专利名称：超滤盘及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种特别用于对水进行消毒的超滤盘及其制备方法。
在利用超滤器对水进行机械消毒的过程中，超滤装置的孔径应当足够小，而且典型的尺寸应为0.4至0.5μ，以使细菌能够安全地留住。迄今为止，由于不能按照任何所需的形状来生产陶瓷或具有合适孔径的其它材料，从而具有大面积及优良过滤效果的过滤器只能在大成本和低劣操作性能下生产。目前使用的大表面积的和由陶瓷制造的过滤柱很难进行清洗，因此已知的过滤装置通常必须经常打开，用手进行清洗。
特地参考欧洲专利申请92810843，其中，在所描述的自清洗式过滤装置中，带有相对于过滤器表面可移动的及为了刮削过滤物质而贴近该表面移动的清洗单元。此过滤器可通过外面驱动的清洗刷在组装状态下进行定期清洗，从而从根本上简化保养。
本发明的目的是提供一种具有大表面积的扁平超滤盘，例如，它可以安装在自清洗式过滤装置中。此外，指出了此超滤盘的合适的制备方法。
为了达到这个目的，此超滤盘是以硅藻土为基础制备的，且包含有至少两种硅酸盐键合类硅藻土，其中至少一种是预煅烧的，另一种是待烧结的，从而超滤盘显示的孔径可在0.05-0.5μ范围内，优选0.1-0.3μ。已经发现，一种预煅烧硅藻土的存在确保了超滤盘在其生产过程中的稳定性，并预先为至少另一种不同类型的硅藻土形成骨架，从而可获得具有所需孔径的稳定形状。特别地，能够生产直径至少为25cm，优选至少35cm的单块超滤圆盘。此类盘的厚度为0.5-2cm，优选约1-1.5cm。厚度约0.5cm的盘可具有良好的过滤效果，同时具有良好的断裂强度。根据本发明，此盘通常的渗透率维持在0.5-0.7升/分钟·分米2，优选0.6升。
中央圆口的直径为3-15cm的、优选6-10cm的超滤盘是可取的。由于此开口的存在，几个超滤盘可以相互叠合在一个中心圆柱上，其中此圆柱可旋转或有一个可旋转的轴以便于超滤盘之间的相对运动。
为了在超滤装置中紧密地安装此类超滤盘，超滤盘的外边缘和内边缘必须被切成(由高压喷水切刀获得的)高精度的公差。此边缘优选具有密封层，它在盘的至少一侧环绕该盘覆盖了约1-8mm，优选3-5mm。以这种方式，此盘能够使它的边缘和底层以密封方式安装。为了调节盘的任何尺寸变化，密封层的厚度应为1-3mm。
优选的是，在过滤盘的上表面设有开孔以随时提高对上表面进行自动清洗的效果，其中上表面应当足够软以利用清洗刷获得磨擦效果。此清洗刷具有人造刚毛，例如，特别是尼龙或贵金属毛，因此，通过利用几个工作周期磨掉厚度约为0.1-5μ的一层来得以清洗上表面是我们的目的。在上表面和清洗刷之间进行约一到二十次相对运动就能获得这种磨擦(清洗)效果。然后，被磨掉的物质在用清水冲洗的周期中被清水冲掉而不能通过过滤盘渗透。
在整个超滤盘上，为了杀死侵入的细菌和避免停留在上表面的细菌的生长，此盘优选含有部分洗不掉的氧化银。具有极强的稳定性和良好的过滤效果的盘可通过使用至少三种不同的硅藻土和部分高岭土来获得。一种硅藻土是预煅烧的，至少另外一种特地包含许多细小的颗粒，约15％的颗粒尺寸在2μ以下。
在优选的实施方案中，超滤盘含有6％-12％(重量)，优选9％(重量)预煅烧的且一般还要与其它组分再次烧结的硅藻土，25-30％的高岭土，剩下的是另外一种硅藻土以及可能的话还含有氧化银以及其它少量的与制造有关的组分。重量百分数是相对于已烧结并已干燥的盘的重量而言的。
此超滤盘的生产是按包含下列步骤的方法进行的a.将以下组分进行混和已煅烧的硅藻土，重量份数至少为6-12，优选9份；高岭土，重量份数为25-35，优选30；另一种未煅烧的或只很轻程度煅烧的硅藻土，重量份数为53-69，优选61；b.用重量份数为200到250，优选重量份数为225的水将混合物搅拌开，并向其中加入重量份数为0.2-0.35优选0.27的液化剂和重量份数为0.4-0.8，优选重量份数为0.5-0.7的有机粘合剂；c.搅拌混合物直到粘度发生固定的变化，优选12-15小时；d.把搅拌和处理完的混合物倾入由吸湿材料如熟石膏制成的模具中；e.缓慢干澡混合物，优选经历8到25天，特别优选10到20天；
