球形滤料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种球形滤料，从内到外依次包括成型母球层、功能吸附层和微孔保护层，其中功能吸附层为单层、两层及以上，其中球形滤料各层的材料密度从内到外由重到轻。还公开了上述球形滤料的制备方法。本发明的有益效果：（1）将多种异味去除功能结合在一起，解决了现有气味滤网吸附性能单一或因多种颗粒滤料混合不均造成的性能问题；（2）通过层混的方式实现功能复合，各层的密度从内至外由重到轻，可以保证球体滤料结构稳定，并实现不同异味的分层集中去除，使异味的去除更加高效；（3）通过致孔剂与粘结剂的配合使球形滤料的吸附面积和成型强度达到最优；（4）球状滤料解决了现有滤料灌装不均、难以连续化生产的弊端。
【专利说明】球形滤料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及球形滤料及其制备方法，主要应用于空气净化领域。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，不可避免的以牺牲环境为代价。近几年环境不断恶化已然成为不争的事实，空气净化类的产品的需求也呈现出爆炸式增长，相关产品不断涌现，但在除尘和除味这两大基本的功能方面，除味显然是更加困难的，因为粉尘颗粒只有大小之分，而气体却有千差万别(大小、酸碱性、极性等)。
[0003]现在常用的除味滤料显然不能很好的满足要求，主要表现在异味去除效率低下、异味吸附的种类不足，更为重要的是现在常用的颗粒滤料多为不规则或圆柱形滤料，在空气流经过程中容易出现偏流而影响过滤效果和整机性能。以常见的蜂窝网型的气味过滤器为例，为达到同时去除多种异味气体的目的，常常需要将多种不同形态的颗粒滤料进行混合使用，因为形状的不规则、体积密度的差异难以混合均匀；同时，普遍采用的柱状滤料，在生产加工过程中也常会因滤料的形状而影响灌装均匀性和生产效率，最终影响产品的性倉泛。
[0004]市场上的空气净化装置中也有将不同功能的球形滤料混合在一起使用的，球形滤料具有使用方便、过滤风阻均匀等显著优势，但是其相对较小的比表面积是其应用的最大弊端，不同球形滤料均匀混合的结果就是密度基本一致，内层难以发挥功效；混合导致处理异味的能力分散，效率自然不高。
【发明内容】
[0005]本发明通过功能分层复合的思路，结合现有成熟的滚球成型工艺开发出一种多功能球形滤料，可更好的满足异味去除性能要求。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:一种球形滤料，从内到外依次包括成型母球层、功能吸附层和微孔保护层，其中功能吸附层为单层、两层及以上，球体直径为
0.5-5mm ；
成型母球层由天然矿土粉和致孔剂、粘结剂混合而成；
每层功能吸附层由化工合成粉末和\或天然植物提取物粉与粘结剂混合而成；
微孔保护层由天然矿土粉和粘结剂混合而成；
球形滤料各层的材料密度从内到外由重到轻；
其中化工合成粉末为铁锰复合氧化物、铜锰复合氧化物或改性活性碳粉，功能吸附层中的不同层的化工合成粉末选自不同功效的品种；
所述天然矿土粉、化工合成粉末和天然植物提取物粉的粒径范围为0.1 μ m-100 μ m ；其中，天然矿土粉占全部原料配比的40%-80%，化工合成粉末和天然植物提取物粉共占15%-50%，致孔剂占0.5%-5%，粘结剂占1%-15%。
[0007]进一步的，所述天然矿土粉在膨润土、高岭土、硅藻土、蒙脱土、海泡石粉、电气石粉中选择。
[0008]进一步的，天然动植物提取物粉为银杏叶粉、茶多酚粉、柿单宁粉中的一种或几种混合。
[0009]进一步的，所述致孔剂为水、乙醇、聚乙烯醇、尿素、氨水、聚氨酯和聚乙烯吡络烷酮中的一种或几种混合。
[0010]进一步的，所述粘结剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、田菁胶、瓜尔胶、硅溶胶中的一种或几种混合。
[0011]本发明还公开了上述的球形滤料的制备方法，其步骤包括:
(1)将天然矿土粉和致孔剂、粘结剂混合，采用滚球成型工艺将其制成母球；
(2)将选自不同功效的品种的化工合成粉末和\或天然植物提取物粉与粘结剂混合后，依材料密度的从重到轻，采用包衣工艺依次包覆在母球上，形成功能吸附层；
(3)将天然矿土粉和粘结剂混合后，包覆在功能吸附层上，初步制成球形滤料坯；
(4)将球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度<200°C，烘燥时间为2-10小时。
