[发明专利]复合材料

说明书

技术领域

本发明总体上涉及复合材料，具体涉及基于模制颗粒组分和纤维材料组分用于纯化液体，特别是饮用水的复合吸附材料。

背景技术

在许多情况下饮用水需要在消耗区中进行后净化，因为传统的水处理系统构造的屏蔽作用不总是允许去除或降低单个污染物的浓度直至标准化的数量，其结果是影响饮用水的品质。

通常地，最终的饮用水后纯化系统表示为用于去除氯、有机化学品以及其他污染物的活性碳柱。在许多情况下，使用活化的颗粒碳。使用所述活化的颗粒碳的优点是颗粒活性碳是一种廉价的原料，该材料具有相当小的液压阻力并且当流体流动时不固结。一个缺点是低吸附率。因此，在工业中使用颗粒状活性碳时，该柱中吸附剂和液体的推荐接触时间是不小于15分钟，这对于生活条件是不可接受的。另外，由于吸附剂颗粒和它们之间的自由空间（空隙）的较大尺寸，具有活化的颗粒状碳的柱子不能去除细小的污染物颗粒。

如已知的，粉状活性碳比颗粒状活性碳更快地吸附杂质，然而，使用较小的粒组（颗粒组别，部分，fraction）产生高液压阻力并且当液体流动时导致过滤柱不希望的压实（压缩）。为了避免压实，通常注入粘合剂。当液体流动时，包括通过以热塑性材料形式的聚合物粘合剂聚集在硬结构中的活性碳颗粒的过滤元件不固结，然而，在这种情况下，因为与固定粘合剂相接触，一部分活性碳的吸附体积不用于操作。在这些过滤器中，活性碳颗粒仅占据一部分吸附柱体积，同时其他部分的吸附柱体积被粘合剂占据。粘合剂没有吸附污染物的活性，并且它的引入导致与仅包含活性碳的吸附柱相比较，柱尺寸增加。另外，制造这类过滤元件是昂贵的并且需要精确的温度方案，以及其他高精确度控制的过程参数。

在柱子中使用活性碳纤维的方法是已知的，但是这些方法是相当昂贵的，并且当液体流动时引起纤维固结，这导致流动阻力增加，尽管纤维压实显著小于使用粉末活性碳。

在现有技术中，已知的是基于粒状材料和纤维材料的混合物使用过滤元件进行液体纯化。例如，已知的是由一种吸附性粒状材料和一种当它与液体接触时能够延伸的材料组成的复合材料（于2004年11月25日公开的美国专利申请号20040232068А1,IPC B01D 039/100）。吸附材料可以是例如一种粒状活性碳（80-325目）以及粒状离子交换树脂，并且聚合物延伸材料可以是例如基于聚丙烯腈的离子交换纤维。将所述材料的组分仔细地混合起来并且定位在适当的壳体中，该壳体体积限定了该延伸材料的膨胀值。当它膨胀的过程中由于将粒状材料固定在延伸材料中当在所述壳体中它与液体接触时发生多孔性复合材料的形成，并且还由于该壳体的内壁压力，与足够强地保持在一起的随机分布的初始组分形成一种结构，同时该复合材料能够采取该壳体形状。该延伸材料可以是处于按重量计从0.1%至99.9%的数量。

所述多孔性复合材料的缺点在于获得它的阶段，即在将颗粒状颗粒固定到延伸材料中时，它不可能形成实质上有序的多孔性结构。此外，在过滤之间的间隔中，在将延伸材料脱水的过程中，可以将颗粒状组分不希望地移动，其结果是，可以发生复合材料多孔过滤结构的逐渐破坏。

基于颗粒状材料或纤维材料的混合物将复合材料用于液体，具体地，用于饮用水纯化的另一个实例，其在于1999年7月10日公开的俄罗斯联邦专利号22132729，IPC B01D 039/02，以及于2001年11月9日公开的美国专利号6299771，IPC B01D 039/00中进行说明。

俄罗斯联邦专利号2132729披露了包括处于按重量计数量为5-30%的颗粒状活性碳以及按重量计数量为70-95%的活性碳纤维形式的颗粒和纤维填充混合物的复合吸附材料。该混合物还可以由离子交换颗粒和离子交换纤维组成。在复合吸附材料中，这些纤维紧密地填充这些活性碳颗粒之间的空间。对颗粒和纤维的尺寸和相对数量进行选择使得过滤元件比具有颗粒活性碳的常规过滤器更快地净化水的污染物。在过滤之间的显著时间期间，颗粒和纤维的填充混合物指示在过滤之间的中断过程中改善的特征以及吸附能力的恢复。