專利名稱：一種具有“海綿體”結構的纖維濾料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料和環境技術領域，特別涉及一種具有“海綿體”結構的纖維濾料及其制備方法和應用。
背景技術：
在自來水廠、電廠、工業鍋爐、化工或制藥等行業的用水，要經過預處理，以除去水中的懸浮物和油污等。傳統的方法是砂濾，采用石英砂、無煙煤、沸石等制成粒狀作為濾料。但砂濾的方法效率低、截污量小、濾速低(幾米～十幾米/小時)、能耗高，現逐漸開始研究和采用纖維濾料。纖維濾料分長纖維濾料和短纖維濾料。長纖維濾料由于反洗操作困難，故開發出了短纖維濾料。中國專利ZL98249298.7公開了一種彗星式纖維濾料，該濾料過濾效率高、率速快(30～50米/小時)、反洗效果好。但該濾料長期使用后存在著易板結、在高流速下濾床容易被壓實、孔隙被堵死而無法過濾等不足。專利CN1432423A為了改進這一不足，設計了一種由絲束圈、尾絲和絲束結構成的濾料，增加了濾床的彈性，可保持一定的孔隙。這兩種纖維濾料都有一個不足是纖維自身是平直的，或只經過簡單加捻，缺乏彈性，因而纖維之間孔隙度小、蓬松度差、壓力下容易堆積密實。另外濾料都有比較長的尾絲，尾絲自身或之間容易纏結在一起，濾料粘附上膠體和油類污染物后容易板結、成團。另外濾料自身的質量小，在反沖洗后容易漂浮。這些因素導致截污量減少、濾速降低、反洗困難。同時纖維的直徑較粗，約為幾十～幾百微米，濾料間容易形成不均勻的大孔隙，使過濾效果變差。
發明內容
針對現有短纖維濾料的不足，本發明公開一種具有“海綿體”結構的纖維濾料，其外形為雙耳球狀、或柱狀、或傘形、或紡錘形；所述的纖維原料選自聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍或當中任意兩種或三種；所述的纖維更細、具有鋸齒或螺旋形或其它形狀的立體結構，并且這種彈性可永久保持。
本發明的一種具有“海綿體”結構的纖維濾料的制備方法，包括步驟(1)將上述纖維的原料通過紡絲、拉伸和熱定型工藝，把纖維制成直徑0.5～50μm(微米)、具有永久性的鋸齒或螺旋形立體結構，鋸齒的長度為0.1～10mm，螺旋形的直徑為0.1～10mm，螺距為0.1～20mm；
(2)將100至10000根這種單纖維合并在一起，即集束，纖維之間保持平行；(3)將集束的纖維用線繩、金屬絲、或塑料管套捆扎打結，或使用熱熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm(厘米)形成一個結，使纖維不會滑移；(4)將打結后的纖維束每隔1～2個結切斷，就制成了雙耳球狀、或雙耳柱狀、或傘形、或紡錘形纖維濾料。該濾料直徑0.5～2cm，長度0.5～60cm。
本發明的一種具有“海綿體”結構的纖維濾料的應用，用在水處理上，其過濾效率高、截污量大、濾速快、濾床不會壓實、反洗容易、壽命長。
本發明的優點現有用于水處理中的短纖維濾料，在形式、大小和纖維直經上各有所不同。濾料形式主要有球狀、絲束狀等，纖維直徑為20～500μm。所用的纖維本身是平直的，或只經過簡單的加捻，缺乏彈性，因而纖維容易堆積密實、蓬松度差。這種纖維濾料在過濾過程中易被壓緊、截污量變小、過濾阻力升高、濾速降低。由于濾料自身的質量小，在反沖洗后容易漂浮，使過濾效率降低。本技術通過特定紡絲、拉伸和熱定型等加工工藝，纖維直徑控制在0.5～50μm之間，同時使纖維獲得鋸齒形或立體螺旋形或其它形狀的彈性結構，類似彈簧，并且這種結構可永久保持。纖維之間可形成均勻微小的孔隙，過濾中不會被壓實，因而既可以保持良好的過濾效率，又有很高的納污量和過濾速度，反洗容易。同時雙耳狀濾料的兩端有較短和較蓬松的耳狀部分，有利于填補濾料間較大的縫隙，以提高過濾效率。濾料自身結構較為緊湊，密度較大，反洗時濾料間容易激烈碰撞而不纏結，提高了反洗效率。濾料經過實際過濾試驗，確實具有這些優點。濾速可達到50～100米/小時，出水濁度低于1NTU。
