一种采用纳米碳纤维作助滤剂过滤无机微纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用纳米碳纤维作助滤剂过滤无机微纳米颗粒的方法。所述的纳米碳纤维具有长纤维状结构，机械强度高，化学稳定性好，纤维表面呈现荷电性，其团聚体具有多孔性。作为一种新型的助滤剂，纳米碳纤维具有渗透性好，对粒子吸附截留能力强的特点，当应用于无机微纳米颗粒的过滤操作中时，能显著提高无机微纳米颗粒的过滤效率。纳米碳纤维助滤剂的应用方法，为常规的预敷或掺混方式。所述的无机微纳米颗粒可以是金属氧化物和非金属氧化物以及复合氧化物、硅铝分子筛，也可以是不溶性无机盐，对这些物质进行过滤的应用范围可涉及食品、药品、化学品、催化剂等物质的生产过程，以及废水、废物等物质的处理过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用纳米碳纤维作为助滤剂来促进无机微纳米颗粒过滤的方 法，以解决无机微纳米颗粒过滤难的问题。其应用范围可涉及食品、药品、化 学品、催化剂等生产和使用过程，以及废水、废物等处理过程，在这些过程中 通常需要进行无机微纳米颗粒的液相分离操作。
技术介绍
过滤是利用介质将悬浮液中固形物截留形成滤饼，而液体则穿过介质被澄 清，由此达到液固分离的目的。随着工业的不断发展，特别是纳米科技的进步， 需要进行过滤的物料日益增多，其中不少属难过滤物料，如无机微纳米颗粒， 由于颗粒尺寸小，当采用大孔过滤介质时，颗粒易穿透渗漏，当采用小孔过滤 介质时，则流体阻力大，过滤时间长，造成人力、物力的浪费和能源的消耗。 解决难过滤问题的一个重要手段是靠助滤剂来强化过滤。助滤剂是一种帮助过 滤的物质， 一方面可吸附同在液相中的微纳米固体颗粒，避免颗粒穿滤；另一 方面，助滤剂形成的滤饼具有大量堆积孔，可截留滤液中的颗粒，避免颗粒阻 塞过滤介质的通道，从而加速过滤。目前助滤剂的种类有硅藻土助滤剂、珍珠岩助滤剂、纤维助滤剂、石棉助 滤剂、碳助滤剂等。其中用量最多的是硅藻土助滤剂.占助滤剂总量的56%以 上，而且使用十分广泛。硅藻土具有比表面积大、吸附性能强、化学稳定性好 等优异的理化性质，是一种优良的水处理剂。但在污水水处理时，需将其进行 适当的改性处理，才能有良好的处理效果，且硅藻土助滤剂不能用于强碱性原 液的过滤。珍珠岩助滤剂与硅藻土性质类似，其应用仅次于硅藻土。但在过滤 苛性碱或酸性液体时，珍珠岩的某些成分同样会发生部分溶解。纤维素助滤剂 可用于过滤热碱溶液或滤饼要求煅烧的场合，但是其成本高、过滤性能差，所 以应用范围要比硅藻土或珍珠岩小得多。石棉助滤剂纤维极细，使滤板具有很 大的空隙率，能截留小颗粒，且过滤阻力小，但是石棉有碍健康，现在已很少 使用此种助滤剂。炭助滤剂具有化学稳定性的优点，可用于热碱溶液过滤(甚至纤维素助滤剂也会化软和溶解的场合)或要将滤饼煅烧等情况下的过滤。然 而，由于炭助滤剂通常也是粉末形态，其过滤效率很低。虽然助滤剂对解决工业中难过滤物料的过滤问题起着很重要的作用，但国 内外对助滤剂的研究工作做得不多，致使目前助滤剂的品种较少。纳米碳纤维(CNF)是一类新型准一维纤维状的类石墨材料，直径一般小 于200nm，长度为pm —mm不等。具有优异的物理化学性质如较大的比表面积， 很高的机械强度，可与石墨媲美的导电性能，较好的化学稳定性等而开始受到 重视。越来越多的研究者探索纳米碳纤维作为催化剂载体、电极材料、高效吸 附剂(特别是储氢材料)和聚合物结构增强添加剂等方面的应用潜力。但目前尚 未有人将CNF用作助滤剂，来解决无机微纳米颗粒的液相分离问题。因此，本领域迫切需要提供一种将CNF用作助滤剂使无机微纳米颗粒得到 过滤的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种无机微纳米颗粒的过滤方法。 本专利技术的另一个目的是提供一种纳米碳纤维的用途。在本专利技术的第一方面，公开了一种无机微纳米颗粒的过滤方法，所述的方法包括步骤(a)将含有无机微纳米颗粒的溶液和纳米碳纤维接触后通过过滤介质使无机微纳米颗粒和液体分离；所述的无机微纳米颗粒与纳米碳纤维的重量比为0. 05 — 50:1。 在另一优选例中，所述的无机微纳米颗粒粒径为1纳米一10微米；选自金属氧化物、非金属氧化物、复合氧化物、硅铝分子筛、或不溶性无机盐。 在另一优选例中，所述的纳米碳纤维长度和外径之比为20000: 1 — 2:1。 