一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维及其过滤器的制作方法

1.本发明涉及过滤技术领域，具体是涉及一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维及其过滤器。


背景技术：

2.循环水旁滤过滤压差大，处理水量少，出水浊度高，悬浮物沉积将影响换热器的冷却效果。目前老合成一台纤维过滤器自2009年、空分三台纤维过滤器自2015年投运至今，内部纤维还没有更换过，已经超过5-6年的正常使用年限，目前整体运行状况不佳，碱泡后效果仍旧不理想。根据前期的调研，发现纤维过滤器的内件结构比较单薄，反洗气流不均匀，因此准备将这四台设备的内部纤维更换，内件进行逐步整体更换或者维护保养后利旧。
3.循环水中悬浮物以物理化学作用吸附在滤料上，当作用力越强时，悬浮物去除效果越好，但反洗就越困难。
4.因此本发明设计了一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维及其过滤器来改善上述问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维及其过滤器。
6.本发明的技术方案是：一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维，所述纤维均由外到内依次包括第一改性层、吸附层以及第二改性层；
7.其制备方法，包括以下步骤：
8.s1、第一改性层的制备：
9.将聚丙烯、偶联剂在150～160℃下溶于溶剂中得到溶解液，然后再将龙须草浆料、壳聚糖溶液依次加入所述溶解液中，并在60～70℃下改性处理40～50min，得到改性纺丝液，将所述改性纺丝液分成等质量比的三份，将第一份改性纺丝液通过湿法纺丝得到第一改性层；
10.所述聚丙烯、偶联剂以及溶剂的质量比为1～3：0.2：15，所述龙须草浆料、壳聚糖溶液的添加量分别为溶解液的20～30wt.％、10～15wt.％；
11.s2、吸附层的制备：
12.再在65～80℃下，向步骤s1得到的第二份改性纺丝液中加入占第二份改性纺丝液质量3～4％的致孔剂，搅拌2.5～4h，再通过静电纺丝得到吸附层；
13.s3、第二改性层的制备：
14.向步骤s1得到的第三份改性纺丝液中加入粒径为55～350nm的纳米铁颗粒，纳米铁颗粒的添加量为第三份改性纺丝液的1～2wt.％，在并通过湿法纺丝得到第二改性层；
15.s4、纤维的制备：
16.将第一改性层、吸附层以及第二改性层在100～150℃下将其热定型，再采用针刺
法将第一改性层、吸附层以及第二改性层复合加固，得到纤维。
17.进一步地，所述溶剂为二甲苯或三氯苯，所述偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
18.说明：二甲苯或三氯苯的溶解力强、挥发速率适中；γ-氨丙基三甲氧基硅烷可以明显改善纤维表面的机械性能，同时还能够提高其耐高温性和抗紫外线性能。
19.进一步地，步骤s1以及步骤s3中，湿法纺丝的纺丝原液温度为110～120℃，凝固浴温度为40～50℃。
20.说明：纺丝原液温度和凝固浴之间温差过小，会影响纺丝原液的内部结构的均匀度，纺丝原液温度和凝固浴之间温差过大，会使纺丝原液无法凝固成型。
21.进一步地，步骤s2中，所述致孔剂按质量份数计包括：15～18份碳酸钙、2～3份碳粉以及6～9份三氧化二铝。
22.说明：碳酸钙具有大的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性；碳粉的表面积大、孔隙率高、重量轻，热稳定性好；具有较高的比表面积、适宜的孔道结构、较窄的孔径分布以及良好的表面酸性；将上述三种材料混合，能够提高致孔剂的致孔效果，从而增多纤维的孔隙数量，进而增强纤维的吸附性。
23.进一步地，步骤s2中，所述静电纺丝的纺丝电压为13～16kv，纺丝液流速0.6～0.8ml/h，喷丝孔到接收板的接收距离为16～18cm。
24.说明：当纺丝电压较低时，由于电场力较小难以克服纺丝液自身的表面张力，从而形成的纳米纤维直径较大；电场强度过大，不利于射流的拉伸与分裂，从而使纤维直径变大，均匀性变差；纺丝液流速影响着针头液滴的稳定性和纤维的直径大小；接收距离太短使得溶剂不充分蒸发，则可能形成熔合纤维。
25.进一步地，步骤s4中，所述纤维的直径为0.8～1.5cm，长度为0.8～50cm。
26.说明：纤维的长径比过大时，成纱易产生纤维结，长径比过小时，成纱易发毛，可纺性差。
27.进一步地，步骤s4中，针刺法的针刺密度为950～1050次/cm2。
