含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯的制備方法，該制備方法中沒有使用高熔點的原材料，并采用先分散、后部分絮凝的方式制備注漿成型用的漿料，使坯體中原料和孔隙高度分散均勻，從而使燒結溫度不高于９５０℃，不會使硅藻土中的天然微孔因為高溫燒結而坍塌。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種復合陶瓷濾芯的制備方法，特別是涉及一種可用于直飲型水過濾 設備的高精度。
技術介紹
飲用水的污染物主要有細菌(例如大腸桿菌)、有機物(例如含氯代烴、苯類化合 物)和重金屬離子(例如鉛、鎘)。我們日常使用的自來水在殺菌處理過程中，一部分有機 物和游離氯結合形成致癌的有機氯化物(如三氯甲烷)，此外管道內微生物也會再繁殖，這 些都影響了水的品質，因此一般需要經過進一步純化處理方可飲用。適合人類飲用的水不 是越純凈越好，微量元素在人骨骼、神經系統、新陳代謝系統等的發育過程中起到至關重要 的作用，而這些微量元素主要是從飲用水中汲取的。因此在水處理過程中，要盡量保留這些 有益的礦物質。現有的陶瓷凈水器可以在去除細菌、有機物、重金屬離子的同時，保留人體 必須的微量元素，因此廣泛應用做家庭直飲水凈化裝置。陶瓷凈水器的關鍵過濾元件為陶瓷濾芯，是由陶瓷粉體經高溫燒結而成的多孔過 濾元件。與高分子反滲透膜以及中空纖維過濾膜不同，陶瓷濾芯采用深層過濾原理去除雜 質，水的通道直徑在0. 1 ΙΟμπι之間分布，小的孔徑對于細菌具有絕對的阻止能力，抗菌 劑的引入則可以防止細菌在濾芯里的滋生，使通過濾芯的水的質量安全可靠；而大的孔徑 可以保證濾芯具有小的阻力和大通量，對濾芯的實用性具有重要意義。英國的Doulton公司是目前全球最大及最知名的陶瓷濾芯生產廠家，它以硅藻土 為主要原料，經高溫燒結而成多孔過濾元件。硅藻土由硅藻遺體組成，主要成分為二氧化硅 (80 95% )，其余的成分主要為氧化鋁。硅藻本身為多孔結構，內部非常有規律排列的小 孔的孔徑一般為0. 1 0. 3 μ m之間，因此具有非常優異的過濾和吸附能力。為了提高過濾 效果，要求硅藻土的含量盡可能高。但是因為硅藻土塑性低，含量過高將嚴重降低其成型能 力，因此在成型過程中需加入黏土以提高塑性和成型能力，但是這是以降低過濾效果為代 價實現的。這種凈水器既可以安裝在家庭用的普通水龍頭上，供城市家庭使用，也可以采用 重力型凈水裝置產生純凈水，在沒有自來水的地方使用。經過濾可以濾除水中的水垢，大腸 桿菌、囊蟲等致病細菌。通過裝在濾芯中的炭部分去除水中的氯氣、殘留農藥、有害有機物 等，達到飲用水標準，不需要經過加熱就可以直接飲用。但是由于炭的吸附速度有限，因此 當應用到直飲機上的時候，吸附效果并不十分理想。為了解決這個問題，Doulton公司下屬 的Hinton International公司開發了 Black Berkey 黑色陶瓷濾芯。它是在原來的陶瓷濾 芯的成型過程中加入一定量的炭，使其均勻分散在陶瓷濾芯內，顯著提高了接觸面積，從而 避免水不流經炭造成炭“短路”，失去作用。與內裝炭比較，這種濾芯吸附速度顯著提高，而 且飽和吸附量也顯著提高。這主要是因為在復合濾芯中，炭均勻分布在硅藻土陶瓷顆粒之 間，利用硅藻土的微細結構，使炭與水的接觸面積顯著增加，提高了吸附速度。由于炭和硅 藻土的共同作用，促進了有機物的催化分解，導致總吸附量的顯著提高。這種陶瓷濾芯細菌 的去除率達到99. 9%以上，有害有機物去除一般也都在95%以上，而重金屬離子的去除在85%以上。此外，如果將濾芯經過載銀處理，引入了少量的銀離子，可以抑制長期使用后濾 芯內細菌的滋生。但是，BlackBerkey 黑色陶瓷濾芯在制備過程中，其燒結溫度為1020 1200°C，高于1000°C，而現有的研究已經表明，當燒結溫度高于1000°C時，硅藻土中的天然 微孔會因為部分燒結而融合，致使硅藻土的過濾效率和濾芯的水通量同時降低。因此，為了 防止上述現象發生，有必要降低生坯的燒結溫度。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種新型的，以解決 現有技術中存在的上述問題。