抑菌型活性炭膜丝的制作方法

本发明涉及一种用于水（或空气）净化处理的抑菌型活性炭膜丝。

背景技术：

纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越受到人们的广泛关注和重视。抗菌材料纳米TiO₂以其优异的抗菌性能成为开发研究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、幼织品、日用品以及家用电器等各个领域。

纳米 TiO₂作为抗菌剂有以下特点：抗菌广谱、长效、安全稳定；杀菌效果迅速、杀菌力强、可长期使用和循环再生使用；耐洗涤、耐磨损；对人体无害，无异味，外观颜色浅；热稳定性好，高温下不变色、不变质、不分解、不挥发；价格便宜，来源丰富。

在饮用水处理上，人们将纳米TiO₂固定在玻璃纤维网上制成催化膜，用来深度净化饮用水，降低自来水中总有机物量和细菌总数，全面改变水质，达到了直接饮用的安全标准。

但是，将纳米TiO₂固定在玻璃纤维网上制成催化膜，实际上，是将纳米TiO₂添加粘结剂后涂抹在玻璃纤维网上，制成催化膜，其缺点为：纳米TiO₂被粘结剂所包覆，TiO₂表面细小孔隙被堵塞或掩盖，抑菌效果下降。

活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500-1500m²。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔中，从而阻止毒物的吸收。同时，活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质的吸收。活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质量的目的。由于活性炭的具有吸附杂质作用，从而广泛地将其应用水净化处理装置中。现有活性炭应用水净化处理装置中的基本形式有如下几种：

（1）颗粒碳，活性炭以颗粒的形式直接放置在水净化处理装置中，属于浸泡式吸附与处理，其缺点为：时间长，对有害物质的吸附有漏网现象。

（2）压铸碳，将粉状活性炭添加粘结剂后压铸成棒状，然后安设在水净化处理装置中，其缺点为：粉状活性炭被粘结剂包覆，活性炭表面细小孔隙被堵塞，吸附效果下降。

（3）烧结碳，是将粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。烧结碳的水净化效果比压铸碳好些，但仍然存在活性炭表面细小孔隙被堵塞的问题。

压铸碳和烧结碳在水净化处理装置中仍然属于浸泡式吸附与处理形式，同样存在净化处理时间长，对有害物质的吸附有漏网现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有纳米TiO₂及活性炭应用于水净化处理装置中的不足之处，提供一种用于水（或空气）净化处理的抑菌型活性炭膜丝。

本发明，由以下工艺制备：（1）由20-50wt%的聚丙烯、50-80 wt%的粉状氧化钛和粉状活性炭搅拌混合后，经挤出成型设备制成中空管状物；（2）中空管状物于50-130℃，拉伸倍数为1.5-5.5的条件下拉裂，使聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离隙缝而成为抑菌型活性炭膜丝。

本发明，所述粉状氧化钛和粉状活性炭的重量比为1:5~5:1。

本发明，所述粉状氧化钛的粒度为0.001-1µm；粉状活性炭的粒度为0.001-1µm；膜丝内孔直径（D）为0.1-3mm；膜丝壁厚（H）为0.08-0.35mm。

本发明，其在水净化处理装置中的使用和安装方式与中空纤维超滤膜相似，原水在本发明抑菌型活性炭膜丝的外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。其被截留的物质可随废水排除，不致堵塞膜表面，可长期连续运行。

本发明，其在空气净化处理装置中的使用原理和安装方式与水净化处理装置相同或相似，待处理空气必须有一定压力，空气在本发明抑菌型活性炭膜丝的外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。其被截留的物质可随废气排除，不致堵塞膜表面，可长期连续运行。

本发明，与中空纤维超滤膜比较，具有如下不同点：

（1）中空纤维超滤膜的制造过程：首先是将制膜材料加入塑化剂、溶剂、发泡剂；然后在纺丝机中用特制的喷丝头挤出形成中空状原纤；再将原纤进行破孔处理和除去溶剂、发泡剂等添加成分，最后得到管壁上布满微孔的中空纤维。

（2）中空纤维超滤膜的水净化原理：由于中空纤维管壁上布满微孔，原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，微孔能截留颗粒状物质或分子量大的物质。

