灯草芯的用途及其构成的过滤结构、过滤装置及过滤装置的制备方法

摘要

本发明公开了灯草芯作为大气空气及饮用水过滤材料的用途，并且提供了一种由灯草芯制成的新型过滤结构，该过滤材料具有良好的透气性、渗透性和生物活性，且绿色无污染，对于水质和空气中的微粒均具有良好的过滤效果。此外，本发明还公开了采用了该新型过滤结构的新型过滤装置，该装置包括由灯草芯颗粒组成的灯草芯层。该灯草芯层可以是由灯草芯颗粒相互粘结组成，也可以借由其他过滤机构来形成。灯草芯作为大气空气及饮用水过滤材料，具有良好的透气性、渗透性和生物活性，且绿色无污染，对于水质和空气中的微粒均具有良好的过滤效果。

权利要求

1.灯草芯作为饮用水过滤的用途，其特征在于：其用途包括饮用水中氯离子过滤。

说明书

灯草芯的用途及其构成的过滤结构、过滤装置及过滤装置的

制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种过滤材料，具体涉及灯草芯的用途及其构成的过滤结构、过滤装置及过滤装置的制备方法。

背景技术

[0002] 随着工业化的进程，环境污染问题日趋严峻，而人们赖以生存的空气和水质污染亦日趋严峻。与此同时，各种过滤材料和技术也相继产生。目前，用于空气过滤及水质过滤的过滤材料，主要是塑料纤维、玻璃纤维、活性炭、金属膜等，基本都是利用空气和水的流动性，采用物理拦截的微孔结构方式对空气和水进行过滤，且均具有较好的过滤效果。然而，这些过滤材料的缺点也很明显，一是这些材料大多不可降解，易造成新的环境污染问题，而可降解的活性炭又会带来碳微粒的二次污染问题；二是这些材料对于空气和水中的重金属离子过滤效果不好；三是为了提升这些材料对微米级微粒的过滤效果，必然会同时增加空气阻力，对一些特定环境(如雾霾天气)下的一些空气过滤造成困难。

[0003] 为了克服上述问题，目前市面上出现了一种利用玉米芯(玉米棒子脱粒后的物质)粉碎后制作的过滤材料，这种滤材同样具有生物活性、绿色环保的特点。然而，这种过滤材料主要利用的是玉米芯粉碎后，颗粒与颗粒之间的缝隙来让水流通过，利用颗粒表面的沟壑与水流的接触面来拦截水质中的微粒，对于水体中较大微粒过滤有一定效果。但是，由于玉米芯颗粒材料密度、硬度较高，其每个颗粒体的内部均不能通过水流，而玉米芯颗粒之间的间隙又相对较大，对水体中的微米级微粒的过滤无效；对于过滤空气中的微粒来说，由于气阻较大，更不可行。

发明内容

[0004] 本发明的目的之一是为了提供灯草芯作为大气空气及饮用水过滤材料的用途，并且提供了一种由灯草芯制成的过滤结构，该过滤材料具有良好的透气性、渗透性和生物活性，且绿色无污染，对于水质和空气中的微粒均具有良好的过滤效果。

[0005] 本发明还提供了采用了该过滤结构的过滤装置，该装置包括由灯草芯颗粒组成的灯草芯层。该灯草芯层可以是由灯草芯颗粒相互粘结组成，也可以借由其他过滤机构来形成。

[0006] 以下为本发明提供的其中一种实现方式，一种过滤装置，包括由灯草芯颗粒组成的灯草芯层，以及包裹在灯草芯层外侧的夹层，所述夹层上设有若干孔径小于1.5mm的微孔，所述灯草芯颗粒的直径为2～3mm。

[0007] 优选的，所述夹层为塑料夹层、金属夹层、纺织物夹层、或由多孔淀粉和木浆混合的夹层。

[0008] 本发明还提供了该过滤装置的制备方法，包括以下步骤：

[0009] A、灯草芯颗粒的制备：将灯草晒干至其含水量低于3％后，剥去茎干表皮，得到白色透气的圆柱形灯草芯；将该灯草芯粉碎为直径为2～3mm的颗粒，即为灯草芯颗粒；

