一种过滤纸板及其制备方法与流程

本发明属于过滤
技术领域：
，更具体地涉及一种一次性使用的深层过滤纸板及其制备方法。
背景技术：
：食品和饮料行业、制药行业及生物技术行业流体（如细胞培养和发酵、疫苗的制备、治疗性蛋白的生产）具有较高的清洁和卫生要求，如需要去除流体中包含的小颗粒污染物，如细菌、病毒等，以符合食品、饮料和医药行业的卫生标准，才能保证人的健康和安全。深层过滤技术是利用深度过滤介质去除细小颗粒（0.1μm～8μm）污染物，如细胞、细胞碎片、细菌、病毒等比较常用且有效的过滤技术，该过滤方法中污染物不仅在表面被捕捉，也被捕获于介质内部孔道。深度过滤介质的整个介质厚度内分布着滤孔，滤孔在介质内形成弯曲通道，因而具有更高的纳污能力。目前，应用最多的深层过滤介质是一次性使用的深层过滤纸板，其由纤维素作为主要成分、再添加助滤剂和粘结剂等改性剂构成。申请号为640506的美国专利、申请号为7907310的英国专利及申请号为186695的美国专利公开的深层过滤纸板均以硅藻土和/或珍珠岩为作为助滤剂，纤维素为主要过滤基质，提供的深层过滤纸板能够实现对细小颗粒污染物，如细菌、病毒等有效清除，提供符合质量要求的滤液产品。申请号为07601077的美国专利指出，珍珠岩和硅藻土作为助滤剂在改善过滤纸板过滤性能的同时，由于硅藻土、珍珠岩不能桥接纤维素间的空隙，导致纤维素纤维孔隙过大，过滤纸板易发生破裂、且存在粒子如金属离子溶出等问题，为解决上述问题，该专利提出以纤维素酯纤维取代助滤剂硅藻土和/或珍珠岩，该技术方案能够避免介质溶出和纸板发生破裂的问题，但是纤维素酯纤维价格相对昂贵，纸板的生产成本相对较高。因此，需要提供一种一次性使用的深层过滤纸板，其能够有效去除流体中的细小颗粒污染物，提供理想的细小颗粒污染物过滤效果，深层过滤纸板结构稳定、不易破裂、过滤介质粒子溶出低，与现有的过滤纸板相比生产成本更低。技术实现要素：为解决现有的过滤纸板存在的结构易破裂、过滤介质粒子溶出量相对较大及生产成本高的问题，本发明提供一种深层过滤纸板，其以天然纤维素纤维为过滤基质、改性的凹凸棒土作为助滤剂及以带正电荷的树脂作为粘结剂。该过滤纸板的制备工艺包括：（1）凹凸棒土酸改性处理、抽滤、洗涤、粉碎、过500目筛子，制得改性凹凸棒土；（2）改性凹凸棒土与水混合，得到凹凸棒土悬浮液，其中，固体质量含量为1.5%～2.5%；（3）纤维素纤维与水混合，得到纤维素纤维悬浮液，搅拌分散、打浆机打浆20min～40min，将纤维素纤维切成短纤维，其中，纤维素纤维包括木纤维、棉纤维、芦苇纤维或者其混合物，且固体质量含量为1.5%～2.5%；（4）将经打浆的纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液混合，其中纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液质量比为4:1～9:1，加入带正电荷的树脂粘结剂，其用量为改性凹凸棒土固体和纤维素纤维固体总质量的0.5%-2%，并搅拌混合均匀；（5）将上述搅拌混合均匀的悬浮液分散在多孔基材表面，除去部分的水分，得到湿纸板；（6）将部分除水的湿纸板在100℃～120℃下，干燥至纸板重量不再减小；（7）根据需要将经干燥处理的干纸板切成一定的形状和大小，得到干的深层过滤纸板产品。其中，步骤（4）中所述的带正电荷的树脂粘结剂为三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯或聚乙烯亚胺树脂中任一种，其一方面作为粘结剂增加纤维素纤维和改性凹凸棒土间的粘性，提高纸板的结构紧凑性，使得过滤纸板不致过早破裂，延长过滤纸板的使用寿命，另一方面由于其带有部分正电荷，使得过滤纸板能够通过吸附作用，去除带负电荷的污染物颗粒（如病毒）。上述采用的凹凸棒土是一种富镁铝硅酸盐粘土矿物，电镜下微观结构为针状、棒状，其具有独特的层链状结构、特殊的纤维结构；晶格内部，组成凹凸棒土的基本结构单元交错排列，形成纳米尺寸的晶格内部孔道，使其具有较大的比表面积和较多的吸附活性位点，能提供较强的吸附性能。