申请日2007.02.26
公开(公告)日2009.05.13
IPC分类号C02F1/28; C02F1/50; B01J20/28; B01D39/20; B01J20/20; B01D39/16
摘要
用于液体过滤的过滤隔板，包括至少一个由聚合物纤维的多孔结构构成的第一层(30)，在所述聚合物纤维的分子上嵌入有至少一个抗菌性功能基。
摘权利要求书
1.用于液体的可饮用化处理的过滤隔板，其特征在于，包括：至少一个由聚合物纤维的 多孔结构构成的第一层(30)，在所述聚合物纤维的分子上嵌入有至少一个抗菌性功 能基。
2.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述抗菌性功能基为铵基。
3.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述分子由单体和低聚物组成。
4.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述分子为甲基丙烯酸单体或者乙烯基单 体。
5.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于，所述分子由以下物质组成：2-甲基丙烯酰 氧乙基三甲基氯化铵，2-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵，二烯丙基二甲基氯化铵和 三甲基乙烯基苯甲氯化铵。
6.根据权利要求3所述的隔板，其特征在于：所述分子为2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯 化铵。
7.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：构成所述第一层(30)的所述聚合物纤维 为聚丙烯纤维或者聚酰胺纤维。
8.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述第一层(30)的平均孔径为20～30 微米。
9.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述第一层(30)的厚度为10～30厘米。
10.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：包括至少由聚合物纤维的多孔结构构成的 第二层(31)，在该层的纤维间嵌入有活性炭颗粒。
11.根据权利要求10所述的隔板，其特征在于：所述活性炭为内比表面积为500～1,500 m2/gr的多孔吸附剂。
12.根据权利要求10所述的隔板，其特征在于：所述第一层(30)和第二层(31)的设 置方式使得待处理的流体顺序流过这些层。
13.根据权利要求10所述的隔板，其特征在于：所述第二层(31)的平均孔径为20～30 微米。
14.根据权利要求10所述的隔板，其特征在于：所述第二层(31)的厚度为1～3厘米。
15.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：包括至少一个由聚合物纤维的多孔结构构 成的第三层(32)，该第三层(32)的孔隙度大于所述第一层(30)的孔隙度。
16.根据权利要求15所述的隔板，其特征在于：所述第一层(30)和所述第三层(32) 的设置方式使得待处理的流体顺序流过这些层。
17.根据权利要求15所述的隔板，其特征在于：所述第三层(32)的平均孔径为50～100 微米。
18.根据权利要求15所述的隔板，其特征在于：所述第三层(32)的厚度为2～6厘米。
19.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：包括至少一个由聚合物纤维的多孔结构构 成的第二层(31)，在所述聚合物纤维之间嵌入有活性炭颗粒，还包括至少一个由聚 合物纤维的多孔结构构成的第三层(32)，该第三层(32)的孔隙度大于所述第一层 (30)的孔隙度。
20.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于：所述第一层(30)、第二层(31)和第三 层(32)的设置方式使得待处理的流体顺序流过这些层，所述第二层(31)位于所述 第一层(30)和所述第三层(32)之间。
21.用于流体的过滤器，包括：外壳(2)，该外壳(2)具有让待滤流体流入的入口(20) 和滤后流体流出的出口(21)，还具有过滤隔板(3)，该过滤隔板(3)将外壳(2) 的内部分成两个完全不同的腔，其中，第一腔(22)与入水口(20)相连，第二腔(23) 与出水口(21)相连;其特征在于：所述过滤隔板(3)为上述任一项权利要求所述的 隔板。