28.说明：针刺密度密度过大容易损伤纤维，使纤维强度下降，甚至刺针断裂；针刺密度过小会导致纤维疏松，纤维强度不足，使用寿命短。
29.利用一种具有上述提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的过滤器，包括壳体，所述壳体顶部设有与其内部连通的人孔以及吊耳，壳体内设有与壳体内壁滑动密封连接的上孔板、与壳体内壁固定连接的下孔板以及设置在所述上孔板与下孔板之间的纤维束，所述纤维束两端分别与上孔板、下孔板固定连接，且纤维束由500～10000根所述纤维集束制成，所述吊耳通过链条与所述上孔板固定连接；壳体侧壁设有与内部连通的清洗空气入口；
30.所述壳体顶部设有一端与其内部连通的原水进水管以及用于排出清洗空气的排气管，所述原水进水管上设有与壳体内部连通的反洗排水管；所述壳体底部设有与其内部连通的反洗进水管，所述反洗进水管上设有与壳体内部连通的原水出水管以及与反洗进水管连通的排空管；
31.所述清洗空气入口、排气管、原水进水管、原水出水管、反洗进水管、原水出水管以及排空管上均设有开关阀。
32.进一步地，所述上孔板的厚度为10～12mm。
33.说明：采用10～12mm的孔板，不容易变形，厚度过薄的孔板变形以后会导致边缘侧
有空隙，循环水会直接从空隙流下去，影响过滤效果。
34.本发明的有益效果是：
35.(1)本发明纤维过滤器的内部纤维通过设计具有三层结构的纤维，通过第一改性层提高纤维对多种污染物的捕捉能力，即提高纤维的适用性；通过吸附层提高纤维的孔隙，从而增强纤维密度，进而提高对污染物的吸附能力；通过第三改性层进一步加强纤维对多种污染物的捕捉能力，从而提高纤维的过滤效果。
36.(2)本发明纤维过滤器的内部纤维通过添加偶联剂、壳聚糖溶液进行改性，对纤维表面基团进行改造，增强纤维的特异吸附性，并通过添加植物纤维龙须草，提高纤维的韧性以及可再生性；通过添加在改性后加入致孔剂，从而提高纤维的孔隙率，对污染物的吸附拦截力增强；再在改性后添加纳米铁颗粒，增强纤维对重金属的吸附效果。
37.(3)本发明纤维过滤器通过配对本发明所制备的纤维，进一步提高纤维过滤器的过滤效果，并同时改善对悬浮物的反洗效率；且纤维过滤器将人孔从传统的侧下部安装为上部，中心部分的纤维束可以在装置外部先安装好，人退出来直接把中心的纤维束装进去，这样可以纤维束的装载量可以装到7800束，进一步提高纤维过滤器的过滤效果。
附图说明
38.图1是本发明纤维过滤器的内部纤维的结构图；
39.图2是本发明纤维过滤器的正视剖视图；
40.图3是本发明纤维过滤器的侧视剖视图；
41.图4是本发明纤维过滤器的俯视图；
42.其中，1-壳体，11-原水进水管，111-原水出水管，12-反洗进水管，121-反洗出水管，122-排空管，13-排气管，14-清洗空气入口，15-人孔，2-纤维束，21-上孔板，211-第一改性层，212-吸附层，213-第二改性层，22-吊耳，23-链条，24-下孔板。
具体实施方式
43.下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
44.实施例1
45.一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维，如图1所示，所述纤维均由外到内依次包括第一改性层211、吸附层212以及第二改性层213；
46.其制备方法，包括以下步骤：
47.s1、第一改性层211的制备：
48.将聚丙烯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷在155℃下溶于二甲苯中得到溶解液，然后再将龙须草浆料、壳聚糖溶液依次加入所述溶解液中，并在65℃下改性处理45min，得到改性纺丝液，将所述改性纺丝液分成等质量比的三份，将第一份改性纺丝液通过湿法纺丝得到第一改性层211；
49.所述聚丙烯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及二甲苯的质量比为1～3：0.2：15，所述龙须草浆料、壳聚糖溶液的添加量分别为溶解液的25wt.％、12wt.％；
50.s2、吸附层212的制备：
51.再在70℃下，向步骤s1得到的第二份改性纺丝液中加入占第二份改性纺丝液质量3.5％的致孔剂，所述致孔剂按质量份数计包括：16份碳酸钙、2.5份碳粉以及7份三氧化二铝，搅拌3h，再通过静电纺丝得到吸附层212；
52.所述静电纺丝的纺丝电压为15kv，纺丝液流速0.7ml/h，喷丝孔到接收板的接收距离为17cm；
53.s3、第二改性层213的制备：
