。
取75千克該碳化粉末與固態(tài)酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂)25千克在100～150℃下邊加熱邊混煉，得到具有可塑性的均質混合物-CRB陶瓷前驅體的可塑物。(凈水過濾器的成型)如圖2所示，制出與直徑為20.0cm，厚度為1.5cm的圓盤狀1相匹配的模具，將具可塑性的CRB陶瓷前驅體注入其中，在22Mpa壓力下加壓成型，此時模具的溫度為150℃。
從模具中取出加壓成型體，在氮氣氣氛下分三步進行加工。首先以1℃/分的速度升溫至500℃，然后在500℃保持60分鐘，再在950℃進行120分鐘熱處理。
隨后，2～3℃/分的冷卻速度冷卻至500℃，然后進行自然冷卻即可得到圖2所示的CRB陶瓷成型體1。(凈水過濾器的特性)CRB陶瓷成型體1的細孔平均直徑為350埃、細孔的容積為0.65cm3/g。
將混合物放入旋轉窯爐中，在氮氣氣氛下進行60分鐘的一次燒成，燒成溫度為900℃。將碳化燒成產(chǎn)物用200目的篩子進行篩選，得到粒徑為50～120μm的碳化粉末。
取75千克該碳化粉末與固態(tài)酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂)25千克在100～150℃下邊加熱邊混煉，得到具有可塑性的均質混合物-CRB陶瓷前驅體的可塑物。(凈水過濾器的成型)如圖2所示，制出與直徑為20.0cm，厚度為1.5cm的圓盤狀1相匹配的的模具，將具可塑性的CRB陶瓷前驅體注入其中，在25Mpa壓力下加壓成型，此時模具的溫度為150℃。
從模具中取出加壓成型體，在氮氣氣氛下分三步進行加工。首先以1℃/分的速度升溫至500℃，然后在500℃保持60分鐘，再在1000℃進行150分鐘熱處理。
隨后，2～3℃/分的冷卻速度冷卻至500℃，然后進行自然冷卻即可得到圖2所示的CRB陶瓷成型體2。(凈水過濾器的特性)CRB陶瓷成型體1的細孔平均直徑為450埃、細孔的容積為0.52cm3/g。
從模具中取出加壓成型體，在氮氣氣氛下分三步進行加工。首先以1℃/分的速度升溫至500℃，然后在800℃進行120分鐘熱處理。
隨后，2～3℃/分的冷卻速度冷卻至500℃，然后進行自然冷卻。(凈水過濾器的特性)CRB陶瓷成型體1的尺寸有所縮小，細孔平均直徑為500埃、細孔的容積為0.51cm3/g。
取78千克該碳化粉末與固態(tài)酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂)22千克在100～150℃下邊加熱邊混煉，得到具有可塑性的均質混合物-CRB陶瓷前驅體的可塑物。(凈水過濾器的成型)如圖3所示，制出與外徑為15cm，內(nèi)徑為14.0cm，長度為30cm的圓筒3相匹配的模具，將具可塑性的CRB陶瓷前驅體注入其中，在22Mpa壓力下加壓成型，此時模具的溫度為150℃。
從模具中取出加壓成型體，在氮氣氣氛下分三步進行加工。首先以1℃/分的速度升溫至500℃，然后在500℃保持60分鐘，再在1000℃進行120分鐘熱處理。
隨后，2～3℃/分的冷卻速度冷卻至500℃，然后進行自然冷卻即可得到圖3所示的CRB陶瓷成型體2。(凈水過濾器的特性)CRB陶瓷成型體3的細孔平均直徑為550埃、細孔的容積為0.50cm3/g。
取75千克該碳化粉末與固態(tài)酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂)25千克在100～150℃下邊加熱邊混煉，得到具有可塑性的均質混合物。(粉末的制備)將具有可塑性的均質混合物在20Mpa壓力下加壓成型成直徑為3cm的球體，此時模具的溫度為150℃。
從模具中取出加壓成型體，在氮氣氣氛下分三步進行加工。首先以1℃/分的速度升溫至500℃，然后在500℃保持60分鐘，再在950℃進行120分鐘燒結處理。
隨后，2～3℃/分的冷卻速度冷卻至500℃，然后進行自然冷卻。
用粉碎機粉碎直徑為3cm的球體，然后再用球磨機進行進一步的粉碎即可得到平均粒徑為5～10μm的CRB陶瓷微粒。(凈水過濾器的成型)如圖4所示，將平均粒徑為7μm的CRB陶瓷微粒3置于用平均孔徑為5μm、最大孔徑為18μm、通氣量為6cm3/cm2.s、過濾流量為31L/m2.min.cmH2O的尼龍6制無紡織物4之間，并將上下兩端用聚酰胺膠粘劑5封合。(凈水過濾器的特性)平均粒徑為7μm的CRB陶瓷微粒的細孔容積為0.58cm3/g。
本發(fā)明凈水過濾器因采用RB陶瓷和CRB陶瓷，可以制造成各種不同的形狀，并保持原來的性能。另外確認了RB陶瓷和CRB陶瓷粉末也具有適于凈水過濾器的性質。
權利要求
1.一種凈水過濾器，其特征在于該凈水過濾器以RB陶瓷或/和CRB陶瓷作為吸附及過濾介質，該RB陶瓷或/和CRB陶瓷的細孔直徑為10～2000埃，細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
2.根據(jù)權利要求1所述的凈水過濾器，其特征在于由該RB陶瓷或/和CRB陶瓷制成的過濾器呈圓筒狀。
3.根據(jù)權利要求2所述的凈水過濾器，其特征在于由多個不同直徑的薄圓筒狀過濾器疊置而成。
4.根據(jù)權利要求3所述的凈水過濾器，其特征在于在薄圓筒狀過濾器之間填充有沸石粉末、活性碳粉末。
5.根據(jù)權利要求1所述的凈水過濾器，其特征在于由該RB陶瓷或/和CRB陶瓷制成的過濾器呈實心圓筒狀。
6.一種凈水過濾器，其特征在于以無紡織物作為載體承載RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末，該RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的平均粒徑為1～500μm，細孔直徑為10～2000埃，細孔容積為0.1～1.1cm3/g。
7.根據(jù)權利要求6所述的凈水過濾器，其特征在于無紡織物或者毛氈載體上除了RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末外，還承載有常用的活性碳粉末。
8.根據(jù)權利要求7所述的凈水過濾器，其特征在于RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末與活性碳粉末的重量比為50～90∶50～10。
9.根據(jù)權利要求6、7或8所述的凈水過濾器，其特征在于該無紡織物的平均孔徑為1～30μm，最大孔徑小于80μm，在壓差為1cm水柱時純水的過濾流量大于3L/m2.min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以制成各種不同形狀的凈水過濾器，其采用細孔直徑為10～2000埃、細孔的容積為0.1～1.1cm
文檔編號C02F1/44GK1390621SQ0212191
公開日2003年1月15日 申請日期2002年5月27日 優(yōu)先權日2001年5月25日
發(fā)明者堀切川一男, 秋山元治, 吉村典之 申請人:美蓓亞株式會社