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家用净水器是一种将自来水进行深度处理以供直接饮用的小型净水设备。随着人们对安全饮水的关注度越来越高,家用净水器逐渐在经济发达的地区普及,应用前景十分广阔。活性炭过滤纸是净水器的重要组件,主要用于吸附水中的残余氯以及过滤水中体积较大的有机物杂质,对水质的净化有很重要的作用,它还可以保护后续净水处理工艺的超滤膜不受杂质破坏。活性碳过滤纸应用于净水器中,主要是取代原来的用活性炭颗粒填充的过滤柱,提高过滤精度,解决装填不均匀和产生“黑水”的问题。目前,在国外已经有公司开始设计生产该特种纸,但在我国还尚未有系统的研究,主要依赖进口,成本高昂,亟需研发有自主知识产权的活性炭过滤纸来满足国内市场的需求。
本文针对这一问题,采用木质活性炭为主要原料,利用植物纤维提供网状结构,再添加涤纶纤维来改善纸页的过滤性能,制备了可以满足过滤要求的净水器专用活性炭过滤纸。通过研究确定了制备活性炭过滤纸的原料及其配比,分析了各项工艺条件,并确定了该工艺条件中各项最佳的工艺参数,为活性炭过滤纸的研发提供了重要的参考数据。具体的研究成果如下:
通过实验研究确定了活性炭过滤纸中植物纤维和非植物纤维的种类,分别为针叶木浆和涤纶纤维,二者相对的添加比例为82:18。分析了活性炭在纸页中的添加比例对活性炭过滤纸的过滤效果的影响,将活性炭的添加量确定为46%~50%之间。分析了助留剂CPAM对活性炭的留着以及对纸张强度的影响,确定了CPAM的添加量应在0.06%~0.08%之间。对施胶剂AKD对纸张质量的影响进行了研究,确定其用量应在0.3%左右。分析了湿强剂PAE对纸张强度的影响,确定其用量在0.6%左右。通过设计正交试验分别研究了活性炭、CPAM、AKD和PAE的不同用量对活性炭过滤纸的余氯去除能力、CODCr去除能力、抗水性能及湿抗张指数的影响。确定了抄造活性炭过滤纸的各项工艺条件,各组分的比例参数(按绝干量计)是:活性炭:48%;针叶木浆:42.6%;涤纶纤维:9.4%;CPAM:0.08%;AKD:0.2%;PAE:0.7%。对自制的活性炭过滤纸按最优工艺条件抄造后,检测其技术指标,其抗张指数为14.25N·m·g-1,湿抗张指数为5.65N·m·g-1,Cobb值正反面分别为28.9g.m2和15.5g.m-2,过滤速度为32.15 mL.m-2.s-1,滤前余氯量>0.5mg·L-1,CODCr值≥16mg.L-1,滤后余氯量<0.05mg·L-1,滤后CODCr值<7.4mg·L-1,使用寿命为15天。