[0012]进一步的，其特征在于:所述滚球成型工艺是指将混合粉料在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型成母球，实现滚球成型；
所述包衣工艺是指将粉料以及母球或带功能吸附层的母球在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料包覆在已有成型的球形滤料上，实现滚球包衣；其中，滚球成型工艺或包衣工艺中喷水量占粉状物料的重量百分比为30%-60%。
[0013]本发明的有益效果:(1)将多种异味去除功能结合在一起，解决了现有气味滤网吸附性能单一或多种滤料混合不均造成的性能问题；(2)按照各层的密度从重到轻，通过层混的方式实现功能复合，各层的密度从内至外由重到轻，可以保证球体滤料结构稳定，并实现不同异味的分层去除，分层、分密度的优势就在于根据功能设计或实际环境中的污染情况，将污染最严重或最急需去除的异味功能层放在靠外层，这就相当于做成了空心球体，比表面积自然最大，同时，集中处理也会更加高效，而梯度的密度设计更有利于气体向球体内部扩散，使异味的去除更加高效；(3)通过添加致孔剂和粘结剂的保证球形滤料更大的吸附面积和更好的成型强度；(4)本发明的球形滤料具有异味吸附去除种类宽泛、形状规则、灌装方便、性能稳定的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的一种单层功能的球形滤料结构示意图。
[0015]图2为本发明的一种双层功能的球形滤料结构示意图。
[0016]图3为本发明的一种三层功能的球形滤料结构示意图。
[0017]下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
本实施例中所制备的球形滤料是以60份粒径为0.1ym的高岭土粉、15份粒径为1ym的柿单宁粉、10份粒径为10 μ m的海泡石粉、5份的羟乙基纤维素、5份的瓜尔胶、2份的尿素和3份的聚乙烯吡络烷酮为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将5份的羟乙基纤维素、2份的尿素和3份的聚乙烯吡络烷酮与60份的高岭土粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为50% ；
(2)将3份的瓜尔胶与15份柿单宁粉混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，喷水量占所述混合物的重量百分比为55%，使粉料包覆在已有成型的母球上，实现滚球包衣，制成单层功能吸附层；
(3)将2份瓜尔胶与10份海泡石粉混合后，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为0.5mm的球形滤料坯；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在、120°C下烘干进行制孔固化，经5h后得到具有除臭功能的球形滤料。
[0019]制得的球形滤料如图1所示，最内层为成型母球层1，中间单层功能吸附层2，最外层为微孔保护层3。
[0020]实施例2
本实施例中所制备的球形滤料是以35份粒径为100 μ m的高岭土、20份粒径为0.1 μ m的铁锰复合氧化物、30份粒径为45 μ m的改性活性炭粉、10份粒径为20 μ m的膨润土、4.5份的羟丙基甲基纤维素和0.5份尿素为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将1.5份的羟丙基甲基纤维素、0.5份的尿素与35份的高岭土混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为60% ；
(2)将I份的羟丙基甲基纤维素与20份铁锰复合氧化物混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为30%的包衣工艺，制成具有单功能层的滤球；将I份羟丙基甲基纤维素与30份改性活性炭粉混合，接着将粉料及单功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为30%的包衣工艺，制成具有两层功能吸附层的滤球；
(3)将I份羟丙基甲基纤维素与10份膨润土混合后，接着将粉料及(2)中的双功能层滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为2.5mm的球形滤料还；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在150°C下烘干进行制孔固化，经4h后得到兼具除甲醛和吸附TVOC功能的球形滤料。
