改性活性炭滤芯的制备方法与流程

1.本发明涉及一种净水滤芯材料的制备方法，尤其涉及一种能去除重金属的滤芯的制备方法。


背景技术：

2.目前，去除重金属的过滤材料，主要由以下几类：纤维类、树脂类及分离膜类及活性炭类，纤维类比如鳌合纤维，或者其他方法制备的纤维类过滤材料；树脂类改性的离子交换树脂具有一定的去除重金属的功能；分离膜类通过相转化的方式制备将吸附剂引入到分离膜(如中空纤维膜)表面，从而实现去除重金属功能。活性炭滤芯在解决水质问题中起着重要作用，是净水机中不可缺少的一环。活性炭滤芯可以通过吸附作用去除水中大部分杂质，然而活性炭滤芯对于重金属离子的去除能力较差，需要搭配其他相关滤芯以达到水的净化的目的。活性炭类通过对碳粉改造或者在烧结过程中引入吸附剂，实现去除重金属功能。
3.申请号为201810869708.9的中国发明专利申请公开《一种基于聚多巴胺改性的聚丙烯基吸附材料的制备方法》(公开号:cn108906003a)，该申请采用多巴胺涂覆在聚丙烯基吸附材料表面，然后接枝其他吸附剂，该方法可以在实现去除重金属功能，但是方法改性过程分两步走，较为复杂，且聚丙烯并非滤芯形式，同时多巴胺在碱性条件下容易脱落，导致重金属去除功能丧失。
4.申请号为201510067994.3的中国发明专利申请公开《一种吸附水中重金属螯合纤维材料的制备方法》(公开号:cn104667891a)，该申请利用等离子技术将活性基团接枝在聚丙烯纤维表面，需要破坏聚丙烯表面形貌，然后将吸附剂通过活性基团接枝到纤维表面，实现去除重金属功能。该方法，步骤多，过程复杂，且通过等离子技术接枝的活性基团，均匀性和稳定性不佳。
5.目前，现有的去重金属材料普遍存在的如下问题：第一，制备工艺复杂，成本高：首先需要制备成纤维、膜丝或者离子交换树脂，然后再制作成滤芯，过程复杂，环节多，成品率低；第二，材料制备过程使用大量的有机溶剂，且会产生大量的有机废液和废气，对环境造成污染；第三，活性炭与吸附剂主要以物理键结合，结合能力弱，存在吸附剂流失的问题，滤芯性能稳定性存在风险。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种重金属吸附稳定且的改性活性炭滤芯的制备方法。
7.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改性活性炭滤芯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
8.①
将清洗干净的活性炭滤芯置于0.05
‑
5g/l的多酚类单体的水溶液中，在室温条件下浸泡10
‑
30min，随后用水清洗；
9.②
将清洗后的活性炭滤芯置于0.5
‑
5wt％的胺类改性溶液中，在50
‑
90℃的水浴条件下加热12
‑
24h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。
10.作为优选，步骤
①
中所述的活性炭滤芯为颗粒活性炭滤芯、活性炭纤维滤芯或粉末活性炭滤芯中的一种，所述活性炭滤芯的长度为5～10寸。
11.作为优选，步骤
①
中所述的多酚类单体为单宁酸、多巴胺中的至少一种。
12.作为优选，步骤
②
所述的胺类改性溶液中，溶质为壳聚糖、n
‑
羧甲基壳聚糖、乙二胺、聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯基咪唑、哌嗪、对氨基苯、间氨基苯、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，溶剂为水或者甲醇、乙醇、丙酮中至少一种与水的混合液。
13.与现有技术相比，本发明的优点在于：将活性炭滤芯应用于重金属离子去除领域，通过整体浸泡反应的方式，吸附剂在材料表面分布均匀，滤芯的重金属去除效果高效稳定，通过多酚层的引入在活性炭滤芯表面建立改性位点，为胺类吸附剂的反应做铺垫，采用胺类单体对活性炭滤芯进行改性，用于重金属去除。通过配位吸附的机理去除水中的重金属离子，其原理是利用胺基的孤对电子与重金属离子的空轨道进行配位，达到去除重金属离子的目的。滤芯制备过程中的吸附剂溶液可以循环使用，降低生产成本，且减少废液排放，更加环保，制备过程简单，成本低廉。
具体实施方式
14.以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
15.实施例1：取一支10寸的活性炭纤维滤芯，用水清洗干净，将其置于1.0g/l的单宁酸水溶液中，在室温条件下浸泡20min，随后用水清洗。将清洗后的滤芯置于2wt％的聚乙烯亚胺水溶液中，在90℃的水浴条件下加热12h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。在ph＝7的条件下，其对25ppb的镉离子的去除率为99％，对25ppb的铅离子的去除率为97％。
16.实施例2：取一支5寸的颗粒活性炭滤芯，用水清洗干净，将其置于1.5g/l的多巴胺水溶液中，在室温条件下浸泡30min，随后用水清洗。将清洗后的滤芯置于5wt％二乙烯三胺的水
‑
甲醇(体积比1:1)溶液中，在60℃的水浴条件下加热24h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。在ph＝7的条件下，其对25ppb的镉离子的去除率为95％，对25ppb的铅离子的去除率为96％。
17.实施例3：取一支10寸的粉末活性炭滤芯，用水清洗干净，将其置于5.0g/l的单宁酸水溶液中，在室温条件下浸泡15min，随后用水清洗。将清洗后的滤芯置于1wt％乙二胺的水
‑
乙醇(体积比1:1)溶液中，在80℃的水浴条件下加热16h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。在ph＝7的条件下，其对25ppb的镉离子的去除率为98％，对25ppb的铅离子的去除率为98％。
18.实施例4：取一支5寸的活性炭纤维滤芯，用水清洗干净，将其置于3.0g/l的单宁酸水溶液中，在室温条件下浸泡10min，随后用水清洗。将清洗后的滤芯置于0.5wt％聚乙烯亚胺的水
‑
丙酮(体积比2:1)溶液中，在75℃的水浴条件下加热20h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。在ph＝7的条件下，其对25ppb的镉离子的去除率为99％，对25ppb的铅离子的去除率为95％。


技术特征：
1.一种改性活性炭滤芯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①
将清洗干净的活性炭滤芯置于0.05
‑
5g/l的多酚类单体的水溶液中，在室温条件下浸泡10
‑
30min，随后用水清洗；
②
将清洗后的活性炭滤芯置于0.5
‑
5wt％的胺类改性溶液中，在50
‑
90℃的水浴条件下加热12
‑
24h，引发活性炭滤芯的改性，清洗干燥后制得改性活性炭滤芯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤
①
中所述的活性炭滤芯为颗粒活性炭滤芯、活性炭纤维滤芯或粉末活性炭滤芯中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤
①
中所述的多酚类单体为单宁酸、多巴胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤
②
所述的胺类改性溶液中，溶质为壳聚糖、n
‑
羧甲基壳聚糖、乙二胺、聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯基咪唑、哌嗪、对氨基苯、间氨基苯、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，溶剂为水或者甲醇、乙醇、丙酮中至少一种与水的混合液。

技术总结
一种改性活性炭滤芯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：


技术研发人员：郭耀申 阮渝生 林春儿 陈承
受保护的技术使用者：宁波方太厨具有限公司
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/1/3