[0010] B、夹层的制备：制作一个设有用于放置灯草芯颗粒的容纳腔的夹层，并在夹层上开设若干个孔径小于1.5mm的微孔，在夹层侧面开设一个用于填充灯草芯颗粒的开口；

[0011] C、过滤材料的制备：将步骤A制备得到的灯草芯颗粒通过步骤B中预留的开口填充至容纳腔中，填充完毕后，将开口封闭，即可得到过滤材料。

[0012] 其中，所述步骤C中，灯草芯颗粒填充完毕后，可通过挤压夹层后再封闭开口来调整灯草芯颗粒之间的间距和灯草芯颗粒内部孔径，或者通过继续填充灯草芯颗粒后再封闭开口来调整草芯颗粒之间的间距和灯草芯颗粒内部孔径。

[0013] 本发明的过滤装置的过滤原理如下：

[0014] 首先，当空气或水流通过过滤装置时，由于灯草芯颗粒本身的组织孔径，以及组织单位之间的缝隙，使空气或水流得以通过。但其中所含的大于材料内部孔径和颗粒间缝隙孔径的微粒，被阻挡在过滤结构中；同时，由于灯草芯的组织细胞具有对气溶胶微粒、重金属微粒、带菌微粒及水中的各种悬浮微粒均具有一定的吸附作用，也将对空气和水流中的这类物质进行过滤，净化空气和水；最后，即可得到净化后的空气和水。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0016] (1)本发明是由灯草芯制作而成，其内部孔径本来很小，约0.5～2μm，在受到外力挤压情况下，孔径相应变小，最小的可达到0.01微米(μm)。微孔中还有中孔，形成复式过滤结构，能有效过滤空气和水中微粒直径小于PM2.5的微粒。

[0017] (2)本发明的灯草芯的孔径可以根据压力自行调整，压力越大，孔径越小。为适应不同过滤要求；具体施加多大压力，以颗粒之间缝隙最小为原则，可通过颗粒体积变化来判断；当体积被压缩减少25～30％时，颗粒间缝隙则小于0.5μm，同时灯草芯颗粒内部的天然孔径也会减小约25～30％。

[0018] (3)本发明的灯草芯具有不同的生物活性成分，对人体有益；可过滤空气和水中的气溶胶微粒、重金属微粒、带菌微粒，以及水中的各种悬浮微粒，并净化空气和水中的异味气。

[0019] (4)本发明的灯草芯是可降解、可再生、可回收的，无二次污染，属于绿色环保材料，而其夹层可根据需要设置，且夹层材料为金属、塑料或纺织物，均可循环利用，并且，夹层可最大限度确保颗粒的完整性，及其回收的便利性。

[0020] (5)本发明的灯草芯由于基本滤材颗粒本身具有柔软性，颗粒表面在粉碎断裂后，又形成了凹凸不平的内部纤维组织面。在适当的外力挤压下，颗粒之间的缝隙会大大减小，从而避免空气或水流在压差作用下侧漏侧流，影响过滤效果；并且，其挤压后仍然可保持内部微孔与较好通气性能的特点。

具体实施方式

[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

[0022] 实施例

[0023] 本实施例的目的之一是为了提供灯草芯作为大气空气及饮用水过滤材料的用途，该灯草芯可有效过滤空气和水中的微粒物质，包括空气中的气溶胶微粒、重金属微粒、带菌微粒，以及水中的各种悬浮微粒。并且还可解决空气和水中的异味气相物质的吸附问题。

[0024] 本实施例还提供了一种由灯草芯制成的过滤结构，并且进一步提供了包含了该过滤结构的过滤装置。该装置进一步的将灯草芯处理为灯草芯颗粒，并通过工艺处理使其组成灯草芯层。该灯草芯层可以是由灯草芯颗粒相互粘结组成，也可以借由其他过滤机构来形成，并且该灯草芯层还可根据需要进行工艺处理，形成片状或膜状等。