22.用于流体过滤的过滤隔板的制造方法，包括至少一个第一层(30)的形成阶段，该第 一层(30)由聚合物纤维的多孔结构构成，所述聚合物纤维被嵌入的分子功能化，所 述分子包括至少一个抗菌性功能基。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：所述聚合物纤维由聚丙烯或者聚酰胺制成。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：所述抗菌性功能基为铵基。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：所述分子由单体和低聚物组成。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述分子为甲基丙烯酸单体或者乙烯基单 体。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述分子由以下物质组成：2-甲基丙烯酰 氧乙基三甲基氯化铵，2-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵，二烯丙基二甲基氯化铵和 三甲基乙烯基苯甲氯化铵。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述分子为2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基 氯化铵。
29.根据权利要求22所述的方法，其特征在于所述第一层(30)的制造过程包括以下阶段： 形成一组由聚合物纤维的非织造材料制成的片;通过在每个所述片上嵌入含有至少一 个抗菌性功能基的分子来对所述片进行功能化处理;将所述片重叠在一起，以获得所 述第一层(30)。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于：所述片的厚度为0.1～2毫米。
31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于：所述片的平均孔径为20～30微米。
32.根据权利要求29所述的方法，其特征在于：由聚合物纤维制成的所述片通过熔喷法逐 一单独制成。
33.根据权利要求29所述的方法，其特征在于每个聚合物纤维的所述片的功能化处理过程 包括：将所述片浸入含有所述分子的溶液中，然后对所述片进行表面处理，以在所述 分子与所述聚合物纤维之间形成化学键。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于：所述表面处理为用紫外光照射聚合物材料 的所述片。
35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于：所述表面处理为将聚合物纤维的片暴露在 预定气体或气体混合物的等离子体中。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于：所述气体或气体混合物选自空气、氮气、 氩气、氦气、甲烷和氨气。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于：所述气体为氩气。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于：在压力为0.2mbar的环境下获得所述氩 气等离子体。
39.根据权利要求37所述的方法，其特征在于：通过向氩气施加能量为45J/cm2的电场来 获得所述等离子体。
40.根据权利要求22所述的方法，其特征在于还包括以下阶段：形成由聚合物纤维的多孔 结构构成的第二层(31)，所述聚合物纤维被嵌入在纤维间的活性炭颗粒功能化;将 该第二层(31)与所述第一层(30)相连接，以使所述第二层(31)和所述第一层(30) 适于被待滤液体顺序通过。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述聚合物纤维为聚丙烯或聚酰胺纤维。
42.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述活性炭为内比表面积为500～1,500 m2/gr的多孔吸附剂。
