[发明专利]消毒副产物吸附型碳膜滤芯的制备方法、所述制备方法得到的产品及其应用

说明书

本发明提供消毒副产物吸附型碳膜滤芯的制备方法，以改性活性碳纤维粉末、高碘值颗粒活性炭和粘结剂为原料，按照重量份计400：(10‑100)：(10‑80)混合，成型得到碳膜滤芯。本发明还提供上述滤芯在去除水中的消毒副产物、特别是三氯甲烷中的应用。本发明的制备方法通过高碘值颗粒活性碳和改性活性碳纤维的联合使用，有效提高了滤芯对水中消毒副产物的去除效率，特别对于三氯甲烷的去除率不低于78％，明显优于现有的同类滤芯。

【技术领域】

本发明涉及水处理技术，特别涉及消毒副产物吸附型碳膜滤芯的制备方法，还涉及通过所述方法制备得到的滤芯，及其在水处理中的应用。

【背景技术】

随着工业的迅速发展，大量的有机废水排放入天然水体中，使水中的有机物种类激增，水质恶化，一定程度上造成了饮用水的污染。同时，大部分水厂采用氯气消毒法杀灭饮用水中的细菌，在消毒过程中水中的有机物与氯反应形成三氯甲烷、四氯化碳、卤乙酸等消毒副产物，若在后续的净水环节中未能去除，这些有机污染物则会在人体中逐渐累积，对健康造成极大伤害。

目前的家用净水领域中应用较多的是以反渗透膜、纳滤膜、超滤膜为核心的膜分离技术，其中以反渗透膜应用最为广泛。虽然反渗透膜可有效分离去除水中的细菌、重金属以及有机物，但在过滤过程中废水比高，造成水资源浪费，且不能去除水中余氯。而超滤膜虽然没有废水问题，但截留精度较差，无法有效去除小分子有机物等有害物质。

现在应用较广的活性炭滤芯大部分使用粉末活性炭利用有机胶粘剂成型，粉末活性炭的比表面积与活性碳纤维相比较小，吸附容量低，对消毒副产物的吸附作用极其有限。在成型过程中胶粘剂进入活性炭的孔道使部分孔道堵塞，进一步限制了滤芯的吸附性能。本发明使用活性碳纤维作为滤芯的主要吸附剂，并对活性碳纤维进行表面改性，增强对水体中的消毒副产物的吸附。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种新一代碳膜滤芯，以具有对消毒副产物特别是三氯甲烷、四氯化碳、卤乙酸等小分子有机物的吸附效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种消毒副产物吸附型碳膜滤芯的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)取活性碳纤维粉碎至70-200目，所得粉末洗涤过滤后烘干备用，得到原料粉末；

(2)将原料粉末投入改性溶液中，混合均匀后置于烧瓶中在60-100℃下回流改性2-12h，过滤后取固相，用水洗涤至中性后烘干备用；

(3)按重量份计400：(10-100)：(10-80)取步骤(2)的产物、高碘值颗粒活性炭和粘结剂混合，在模具中负压抽吸成型，然后在100-130℃下烘干，然后包覆无纺布，得到碳膜滤芯。

在本发明中，优选地所述活性碳纤维的BET比表面积为1300～1800m²/g，平均直径为5～15μm。其中，选择比表面积较大的产品如1500～1800m²/g更有利于提高碳膜滤芯的吸附能力。

活性碳纤维由于其表面具有微孔结构，因此通常具有较大的比表面积。作为商品销售的活性碳纤维通常以活性碳纤维毯的形式，因此需要对其进行粉碎处理。

在本发明中，所述改性溶液为酸溶液或碱溶液。通过改性溶液对活性碳纤维进行处理的目的在于对活性碳纤维表面进行刻蚀，增加比表面积及表面吸附位点，使改性后的炭纤维滤芯吸附容量明显增大。

其中，所述酸溶液是质量浓度为10-40％的稀硫酸、质量浓度为5-20％的稀硝酸或质量浓度为60-68％的浓硝酸。当使用浓度较低的酸作为改性溶液时，在步骤(2)中可适当选用较高的回流温度并配合较长的回流时间，以保证活性碳纤维被充分改性。当使用浓度较低的酸进行改性时，可适当降低回流温度并缩短回流时间。例如，采用稀硫酸或稀硝酸溶液进行改性时，在80℃下回流12h实现改进，然后过滤、洗涤并烘干；采用浓硝酸溶液进行改性时，可在60℃条件下回流2h实现改进，然后过滤、洗涤并烘干得到改性的活性碳纤维粉末。