54.向步骤s1得到的第三份改性纺丝液中加入粒径为200nm的纳米铁颗粒，纳米铁颗粒的添加量为第三份改性纺丝液的1.5wt.％，在并通过湿法纺丝得到第二改性层213；
55.步骤s1以及步骤s3中，湿法纺丝的纺丝原液温度为115℃，凝固浴温度为45℃；
56.s4、纤维的制备：
57.将第一改性层211、吸附层212以及第二改性层213在125℃下将其热定型，再采用针刺法将第一改性层211、吸附层212以及第二改性层213复合加固，针刺法的针刺密度为1000次/cm2，得到纤维，所述纤维的直径为1.1cm，长度为25cm。
58.实施例2
59.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1中，聚丙烯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及三氯苯的质量比为1：0.2：15的；龙须草浆料、壳聚糖溶液的添加量分别为溶解液的20wt.％、10wt.％。
60.实施例3
61.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1中，聚丙烯、γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及二甲苯的质量比为3：0.2：15；龙须草浆料、壳聚糖溶液的添加量分别为溶解液的30wt.％、15wt.％。
62.实施例4
63.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1中，溶解液的溶解温度为150℃，改性纺丝液的改性温度为60℃，时间为40min。
64.实施例5
65.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1中，溶解液的溶解温度为160℃，改性纺丝液的改性温度为70℃，时间为50min。
66.实施例6
67.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，向步骤s1得到的第二份改性纺丝液中加入占第二份改性纺丝液质量3％的致孔剂。
68.实施例7
69.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，向步骤s1得到的第二份改性纺丝液中加入占第二份改性纺丝液质量4％的致孔剂。
70.实施例8
71.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，在65℃下加入致孔剂，搅拌2.5h。
72.实施例9
73.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，在80℃下加入致孔剂，搅拌4h。
74.实施例10
75.本实施例与实施例1不同之处在于，所述致孔剂按质量份数计包括：15份碳酸钙、3
份碳粉以及9份三氧化二铝。
76.实施例11
77.本实施例与实施例1不同之处在于，所述致孔剂按质量份数计包括：18份碳酸钙、2份碳粉以及6份三氧化二铝。
78.实施例12
79.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，所述静电纺丝的纺丝电压为13kv，纺丝液流速0.6ml/h，喷丝孔到接收板的接收距离为16cm。
80.实施例13
81.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s2中，所述静电纺丝的纺丝电压为16kv，纺丝液流速0.8ml/h，喷丝孔到接收板的接收距离为18cm。
82.实施例14
83.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s3中，向步骤s1得到的第三份改性纺丝液中加入粒径为55nm的纳米铁颗粒，纳米铁颗粒的添加量为第三份改性纺丝液的1wt.％。
84.实施例15
85.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s3中，向步骤s1得到的第三份改性纺丝液中加入粒径为350nm的纳米铁颗粒，纳米铁颗粒的添加量为第三份改性纺丝液的2wt.％。
86.实施例16
87.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1以及步骤s3中，湿法纺丝的纺丝原液温度为110℃，凝固浴温度为50℃。
88.实施例17
89.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s1以及步骤s3中，湿法纺丝的纺丝原液温度为120℃，凝固浴温度为40℃。