43.根据权利要求40所述的方法，其特征在于所述第二层(31)的制造过程包括以下阶段： 形成一组由聚合物纤维的非织造材料制成的片;在每个所述片的聚合物纤维中嵌入活 性炭颗粒;将所述片重叠在一起，以获得所述第二层(31)。
44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于：聚合物材料的所述片的厚度为0.1～2毫 米。
45.根据权利要求43所述的方法，其特征在于：所述第二层(31)的平均孔径为20～30 微米。
46.根据权利要求43所述的方法，其特征在于：聚合物材料的所述片通过熔喷法逐一单独 制成。
47.根据权利要求43所述的方法，其特征在于在每个所述片的聚合物纤维中嵌入活性炭颗 粒的过程包括以下阶段：将所述片浸入含有活性炭颗粒的液体混合物中，然后用超声 波处理所述片，最后对所述片进行干燥。
48.根据权利要求22所述的方法，其特征在于还包括以下阶段：形成由聚合物纤维的多孔 结构构成的第三层(32)，该第三层(32)的孔隙度大于所述第一层(30)的孔隙度; 将该第三层(32)与所述第一层(30)相连接，以使所述第三层(32)和所述第一层 (30)适于被待滤液体顺序通过。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于：所述聚合物纤维为聚丙烯或聚酰胺纤维。
50.根据权利要求48所述的方法，其特征在于：具有多孔性的所述第三层(32)的平均孔径 为50～100微米。
51.根据权利要求48所述的方法，其特征在于所述第三层(32)的制造过程包括以下阶段： 形成一组由聚合物纤维的非织造材料制成的片，所述片的孔隙度大于所述第一层(30) 的孔隙度;将所述片重叠在一起，以获得所述第三层(32)。
52.根据权利要求22所述的方法，其特征在于还包括以下阶段：形成由聚合物纤维的多孔 结构构成的第二层(31)，所述聚合物纤维被嵌入在纤维间的活性炭颗粒功能化;形 成由聚合物纤维的多孔结构构成的第三层(32)，该第三层(32)的孔隙度大于所述 第一层(30)的孔隙度;连接所述第一层(30)、第二层(31)和第三层(32)，其 连接方式使得待滤液体可顺序通过这些层，且所述第二层(31)位于所述第一层(30) 和所述第三层(32)之间。
说明书
用于饮用水处理的过滤器和该过滤器的制造方法
技术领域
本发明涉及用于饮用水处理的过滤器，所述饮用水处理即产生可饮用或者可用于食品 加工的、不会对人体健康造成任何危害的水。更特别地，本发明涉及一种便携式过滤器， 该过滤器适于在紧急情况如发生灾害或水源污染时，对来自非受控水源的水进行饮用水处 理。
背景技术
可能造成水污染的主要污染物一般分为三类：无机污染物、有机污染物和微生物污染 物。
无机污染物
-铵离子(NH4 +)：主要源自人和动物的排泄物以及其在水中的存在，如果伴随有不利 的微生物分解，会引起源自下水道或者动物的污染。
-亚硝酸盐和硝酸盐：可由铵离子的氧化过程产生，或者由农用氮肥使用的后续过程 产生。
-硫化氢(H2S)：被当做水中有机污染物的指标，因为硫化氢可发源于蛋白质中所含的 硫。
-重金属(Cd，Cr，Pb，As，Hg，Ni，等等)。
-无机酸：这些会改变水的pH值。
有机污染物
-烃类。
-氯仿(CHCl3)和其它甲烷卤化物。
-三氯乙烯、四氯乙烯及其它卤化溶剂。
-苯、丙酮、苯酚、四氢呋喃和其它常用有机溶剂。
-农药和杀虫剂。
-增塑剂。
-表面活性剂。
微生物污染物
一般为能够危害人体健康的致病微生物。根据其大小分级列示如下：
-寄生虫(蠕虫);
-原生动物;
-真菌;
-细菌;
-病毒。
如上所述，只有经过化学分析和微生物分析表明水中污染物浓度低于标准规定的确定 值时，才可宣布所述水是适合饮用的水。一般来说，水必须有益健康和清洁，即：必须不 包含微生物和寄生虫以及可能对人体健康造成风险的一定量的其它物质。
在本文中，为了给城市居民供应饮用水，一般在市区设有大的供水网络，该供水网络 具有工厂，使收集到的水在该工厂中经过若干处理阶段，以获得可饮用的水。
所述处理阶段可总结如下：
-澄清：该阶段可除去悬浮固体、降低水的浑浊度，以及除去大颗粒。可用各种不同 的方法来实现澄清，所述各种不同的方法可为例如栅格和网式过滤法、凝结和絮凝法、沉 降法、大颗粒沙滤法、采用膜系统的微滤法，等等。
-净化：该阶段可除去有机和无机化学物质，以提高水的感官性能。一般通过活性炭 吸附来实现水的净化，但有些情况下也可通过膜处理过程例如超滤、纳滤或反渗透等来实 现净化。
-消毒：该阶段可除去致病微生物或者减少致病微生物的数量、使其无害化。虽然近 来开发了多种替代方法如臭氧杀毒法、紫外光照射法等，但采用得最多的消毒方法还是氯 化消毒法。