f.然后，已干燥的混合物，在温度1000到1050℃之间烧结，优选温度为1035℃。
在后文将要解释的实施例中看出，液化剂和长时间的搅拌相结合将导致不同种类的硅藻土和高岭土的细小的颗粒均匀地分散在整个混合物中。在干燥模具的内部和外部的同时有机粘合剂协助未烧结部分内聚，已煅烧的那部分硅藻土形成稳定的骨架，从而确保未烧结盘的形状稳定(素坯强度)。由这部分煅烧硅藻土稳定了的和由有机粘合剂保持在一起的剩余组分以非常均匀的顺序排列，从而可获得所需的孔隙率。以这种方法，生产具有所需孔隙率和直径(迄今仍达不到)及无裂纹的单块盘是可能的。
在优选的例子中，使用下列组分(以重量份数表示)大约40.72份第一种未煅烧或只很轻程度煅烧的硅藻土，约9.05份第二种已煅烧的硅藻土，和大约20.82份第三种末煅烧或只很轻程度煅烧的硅藻土，和约29.41份高岭土。
这里，所使用的各种硅藻土的颗粒尺寸有不同分布，从而总体上获得盘中所需的孔隙度在0.05μ至0.5μ，优选0.1到0.3μ范围内。
为了避免任何细菌停留在上表面及以后在整个陶瓷结构上面生长，向混合物中加入重量份数为0.2至0.5，优选约0.36的氧化银。
为了避免在超滤盘的生产过程中产生任何裂纹，模具的选择是非常重要的。优选的模具材料应是最低程度湿润的熟石膏，将搅拌完的混合物倾入模具中，熟石膏是一种吸水性材料。当使用完全干的熟石膏模时，它从混合物中吸水的速率很快而可能导致裂纹的形成。因此，优选最低程度湿润的熟石膏。
为了生产中央贯通的开口的盘，模具上必须带有形成开口的可安装的可调控芯块。而且，在这区域，裂纹很容易形成。因此，芯块应当由可屈服和具有吸收性的材料组成。当干燥时，它可承受盘的任何变形。由纸和纸板制成的中空圆筒特别有用，因为它开始可吸收湿气，但是在以后混合物的干燥过程中可以承受最小量的变形，最后，还可以很容易地与盘分离。
在烧结此类预生产和预干燥的盘的过程中，通常，为了预定的目的，上表面的密度会增加，也就是说，流体的渗透不是足够的，因此是不合适的。因此，在烧结后，用刮削工具刮掉密度较大的上表面层，层的厚度约为5μ。
最后，盘被切成精确的尺寸。这是通过高压喷水切刀实现的。为了能够在过滤装置中以密封方式安装盘，每个盘的内、外边缘应带有能够至少覆盖盘的一侧的密封层。密封层材料优选是能够用胶水粘到盘上的以聚硅氧烷为基础的材料。
下面是参考附图和参考(附有优点和改性型的)特殊实施例对本发明进行的详细叙述。
图1所示为本发明盘的俯视图，图2为此盘所示的剖面图，图3所示是制备本发明盘的合适的模具。
图1和2所示为盘1的实例，该盘1的外径D约40cm，中央开口的内径约为6.5cm。从图2可以看出，盘1的外边缘2带有密封层5，密封层的一部分6覆盖在盘1的下侧。同时，盘1的内边缘3带有密封层7，它的一部分8覆盖在盘的下侧。当盘1沉放在支持其的结构上时，盘1下侧的密封部分6，8可提高盘1的密封效果，而在内边缘3和外边缘2所提供的密封部分5，6与没有画出的容器壁和没有画出的内圆柱处于密封状态。密封件还用于缓冲该盘因温度引发的微量膨胀。外边缘和内边缘的密封部分5，7可各自与位于盘下侧的密封部分6，8分开使用，优选通过胶水粘结。
图3所示的模具用于本发明盘1的生产。基盘11的高度约为50至70mm，带有可向其中插入圆环状模块13的外凹环12。基盘高度H应为盘1直径D的1/16到1/10，优选1/8。基盘11和圆环状模块13由熟石膏材料组成，当它充入模具时，不应当完全干燥。基盘11中央还具有可向其插入中空圆筒芯模15的凹圆或凹环14。该芯模15优选由纸或纸板制成的。