該復合陶瓷濾芯制備方法中沒有使用高熔點的原材料，并采 用先分散、后部分絮凝的方式制備注漿成型用的漿料，使坯體中原料和孔隙高度分散均勻， 從而使燒結溫度不高于950°C，不會使硅藻土中的天然微孔因為高溫燒結而坍塌。本專利技術的目的是基于以下的技術方案實現的，包括以下步驟1)將硅藻土、植物纖維粉、分散劑、抗菌劑和去離子水加入到球磨罐中，球磨成均 勻分布的漿料；2)將絮凝劑和和穩定劑加入到步驟1中得到的漿料中，繼續球磨使絮凝劑和穩定 劑均勻分散在漿料中，獲得穩定的部分絮凝的漿料；3)將步驟2中得到的部分絮凝的漿料熟化，然后在模具內空心注漿成型，脫模后 獲得陶瓷濾芯生坯；4)將步驟3中得到的生坯干燥，將干燥后的生坯在惰性氣體保護下在650°C 950°C的溫度保持1 5小時進行燒結，并隨爐冷卻到室溫，獲得含有硅藻土和炭的復合陶 瓷濾芯。利用上述技術路線可以制備各種不同形狀的復合濾芯，濾芯的形狀取決于注漿模 具型腔的形狀。前述中，步驟1中的硅藻土原料為市 售的經過高溫煅燒的硅藻土助濾劑，平均粒度為30μπι;植物纖維粉選自木屑、竹屑、果實 粉末(如玉米淀粉等)、果殼粉末(如椰子殼末、瓜子殼末、稻殼末或花生殼末等)、秸稈 粉末、枯葉粉末或雜草粉末等中的至少一種，優選為玉米淀粉，其平均粒度為15 μ m ；分散 劑為碳酸鈉或水玻璃中的一種或其組合，抗菌劑為市售的凈水材料中可以使用的抗菌材 料，具體可以是納米銀抗菌劑或氧化鈦系光觸抗菌劑等，將上述材料在球磨罐以60rpm 150rpm的轉速球磨3 10小時后，可獲得分散均勻的陶瓷漿料。所使用的硅藻土、植物纖維 粉、分散劑、抗菌劑和去離子水的重量比為1000 30 1500 1 20 0 50 1000 2000。前述中，步驟2中的絮凝劑為平均分 子量為300萬的聚丙烯酰胺、阿拉伯樹膠、羧甲基纖維素鈉或高嶺土中的一種，加入量為步 驟1的硅藻土、植物纖維粉、分散劑、抗菌劑使用總重量的0. 2 3% ；穩定劑為鈣基膨潤土 或鈉基膨潤土，加入量為步驟1的硅藻土、植物纖維粉、分散劑和抗菌劑使用總重量的1 5%;將加入絮凝劑和穩定劑后的漿料以60rpm 150rpm的轉速繼續球磨0. 5 3小時，可 使絮凝劑和穩定劑在漿料中混合均勻，獲得穩定的部分絮凝的漿料。前述中，步驟3中的熟化是指將步驟 2中所獲得的部分絮凝的漿料靜置12 48小時，使漿料充分均勻化并脫泡；所述空心注 漿是指漿熟化后的漿料緩慢倒入石膏模的型腔中，待在石膏模內壁吸附的坯體厚度為3 IOmm后，倒出模具中未吸附的漿料，獲得空心的濾芯坯體；所述脫模是指保持模具倒轉，靜 置30 180分鐘后，把濾芯坯體從石膏模內脫出，得到陶瓷濾芯的生坯。前述中，步驟4中的生坯干燥是指將 步驟3中制備的生坯在60 100°C下放置5 48小時，除去坯體中的水分。所述的惰性氣 體可以為氬氣、氦氣、氡氣或氮氣中的一種，優選為氮氣。該工藝的主要優點是(1)使用經過高溫熔融煅燒的食品級硅藻助濾劑取代硅藻原土作為濾芯原料，顯 著提高原料的純度，保證了過濾后的水不受硅藻土原料中可能存在的有害物質的污染；(2)提高陶瓷濾芯原料中硅藻土和植物纖維粉的比例，使硅藻土和植物纖維粉的 含量之和大于92%，從而提高濾芯中控制過濾精度的微細孔的比例并且改善過濾效率；(3)采用先分散、后絮凝的方式制備注漿成型用的漿料首先通過合適的分散劑 使原料均勻分散，然后利用合適的絮凝劑、穩定劑使漿料部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯的制備方法，包括以下步驟：１）將硅藻土、植物纖維粉、分散劑、抗菌劑和去離子水加入到球磨罐中，球磨成均勻分布的漿料；２）將絮凝劑和和穩定劑加入到步驟１中得到的漿料中，繼續球磨使絮凝劑和穩定劑均勻分散在漿料中，獲得穩定的部分絮凝的漿料；３）將步驟２中得到的部分絮凝的漿料熟化，然后在模具內空心注漿成型，脫模后獲得陶瓷濾芯生坯；４）將步驟３中得到的生坯干燥，將干燥后的生坯在惰性氣體保護下在６５０℃～９５０℃的溫度保持１～５小時進行燒結，并隨爐冷卻到室溫，獲得含有硅藻土和炭的復合陶瓷濾芯。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：藍偉光，洪昱斌，羅文富，
申請(專利權)人：三達膜科技廈門有限公司，
類型：發明
國別省市：92[中國|廈門]