一种钛管滤芯及其钛管滤芯的检测方法与流程

本发明属于过滤装置技术领域，特指一种钛管滤芯及其钛管滤芯的检测方法。

背景技术：

人体的70％是液体，其中主要是水。水对人体健康至关重要，一旦失去体内水分10％，生理功能即严重紊乱；失去水分20％，人很快就会死亡。地球上的水资源丰富，淡水却仅占地球水总量的2％，而这2％中绝大部分被冻在两极的冰帽和冰川里，其余大部分为地下水，不开采不能应用，可直接应用的河流湖泊中的水，只占淡水总量的0.3％。我们很多地区水质较差，近年来户外运动越来越受大家欢迎，能作为户外饮用水的水源主要有山泉、溪流、湖泊和自然降雨等，但这些水源中往往含有大量致病菌、重金属离子等对人体有害物质。由于户外活动中难以携带大量纯净水，移动净水器有效的解决了这一难题。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足及存在的问题，本发明提供一种结构简单且效果佳的钛管滤芯及其钛管滤芯的检测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛管滤芯，包括多级污水过滤装置，所述污水过滤装置由粗滤滤芯、精滤滤芯和活性炭滤芯顺序连接而成，污水逐一通过粗滤滤芯、精滤滤芯和活性碳滤芯后才可完成过滤，

所述粗滤滤芯、精滤滤芯和活性碳滤芯的部分/全部外侧进行钛管包覆，

所述钛管的钛纯度不低于89％，并且，钛管中不含重金属/重金属的含量低于国家标准。

所述粗滤滤芯、精滤滤芯和活性炭滤芯之间可拆卸连接；并且，粗滤滤芯和精滤滤芯之间的连接位置需要进行防漏处理，精滤滤芯和活性炭滤芯之间需要进行防漏处理。

所述粗滤滤芯为陶瓷滤芯，陶瓷滤芯呈管状并且采用微孔陶瓷，液体通过微孔陶瓷的孔隙进入陶瓷滤芯内。

所述微孔陶瓷的孔隙曲折且无规则。

所述陶瓷滤芯通过钛管与精滤滤芯相连接。

所述粗滤滤芯内放置有托玛琳和麦饭石。

所述精滤滤芯包括钛管，钛管内安置有超滤膜/纳滤膜，液体需要通过超滤膜/纳滤膜的过滤后才可进入活性炭滤芯中。

所述活性炭滤芯包括钛管，钛管内放置有活性炭/活性碳纤维。

一种钛管滤芯的检测方法：包括所述的钛管滤芯，过滤水质检测步骤如下；

a、取江水；

c、将江水通过所述钛管滤芯进行逐一过滤；

c、测试：重金属含量、浑浊度、ph值、溶解性总固体、菌落总数、大肠菌群等。

还需要进行钛杯的抑菌性能测试；

a、准备试剂和仪器；

试剂1：大肠埃希菌；试剂2：金黄色葡萄球菌；

仪器：培养皿、培养箱、试管、试管架、烧杯、玻璃棒、红外线接种环灭菌器等；

b、将两个试剂进行以下实验：

实验1：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在钛杯

实验1环境(1)：空白对照样(无处理)；实验1环境(2)：明条件下对试剂进行在培养皿中培养72h；实验1环境(3)：明条件并光催化下对试剂进行在钛杯中培养72h；实验1环境(4)：暗条件对试剂进行在培养皿中培养72h；实验1环境(5)：暗条件并光催化下对试剂进行在钛杯中培养72h；

实验2；将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满矿泉水的钛杯

实验环境和实验1相同；

实验3：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满蒸馏水的钛杯

实验环境和实验1相同；

实验4：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满牛奶的钛杯

实验环境和实验1相同；

c、计算抑菌率。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

(1)本发明的通过多级并逐级过滤的方式进行有效过滤，整个过滤过程中，水中所含杂质由大到小依次过滤掉，多级处理，最后通过活性炭层进行优化水质，布局合理。粗滤滤芯、精滤滤芯和活性碳滤芯的部分/全部外侧进行钛管包覆，并且，所述钛管的钛纯度不低于89％，并且，钛管中不含重金属/重金属的含量低于国家标准，滤芯不会产出重金属/重金属的含量远低于国家标准，让使用者使用更安全，并且，钛可以很好的抑制细菌生长。本发明选用钛管作为滤芯的壳体材料，不仅可以杀死残留的细菌，还可以有效防止细菌粘附，使得滤芯浸泡水中长时间不用也不会滋生细菌。