（3）本发明，与中空纤维超滤膜比较，具有如下优点：（a）不添加任何塑化剂、溶剂和发泡剂等添加剂，安全环保；（b）其拉裂后产生的剥离隙缝比中空纤维超滤膜的微孔更小，能截留的物质的粒度或分子量比中空纤维超滤膜更小；（c）不仅具有与中空纤维超滤膜一样具有的分离膜的性能，还具有活性炭吸附有害杂质的性能和氧化钛杀菌抑菌的性能：由于抑菌型活性炭膜丝被拉裂后，聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离，聚丙烯形成一个不规则的网络并把氧化钛及活性炭固定在网络中，水在通过剥离隙缝时还与氧化钛及活性炭周壁接触，接触的过程还能对水起杀菌抑菌作用和吸附有害杂质作用。

本发明，与将纳米TiO₂固定在玻璃纤维网上制成催化膜比较，具有如下优点：

（1）抑菌型活性炭膜丝在水净化处理装置中属于过滤式处理形式，对水质的杀菌抑菌及有害物质的吸附与处理彻底干净，没有漏网现象。

（2）抑菌型活性炭膜丝被拉裂后，每颗氧化钛及活性炭微粒的表面几乎与聚丙烯产生剥离，氧化钛及活性炭表面细小孔隙几乎均能与水接触而不会被包覆或堵塞，杀菌抑菌和吸附有害杂质效果大为提高。

附图说明

图1图2分别为实施例抑菌型活性炭膜丝外压式过滤处理和内压式过滤处理的结构原理示意（放大）图。

图中，A、原水；B、净水；D、膜丝内孔直径；H、膜丝壁厚。

具体实施方式

实施例1、一种抑菌型活性炭膜丝，由20wt%的聚丙烯，20 wt%的粉状氧化钛和60 wt%粉状活性炭搅拌混合后，经挤出成型设备制成中空管状物（其挤出成型设备可采用与中空纤维超滤膜挤出形成设备相同或相似的设备，下同）；中空管状物再于50℃，拉伸倍数为1.5-2.5的条件下拉裂，使聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离隙缝而成为抑菌型活性炭膜丝。其中，所述粉状氧化钛和粉状活性炭的粒度为0.001-1µm；膜丝内孔直径（D）为0.1-3mm；膜丝壁厚（H）为0.08-0.35mm。

实施例2、一种抑菌型活性炭膜丝，由50wt%的聚丙烯和20 wt%的粉状氧化钛和30 wt%粉状活性炭搅拌混合后，经挤出成型设备制成中空管状物；中空管状物再于100℃，拉伸倍数为4.5-5.5的条件下拉裂，使聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离隙缝而成为抑菌型活性炭膜丝。其中，所述粉状氧化钛和粉状活性炭粒度为0.001-1µm；膜丝内孔直径（D）为0.1-3mm；膜丝壁厚（H）为0.08-0.35mm。

实施例3、一种抑菌型活性炭膜丝，由40wt%的聚丙烯、40 wt%的粉状氧化钛和20 wt%粉状活性炭搅拌混合后，经挤出成型设备制成中空管状物；中空管状物再于80℃，拉伸倍数为2.5-3.5的条件下拉裂，使聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离隙缝而成为抑菌型活性炭膜丝。其中，所述粉状氧化钛和粉状活性炭的粒度为0.001-1µm；膜丝内孔直径（D）为0.1-3mm；膜丝壁厚（H）为0.08-0.35mm。

实施例4、一种抑菌型活性炭膜丝，由30wt%的聚丙烯、50 wt%的粉状氧化钛和20 wt%粉状活性炭搅拌混合后，经挤出成型设备制成中空管状物；中空管状物再于120℃，拉伸倍数为3.5-4.5的条件下拉裂，使聚丙烯与氧化钛及活性炭之间产生剥离隙缝而成为抑菌型活性炭膜丝。其中，所述粉状氧化钛和粉状活性炭的粒度为0.001-1µm；膜丝内孔直径（D）为0.1-3mm；膜丝壁厚（H）为0.08-0.35mm。

由实施例1-实施例4所制备的抑菌型活性炭膜丝，在水（或空气）净化处理装置中，可采用外压式过滤处理方式（如图1所示）或内压式过滤处理方式（如图2所示）。