滤芯及制造方法、改性滤膜制备方法及滤水装置及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及净水器领域，更进一步，涉及滤芯及制造方法、改性滤膜制备方法及滤水装置及其应用。
【背景技术】
[0002]水是生命之源，随着人们生活水平的提高，越来越重视健康饮水问题。而净水器/滤水器是近些年来发展起来的被广泛应用的一种重要的净水设备。超滤净水器则是目前发展的其中一种具有优越性能的净水设备。
[0003]超滤净水器，即采用超滤技术对水进行净化处理的设备。与其它净水设备的区别在于，超滤净水器中通常使用有一种超滤膜。超滤是一种利用膜分离技术筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许小于预定尺寸的分子透过，而原液中体积大于膜表面孔径的物质则被截留在膜的进液侧，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。
[0004]现有的超滤净水器的滤芯采用的多级过滤层中，通常会有I到2级会选用PP(聚丙烯)棉纤维和/或超滤膜。纤维过滤层的作用主要是对原水进行初步过滤，除去较粗颗粒杂质、泥污、胶体、悬浮物质等，超滤膜的作用主要是除去较小尺寸杂质，如细菌、铁锈、胶体及有机物等杂质。可是不管是PP棉还是超滤膜制成的滤芯，其采用的原理都是基于吸附过滤的原理，即仅通过膜的孔径尺寸来进行筛选。
[0005]基于吸附过滤原理的PP棉或超滤膜作为净水器滤芯时，具有众多不利因素。
[0006]首先，在吸附过滤过程中，可以筛分的杂质主要取决于膜的孔径，孔径的大小决定了筛分的精度。而孔径越小，对于材料的性能要求越高，而且在筛分杂质或有害离子时，同时需要保证水分子通量，使得膜具有较好的渗透性，而现有技术一方面孔径尺寸方面有待改进，且筛选精度和水分子通量方面的平衡考虑较少。
[0007]其次，由于现有的滤芯仅仅是通过吸附筛分的方式进行过滤，因此，各种杂质都会堆积于滤芯，并且附着于PP棉或者超滤膜上。一方面，使得滤芯的使用寿命很短，通常只有3个月到半年左右；另一方面，这种吸附的方法导致滤芯杂质无法再清洗利用，资源浪费较多。
[0008]第三，传统的滤芯抗污染性能较差，在过滤的过程中，悬浮物杂质堆积在PP棉或者超滤膜，滤芯本身易被污染，且长期堆积导致细菌滋生容易引起后续的再次的污染。
[0009]此外，传统的滤芯仅以孔径为基础进行筛分，因此不能很好地筛分不同性质的杂质，比如，对于金属有害离子的过滤能力较差。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的在于提供一种滤芯，其滤膜表面呈电荷性，利用静电效应的作用改性滤膜的筛分性能。
[0011 ]本发明的另一目的在于提供一种滤芯，其滤膜的孔径尺寸较小，过滤精度较高。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种滤芯，其在有效过滤水中杂质的同时具有较好的渗透通量。
[0013]本发明的另一目的在于提供一种滤芯，其带有抑菌高分子，具有较好的抗污染、抑菌的能力。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种滤芯，其抗污染、且可清洗再利用，因此具有较长的使用寿命。
[0015]本发明的另一目的在于提供一种滤芯制备方法，其通过表面改性的方式制备滤膜，改进传统的滤膜性能。
[0016]本发明的另一目的在提供一种滤芯制备方法，其通过使得滤芯表面表现预定电荷电性，来实现滤芯的表面改性，在基础的筛分原理上引入电荷间的静电作用，从而提高滤芯的过滤精度以及对特征离子的截留、过滤作用。
[0017]本发明的另一目的在于提供一种滤芯制备方法，其通过紫外光接枝的方式，使得滤膜表面带有负电荷。
[0018]本发明的另一目的在于提供一种滤芯制备方法，其通过层层自组装的方式吸附抑菌高分子，从而使得滤膜具有良好的抑菌性能。
[0019]本发明的另一目的在于提供一滤水方法，其通过在孔径筛分的同时，通过表面荷电的作用进行过滤，提高滤水性能。
[0020]本发明的另一目的在于提供一滤水方法，其经过抑菌高分子过滤，抑制残留细菌的滋生。
[0021 ]本发明的另一目的在于提供一滤水设备，其采用经过表面改性的滤芯，具有更高的过滤精度，获得更加优质的饮用水。
[0022]本发明的另一目的在于提供一滤水设备，其采用经过表面改性的滤芯，在滤水时去除有害金属离子，得到更加优质、健康的饮用水。
[0023]为了实现以上发明目的，本发明的一方面提供一滤芯，用于滤水装置，其包括:至少一改性滤膜，所述滤膜表面呈预定电荷性，以通过电荷的静电作用进行过滤水，从而表面改性所述改性滤膜。
[0024]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述改性滤膜表面呈负电荷性或正电荷性，静电排斥水中阴离子或阳离子，从而在所述滤芯过滤水时截留水中阴离子或阳离子。
[0025]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述改性滤膜表面呈正电荷性，静电排斥金属离子，从而在所述滤芯过滤水时截留水中金属离子。
[0026]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述改性滤膜表面具有抑菌高分子层，从而抑制所述改性滤膜的细菌滋生。
[0027]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述改性滤膜包括一基膜层和一功能层，所述功能层吸附于所述改性滤膜表面，以对所述基膜层表面改性。
[0028]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述功能层包括一接枝子层，所述接枝子层由改性单体接枝于所述基膜层表面而形成，且呈电荷性，以使得所述改性滤膜获得预定电荷性。
[0029]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层具有光敏性，适于进行紫外光接枝。
[0030]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层的光敏性通过表面吸附光敏催化剂而获得。
[0031]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述接枝子层通过紫外光接枝的方式接枝于所述基膜层。
[0032]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述接枝子层的改性单体选自组合:聚苯乙烯基磺酸钠、聚丙烯酸和前述二者的共聚物中的一种或几种。
