[發(fā)明專利]一種復合陶瓷濾芯及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210437472.4
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102924067A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 郭芳威;王傳嶺;陳順權(quán);杜如虛
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州中國科學院先進技術(shù)研究所
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B38/08;C04B35/622;B01D39/20
• 代理公司: 深圳匯智容達專利商標事務所(普通合伙) 44238
• 代理人: 劉新年

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復合陶瓷濾芯及其制備方法，特別涉及一種含碳納米管、低溫燒結(jié)、高強度的硅藻土基復合陶瓷濾芯及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展和礦業(yè)的大力開發(fā)，全國大部分地表水源水質(zhì)呈不斷惡化的趨勢。飲用水水源污染物主要由細菌和病毒（例如大腸桿菌），有機物（例如石油類，揮發(fā)酚、苯類化合物）和重金屬離子（例如汞、鉛和鎘等）構(gòu)成。在城市飲用水運輸過程中，高位水箱或者管道年久銹蝕也會引入泥沙，鐵銹等雜質(zhì)，導致家庭飲用水的二次污染。在家用水龍頭的下方安裝過濾器，可以有效地攔截細菌和吸附水中殘留的有機物、重金屬離子，改善飲用水的質(zhì)量和口感，并且保留了人體必須的微量元素。目前市場上存在兩大類龍頭凈水過濾器濾芯：中空纖維膜濾芯和陶瓷膜濾芯。與陶瓷膜濾芯相比，中空纖維膜濾芯凈水通量高，生產(chǎn)成本低。但中空纖維膜隨其服役時間增加，有機物部分溶解導致濾孔尺寸逐漸加大，引起過濾效果降低；同時中空纖維濾芯無法解決細菌在濾芯中滋生而導致飲用水的二次污染問題。與中空纖維膜濾芯相比，陶瓷膜濾芯孔徑尺寸穩(wěn)定，不會因使用時間增加導致濾孔直徑增加；同時，抗菌劑的引入則可以解決細菌在濾芯中滋生問題，保證了飲用水的質(zhì)量。

生產(chǎn)陶瓷濾芯的主要原料包括氧化鋁基和二氧化硅基陶瓷材料，其中硅藻土因其特有的生物納米尺寸微觀結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的高強吸附性能成為主流陶瓷濾芯的首選材料之一。硅藻土由硅藻遺體組成，主要成分為二氧化硅（80～95％），其余成分主要為氧化鋁。硅藻具有大量的天然有序排列的納米微孔結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸在80～200nm之間，從而使硅藻土具有優(yōu)異的過濾和吸附能力。英國Doulton公司是目前全球最大的知名陶瓷濾芯生產(chǎn)商，它以硅藻土為主要原料，經(jīng)過高溫燒結(jié)而成型多孔過濾元件。Doulton下屬公司Hinton?Internatinal公司開發(fā)了BlackBerkey黑色陶瓷濾芯。這種陶瓷濾芯由硅藻土和活性炭顆?；旌蠠Y(jié)而成，對細菌的去除率達到99.9％以上，重金屬離子去除率在85％以上。但是，BlackBerkey黑色陶瓷濾芯在成型過程中，燒結(jié)溫度為1020～1200°C，導致硅藻土中的天然納米微孔因為部分燒結(jié)而熔合，減少了納米微孔數(shù)量，增加了微孔的尺寸，致使硅藻土的過濾質(zhì)量和濾芯的水通量降低。專利申請?zhí)枮?00910112074.3(含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯的制備方法)提供了一種低溫燒結(jié)含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯的制備方法，解決了硅藻土在高溫燒結(jié)過程中產(chǎn)生的納米微孔熔合問題。然而由于其采用較低的燒結(jié)溫度（<950°C），硅藻土和炭顆粒間的結(jié)合力較弱，導致生產(chǎn)出的陶瓷濾芯的機械強度較低，使用過程中輕微震動則引起陶瓷濾芯的碎裂，影響其濾水質(zhì)量和使用壽命。因此，如何實現(xiàn)硅藻土基和炭復合陶瓷濾芯在較低的燒結(jié)溫度下（<950°C）獲得較高的機械強度成為其實際應用的難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是引入多壁碳納米管增強相和化學反應燒結(jié)機制（金屬鋁粉氮化）來制備新型低溫燒結(jié)高強度硅藻土基復合陶瓷濾芯，用以解決現(xiàn)有硅藻土和炭顆粒復合陶瓷材料燒結(jié)溫度低導致的陶瓷濾芯機械強度低的問題，同時，提高此類陶瓷濾芯的重金屬離子去除率，保證其濾水質(zhì)量和使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種復合陶瓷濾芯，含有以下質(zhì)量份數(shù)的原料組成：精制硅藻土60～80份，活性炭12～20份，分散劑4.5～9份，燒結(jié)助劑2～6份，抗菌劑1～3份，碳納米管0.5～2份。

優(yōu)選地，所述復合陶瓷濾芯還含有0.5-5質(zhì)量份的絮凝劑和2-5質(zhì)量份的穩(wěn)定劑。

優(yōu)選地，所述的復合陶瓷濾芯，由以下質(zhì)量份的原料組成：精制硅藻土68份，活性炭15份，分散劑6份，燒結(jié)助劑6份，抗菌劑1份，碳納米管2份，絮凝劑1份和的穩(wěn)定劑2份。

優(yōu)選地，所述精制硅藻土平均顆粒直徑為17～20μm，孔隙率為90％，以吉林長白山硅藻土為原料制得。精制硅藻土作為陶瓷濾芯的骨架材料，利用其納米微孔過濾有害物質(zhì)。

優(yōu)選地，所述活性炭為果殼活性炭，平均顆粒直徑為15μm。

優(yōu)選地，所述分散劑為碳酸鈉（Na₂CO₃）。

優(yōu)選地，所述燒結(jié)助劑由金屬鋁粉和氯化銨按4∶1質(zhì)量比例組成，金屬鋁粉顆粒直徑為1～3μm。

優(yōu)選地，所述抗菌劑選用納米氧化鋅、納米氧化銀或者TiO₂光催化無機抗菌劑中的一種，其顆粒直徑為50～80nm。