(2)本发明的所述粗滤滤芯、精滤滤芯和活性炭滤芯之间可拆卸连接，便于使用者根据自身需要自由安装组合，方便使用者使用，粗滤滤芯为陶瓷滤芯，精滤滤芯为超滤/纳滤滤芯，过滤过程中首先通过陶瓷滤芯过滤液体中的大颗粒杂质，而后通过超滤/纳滤滤芯过滤液体中的胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，最后通过活性炭滤芯吸附液体中的异味等，通过多级过滤使液体清洁，并达到饮用水的标准，过滤效果好，过滤后的液体可直接饮用，且过滤过程中将较大颗粒的杂质依次过滤掉，避免较大杂质颗粒迅速将滤芯堵塞，有利于延长滤芯的使用寿命。陶瓷滤芯呈空心管状，陶瓷滤芯与精滤滤芯可拆卸连接，过滤过程中液体从陶瓷滤芯侧壁进入陶瓷滤芯内部，该结构有利于增大陶瓷滤芯的过滤面积，并极大提高陶瓷滤芯的过滤效率。

(3)本发明的陶瓷滤芯采用微孔陶瓷，并且，微孔陶瓷的孔隙曲折且无规则，水中细小的悬浮颗粒在微孔陶瓷内部曲折且相互连通的孔道中运动时被孔道壁捕捉而滤除，微孔陶瓷芯可用作家用净水器及矿泉壶等设备的过滤净水材料，其过滤精度可达到0.1-0.2μm，其本身具有的微细气孔结构可将自来水中泥沙、管道铁锈等杂质颗粒及大肠杆菌，金葡萄球菌等微生物有效除掉。

(4)本发明的所述陶瓷滤芯内放置托玛琳和麦饭石。托玛琳在常温下能自动地、永久地释放负离子，激活人体内生物大分子的活性,清除氧自由基。麦饭石富含人体必需的多种微量元素，可以用于水质净化、污水处理，饮用麦饭石水，可以调节机体的新陈代谢，有健胃、利尿、保肝和防衰老作用，对人类大有益处。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是过滤水质检测方法图；

图3是抑菌性能测试方法图。

图中：1-粗滤滤芯；10-钛管；11-微孔陶瓷；2-精滤滤芯；21-超滤膜/纳滤膜；3-活性碳滤芯；31-活性炭/活性碳纤维；4-托玛琳和麦饭石；5-密封圈。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种钛管滤芯，包括多级污水过滤装置，所述污水过滤装置由粗滤滤芯1、精滤滤芯2和活性炭滤芯3顺序连接而成，污水逐一通过粗滤滤芯1、精滤滤芯2和活性碳滤芯3后才可完成过滤，通过多级并逐级过滤的方式进行有效过滤，整个过滤过程中，水中所含杂质由大到小依次过滤掉，多级处理，最后通过活性炭层进行优化水质，布局合理；

所述粗滤滤芯1、精滤滤芯2和活性碳滤芯3的部分/全部外侧进行钛管10包覆，让钛管10变成整体滤芯的接触部分，有效的发挥钛管的功能；

市场中钛纯度不低于89％的钛成为纯钛，本发明采用的钛管10纯度不低于99％，并且，只含有极少量的h、o、n、c、fe五种元素，钛管10中不含重金属/重金属的含量远低于国家标准。保证在高温环境下不会渗出重金属元素/重金属的含量远低于国家标准，保障使用者的使用安全。附上表1，表1为各系列钛合金的金属比例范围。根据表1，凸显本发明采用钛管的优点。

表1

纯钛均有良好的生物兼容性，目前在医学上有了越来越广泛的应用，但是除了其优良的生物兼容性以外，纯钛在改性后所具有的一项性质也是其余钛合金所不具有的，那就是纯钛可以很好的抑制细菌生长。本发明选用纯度不低于99％的纯钛作为滤芯的壳体材料，不仅可以杀死膜孔外残留的细菌，还可以有效防止细菌粘附其壁上，造成滤芯浸泡水中长时间不用而滋生细菌。