-增甜、去矿物质、除去离子和无机化合物阶段。这些是二级处理阶段，其采用的处 理方法一般是离子交换树脂处理法、化学试剂(石灰和苏打)处理法等，较少采用的是反 渗透处理法。
在紧急情况下，为实现上述饮用水处理过程而开发的工业仪器由于技术性障碍大多难 以采用。
为了在紧急情况下能够使用，目前已开发出大量的小尺寸便携式设备，这些便携式设 备可用类似于工业工厂中的工业仪器的处理方式进行小规模的、一系列的水处理过程。在 大多数情形下，所述便携式设备包含多个离散的过滤单元，被过滤的水顺序通过所述过滤 单元。
特别地，所述设备包括用于通过预过滤过程初步除去悬浮固体的粗滤器或者深腐过滤 器(deep septic filter);接着通过活性炭颗粒或粉末的吸附作用除去化合物和有机分子; 最后通过陶瓷或聚合物膜上的强制过滤来进行微生物消毒。
所述设备有两种类型，或者水通过所述过滤单元泵入，或者通过重力作用下、从水箱 到过滤单元的自由落体运动来进行水的过滤。
上述两种类型均能进行较好的饮用水处理，但是二者均具有一个很大的缺点：非常昂 贵。
本发明的目的是制得一种用于饮用水处理的过滤器，该过滤器尺寸适度，从而易于在 任何情形下运输和使用，且结构经济，因此可做成可一次性使用的形式，省去了维护费用 并降低了水处理的成本。
本发明的另一个目的是提供一种过滤器，该过滤器不包含只能电动操作的设备，这些 设备一般不能在紧急状态下使用。特别地，必须用手动泵抽吸水、使水通过过滤系统来实 现水的过滤，或者在重力的作用下，水从高于过滤系统的水箱中自由降落、通过所述过滤 系统，从而实现水的过滤。
本发明的还有一个目的是提供一种过滤器，该过滤器能在紧急情形时处理和净化来自 任何水源、含有不明污染物的水。
发明内容
本发明可实现上述目的，本发明利用一种创新的过滤隔板，该过滤隔板由几种具有不 同特性的材料构成，能用单个通道实现饮用水处理的若干个阶段。
特别地，所述过滤隔板包括至少一个聚合物纤维的第一层，该聚合物纤维形成多孔过 滤结构，可作为障碍物阻住化学污染物。
也可加入分子使所述第一层的聚合物纤维功能化，加入的分子一般为包括抗菌性功能 基的单体或低聚物，以有效对付待处理的水中所含的细菌和致病性微生物颗粒。
由于具有抗菌性能，所述功能基可运载细菌和微生物颗粒并杀死它们。研究表明铵基 是一种可有效抗菌的功能基。
所述铵基可刺穿细胞膜，引起渗透失衡，从而使细胞膜膨胀直至破裂。
优选地，所述过滤隔板的所述第一层由400个细长的悬浮层或片组成，该悬浮层或片 由平均孔径为20～30微米的非织造布制成，所述纤维的平均直径为10～20微米，暴露在 外的非织造布表面的总面积为20～30平方米。此外，通过加入甲基丙烯酸单体(2-甲基 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)，用铵基对所述非织造布进行功能化处理。
在本发明的一个优选实施例中，所述过滤隔板还包括聚合物纤维的第二多孔层，用活 性炭对所述聚合物纤维进行功能化处理，使之能有效截留待处理水中所含的有机和无机化 合物。
用活性炭进行“功能化处理”，意思是在所述第二层纤维之间分布活性炭颗粒，从而吸 附上述化合物。
所述活性炭由经特殊的热处理和化学处理过程活化过的木炭构成。优选地，所述活性 炭为内比表面积为500～1,500m2/gr的多孔吸附剂。
所述过滤隔板的所述第一层和第二层相邻并顺序连接，以使待处理的水首先流过具有 活性炭的第二功能化层，然后才流过具有铵基的第一功能化层。
优选地，所述聚合物纤维的第二层具有微孔结构，该微孔结构具有与所述第一层类似 的多孔性能，其平均孔径为20～30微米。
在本发明的另一个优选实施例中，所述过滤隔板还包括聚合物纤维的第三微孔层，该 第三微孔层用于过滤正在处理的水流中的悬浮大颗粒。
所述第三层与前述各层顺序连接成一串，并与第二层相邻，因此，第二层位于第三层 和第一层之间。
这样，可迫使待处理的水首先流过第三层，然后流过第二层，最好流过第一层，所述 第三层具有预过滤功能，所述第二层除去化合物，所述第一层滤去微生物污染物。
优选地，所述聚合物纤维的第三层的平均孔径大于前述的第一层和第二层，为50～100 微米。
在本发明的一个优选实施例中，构成本发明的过滤隔板的三层中的每一层均由多个细 长的聚合物纤维非织造材料片重叠而成，所述非织造材料片的厚度为0.1～0.2毫米。
显然，每一片均具有很多孔，这与该片所属的层的性质一致，每一片均受到相应的、 独立于层中的其它片的功能化处理。
上述技术方案可将所述过滤隔板的每一层按照其应该具备的性能有效地最优化。