圖1纖維結構與雙耳球狀和雙耳柱狀纖維濾料示意圖(a)纖維結構 (b)雙耳球狀纖維濾料 (c)雙耳柱狀纖維濾料圖2傘形和紡錘形纖維濾料示意圖(a)傘形 (b)紡錘形具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明所述的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定本發明采用聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍或其中任意兩種和三種為原料，進行熔融紡絲或濕法紡絲。紡絲溫度50～300℃，紡速500～3000米/分；再經過拉伸，拉伸倍數3～8倍，使纖維直徑為0.5～50μm；然后在特定的裝置上于50～250℃熱定型，獲得上述直徑和具有鋸齒或螺旋形或其它立體彈性結構的纖維。鋸齒的長度為0.1～10mm(毫米)，螺旋形的直徑為0.1～10mm，螺距為0.1～20mm。將纖維集束，使單纖維根數達到100至10000根。集束的纖維用線繩(如縫紉線等)、金屬絲、或塑料管套捆扎打結，或使用熱熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一個結，使纖維不會滑移。最后將打結的纖維束每隔1～2個結切斷，制成雙耳球狀、或雙耳柱狀、或傘形、或紡錘形的纖維濾料。該濾料直徑0.5～5cm，長度0.5～60cm，用于水處理。
實施例1(1)將聚酯切片在250～300℃熔融紡絲，紡速1000～3000米/分，拉伸3～5倍，在150～250℃熱定型。將纖維集束，用縫紉線每隔1～5cm捆扎一個結，要扎緊以防纖維滑脫。每隔兩個結剪斷，就制成了雙耳球狀和雙耳柱狀纖維濾料，如附圖1。
(2)將聚酯和聚丙烯或尼龍進行共混或復合紡絲，紡速500～2500米/分，拉伸3～6倍，在120～200℃熱定型。將纖維集束，使單纖維的根數達到500～2000根。在注塑機上每隔1～30cm注一個結。每隔一個或兩個結靠結處剪斷，制成傘形或紡錘形纖維濾料，如附圖2。
實施例2把上述濾料放在過濾柱中，濾層高度0.8～1.5米，進水濁度150NTU以下，微絮凝過濾，濾速50～100米/小時，出水濁度可達1NTU以下。如進水濁度在50NTU以下，出水不經絮凝，可直接過濾，出水仍可達1NTU以下。
權利要求
1.一種具有“海綿體”結構的纖維濾料，其特征在于形狀是雙耳球狀、或雙耳柱狀、或傘形、或紡錘形。
2.根據權利要求1所述的一種具有“海綿體”結構的纖維濾料，其特征在于所述的纖維選自聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍或當中任意兩種或三種。
3.根據權利要求1所述的一種具有“海綿體”結構的纖維濾料，其特征在于所述的纖維具有鋸齒狀和螺旋狀或其它形狀的立體彈性結構，并且這種彈性可永久保持。
4.一種具有“海綿體”結構的纖維濾料的制備方法。包括下述步驟(1)將上述纖維的原料通過紡絲、拉伸和熱定型工藝，把纖維制成直徑0.5～50μm、具有鋸齒或螺旋形立體結構。鋸齒的長度為0.1～10mm，螺旋形的直徑為0.1～10mm，螺距為0.1～20mm；(2)將100至10000根這種單纖維合并在一起，即集束，纖維之間保持平行；(3)將集束的纖維用線繩、金屬絲、或塑料管套捆扎打結，或使用熱熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一個結，使纖維不會滑移；(4)將打結后的纖維束每隔1～2個結切斷，就制成了雙耳球狀、或雙耳柱狀、或傘形、或紡錘形纖維濾料。該濾料直徑0.5～2cm，長度0.5～60cm。
5.一種具有“海綿體”結構的纖維濾料的應用。用在水處理上，其過濾效率高、截污量大、濾速快、濾床不會壓實、反洗容易、壽命長。
全文摘要
本發明涉及一種具有“海綿體”結構的纖維濾料及其制備方法以及在水處理上的應用。本發明采用聚酯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍或其中任意兩種或三種為原料，經過紡絲、拉伸和熱定型等工藝，使纖維具有鋸齒狀或螺旋狀或其它形狀的立體彈性結構。鋸齒的長度為0.1～10mm，螺旋形的直徑為0.1～10mm，螺距為0.1～20mm。將纖維集束，經過捆扎打結，或使用熱熔、注塑的方法，每隔0.5～30cm形成一個結，使纖維不會滑移。將打結后的纖維束每隔1～2個結切斷，就制成了雙耳球狀、或雙耳柱狀、或傘形、或紡錘形的纖維濾料，該濾料具有類似“海綿體”的孔隙和彈性結構，濾料直徑0.5～5cm，長度0.5～60cm，用于水處理。纖維之間可形成均勻微小的孔隙，過濾中不會被壓實。濾料既可以保持良好的過濾效率，又有很高的納污量和過濾速度；且反洗容易，壽命長。
文檔編號B01D39/02GK101045191SQ20071003667
公開日2007年10月3日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者曾凡龍, 任慶春, 薛罡, 劉振鴻 申請人:東華大學, 北京紫光益天環境工程技術有限公司