在另一优选例中，无机微纳米颗粒与纳米碳纤维的重量比为0. 1—10:1。 在另一优选例中，无机微纳米颗粒与纳米碳纤维的重量比为0.25 — 4:1。 在另一优选例中，所述的无机微纳米颗粒粒径为10纳米一5微米。 在另一优选例中，将含有无机微纳米颗粒的溶液和纳米碳纤维混合后通过过滤介质使无机微纳米颗粒和液体分离。在另一优选例中，将含有无机微纳米颗粒的溶液和过滤介质上的纳米碳纤维滤饼接触后通过过滤介质使无机微纳米颗粒和液体分离。在本专利技术的第二方面，提供了一种纳米碳纤维的用途，所述的纳米碳纤维 用作过滤无机微纳米颗粒的助滤剂。在另一优选例中，所述的无机微纳米颗粒粒径为1纳米一10微米；选自金 属氧化物、非金属氧化物、复合氧化物、硅铝分子筛、或不溶性无机盐。据此，本专利技术提供了一种将CNF用作助滤剂使无机微纳米颗粒得到过滤的 方法。附图说明图1显示了纳米碳纤维团聚体的扫描电镜照片；其中(a)显示团聚体的总 体型貌；(b)显示团聚体中的纳米碳纤维。图2显示了不同物料的过滤阻力随过滤时间的变化曲线。具体实施方式专利技术人经过广泛而深入的研究，发现纳米碳纤维团聚体具有开放多孔结 构，流体渗透性好，且纤维表面呈电性，能够吸附流体中带相反电荷的粒子， 将其用作过滤无机微纳米颗粒的助滤剂，十分有效。定义纳米(nm)是一种长度单位，就是10—9米(IO亿分之一米)。 如本文所用，"碳纤维"是指纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90% 以上。如本文所用，"纳米碳纤维(Carbon nanofiber， CNF)"是指纳米级的 碳纤维，其化学组成主要为碳，单根纤维直径为纳米级(40 — 400nm，优选80 一200nm)，长度为微米到毫米级(l — 1000|am，优选5 — 500nm)，具有纤维状 结构。纤维之间缠绕，形成粒度在5-10(^m的团聚体颗粒，团聚体中含有大量 由单根纤维堆积形成的开放性大孔(0. 1-lpm)。纳米碳纤维团聚体的型貌如 图1 (a)和(b)所示。如本文所用，"无机微纳米颗粒"是指一种呈颗粒状的无机化合物，颗粒大小为微纳米级，其化学组成选自金属氧化物、非金属氧化物、复合氧化物、硅铝系列分子筛、或不溶性无机盐。所述的金属氧化物选自A1203、 Ti02、 Zr02、 Ni0、 Fe:A、或CuO，所述的非金属氧化物选自Si02，所述的复合氧化物是指金 属氧化物复合物或金属与非金属氧化物复合物，选自Co-Mo-0、 Cu-Mn-O、或 Al-Si-0，所述的硅铝分子筛选自HZSM-5、 5A、或Y型分子筛，所述的不溶性 无机盐选自ZnS、 CaC03、或BaTiO:,。如本文所用，"含有无机微纳米颗粒的溶液"是指一种悬浮液，其中的悬 浮固体部分包括无机微纳米颗粒。如本文所用，"过滤介质(filtering medium)"是指各种形式的过滤材料， 固体物质截留在其上或其中。本专利技术可以使用本领域常用的过滤介质，例如但 不限于，混合纤维膜、多孔石英板、玻璃纤维滤纸，优选玻璃纤维滤纸。如本文所用，"滤饼"是指截留在过滤介质上的固体物质。本专利技术提供一种以纳米碳纤维为助滤剂来促进无机微纳米颗粒过滤的方法。本专利技术所述的纳米碳纤维可以是现有技术生产的任意一种，可以从市场上 购买得到。为了达到最佳效果，本专利技术中所述的纳米碳纤维优选采用中国 CN1793451专利公开的催化化学气相沉积法制备。采用纳米碳纤维为助滤剂时，可以使用常规的预敷或掺混方式，与待过滤 的无机微纳米颗粒发生作用，从而发挥助滤效果。预敷方式是指在过滤介质上 先用助滤剂形成一层滤饼，再对所需过滤物质进行过滤的方式；掺混方式是指 将助滤剂与所需过滤物质预先混合，再进行过滤的方式。采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机微纳米颗粒的过滤方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：　（ａ）将含有无机微纳米颗粒的溶液和纳米碳纤维接触后通过过滤介质使无机微纳米颗粒和液体分离；　所述的无机微纳米颗粒与纳米碳纤维的重量比为０．０５－５０∶１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李平，赵茜，周兴贵，朱贻安，张晓芳，黄伊丽，曹尧杰，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]