纯钛具有良好的抑菌性能，其主要表现在两方面：

①钛材料自身上所带的阳离子，使得细胞壁和细胞膜上的负电荷在电场引力的作用下分布不均匀，造成变形，发生物理破裂，使细胞内容物渗出体外，发生“溶菌”现象而死亡。

②钛表面易生产一层致密的氧化膜——二氧化钛(tio2)，tio2是一种典型的宽禁带半导体，半导体的基本能带结构是由最上面的满带—价带，最下面的空带—导带和价带与导带之间的禁带组成。当tio2受到能量等于或者大于禁带宽度(eg)的光照时，价带上的电子被激发到导带，同时价带上产生相应的空穴，这样就在tio2的内部形成了电子-空穴对(e^-—h⁺)。tio2的能带是不连续的以及在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到tio2表面的不同位置发生一系列的氧化还原反应，生成一系列具有强氧化性的活性物质：羟基自由基(·oh)、超氧根离子(o2·^-)、双氧水(h2o2)。

tio2→tio2(h⁺+e^-)，o2+e^-→o2^-，

o2^-+e^-+2h⁺→h2o2，

h⁺+h2o→h⁺+·oh，2·oh→h2o2

由于病毒、细菌、真菌等微生物都是由有机物构成的，tio2能在光的激发下产生的这些强氧化性物质能与有机物发生一系列的氧化还原反应而将有机物降解。所以tio2能在光的激发下降解微生物的有机组分而损伤甚至杀死细菌、真菌、病毒。

所述粗滤滤芯1、精滤滤芯2和活性炭滤芯3之间可拆卸连接，便于使用者根据自身需要自由安装组合，方便使用者使用，优选为两两之间通过螺纹连接，钛管10之间的螺纹连接为简单技术，因此不做附图标示；并且，粗滤滤芯1和精滤滤芯2之间的连接位置需要进行防漏处理，精滤滤芯2和活性炭滤芯3之间需要进行防漏处理，由于是逐级过滤的装置而且进行过滤可能需要将液体加压才可进入滤芯中，因此需要避免发生漏水的现象，作为优选，钛管10与钛管10连接位置必须安置密封圈5，每个连接位置的密封圈5不少于两个。

所述粗滤滤芯1为陶瓷滤芯，陶瓷滤芯呈管状并且采用微孔陶瓷11，液体通过微孔陶瓷11的孔隙进入陶瓷滤芯内。微孔陶瓷是一种新型的无机非金属过滤材料，是以微孔为主相的重要的环境新材料，自身洁净状态好，无毒无味、无异物脱落，不会造成二次污染。热稳定性好，不会产生热变形、软化和氧化等现象，在50-500℃均可使用。

所述微孔陶瓷11的孔隙曲折且无规则，水中细小的悬浮颗粒在微孔陶瓷内部曲折且相互连通的孔道中运动时被孔道壁捕捉而滤除，微孔陶瓷芯可用作家用净水器及矿泉壶等设备的过滤净水材料，其过滤精度可达到0.1-0.2μm，其本身具有的微细气孔结构可将自来水中泥沙、管道铁锈等杂质颗粒及大肠杆菌，金葡萄球菌等微生物有效除掉。

所述陶瓷滤芯通过钛管与精滤滤芯相连接，粗滤滤芯除了微孔陶瓷部分裸露在外，其余部分均用钛管进行连接，有效利用钛管的功效。

所述粗滤滤芯内放置有托玛琳和麦饭石4。托玛琳在常温下能自动地、永久地释放负离子，激活人体内生物大分子的活性,清除氧自由基。麦饭石富含人体必需的多种微量元素，可以用于水质净化、污水处理，并且对细菌具有很强的吸附作用，饮用麦饭石水，可以调节机体的新陈代谢，有健胃、利尿、保肝和防衰老作用，对人类大有益处。

托玛琳具有自发电极性，有资料指出，组成六连环的硅氧四面体角顶定向被解释为托玛琳极性存在的原因，利用扫描电镜、电子探针等手段可直接观测到其电极性的存在，托玛琳沿c轴方向的电导率大于垂直于c轴的电导率。

