用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布及其制备方法，属于分离领域。


背景技术：

2.真空过滤机是一种利用真空负压作为推动力的固液分离设备，在矿山、冶金、化工、环保、化工、食品等领域有着广泛的应用。然而，过滤机中的滤布在分离过程中易堵塞，从而使企业运行成本增加，是本领域的主要问题之一。过滤浆料中含有大量的金属离子（na

、fe
3
、mg
2
、ca
2
等）和多价盐离子（co
32-、so
42-、po
43-等）。这些离子在过滤过程中随着温度的降低而析出，进而在真空过滤机滤布的表面结垢并堵塞滤布。
3.当滤布堵塞时，需定期更换滤布或利用对滤布进行清洗。如cn209828411u中公开了一种橡胶带式真空过滤机的滤布清理结构，可以有效清理表面结构的滤布；cn213313720u中公开了一种延长滤布使用寿命的高压喷水装置，利用高压水对结垢的滤布进行清洗。然而清洗滤布会暂停过滤设备的运行，延长分离时间，从而增加企业运行成本。
4.因此，研发一种不易结垢且可长期运行的真空过滤机滤布是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布及其制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将两性聚合物改性剂和纳米粒子分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使纳米粒子均匀分散；所述改性溶液中两性聚合物改性剂的质量浓度为0.1-2wt%，纳米粒子的质量浓度为0.1-5wt%；（2）将滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，浸泡1-24h后取出，然后在50-70℃条件下加热处理1-5h；（3）以氯仿为溶剂，配制质量浓度为0.1-1wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入上述聚偏氟乙烯溶液中，浸泡时间为1-5h；（4）将步骤（3）处理后的滤布进行紫外线辐照。
7.本发明所述改性滤布的制备方法，其中，步骤（1）所述两性聚合物改性剂为两性聚丙烯酰胺和聚磺酸盐甜菜碱中的一种。
8.本发明所述改性滤布的制备方法，其中，步骤（1）所述纳米粒子为碳纳米管、氧化石墨烯、二氧化硅、mxene中的一种。
9.本发明所述改性滤布的制备方法，其中，步骤（2）所述滤布的材质为聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酯中的一种。
10.本发明所述改性滤布的制备方法，其中，步骤（4）所述紫外线辐照时间为20分钟-2小时。
11.本发明还提供了一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布，由上述制备方法制备而成。
12.本发明中各参数的选择依据如下：（1）滤布在改性溶液中的浸泡时间为1-24小时。当浸泡时间小于1小时，两性离子改性剂和纳米粒子无法有效覆盖在滤布表面；当浸泡时间大于24小时，过多的两性离子改性剂和纳米粒子会降低滤布的分离性能。
13.（2）步骤（2）中的加热处理温度为50-70℃，处理时间为1-5小时。当热处理温度小于50℃，两性离子改性剂和纳米粒子与滤布结合不牢；当温度大于70℃，改性滤布的分离性能下降。当热处理时间小于1小时，两性离子改性剂和纳米粒子与滤布结合不牢；当热处理时间大于5小时，改性滤布的孔洞会塌陷，从而影响其分离性能。
14.（3）滤布在聚偏氟乙烯溶液中的浸泡时间为1-5小时。浸泡时间小于1小时，聚偏氟乙烯无法有效覆盖在滤布表面；当浸泡时间大于5小时，过多的聚偏氟乙烯会降低滤布的分离性能。
15.（4）紫外线辐照时间为20分钟-2小时。紫外线辐照时间小于20分钟，两性聚合物与聚偏氟乙烯交联程度低，易从滤布表面脱落；紫外线辐照时间大于2小时，过高的交联程度会降低滤布的分离效率。
16.本发明的发明原理：本发明主要利用两性聚合物改性剂提高滤布表面的电荷密度，抑制浆料中盐离子析出，从而避免滤布孔洞堵塞并延长运行时间。同时，纳米粒子的引入使得滤布的通量提高，而聚偏氟乙烯可降低滤布的表面能，使得滤布表面粘附的杂质在清洗过程中更易被去除，进而提高滤布的通量恢复率。
17.本发明的有益效果在于：（1）本发明以两性聚合物、纳米粒子与聚偏氟乙烯对滤布进行复合改性，经过改性的滤布具有丰富的表面电荷性和抗粘附性能，在静电力的作用下，过滤浆料中的金属离子和盐离子不易在滤布表面析出；同时，纳米粒子和聚偏氟乙烯的引入使浆料中的杂质不易在滤布表面粘附。
18.（2）本发明制备得到的改性滤布具有高水通量和高通量恢复率的优点，同时，改性滤布的连续运行时长可达720小时以上，远高于目前商用真空过滤机滤布，适合在过滤设备中推广。
19.（3）目前市场滤布的主要材质为聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酯中的一种。本发明提供的技术方案对以上材质的滤布均有良好的改性效果。
附图说明
20.图1为实施例2提供的改性滤布在测试过程中的分离性能，测试时间为200小时。
21.图2为实施例2提供的滤布在经过200小时测试后，其表面的sem图像。
22.图3为对比例1提供的滤布在经过200小时测试后，其表面的sem图像。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将两性聚丙烯酰胺和和碳纳米管分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使碳纳米管均匀分散；改性溶液中两性聚丙烯酰胺的质量浓度为0.1wt%，碳纳米管的质量浓度为0.1wt%；（2）将聚丙烯滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，1小时后取出并在50℃下处理1小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为0.1wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中1小时；（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照20分钟，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
