一种滤芯的制备方法、清洁方法与流程

本发明涉及一种滤芯，具体涉及一种滤芯的制备方法。

背景技术：

1、随着人们对生活品质的不断提高，对饮用水的认知不断深入。从早前的方便饮用，转变为安全饮用。对应的，相关的净水技术也不断更新，由传统的市政自来水过度为以反渗透技术为核心的纯水机。

2、但是反渗透在解决饮水安全问题的同时，其对水中有益矿物质去除的特点，降低了纯水机产水的健康属性。为了弥补该缺点，矿化滤芯应运而生。其通过向水中释放矿物质，提高水中的矿物质含量。

3、矿化滤芯有两种成型方式，分别是烧结成型和挤出成型，目前使用矿石做成滤芯的通常是用烧结成型，但烧结成型的工艺成本较高，生产中的温度和压力变化较大，导致难以平衡原料之间的结构，对原料的损耗极大，也带来成品合格率低的问题，自动化生产门槛非常高；根据对原材料的特性和现有矿化产品工艺的改进设计，探索出一种新型挤出成型工艺，可以很好的提高生产效率和成品率，可自动化程度很高，成本和损耗都大幅降低，非常适合未来的产业化需求，因此使用挤出成型来制备矿化滤芯是未来的发展趋势。

4、如公告号为cn112919850a(申请号202110172345.5)的中国发明专利《一种挤出成型锶矿化滤芯及其制备方法》，公开了滤芯配方由以下材料按不同比例配置：活化沸石粉料20-50份，活化锶矿石粉料5-30份，活化麦饭石粉料10-30份，活性炭粉料200-300份，低分子聚乙烯胶粉20-50份。此滤芯的制备方法由以下步骤组成：用纯水清洗天然矿石；对天然矿石进行破碎和筛分处理得到矿石粉料；对矿石粉料进行活化处理，得到活化沸石粉料、活化锶矿石粉料和活化麦饭石粉料；将以上物料按比例混合，通过炭棒挤出机挤出成型，即可制得本发明所述的矿化滤芯。该发明中，矿化滤芯的主要作用是向水中稳定释放矿物质，由于天然矿石成分复杂，在矿化原水的过程中，难免会同时释放出重金属；同时，其碳棒对重金属的去除能力较弱，难以兼顾对重金属的去除。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有矿化和重金属去除功能的滤芯的制备方法。

2、本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述滤芯的清洁方法。

3、本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

4、1)矿化颗粒制备：将聚合物与矿化填料按照质量比50～500：1混合，采用熔融共混的方法挤出并造粒；

5、2)聚合物混合料制备：将聚合物、改性剂混合，其中改性剂的质量百分比为5～30％，余量为聚合物；

6、3)熔喷滤芯制备：分别将聚合物混合料、矿化颗粒从挤出机a、挤出机b中挤出，并在200～300℃热空气中拉伸成丝，按照聚合物层位于内层、矿化层位于外层的方式在接收杆上收卷，得到熔喷滤芯；

7、4)胺基化改性：将熔喷滤芯置于1～10wt％的多元胺溶液中，并在60～90℃的水浴条件下加热6～18h，将聚合物层胺基化改性。

8、所述步骤1)、步骤2)中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。

9、由于矿化填料主要成分为碳酸钙等，其在起到矿化作用的同时，在基体材料中还充当增韧剂，有利于提高滤芯力学性能；但矿化填料过多，会影响造粒过程中聚合物的流动性，造成结构缺陷，故需控制聚合物与矿化填料质量比50～500：1。

10、改性剂能够与多元胺反应，使得胺基固定到聚合物层中，使滤芯具备稳定的去除重金属能力。改进剂是聚合物层与胺基结合的媒介，用量过低，胺基化后聚合物层中的胺基不足，无法对重金属起到有效去除；用量过多，会降低材料的强度，造成结构缺陷。