此外，凹凸棒土还具有较强的耐酸碱性、耐腐蚀性和化学稳定性及良好的粘结性能。本发明提供一种深层过滤纸板，其以改性凹凸棒土为助滤剂。凹凸棒土具有较大的比表面积和较多的吸附活性位点，从而能够大大改善该深层过滤纸板的过滤性能，提高纸板的纳污能力，还能够起到吸附脱色的作用。凹凸棒土具有良好的耐酸碱性、耐腐蚀性和化学稳定性，其在过滤过程中过滤介质粒子的溶出均小于50ppm，满足食品和医药行业卫生标准。由于凹凸棒土具有的良好的粘结性，在满足过滤纸板的粘结要求的前提下，可大大减少带正电荷的树脂粘结剂的使用，本发明中树脂粘结剂的用量为纤维素纤维固体和凹凸棒土固体总重量的0.5%～2%，现有的技术中粘结剂用量为纤维素固体和助滤剂固体总质量的1%～5%，甚至6%；若污染物中含带负电荷的颗粒污染物含量较高，则可适当增加带正电荷的树脂粘结剂的使用量，以满足相应的过滤要求。此外，凹凸棒土自身来源广泛、储量丰富，价格低廉，因而大幅降低该深层过滤纸板的生产成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明采用的凹凸棒土扫描电镜sem图图2为本发明纸板的制备工艺流程简图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。实施例1（1）凹凸棒土原料溶于1mol/l的盐酸，其中，凹凸棒土和盐酸的比例为1:4（m:v），溶解、搅拌1h，抽滤、洗涤至洗涤液ph接近7，粉碎、过500目的筛子，得到改性凹凸棒土；（2）改性凹凸棒土与水混合，得到改性凹凸棒土悬浮液，其中，固体质量含量为1.5%；（3）纤维素纤维与水混合，得到纤维素纤维悬浮液，其中，固体质量含量为1.5%，搅拌分散、打浆机打浆20min，将纤维素纤维切成短纤维；（4）将经打浆的纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液混合，其中纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液质量比为4:1，加入带正电荷的树脂粘结剂，其用量为改性凹凸棒土固体和纤维素纤维固体总质量的0.5%，并搅拌均匀；（5）将上述搅拌混合均匀的悬浮液分散在多孔基材表面，除去部分的水分，得到湿纸板；（6）将部分除水的湿纸板在100℃下，干燥至纸板重量不再减小；（7）根据需要将经干燥处理的干纸板切成一定的形状和大小，得到干的深层过滤纸板产品。其中，步骤（4）中所述的带正电荷的树脂粘结剂为三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯或聚乙烯亚胺树脂中任一种。过滤性能测试将细小颗粒污染物尺寸分布和含量已知的体积为1l的流体通过由上述深层过滤纸板，检测滤液中各尺寸污染物的含量和过滤介质溶出量，测试结果如下表-1：表-1流体通过过滤纸板前后颗粒污染物测试结果项目0.1μm0.2μm0.5μm0.8μm1μm2μm4μm6μm8μm过滤前颗粒数1000100010001000200020004000500010000过滤后颗粒数15125253320滞留率/%98.598.899.599.899.899.899.999.9100其中，mg离子溶出为10ppm，al离子溶出为20ppb。以上测试结果表明，本发明提供的过滤纸板对细小颗粒污染物具有良好的过滤效果，所有尺寸颗粒污染物的滞留率均高于98.5%，满足食品、饮料及医药行业卫生标准。