25.实施例2一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚磺酸盐甜菜碱和和氧化石墨烯分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使氧化石墨烯均匀分散；改性溶液中聚磺酸盐甜菜碱的质量浓度为2wt%，氧化石墨烯的质量浓度为5wt%；（2）将聚乙烯滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，24小时后取出并在70℃下处理5小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为1wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中5小时；（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照2小时，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
26.实施例3一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将两性聚丙烯酰胺和和二氧化硅分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使二氧化硅均匀分散；改性溶液中两性聚丙烯酰胺的质量浓度为0.4wt%，二氧化硅的质量浓度为0.8wt%；（2）将聚苯硫醚滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，2小时后取出并在60℃下处理3小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为0.5wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中3小时；（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照40分钟，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
27.实施例4
一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将两性聚丙烯酰胺和和mxene分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使mxene均匀分散；改性溶液中两性聚丙烯酰胺的质量浓度为1wt%，mxene的质量浓度为1wt%；（2）将聚酰胺滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，10小时后取出并在50℃下处理5小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为0.1wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中5小时；（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照1小时，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
28.实施例5一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚磺酸盐甜菜碱和和碳纳米管分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使碳纳米管均匀分散；聚磺酸盐甜菜碱的质量浓度为1wt%，碳纳米管的质量浓度为2wt%；（2）将聚酯滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，10小时后取出并在70℃下处理2小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为0.7wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中3小时；（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照1小时，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
29.实施例6一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚磺酸盐甜菜碱和和二氧化硅分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使二氧化硅均匀分散；改性溶液中聚磺酸盐甜菜碱的质量浓度为1wt%，二氧化硅的质量浓度为5wt%；（2）将聚乙烯滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，4小时后取出并在50℃下处理3小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为0.2wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中1小时。
30.（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照80分钟，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
31.实施例7一种用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布的制备方法，包括如下步骤：（1）将聚磺酸盐甜菜碱和和mxene分散在去离子水中配制成改性溶液，超声处理使mxene均匀分散；改性溶液中聚磺酸盐甜菜碱的质量浓度为1.5wt%，mxene的质量浓度为4wt%；（2）将聚丙烯滤布浸泡入步骤（1）制备的改性溶液中，5小时后取出并在65℃下处理3小时；（3）将聚偏氟乙烯溶解在氯仿中配制成质量浓度为1wt%的聚偏氟乙烯溶液，将步骤（2）处理后的滤布浸泡入聚偏氟乙烯溶液中2小时。
32.（4）将步骤（3）得到的滤布在紫外线下辐照2小时，得到用于真空过滤机的高性能抗结垢改性滤布。
33.对比例1购买博联公司生产的505g-150gy滤布。
34.验证例1将实施例1~7与对比例1的滤布按照gb/t 24119-2009进行平均水通量、最大运行时长及通量恢复率测试，结果见表1。
35.表实施例1～7和对比例1滤布的水通量、最大运行时长及通量恢复率由表1可知，本发明提供的的改性滤布具有优异的水通量、运行时间长、清洗后通量恢复率高等优点。
36.实施例2提供的改性滤布的分离性能如图1所示，可看出，在200小时的测试时间内，改性滤布均具有较高的水通量。
37.实施例2与对比例1提供的滤布在经过200小时测试后，其表面的sem图像分别见图2和图3。从图2和图3可看出，经过200小时连续使用后，实施例2中的滤布表面污染程度轻，其纤维结构清晰可见；对比例1中的滤布表面污染程度重，无法看清滤布表面原有形貌。
38.本发明所公开的实施例可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新颖特点相一致的最宽的范围。