90.实施例18
91.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s4中，在100℃下进行热定型，针刺密度为950次/cm2。
92.实施例19
93.本实施例与实施例1不同之处在于，步骤s4中，在150℃下进行热定型，针刺密度为1050次/cm2。
94.实施例20
95.本实施例与实施例1不同之处在于，所述纤维的直径为0.8cm，长度为50cm。
96.实施例21
97.本实施例与实施例1不同之处在于，所述纤维的直径为1.5cm，长度为0.8cm。
98.实施例22
99.本实施例是在实施例1的基础上对纤维过滤器的结构进行了优化：
100.如图2和图3所示，所述纤维过滤器包括壳体1，所述壳体1顶部设有与其内部连通的人孔15以及吊耳22，壳体1内设有与壳体1内壁滑动密封连接的上孔板21、与壳体1内壁固定连接的下孔板24以及设置在所述上孔板21与下孔板24之间的纤维束2，所述纤维束2两端分别与上孔板21、下孔板24固定连接，且纤维束2由6000根所述纤维集束制成，所述吊耳22通过链条23与所述上孔板21固定连接；壳体1侧壁设有与内部连通的清洗空气入口13；所述
上孔板21的厚度为11mm；
101.所述壳体1顶部设有一端与其内部连通的原水进水管11以及用于排出清洗空气的排气管13，所述原水进水管11上设有与壳体1内部连通的反洗排水管121；所述壳体1底部设有与其内部连通的反洗进水管12，所述反洗进水管12上设有与壳体1内部连通的原水出水管111以及与反洗进水管12连通的排空管122；
102.所述清洗空气入口14、排气管13、原水进水管11、原水出水管111、反洗进水管12、原水出水管121以及排空管122上均设有开关阀。
103.上述纤维过滤器的工作原理为：将原水从原水进水管11从上往下通入壳体1内部，重力使上孔板21下移，链条23下沉到最长，原水经过上孔板21、纤维束2以及下孔板24依次过滤后从反洗进水管12上连通的原水出水管111排出；正冲时清水的流向与原水流向相同；
104.过滤完成后对壳体1进行反洗，将清水从反洗进水管12中从下往上通入壳体1内部，清水先进入原水进水管11再从与原水进水管11连通的反洗排水管121排出；并在反洗的同时，通过清洁空气入口14将清洁空气通入壳体1内部，对壳体1内部产生气流冲击，则上孔板21上移使链条23收缩上浮，纤维束2伸长冲洗上面的杂质；清洁空气上升清洁后从壳体1顶部的排气管13中排出；
105.壳体1内的洗涤废水从排空口122中排出壳体1。
106.实验例
107.对本发明实施例1～21的方法结合实施例22中的纤维过滤器进行现场实验验证，循环水中的污染物包括cd
2+
以及ni
2+
等多种重金属离子，分别取各实施例的样件放入5个纤维过滤器中，以测试纤维的性能，每个实施例中5个纤维过滤器对多种重金属的过滤结果取平均值，作为该实施例的过滤结果，具体探究如下：
108.1、制备工艺中各参数对纤维过滤效果的影响。
109.表1实施例1～21对cd
2+
以及ni
2+
等多种重金属离子的平均去除率(％)
[0110][0111][0112]
由表1结果可知，实施例1～21中对多种重金属离子的平均去除率均达到95％以上，且对比可知，当聚丙烯占比过少或过多、溶解参数过小或过大、改性参数过小或过大、致
孔剂的添加量过少或过多、致孔参数过小或过大、致孔剂中三氧化二铝的占比过小或过大、静电纺丝的参数过小或过大、纳米铁颗粒的粒径和添加量过小或过大、湿法纺丝的温差过小或过大、纤维成型的参数过小或过大以及纤维的长径比过小或过大都会降低纤维对多种重金属离子的平均去除率，因此整体而言，实施例1的参数效果相对最优。

技术特征：
1.一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维，其特征在于，所述纤维均由外到内依次包括第一改性层(211)、吸附层(212)以及第二改性层(213)；其制备方法，包括以下步骤：s1、第一改性层(211)的制备：将聚丙烯以及偶联剂在150～160℃下溶于溶剂中得到溶解液，然后再将龙须草浆料、壳聚糖溶液依次加入所述溶解液中，并在60～70℃下改性处理40～50min，得到改性纺丝液，将所述改性纺丝液分成等质量比的三份，将第一份改性纺丝液通过湿法纺丝得到第一改性层(211)；所述聚丙烯、偶联剂以及溶剂的质量比为1～3：0.2：15，所述龙须草浆料、壳聚糖溶液的添加量分别为溶解液的20～30wt.％、10～15wt.