由基盘11，环状模块13和圆筒状插件15组装的模具现可以用于通过向模具中倾入必要量陶瓷物质来制造盘1。模具吸收了所倾入物质的部分流体，从而提供了一种缓慢的干燥过程。为了避免被倾入物质粘到熟石膏模具上。模具应涂覆润滑性介质，优选滑石粉。经过2到5小时后，从模具中拿出已形成的盘并把它放在扁平的、可吸收性支持层，优选仍然由熟石膏制成的支持层上以进一步干燥。为了避免产生任何裂纹，干燥过程应在温度30-50℃的范围内进行，优选35-40℃，以使干燥过程延长至约2-3周。
干燥后，在整个烧成期间进行盘的烧结，烧成时间约10到15小时，其中在大约1035℃的最高温度保持约20分钟。
下面紧接着借助于一个认为非常合适的实例来描述陶瓷物质的组分及其混合的方法。
在连续搅拌下，在4.4升的水中加入可减少表面张力的液化剂和12克有机粘合剂。此后，加入900克第一种硅藻土，200g第二种预煅烧的硅藻土，460g第三种硅藻土和650g高岭土。经过剧烈搅拌后，再加入8克氧化银。为了获得整个混合物的均一性，需要进一步搅拌混合物约15到18小时，直到当混合物的粘度突然下跌约10到20％而能够倾出时，即混合物变得较稀时为止。当要倾出液体混合物时，pH值应为大约9。
各组分，特别是液化剂和有机粘合剂可以已溶于水中的形式加入，从而混合物中水的总量应是约5升。
下表示出了所使用的就组成和颗粒大小而言属不同种类的硅藻土。硅藻土是一种天然生材料，它是通过地质学过程由kieselalgae演变而来。此硅藻土可从Manville International Corporation，Denver，USA以“CELITE”商品名获得，该公司提供了相应的组成和细颗粒分类样。
<p>根据本发明，此盘特别适用于自清洗式过滤装置，这是因为它们的单块扁平形状，正如欧洲专利申请(92年3月11日申请)93810843.0中所述的。为了避免重复，参考该专利申请及其全部内容。根据其中所述的实例，在支架上支撑有两个过滤盘而形成过滤元件，外部提供给过滤元件不洁净的水，而在内部进行清洗，然后，洁净的水被排出。许多此类过滤盘互相叠加在一起形成一个具有大表面积和单位时间内有较大贯流量的大型过滤元件。盘的扁平形状通过紧固的可调轴上的旋转刷而提高了清洁效果，此可调轴贯通每个盘的中央开口而突出来。在每次清洗周期中，从盘的上表面刮掉很薄的一层以恢复新过滤盘的原始特征。通过超声波和其它测量技术可进行检测，以确定何时盘被刮除至厚度约0.5cm。当这种情况发生而盘仍在使用时，会存在断裂的危险，应当更换。由于它们的单块结构，很容易更换盘而不需要被支持和互相密封的复杂的结构。所以，他们特别适用于在过滤装置中对水进行消毒的很经济的操作。很小的孔提高了对细菌的安全的机械滞留效果。为了提高口感质量，可放入活性炭过滤物与过滤器串联运作。也可以在过滤盘之间的洁净侧提供通用的消毒剂。
权利要求
1.以硅藻土为基础的超滤盘(1)，特别用于水的消毒，其特征在于a)超滤盘(1)包含至少两种类型的硅酸盐键合的硅藻土，其中至少一种是预煅烧并后烧成的；b)超滤盘(1)的孔大小在0.05-0.5μ范围内，优选0.1-0.3μ。
2.根据权利要求1的超滤盘(1)，其特征在于它是单块的和圆形的，且超滤器(1)的直径(D)至少为25cm，优选至少35cm。
3.根据权利要求1或2的超滤盘(1)，其特征在于超滤盘(1)的厚度(h)为0.5-2cm，优选1-1.5cm。
4.根据权利要求1-3的超滤盘(1)，其特征在于超滤盘(1)具有一个处于中央的，优选圆形的开口(4)，开口直径(d)为3-15cm，优选6-8cm。
5.根据以上所述的权利要求中一项的超滤盘(1)，其特征在于超滤盘的内、外边缘被切到所规定的尺寸，优选由高压水喷射切刀来进行。
6.根据前述权利要求中一项的超滤盘(1)，其特征在于超滤盘的外边缘(2)和内边缘(3)带有可以覆盖盘一侧1-8mm，优选3-5mm的密封层(5，6，7，8)。