酸性条件下，托玛琳表面的大量羟基极易被酸性溶液中h⁺吸引并中和，引起ph的快速上升，羟基的释放和金属离子的离子交换，使得托玛琳具有降低表面自由能的倾向，托玛琳中硅氧四面体中的si—o键和三角形b—o键的断裂导致o与h结合，形成羟基；碱性条件下，oh^-的存在，抑制了托玛琳表面羟基释放，硅氧四面体中的si—o键和三角形b—o键的断裂导致表面的si、b与水中的羟基结合，引起ph的下降。这类托玛琳的自发电极性可有效调节不同初始ph的溶液至8.0-9.0。

托玛琳在常温下能自动地、永久地释放负离子。通过扩张微血管,增快血液流速,促进和改善全身或局部的微循环，降低血粘度、血脂，使血管内壁光滑，从而降低血管阻力，降低红细胞的聚集及血小板、白细胞的凝集。促进组织细胞间的物质、信息、核酸、能量、氧、营养物质的交换，使细胞膜及细胞内钙离子活性增强，尤其在改善水质方面作用显著。

麦饭石是基性岩、中酸性侵入岩风化蚀变的产物，在此过程中原生矿物转变为高岭石、蒙脱石和云母等，同时由架状结构逐步变为层状结构。红外光谱证明麦饭石中高岭石矿物具有大量sio^2-基团,结构中由k⁺、na⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子补偿过剩电荷。但在水溶液中,麦饭石层状结构中的金属阳离子在水分子作用下很容易扩散和溶出,使麦饭石表面带有负电荷。麦饭石微粒ξ电位低于粘土,说明其表面的负电荷量较大,通过静电引力可以将金属阳离子吸附在其表面,因此麦饭石对重金属离子有较好的吸附作用。托玛琳与麦饭石一起使用，可产生一定数量的负离子，并且对ph值有一定的缓和。

所述精滤滤芯2包括钛管10，钛管10内安置有超滤膜/纳滤膜21，液体需要通过超滤膜/纳滤膜21的过滤后才可进入活性炭滤芯3中。通过超滤/纳滤滤芯过滤液体中的胶体、颗粒和分子量相对较高的物质。优选为中空纤维膜，中空纤维膜可处理微粒直径0.01--0.001微米的水质，操作静压差一般为0.1-0.5mpa。可处理分子量大于10000的有机物，可处理掉水中异味、可处理掉水中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、幽门螺旋杆菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌、链球菌等细菌和病毒。

所述活性炭滤芯3包括钛管10，钛管10内放置有活性炭/活性碳纤维31，优选为活性炭纤维。碳纤维，仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性强。碳纤维与丙烯纤维、聚酰胺纤维和聚乙烯纤维等合成纤维相比,对异味、有机物、余氯等的吸附速度是后者的1.5倍至10倍。活性碳纤维是含碳纤维低温炭化、高温炭化、活化等特殊工艺，使其表面产生纳米级的孔径，增加比表面积，从而改变其物化特性的一种高效吸附材料。具有丰富的微孔和高的比表面积，其吸附率大大提高，是普通活性碳的100倍；耐酸碱，灰份少，具有较好的导电性能和化学稳定性；而且具有良好的还原能力，吸附、脱附速度快，脱附以后活性碳纤维吸附性能基本不变，可多次重复使用。

一种钛管滤芯的检测方法：包括所述的钛管滤芯，过滤水质检测步骤如下；

a、取江水；

b、将江水通过所述钛管滤芯进行逐一过滤；

c、测试：重金属含量、浑浊度、ph值、溶解性总固体、菌落总数、大肠菌群等。

取江水用滤芯进行过滤，过滤后得到的水样按照《gb/t8538食品安全国家标准饮用天然矿泉水检验方法》方法，以《gb/t8537食品安全国家标准饮用天然矿泉水》为标准，进行下列测试：

①重金属含量：对icp-ms进行调谐校正，然后取10ml水样加入2％hno3溶液，振荡摇匀再次过滤后，用icp-ms检测水中的重金属砷(as)、铅(pb)、铬(cr)、硒(se)、镉(cd)的含量。

②浑浊度：散射式浑浊度仪调零，取50ml水样进行浑浊度测试。

③ph值：用待测水样ph仪电极数次后，将电极插入水样中，1min后直接从仪器上读出ph。

④溶解性总固体：将洗净的蒸发皿放入烘箱内于105℃干燥1h，然后冷却、称重。吸取适量水样于蒸发皿中在水浴上蒸干，将蒸发皿放入烘箱内再次干燥、冷却、称重。最后计算溶解性总固体的含量。

