專利名稱：一種具有去除重金屬、殺菌消毒功能的纖維材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維材料及該纖維材料的應(yīng)用，具體設(shè)計(jì)一種具有去除重金屬、 殺菌消毒功能的纖維材料，及該纖維材料在水凈化過(guò)程中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
家用飲用水處理技術(shù)主要以過(guò)濾為主，其中分為膜過(guò)濾與吸附過(guò)濾兩大類，由于膜過(guò)濾技術(shù)過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)單，操作相對(duì)方便，不引入二次污染，特別反滲透膜處理可以過(guò)濾水中絕大部分物質(zhì)，有效保障水質(zhì)安全，是其中一個(gè)有效方式。近年來(lái)開始在農(nóng)村受污染地表水源凈水處理中得到應(yīng)用。但是膜過(guò)濾在去除水中有害成分的同時(shí)，也將水中的無(wú)機(jī)離子去除，如反滲透膜處理法。但長(zhǎng)期飲用高純水，并不利于身體健康，于此同時(shí)，膜的污染堵塞、運(yùn)行過(guò)程的控制和產(chǎn)品水的生物穩(wěn)定性等問(wèn)題尚有待解決，而且其維護(hù)復(fù)雜，成本較高。利用活性炭、硅藻土等濾材進(jìn)行過(guò)濾吸附的方法由于操作簡(jiǎn)便也受到了人們的重視?；钚蕴课绞且环N較早地被應(yīng)用于生產(chǎn)的除微污染技術(shù)，其原理是利用活性炭巨大的比表面積，吸附水中的有機(jī)污染物。粒狀活性炭的使用通過(guò)活性炭濾床實(shí)現(xiàn)，將其置于砂濾后或者取代現(xiàn)有砂濾床。受污染的水經(jīng)過(guò)活性炭濾床后，有機(jī)污染物被截留在活性炭濾床中。但由于我國(guó)水源污染普遍較重，活性炭使用不久便飽和失效，水體污染嚴(yán)重時(shí)活性炭只能運(yùn)行幾周時(shí)間?；钚蕴康奈叫阅芸梢酝ㄟ^(guò)再生得到恢復(fù)，但更換活性炭頻繁，再生費(fèi)用很高； 并且，在使用過(guò)程中，活性炭極易滋生細(xì)菌，帶來(lái)二次污染。有鑒于此，突破傳統(tǒng)的膜過(guò)濾和吸附過(guò)濾弊端，降低維護(hù)難度和使用成本成為家用水殺菌消毒的方法的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供了一種兼具去除重金屬離子、殺菌消毒作用、比表面積比較大、 使用安全的纖維材料。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種用上述過(guò)濾纖維材料在家用飲用水過(guò)濾領(lǐng)域使用，不但具有優(yōu)異的防護(hù)性能、過(guò)濾效率達(dá)到90%以上，并且具有很好的殺菌消毒作用。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有去除重金屬、殺菌消毒功能的纖維材料，包括基質(zhì)及通過(guò)化學(xué)鍵固定在基質(zhì)表面的基團(tuán)，所述基質(zhì)為纖維，基質(zhì)材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物兩種，在所述基質(zhì)表面的基團(tuán)為氯基、季銨鹽、三嗪基中的一種或幾種。所述纖維直徑小于2um，優(yōu)選直徑小于0. 3um。在材料中，采用了乙烯丙烯酸聚合物，由于乙烯丙烯酸聚合物是一種具有熱塑性和極高粘接性的聚合物，因此能夠有效去除水中的有機(jī)物質(zhì)。而且，乙烯丙烯酸聚合物中存在羧基團(tuán)，羧基能與水中的重金屬離子結(jié)合，因此能達(dá)到去除重金屬的效果。另外，基質(zhì)中的另外一種材料是乙烯-丙烯胺聚合物，丙烯胺分子式為C3H7N,—方面，利用了乙烯-丙烯胺聚合物對(duì)水中有機(jī)質(zhì)的吸附作用，達(dá)到去除有機(jī)物的效果，更主要的是，充分利用聚合物中存在的氨基(-NH2),在使用前，先進(jìn)行接枝取代反應(yīng)，將氯基、季銨鹽、三嗪基等通過(guò)氨基取代接枝到乙烯-丙烯胺聚合物上。當(dāng)水中的細(xì)菌接近基質(zhì)表面時(shí)， 細(xì)菌會(huì)被氯基、季銨鹽、三嗪基捕殺，從而起到殺菌的效果。另外，為了增強(qiáng)基質(zhì)的吸附作用，增加接枝率，可將基質(zhì)做成纖維材料，其纖維的平均直徑在2um以下，優(yōu)選平均直徑在0. 3um以下的超細(xì)纖維。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)改性、具體是接枝的方法將具有殺菌消毒等作用的基團(tuán)如氯基、季銨鹽、三嗪基加入到基體中。采用普通的接枝工藝即可完成接枝改性，接枝率為50% -500%。以氯基為例，具體過(guò)程為，將聚合產(chǎn)物浸入pH值約為5. 5的次氯酸鈉溶液，充分反應(yīng)10分鐘，聚合物中氨基上的氫即被氯基取代。具體步驟如下首先次氯酸鈉在水中水解，其反應(yīng)如下NaClCHH2O--- HC10+Na++0r在次氯酸鈉溶液中加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值到5. 5左右，則有次氯酸生成，其反應(yīng)如下NaC10+HCl--- HClO+NaCl在該溶液中，將聚合產(chǎn)物浸入。其反應(yīng)如下-NH2+HC10--- -NHC1+H20本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于水處理、水凈化領(lǐng)域。如將制成的纖維混合并填充于PVC管柱中，其填充密度與質(zhì)量可根據(jù)飲用水處理要求進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明所述殺菌消毒材料可廣泛應(yīng)用于家用飲用水的殺菌消毒產(chǎn)品中。