7.根据前述权利要求中一项的超滤盘(1)，其特征在于该盘有开孔型上表面，土表面柔软程度足以让有尼龙刚毛、贵金属刚毛或诸如此类的清洗刷在几个工作周期中刮掉0.1～0.5μm。
8.根据前述权利要求中一项的超滤盘(1)，其特征在于该盘含有部分洗不掉的银盐。
9.根据前述权利要求中一项超滤盘(1)，其特征在于该盘含有至少三种组分的硅藻土和一部分高岭土。
10.根据前述权利要求中一项的超滤器(1)，其特征在于该盘含有大约6-12％(重量)，优选大约9％(重量)预煅烧的和将要与(其它)剩余组分一起再次烧成的硅藻土，25～30％(重量)高岭土，和剩下的另一硅藻土、银盐和与制造有关的其它组分，重量百分数是相对于干燥盘而言的。
11.超滤盘(1)的制备方法，该盘的孔大小为0.05～0.5μ，优选0.1～0.3μ，直径(D)大于25cm，优选大于35cm，该盘尤其是根据权利要求1-10中一项的过滤盘，该方法有以下步骤a)将以下组分混合至少6-12重量份，优选9重量份已煅烧的硅藻土，25-35重量份，优选大约30重量份高岭土，和53～69重量份，优选大约61重量份没有或只很轻程度煅烧过的硅藻土；b)混合物在大约200～250重量份，优选大约225重量份水中搅拌，同时添加大约0.2-0.35重量份，优选0.27重量份至少一种液化剂和0.4～0.8重量份，优选0.5-0.7重量份有机粘合剂；c)将混合物搅拌12-15小时，直到粘度发生明显的变化；d)将已搅拌好的混合物倾入由吸湿性材料、优选熟石膏制造的模具(11，13，15)中；e)经8-25天，尤其10-20天缓慢干燥该混合物；e)经8-25天，尤其10-20天缓慢干燥该混合物；f)从模具中取出干燥的混合物，之后，混合物在1000～1050℃的温度，尤其在1035℃下烧成。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于使用以下重量份数大约40.72份第一种没有煅烧或轻度煅烧的硅藻土，大约9.05份第二种煅烧过的硅藻土，大约20.82份第三种没有煅烧的或轻度煅烧的硅藻土，和大约29.41份高岭土。
13.根据权利要求11或12的方法，其特征在于该混合物中添加0.2-0.5重量份、优选大约0.36重量份的氧化银。
14.根据权利要求11、12或13中一项的方法，其特征在于该模具由最低程度湿润的熟石膏组成。
15.根据权利要求11-14中一项的方法，其特征在于模具(11，13，15)在其中央(14)有中心模芯(15)，它是由弹性的和吸收性物质、优选中空纸圆筒或纸板圆筒组成的。
16.根据权利要求11-15中一项的方法，其特征在于，在烧成后，通过刮削工具将盘的上表面与厚度为大约5μ的较高密度的覆盖层分开。
17.根据权利要求11-16中一项的方法，其特征在于烧成过的超滤盘由高压水喷射切刀切成精确的尺寸。
18.根据权利要求11-17中一项的方法，其特征在于，盘的外边缘和内边缘有覆盖盘的一侧的密封层(5，6，7，8)，密封层优选是以聚硅氧烷为基础的。
全文摘要
本发明涉及一种特别用于对水进行完全消毒的超滤盘，它以硅藻土为基础。超滤盘包含至少两种硅酸盐键合的硅藻土，其中至少一种是预煅烧而后烧成的。超滤盘孔隙尺寸优选0.1到0.3μ的量级，从而可使细菌可靠地滞留下来。公开了一种方法，它使用三种硅藻土和高岭土及进行小心干燥和之后的烧结，从而可以生产直径大于35cm、厚度为1-1.5cm的盘。此盘可容易地通过旋转刷而机械地清洗。这使得自清洗式过滤装置结构得以简化。从而，如此构造的过滤装置只需很少维护，由于其过滤元件的简化没经验的操作工也可操作。
文档编号C04B38/00GK1120318SQ94191642
公开日1996年4月10日 申请日期1994年3月24日 优先权日1993年3月29日
发明者A·狄勒格, P·格略特 申请人:卢高帕特股份公司