实施例2（1）凹凸棒土原料溶于1mol/l的盐酸，其中，凹凸棒土和盐酸的比例为1:4（m:v），溶解、搅拌1h，抽滤、洗涤至洗涤液ph接近7，粉碎、过500目的筛子，得到改性凹凸棒土；（2）改性凹凸棒土与水混合，得到改性凹凸棒土悬浮液，其中，固体质量含量为2%；（3）纤维素纤维与水混合，得到纤维素纤维悬浮液，其中，固体质量含量为2%，搅拌分散、打浆机打浆30min，将纤维素纤维切成短纤维；（4）将经打浆的纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液混合，其中纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液质量比为13:2，加入带正电荷的树脂粘结剂，其用量为改性凹凸棒土固体和纤维素纤维固体总质量的1.25%，并搅拌均匀；（5）将上述搅拌混合均匀的悬浮液分散在多孔基材表面，除去部分的水分，得到湿纸板；（6）将部分除水的湿纸板在110℃下，干燥至纸板重量不再减小；（7）根据需要将经干燥处理的干纸板切成一定的形状和大小，得到干的深层过滤纸板产品。其中，步骤（4）中所述的带正电荷的树脂粘结剂为三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯或聚乙烯亚胺树脂中任一种。过滤性能测试将细小颗粒污染物尺寸分布和含量已知的体积为1l的流体通过由上述制得的深层过滤纸板，检测滤液中各尺寸污染物的含量，测试结果如下表-2：表-2流体通过过滤纸板前后颗粒污染物测试结果项目0.1μm0.2μm0.5μm0.8μm1μm2μm4μm6μm8μm过滤前颗粒数1000100010001000200020004000500010000过滤后颗粒数862343400滞留率/%99.299.499.899.799.899.899.9100100其中，mg离子溶出为8ppm，al离子溶出为12ppb。以上测试结果表明，本发明提供的过滤纸板对细小颗粒污染物具有良好的过滤效果，所有尺寸颗粒污染物的滞留率均高于99.2%，满足食品、饮料及医药行业卫生标准。实施例3（1）凹凸棒土原料溶于1mol/l的盐酸，其中，凹凸棒土和盐酸的比例为1:4（m:v），溶解、搅拌1h，抽滤、洗涤至洗涤液ph接近7，粉碎、过500目的筛子，得到改性凹凸棒土；（2）改性凹凸棒土与水混合，得到改性凹凸棒土悬浮液，其中，固体质量含量为2.5%；（3）纤维素纤维与水混合，得到纤维素纤维悬浮液，其中，固体质量含量为2.5%，搅拌分散、打浆机打浆40min，将纤维素纤维切成短纤维；（4）将经打浆的纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液混合，其中纤维素纤维悬浮液和改性凹凸棒土悬浮液质量比为9:1，并加入带正电的树脂粘结剂，其用量为改性凹凸棒土固体和纤维素纤维固体总质量的2%，并搅拌均匀；（5）将上述搅拌混合均匀的悬浮液分散在多孔基材表面，除去部分的水分，得到湿纸板；（6）将部分除水的湿纸板在120℃下，干燥至纸板重量不再减小；（7）根据需要将经干燥处理的干纸板切成一定的形状和大小，得到干的深层过滤纸板产品。其中，步骤（4）中所述的带正电荷的树脂粘结剂为三聚氰胺甲醛树脂、脲甲醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯或聚乙烯亚胺树脂中任一种。过滤性能测试将细小颗粒污染物尺寸分布和含量已知的体积为1l的流体通过由上述制得的深层过滤纸板，检测滤液中各尺寸污染物的含量，测试结果如下表-3：表-3流体通过过滤纸板前后颗粒污染物测试结果项目0.1μm0.2μm0.5μm0.8μm1μm2μm4μm6μm8μm过滤前颗粒数1000100010001000200020004000500010000过滤后颗粒数1053363420滞留率/%99.099.599.799.799.799.899.999.9100其中，mg离子溶出为5ppm，al离子溶出为10ppb。以上测试结果表明，本发明提供的过滤纸板对细小颗粒污染物具有良好的过滤效果，所有尺寸颗粒污染物的滞留率均高于99.0%，满足食品、饮料及医药行业卫生标准。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造性特点相一致的最宽的范围。当前第1页12