⑤菌落总数：吸取1ml水样注入灭菌平皿中，倾注约15ml已融化并冷却到45℃左右的营养琼脂培养基，摇匀。待冷却凝固后，倒置于恒温培养箱中36℃下培养48h，最后计数。

⑥大肠菌群：吸取10ml、1ml水样对应接种到盛有10ml双料乳糖、10ml单料乳糖胆盐发酵培养液的试管中，每组接种5份；吸取5ml水样与灭菌生理盐水10:1混合后的稀释液，分别加到5支盛有10ml单料乳糖胆盐发酵培养液的试管中。置36℃±1℃培养箱内培养25h，观察管中的产气情况。记下管里产气的阳性试管数，查“大肠菌群(mpn)检索表”可得出水样中大肠菌群的mpn值。

实验结果如下表：

还需要进行钛杯的抑菌性能测试；

a、准备试剂和仪器；

试剂1：大肠埃希菌；试剂2：金黄色葡萄球菌；试剂3：生理盐水：氯化钠8.5g，加蒸馏水1000ml溶解。置于121℃下高压湿热灭菌15min；试剂4：营养肉汤(nb)：牛肉膏3.0g，蛋白胨5.0g，氯化钠5.0g，加蒸馏水1000ml溶解(需加热)后，调节ph7.2-7.5。置于121℃下高压湿热灭菌15min；试剂5：营养琼脂(na)：牛肉膏5.0g，蛋白胨10.0g，氯化钠5.0g，琼脂15g，加蒸馏水1000ml溶解(需加热)后，调节ph7.0-7.2。置于121℃下高压湿热灭菌15min；试剂6：平板计数琼脂培养基(pca)：酵母粉2.5g，胰蛋白胨5g，葡萄糖1g，琼脂15g，加蒸馏水1000ml加热溶解，调节ph至7.0-7.2。置于121℃下高压湿热灭菌15min。

仪器：生物安全柜、培养皿、移液枪、移液枪头、恒温培养箱、试管、试管架、高压蒸汽灭菌器、接种针、生化培养箱、一次性涂布棒、烧杯、玻璃棒、锥形瓶、红外线接种环灭菌器；

b、将两个试剂进行以下实验：

实验1：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在钛杯；

实验1环境(1)：空白对照样(无处理)；实验1环境(2)：明条件下对试剂进行在培养皿中培养72h；实验1环境(3)：明条件并光催化下对试剂进行在钛杯中培养72h；实验1环境(4)：暗条件对试剂进行在培养皿中培养72h；实验1环境(5)：暗条件并光催化下对试剂进行在钛杯中培养72h；

实验2；将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满矿泉水的钛杯

实验环境和实验1相同；

实验3：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满蒸馏水的钛杯；

实验环境和实验1相同；

实验4：将大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌安置在装满牛奶的钛杯；

实验环境和实验1相同；

c、计算抑菌率。

按照《gb/t30706-2014可见光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能测试方法及评价》的测试方法，把大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和嗜热链球菌菌种挑取到倒有na的培养皿上，放入恒温箱中进行36℃，48h培养活化；然后将活化后的菌落接种到稀释过的nb中，混匀后分别取1ml滴加到空钛杯和加有蒸馏水、矿泉水、牛奶的钛杯中并标记，同时相同条件处理对照组；将加有蒸馏水、矿泉水的样品放入对应标记的明条件、暗条件下进行25℃，72h培养，加有牛奶的样品进行30℃，12h培养；对所有样品进行洗脱稀释、平板计数培养；计算抑菌率。

实验结果如下表：

钛材料的测试结果表明，钛在蒸馏水、矿泉水、牛奶中和钛本身都存在很好的抑菌性能；滤芯的水质测试结果可以看出，江水经过滤芯过滤后的水质可达到国家天然矿泉饮用水的标准。

综上所述：本发明用于户外活动或者自然灾害的临时用水，进行过滤后的水可直接饮用。且装置中含有托玛琳和麦饭石，调节水质ph，释放人体微量元素的同时产生负离子，促进身体代谢循环。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。