如農(nóng)村、 城市家庭飲用水凈化處理機(jī)、制藥用水前端處理、高等級(jí)測(cè)試用水前端處理等領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明提供的去除重金屬離子能夠在3分鐘內(nèi)迅速反應(yīng)，殺菌消毒材料能在5 分鐘內(nèi)殺死細(xì)菌和病毒。(2)本發(fā)明所采用的基質(zhì)具有超細(xì)纖維直徑小，比表面積大，吸水性差，濾阻相對(duì)較小等特點(diǎn)，能吸附超過(guò)自身6倍的灰塵和顆粒，并可吸附一般的有機(jī)污染物。(3)本發(fā)明所提供的高效殺菌消毒材料，表面固定的羧基，季銨鹽，嗪類及氯類基團(tuán)和基材，能夠特異性地與重金屬污染物、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒結(jié)合，起到去除重金屬離子、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒的作用。(4)產(chǎn)品中的應(yīng)用該濾材具有優(yōu)異的有機(jī)污染物去除能力與殺菌能力，在處理進(jìn)水水質(zhì)為地下水GB2006中水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水可達(dá)國(guó)家飲用水GB5749-2006的出水標(biāo)準(zhǔn)，還具有很好的飲用水保障作用。(5)本發(fā)明提供的過(guò)濾材料具有去除重金屬離子、有機(jī)污染物和滅菌消毒的作用， 特別適用于沒(méi)有條件建設(shè)自來(lái)水系統(tǒng)的廣大農(nóng)村地區(qū)。(6)本發(fā)明目的是提供了一種兼具殺菌、去除有機(jī)無(wú)機(jī)污染物作用、比表面積比較大、使用安全的纖維材料。處理過(guò)程中不造成對(duì)環(huán)境的二次污染，深度過(guò)濾技術(shù)大大降低了飲用水中的有毒有害性物質(zhì)的毒害性，簡(jiǎn)化了維護(hù)過(guò)程及操作，降低了處理成本。此符合未來(lái)高效率、低成本、綠色安全的水處理技術(shù)發(fā)展方向，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1所述預(yù)處理水為自然河流水，將該纖維材料20kg放入用直徑為160mm，長(zhǎng)度為 IOOOmmPVC管材制成的反應(yīng)器中。將該反應(yīng)器直立，處理水由上而下自由流下，流速穩(wěn)定在 0. 61m3/h,連續(xù)運(yùn)行20天情況下，裝置對(duì)自然河流水重金屬去除率到達(dá)97 %，有機(jī)物污染物去除率達(dá)到98%，微生物滅殺率達(dá)到99. 9%。實(shí)施例2所述預(yù)處理水為地下水，將該纖維材料20kg放入用直徑為160mm，長(zhǎng)度為 IOOOmmPVC管材制成的反應(yīng)器中。將該反應(yīng)器直立，處理水由上而下自由流下，連續(xù)運(yùn)行20 天情況下，流速穩(wěn)定在0. 61m3/h，裝置對(duì)地下水重金屬去除率到達(dá)98%，有機(jī)物污染物去除率達(dá)到99 %，微生物滅殺率達(dá)到99. 9 %。實(shí)施例3所述預(yù)處理水為市政污水處理廠出口水，將該纖維材料20kg放入用直徑為 160mm，長(zhǎng)度為IOOOmmPVC管材制成的反應(yīng)器中。將該反應(yīng)器直立，處理水由上而下自由流下，連續(xù)運(yùn)行20天情況下，流速穩(wěn)定在0. 46m3/h，裝置對(duì)市政污水處理廠出口水重金屬去除率到達(dá)94%，有機(jī)物污染物去除率達(dá)到96%，微生物滅殺率達(dá)到98%。經(jīng)試驗(yàn)，得到上述纖維材料去除重金屬效果，如下表所示纖維去除重金屬離子效果
權(quán)利要求
1.一種具有去除重金屬、殺菌消毒功能的纖維材料，包括基質(zhì)及通過(guò)化學(xué)鍵固定在基質(zhì)表面的基團(tuán)，其特征在于所述基質(zhì)為纖維，基質(zhì)材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物兩種，在所述基質(zhì)表面的基團(tuán)為氯基、季銨鹽、三嗪基中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維材料，其特征在于所述纖維直徑小于2um。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述纖維材料，其特征在于所述纖維直徑小于0.3um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維材料，其特征在于所述基團(tuán)在基質(zhì)上的接枝率為 50% -500%。
5.權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述纖維材料在水凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種兼具去除重金屬離子、殺菌消毒作用、比表面積比較大、使用安全的纖維材料，所述纖維材料包括基質(zhì)及通過(guò)化學(xué)鍵固定在基質(zhì)表面的基團(tuán)，所述基質(zhì)為纖維，基質(zhì)材料包括乙烯-丙烯酸聚合物以及乙烯-丙烯胺聚合物兩種，在所述基質(zhì)表面的基團(tuán)為氯基、季銨鹽、三嗪基中的一種或幾種。本發(fā)明凈化水的原理是當(dāng)重金屬污染物、有機(jī)物污染物和細(xì)菌接近基質(zhì)表面時(shí)，重金屬離子會(huì)與羧基反應(yīng)，有機(jī)污染物會(huì)被基質(zhì)所吸附，細(xì)菌會(huì)被氯基捕獲并滅殺。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于水處理、水凈化領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D06M11/00GK102304847SQ20111016467
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者夏東升, 孫磊, 王棟, 阮新潮 申請(qǐng)人:武漢紡織大學(xué)