[0021]制得的球形滤料如图2所示，最内层为成型母球层1，中间有两层功能吸附层2，最外层为微孔保护层3。
[0022]实施例3
本实施例中所制备的球形滤料是以32份粒径为10ym的海泡石粉、24份粒径为
0.5 μ m的铁锰复合氧化物、10份粒径为2 μ m的铜锰复合氧化物、10份粒径为100 μ m的银杏叶粉与茶多酚粉混合物(混合比为1:1)、8份粒径为5μπι的硅藻土粉、8份的羧甲基纤维素、7份田菁胶、0.5份的聚乙烯醇和0.5份的乙醇为原料制备而成。具体制备过程如下:
(I)将4份的田菁胶、0.5份的聚乙烯醇和0.5份乙醇与32份的海泡石粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为48% ； (2)将4份的羧甲基纤维素与24份铁锰复合氧化物混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，制成单功能层滤球；将2份羧甲基纤维素与10份铜锰复合氧化物混合，接着将粉料及单功能层滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，制成双功能层滤球；将2份羧甲基纤维素与10份银杏叶、茶多酚粉混合物混合，接着将粉料及含有双功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，制成具有三层功能吸附层的滤球；
(3)将3份田菁胶与8份硅藻土混合后，接着将粉料及(3)中的三层功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为5mm的球形滤料还；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在105°C下烘干进行制孔固化，经1h后得到兼具去除甲醛、除臭氧和除臭功能的球形滤料。因为天然多酚类提取物具有很好的除臭功能。
[0023]制得的球形滤料如图3所示，最内层为成型母球层1，中间有三层功能吸附层2，最外层为微孔保护层3。
[0024]实施例4
本实施例中所制备的球形滤料是以65份粒径为30 μ m的蒙脱土粉、15份粒径为I μ m的铁锰复合氧化物、15份粒径为2 μ m的电气石粉、I份的瓜尔胶、2份聚乙烯醇和2份的聚氨酯为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将0.1份的瓜尔胶、2份的聚乙烯醇、2份的聚氨酯与65份的蒙脱土粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为56% ；
(2)将0.4份的瓜尔胶与15份铁锰复合氧化物混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在母球上，形成单层功能吸附层；
(3)将0.5份瓜尔胶与15份电气石粉混合后，采用喷水量为55%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为1_的球形滤料坯；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在、200°C下烘干进行制孔固化，经2h后得到除甲醛性能的球形滤料。
[0025]实施例5
本实施例中所制备的球形滤料是以30份粒径为0.1 μ m的电气石粉、20份粒径为5 μ m的铜锰复合氧化物、20份粒径为50 μ m的改性活性炭、20份粒径为20 μ m的膨润土粉、5份的田菁胶、I份的硅溶胶、4份的聚乙烯醇为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将I份的硅溶胶、4份的聚乙烯醇与30份的电气石粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为55% ；
(2)将1.5份的田菁胶与20份铜锰复合氧化物混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，制成具有单功能层的滤球；将1.5份田菁胶与20份改性活性炭粉混合，接着将粉料及单功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为45%的包衣工艺，制成具有两层功能吸附层的滤球；