11、作为优选，所述步骤1)中，矿化填料包括矿化材料及包覆于该矿化材料外周的包埋材料，矿化材料、包埋材料的质量比为1：1～1：10；所述矿化材料选自麦饭石、次生石英岩、长石石英砂岩、菱锰矿的至少一种；包埋材料选自沸石、碳酸钙、碳酸镁中的至少一种。包埋材料在溶解的过程中，矿化材料会逐步显露出来，起到缓释矿物质的目的。

12、作为优选，所述步骤2)中，改性剂选自苯乙烯～马来酸酐共聚物、聚丙烯～马来酸酐共聚物、聚丙烯～甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚丙烯～苯乙烯～马来酸酐共聚物中至少一种。

13、作为优选，所述步骤3)中，挤出机a的螺杆转速为200～400r/min，挤出机b的螺杆转速为400～1200r/min，接受杆转速为600～1000r/min。通过控制挤出机a、挤出机b的螺杆转速以及接受杆转速，控制矿化层、聚合物层的厚度，螺杆转速慢，矿化层、聚合物层过薄，水流与矿化层、聚合物层的接触时间过短，矿物质含量释放不足以及重金属无法有效去除；螺杆转速快，矿化层、聚合物层过厚，矿化层、聚合物层造成水流阻力大，影响出水净水器出水效率。

14、作为优选，所述步骤3)中，挤出机a、挤出机b的喷丝头温度为200～300℃，挤出机温度为250～350℃。在熔喷过程中，物料会依次通过挤出机腔体，经喷丝头喷出，最终在接受杆上冷却得到成品。对于聚合物而言，升高温度可以降低聚合物粘度。因此，将挤出机的温度设置较高，以便于聚合物流动。当聚合物到喷丝头后，为便于液态的聚合物冷却成型，故降低喷丝头的设定温度。两者温度过高，熔喷纤维较细，滤芯致密度提高，增加了水流阻力；两者温度过低，熔喷纤维较粗，降低了水流与矿化层、聚合物层的有效接触面积。

15、作为优选，所述步骤4)中，多元胺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、聚乙烯吡咯烷酮的至少一种，溶剂为水或甲醇、乙醇、丙酮中至少一种与水的混合液。

16、作为优选，所述步骤3)中，矿化层的厚度为6～20mm，纤维直径为5～20μm，孔径为5～20μm；聚合物层的厚度为15～25mm，纤维直径为5～20μm，孔径为0.5～10μm。矿化层的作用为向水中释放矿物质，故其与水接触即可，孔径过小会增加阻力，影响滤芯通量；而聚合物的作用为去除水中的重金属，其原理为表面的胺基与水中的重金属产生吸附，该过程对两者的距离有要求，孔径过大会降低吸附效果。同样的，聚合物层的厚度也较矿化层厚，以保证水与吸附材料有更长的接触时间，确保重金属得到充分的去除。

17、本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种滤芯的清洁方法，其特征在于：通入ph为2～4的气泡水，气泡水中气泡的直径为0.1μm-10μm。

18、一方面气泡能够与滤芯中含有功能团的纤维接触，在其表面产生空化作用，消除其上的污染物，从而达到清洁、再生的作用。另一方面气泡能够通过滤芯表面的空隙，进入到滤芯内部，对滤芯进行整体清洁、再生。气泡的直径过大，无法进入滤芯内层；气泡的直径过小，清洗效果较差。

19、此外所用的酸性水会与矿化功能层中的包埋材料反应溶解，从而有助于其上粘附的污染物脱落；也会使得聚合物层上原本吸附的重金属解析出。酸性水与气泡共同作用，使得被污染的滤芯得以重复使用。

20、作为优选，所述气泡水添加有碳酸、柠檬酸、醋酸中的至少一种。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：采用分层熔喷工艺制备出矿化层位于外层、聚合物层位于内层的双层滤芯，待处理的水由熔喷滤芯外层流入内层，当水流经外层时，矿化层中的矿化填料对其进行矿化，从而提高水中的矿物质含量；当水流经内层时，聚合物层起到去除水中重金属的作用，兼顾了添加矿物质和去除重金属的功能。