[0025] 以下仅为本实施例提供的其中一种包括了灯草芯层的过滤实现方式，即提供了一种过滤装置，包括由灯草芯颗粒组成的灯草芯层，以及包裹在灯草芯层外侧的上下两夹层，所述夹层为塑料夹层、金属夹层、纺织物夹层、或由多孔淀粉和木浆混合的夹层，且所述夹层上设有若干孔径小于1.5mm的微孔，所述灯草芯颗粒的直径为2～3mm。

[0026] 本实施例中，两夹层之间可通过边缘相互粘合、焊接或缝合等方式直接连接，以形成供灯草芯颗粒填充的容纳腔；也可通过采用与夹层材料相同、且围绕两夹层一圈设置的围合层来将两夹层撑开，形成供灯草芯颗粒填充的柱形容纳腔；此外，还有其他可形成便于灯草芯颗粒填充的容纳腔的方法，如在夹层内设置绕夹层一圈的挡板，夹层闭合后即形成容纳腔等方式，在此不再赘述。

[0027] 本实施例还提供了一种制备上述材料的方法，包括以下步骤：

[0028] A、夹层的制备：取形状、结构均相同的两夹层，并在夹层上开设若干个孔径小于1.5mm的微孔；取长度与夹层周长相同、宽度为6～600mm且与夹层材料相同的材料作为围合层；然后将围合层绕两夹层一圈设置，在围合层末端留一个开口，从而使两夹层与围合层之间形成一个高度为6～600mm的容纳腔；其中，夹层为塑料板夹层时，围合层与两夹层之间采用粘合剂粘合；夹层为金属夹层时，围合层与两夹层之间焊接；夹层为纺织物夹层时，围合层与两夹层之间缝合。

[0029] B、灯草芯颗粒的制备：将灯草晒干至其含水量低于3％后，剥去茎干表皮，得到白色透气的圆柱形灯草芯；将该灯草芯粉碎为直径为2～3mm的颗粒，即为灯草芯颗粒；

[0030] 得到的灯草芯呈细圆柱形，质地柔软，有弹性，易拉断，其长度20～90cm不等，直径为1～3mm；放大镜下观察，可看到其表面组织有隆起的细纵纹及海绵样的细小孔隙；其横断面不平坦，全部由通气组织组成；每一细胞呈类方形或长方形，有数条分枝，分枝长8～60μm，直径7～20μm，壁厚约1.7μm，相邻细胞的分枝顶端相互衔接，形成网状结构，细胞间隙大多呈三角形或类四边形。因此，其具有良好的生物活性，颗粒内由微粒孔，可过滤空气和水中的气溶胶微粒、重金属微粒、带菌微粒，以及水中的各种悬浮微粒，并净化空气和水中的异味气。

[0031] C、过滤材料的制备：将步骤B制备得到的灯草芯颗粒通过步骤A中预留的开口填充容纳腔中，填充完毕后，将开口封闭，即可得到过滤装置。

[0032] 其中，所述步骤C中，灯草芯颗粒填充完毕后，可通过挤压夹层后再封闭开口来调整灯草芯颗粒之间的间距和灯草芯颗粒内部孔径，或者通过继续填充灯草芯颗粒后再封闭开口来调整草芯颗粒之间的间距和灯草芯颗粒内部孔径。

[0033] 此制备方法中，仅提供了一种形成容纳腔的方式，其他方式对于本领域技术人员而言，可根据本方法推算得知，在此不再赘述。

[0034] 实例1

[0035] 本实例是使用过滤装置对空气中PM2.5进行过滤的实验。该过滤装置是以纺织物层作为夹层，该纺织物层整体呈带状结构，纺织物层上设有若干孔径为1mm的微孔，纺织物层内部填充满了直径为2mm灯草芯颗粒。