(3)将2份瓜尔胶与20份膨润土粉混合后，接着将粉料及(2)中的双功能层滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为2.0mm的球形滤料还；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在、140°C下烘干进行制孔固化，经5h后得到具有除臭氧和吸附TVOC功能的球形滤料。
[0026]实施例6
本实施例中所制备的球形滤料是以50份粒径为10 μ m的硅藻土粉、15份粒径为3 μ m的铜锰复合氧化物、15份粒径为70 μ m的茶多酚粉、10份粒径为15 μ m的蒙脱土粉、4份的羧甲基纤维素、4份的瓜尔胶、I份的聚乙烯醇和I份的尿素为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将2份的瓜尔胶、I份的聚乙烯醇、I份的尿素与50份的硅藻土粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为55% ；
(2)将2份的羧甲基纤维素与15份铜锰复合氧化物混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，制成具有单功能层的滤球；将2份羧甲基纤维素与15份茶多酚粉混合，接着将粉料及单功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，制成具有两层功能吸附层的滤球；
(3)将2份瓜尔胶与10份蒙脱土粉混合后，接着将粉料及(2)中的双功能层滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为3.0mm的球形滤料还；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在、110°C下烘干进行制孔固化，经8h后得到具有除臭氧和除臭功能的球形滤料。
[0027]实施例7
本实施例中所制备的球形滤料是以30份粒径为I μ m的膨润土粉、20份粒径为40 μ m的改性活性炭粉、25份粒径为45 μ m的银杏叶粉与柿单宁粉混合物(混合比为1:2)、10份粒径为20 μ m的高岭土粉、10份的羧甲基纤维素、2份的硅溶胶、2份的聚氨酯和I份的水为原料制备而成。具体制备过程如下:
(1)将2份的羧甲基纤维素、2份的硅溶胶、2份的聚氨酯、I份的水与30份的膨润土粉混合，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为45% ；
(2)将2份的羧甲基纤维素与20份改性活性炭粉混合，接着将粉料及母球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为55%的包衣工艺，制成具有单功能层的滤球；将3份羧甲基纤维素与25份银杏叶粉和柿单宁粉混合物混合，接着将粉料及单功能滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为55%的包衣工艺，制成具有两层功能吸附层的滤球；
(3)将3份羧甲基纤维素与10份高岭土粉混合后，接着将粉料及(2)中的双功能层滤球在滚球包衣锅中不断翻滚，采用喷水量为50%的包衣工艺，包覆在功能吸附层上，初步制成直径为4.0mm的球形滤料还；
(4)制孔固化-将初步制成的球形滤料在、120°C下烘干进行制孔固化，经7h后得到具有吸附TVOC和除臭功能的球形滤料。
[0028]对比例I
与实施例1相比，本对比例是将原料60份粒径为0.1 μ m的高岭土粉、15份粒径为10 μ m的柿单宁粉、10份粒径为10 μ m的海泡石粉、5份的羟乙基纤维素、5份的瓜尔胶、2份的尿素和3份的聚乙烯吡络烷酮直接混合后，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为50% ;其他物料配比、工艺参数和产品规格与实施例1相同。
[0029]对比例2
与实施例2相比，本对比例是将原料35份粒径为100 μ m的高岭土、20份粒径为0.1 μ m的铁锰复合氧化物、30份粒径为45 μ m的改性活性炭粉、10份粒径为20 μ m的膨润土、4.5份的羟丙基甲基纤维素和0.5份尿素直接混合后，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为60% ;其他物料配比、工艺参数和产品规格与实施例2相同。
[0030]对比例3
与实施例3相比，本对比例是将原料32份粒径为100 μ m的海泡石粉、24份粒径为