[0033]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述功能层包括一自组装子层，所述自组装子层组装于所述接枝子层，以使得所述改性滤膜获得组装物功能。
[0034]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述自组装子层通过层层自组装的方式组装于所述接枝子层。
[0035]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述自组装子层为抑菌高分子层，以使得所述改性滤膜具有抑菌功能。
[0036]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述自组装子层为改性壳聚糖或聚左旋赖氨酸。
[0037]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层为超滤膜，所述功能层吸附于所述超滤表面，从而对所述超滤膜进行表面改性。
[0038]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层选自组合:PVDF超滤膜、聚丙烯PP棉和聚醚砜PES中的一种，所述功能层吸附于所述基膜层表面，从而对所述基膜层进行表面改性。
[0039]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层的结构选自组合:中空纤维结构、平板式结构、卷式结构和管式结构中的一种。
[0040]根据本发明的一实施例，所述的滤芯中所述基膜层为PP棉滤膜，所述功能层吸附于所述PP棉滤膜表面，从而对所述PP棉滤膜表面改性。
[0041]根据本发明的一实施例，所述的滤芯包括一封装套件，多个所述改性滤膜端部封装于所述封装套件，以使得所述成束地封装于所述封装套件。
[0042]本发明的另一方面提供一滤芯制造方法，包括步骤:
[0043]Sll:获取一所述的改性滤膜:和
[0044]S12:将所述改性滤膜端部封装于一封装套件，
[0045]根据本发明的一实施例，所述的滤芯制造方法中包括步骤:弯折成束地布置所述改性滤膜，使其呈环路。
[0046]本发明的另一方面，提供一改性滤膜制备方法，包括步骤:
[0047]S21:光敏化一基膜层;和
[0048]S22:形成一功能层至光敏化的所述基膜层。
[0049]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述步骤S21包括通过吸附光敏催化剂的方式光敏化所述基膜层。
[0050]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述光敏催化剂为Ti02或ZnO0
[0051]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述步骤S21为选取光敏性基膜层。
[0052]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述步骤S22包括:紫外光接枝改性单体至所述基膜层，形成所述功能层的一接枝子层，从而使所述基膜层具有电荷性。
[0053]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述改性单体选择组合:聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸和前述二者的共聚物中的一种。
[0054]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述步骤S22包括:层层自组装抑菌高分子至所述基膜层，形成所述功能层的一自组装子层，从而使所述基膜层具有抑菌功能。
[0055]根据本发明的一实施例，所述的改性滤膜制备方法中所述基膜层选自组合:PVDF超滤膜、PP面滤膜和聚醚砜PES中的一种，所述功能层吸附于所述基膜层表面，从而对所述基膜层进行表面改性。
[0056]本发明的另一方面提供一滤水方法，包括步骤:通过表面电荷的静电作用过滤水。
[0057]根据本发明的一实施例所述的滤水方法中包括步骤:孔径筛分过滤水。
[0058]本发明的另一方面提供一滤水装置，包括至少一前述所述的滤芯。
【附图说明】
[0059]图1是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的立体示意图。
[0060]图2是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的截面示意图。
[0061]图3是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的爆炸图。
[0062]图4A、4B是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的滤水原理示意图。
[0063]图5是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的改性滤膜结构层示意图。
[0064]图6是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的改性滤膜的第一个变形实施例。
[0065]图7是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的改性滤膜的第二个变形实施例。
[0066]图8是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯的改性滤膜的第三个变形实施例。
[0067]图9是根据本发明的上述优选实施例的滤芯制造方法框图。
[0068]图10是根据本发明的上述优选实施的滤芯制造过程示意图。
[0069]图11是根据本发明的上述优选实施例的改性滤膜制备方法框图。
[0070]图12是根据本发明的上述优选实施例的改性滤膜制备方法的反应装置示意图。[0071 ]图13是根据本发明的上述优选实施例的改性滤膜制备方法的改性滤膜变化对比。
[0072]图14是根据本发明的上述优选实施例的滤水方法框图。
[0073]图15是根据本发明的上述优选实施例的滤水装置框图。
【具体实施方式】
[0074]以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0075]如图1至图5所示，是根据本发明的第一个优选实施例的滤芯。所述滤芯用于滤水装置，独自或配合滤水装置的其它部件过滤水，从而净化水质，使得经过过滤的水达到预定的要求，比如达到饮用水标准。根据本发明的优选实施例，对传统的滤芯进行表面改性等改进，使得滤芯自身的性能以