％；s2、吸附层(212)的制备：再在65～80℃下，向步骤s1得到的第二份改性纺丝液中加入占第二份改性纺丝液质量3～4％的致孔剂，搅拌2.5～4h，再通过静电纺丝得到吸附层(212)；s3、第二改性层(213)的制备：向步骤s1得到的第三份改性纺丝液中加入粒径为55～350nm的纳米铁颗粒，纳米铁颗粒的添加量为第三份改性纺丝液的1～2wt.％，在并通过湿法纺丝得到第二改性层(213)；s4、纤维的制备：将第一改性层(211)、吸附层(212)以及第二改性层(213)在100～150℃下将其热定型，再采用针刺法将第一改性层(211)、吸附层(212)以及第二改性层(213)复合加固，得到纤维。2.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二甲苯或三氯苯，所述偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。3.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1以及步骤s3中，湿法纺丝的纺丝原液温度为110～120℃，凝固浴温度为40～50℃。4.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述致孔剂按质量份数计包括：15～18份碳酸钙、2～3份碳粉以及6～9份三氧化二铝。5.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述静电纺丝的纺丝电压为13～16kv，纺丝液流速0.6～0.8ml/h，喷丝孔到接收板的接收距离为16～18cm。6.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述纤维的直径为0.8～1.5cm，长度为0.8～50cm。7.根据权利要求1所述的一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的制备方法，其特征在于，步骤s4中，针刺法的针刺密度为950～1050次/cm2。8.根据权利要求1～7所述的一种具有提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的过滤器，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)顶部设有与其内部连通的人孔(15)以及吊耳(22)，壳体(1)内设有与壳体(1)内壁滑动密封连接的上孔板(21)、与壳体(1)内壁固定连接的下孔板(24)以及设置在所述上孔板(21)与下孔板(24)之间的纤维束(2)，所述纤维束(2)
两端分别与上孔板(21)、下孔板(24)固定连接，且纤维束(2)由500～10000根所述纤维集束制成，所述吊耳(22)通过链条(23)与所述上孔板(21)固定连接；壳体(1)侧壁设有与内部连通的清洗空气入口(13)；所述壳体(1)顶部设有一端与其内部连通的原水进水管(11)以及用于排出清洗空气的排气管(13)，所述原水进水管(11)上设有与壳体(1)内部连通的反洗排水管(121)；所述壳体(1)底部设有与其内部连通的反洗进水管(12)，所述反洗进水管(12)上设有与壳体(1)内部连通的原水出水管(111)以及与反洗进水管(12)连通的排空管(122)；所述清洗空气入口(14)、排气管(13)、原水进水管(11)、原水出水管(111)、反洗进水管(12)、原水出水管(121)以及排空管(122)上均设有开关阀。9.根据权利要求8所述的一种具有提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维的过滤器，其特征在于，所述上孔板(21)的厚度为10～12mm。

技术总结
本发明公开了一种提高循环水纤维过滤器效率的内部纤维及其过滤器，纤维由外到内依次包括第一改性层、吸附层以及第二改性层；纤维的制备方法包括以下步骤：S1、第一改性层的制备；S2、吸附层的制备；S3、第二改性层的制备；S4、纤维的制备；配套使用该纤维的过滤器包括壳体，壳体顶部设有人孔以及吊耳，壳体内设有液压控制机构、上孔板、下孔板以及纤维束，壳体侧壁设有清洗空气入口；壳体顶部设有原水进水管以及排气管，原水进水管上设有反洗排水管；壳体底部反洗进水管，反洗进水管上设有原水出水管以及排空管；本发明通过对纤维改性提高过滤效率，且过滤器中人孔位置从传统的侧下部改为上部，增加了纤维束的安装数量。增加了纤维束的安装数量。增加了纤维束的安装数量。


技术研发人员：史季春 谈成明 堵建峰 陈刚 林必成
受保护的技术使用者：灵谷化工集团有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/4