[0036] 该实验的具体步骤如下：

[0037] A、准备空气质量检测仪一台，功率为1.8w的电脑排风扇一台，透明塑料做成的过滤腔一个；然后先将上述充满灯草芯颗粒的过滤材料的体积压缩为原来的70％后，封紧纺织物层的开口，作为本次试验的过滤材料；

[0038] B、将空气质量检测仪放入过滤腔，开启风扇，测得当时过滤腔中空气中PM2.5浓度3
为487.6μg/m ，与自然空气PM2.5浓度一致；然后将过滤材料覆盖在过滤腔的入口，轻轻压合在过滤腔口，使过滤材料表面与腔口贴合。然后开启排风扇，测得过滤腔内空气PM2.5浓度为79.8μg/m3。

[0039] 对比测量结果发现，该过滤装置过滤空气中的PM2.5有效率达到83.6％。

[0040] 实例2

[0041] 本实例是使用过滤结构中的直径为2mm的灯草芯颗粒对烟雾中PM2.5进行过滤的实验。

[0042] 该实验的具体步骤如下：

[0043] A、准备空气质量检测仪一台，功率为1.8w的电脑排风扇一台，透明塑料做成的过滤腔一个，同一包香烟中的两支重量的香烟，面积为10㎡的办公室，直径为2mm的灯草芯颗粒，软质塑料管；

[0044] B、将办公室的窗户密闭，仅在其中一扇窗户上开直径为7mm的孔；

[0045] C、将排风扇和过滤腔改装成可以连接软质塑料管的简易吸烟机；

[0046] D、在选取的两支香烟上相同长度的位置标记止燃记号，并将一次性过滤嘴中的原有滤芯除去，将备好的灯草芯颗粒填装进香烟的过滤嘴中，并通过压力使其颗粒自然体积减少30％后，得到灯草芯颗粒滤嘴；

[0047] E、将其中一支香烟点燃，自然燃烧，到止燃记号时熄灭。用上一实验的空气质量检测仪测量室内PM2.5，浓度为1580.5μg/m3；

[0048] F、将窗户全部打开3小时，等室内烟雾散去后，将窗户如步骤B一样密闭，将另一支香烟从窗户开孔中穿过，然后将步骤C中简易吸烟机的软质塑料管连接到步骤D中的灯草芯颗粒滤嘴上，并用玻璃胶密封；香烟较紧密地插入该灯草芯滤嘴。

[0049] G、从窗外点燃香烟的同时，开启简易吸烟机，直到香烟燃烧到止燃记号时，关闭简易吸烟机，过滤后的烟雾完全留在室内。用空气质量检测仪检测室内PM2.5浓度为290.5μg/m3；

[0050] 对比测量结果发现，使用该过滤结构后，PM2.5浓度下降81.6％。

[0051] 实例3

[0052] 本实例是使用过滤装置对水质进行过滤的实验。该过滤装置是借用现有的矿泉水瓶颈部分作为过滤层的，且矿泉水出水口用孔径为1mm的滤布扎紧，然后在瓶颈内部填充直径为2mm灯草芯颗粒，稍微用力将颗粒压紧后形成的。

[0053] 该实验的具体步骤如下：

[0054] A、准备笔式余氯测量仪一支，TDS检测笔一支。

[0055] B、取家用自来水20mL，用笔式余氯测量仪测量得到其余氯含量为3.4mg/L；该水样经过滤装置过滤后，再测量其余氯含量，测量结果为0.54mg/L；

[0056] 对比显示，对余氯的过滤有效率为84％；

[0057] C、取家用自来水20ML，用TDS检测笔检测，其溶解性总固体值为168mg/L，经过滤装置过滤后，再用TDS检测笔检测，其溶解性总固体值为76.3mg/L；

[0058] 对比显示，该材料对水质中溶解性总固体物的过滤效率为54.5％；

[0059] 上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。