0.5 μ m的铁锰复合氧化物、10份粒径为2 μ m的铜锰复合氧化物、10份粒径为100 μ m的银杏叶粉与茶多酚粉混合物(混合比为1:1)、8份粒径为5 μ m的硅藻土粉、8份的羧甲基纤维素、7份田菁胶、0.5份的聚乙烯醇和0.5份的乙醇直接混合后，在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型，形成母球，喷水量占所述混合物的重量百分比为48% ;其他物料配比、工艺参数和产品规格与实施例3相同。
[0031]对以上实施例及对比例制得的球形滤料的性能进行测试，测试结果见表I 表I球形滤料性能测试结果減料意I B球度I
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4)TVOC浓度?定桊BfcIS准iSBf￡ I m3附录C气相色谱法:
5)MH3浓度W定参准GB/T I*20435 ?ΒΜ5分先先度法:
6)H2S浓度?定杂照按准GB/Γ 14S7* 化S气相色谱法:
通过对具体实施例中球形滤料性能的分析可知，在本发明限定的球形滤料直径范围内，随着滤料直径的增加，圆球度增大，成球效果变好，这与滚球成型的工艺有关；结合实施例1-7中的球形滤料吸附性能来看，按照本发明所限定的方法制备的功能分层球形滤料具有高效的吸附性能；结合对比实施例1、2、3与对比例1、2、3，可以发现在物料配比、工艺和成球规格相近的条件下，粉料混合(即不分层)的方式制备的球形滤料，相关的吸附性能下降明显，特别是随着球体直径的增大，性能损失明显，而本发明的球形滤料各层之间的吸附效果相互不影响，每层均能达到较高的吸附效率。
【权利要求】
1.一种球形滤料，从内到外依次包括成型母球层、功能吸附层和微孔保护层，其中功能吸附层为单层、两层及以上，球体直径为0.5-5mm ； 成型母球层由天然矿土粉和致孔剂、粘结剂混合而成； 每层功能吸附层由化工合成粉末和\或天然植物提取物粉与粘结剂混合而成； 微孔保护层由天然矿土粉和粘结剂混合而成； 球形滤料各层的材料密度从内到外由重到轻； 其中化工合成粉末为铁锰复合氧化物、铜锰复合氧化物或改性活性碳粉，功能吸附层中的不同层的化工合成粉末选自不同功效的品种； 所述天然矿土粉、化工合成粉末和天然植物提取物粉的粒径范围为0.1 μ m-100 μ m ； 其中，天然矿土粉占全部原料配比的40%-80%，化工合成粉末和天然植物提取物粉共占15%-50%，致孔剂占0.5%-5%，粘结剂占1%-15%。
2.根据权利要求1所述的球形滤料，其特征在于:所述天然矿土粉在膨润土、高岭土、硅藻土、蒙脱土、海泡石粉、电气石粉中选择。
3.根据权利要求1所述的球形滤料，其特征在于:天然动植物提取物粉为银杏叶粉、茶多酚粉、柿单宁粉中的一种或几种混合。
4.根据权利要求3所述的球形滤料，其特征在于:所述致孔剂为水、乙醇、聚乙烯醇、尿素、氨水、聚氨酯和聚乙烯吡络烷酮中的一种或几种混合。
5.根据权利要求4所述的球形滤料，其特征在于:所述粘结剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、田菁胶、瓜尔胶、硅溶胶中的一种或几种混合。
6.权利要求1-5中任一项所述的球形滤料的制备方法，其步骤包括: (1)将天然矿土粉和致孔剂、粘结剂混合，采用滚球成型工艺将其制成母球； (2)将选自不同功效的品种的化工合成粉末和\或天然植物提取物粉与粘结剂混合后，依材料密度的从重到轻，采用包衣工艺依次包覆在母球上，形成功能吸附层； (3)将天然矿土粉和粘结剂混合后，包覆在功能吸附层上，初步制成球形滤料坯； (4)将球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度<200°C，烘燥时间为2-10小时。
7.根据权利要求6所述的一种球形滤料的制备方法，其特征在于:所述滚球成型工艺是指将混合粉料在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料成型成母球，实现滚球成型； 所述包衣工艺是指将粉料以及母球或带功能吸附层的母球在滚球包衣锅中不断翻滚，通过自动喷雾器均匀施加水分，使粉料包覆在已有成型的球形滤料上，实现滚球包衣； 其中，滚球成型工艺或包衣工艺中喷水量占粉状物料的重量百分比为30%-60%。
【文档编号】B01J20/28GK104190386SQ201410409603
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】刘玉桂, 刘朝军, 臧济文, 王瑞 申请人:桐乡市健民过滤材料有限公司