超滤盘及其制备方法

本发明涉及一种特别用于对水进行消毒的超滤盘及其制备方 法。

在利用超滤器对水进行机械消毒的过程中，超滤装置的孔径应 当足够小，而且典型的尺寸应为0.4至0.5μ，以使细菌能够安全地 留住。迄今为止，由于不能按照任何所需的形状来生产陶瓷或具有 合适孔径的其它材料，从而具有大面积及优良过滤效果的过滤器只 能在大成本和低劣操作性能下生产。目前使用的大表面积的和由陶 瓷制造的过滤柱很难进行清洗，因此已知的过滤装置通常必须经常 打开，用手进行清洗。

特地参考欧洲专利申请92810843，其中，在所描述的自清洗式 过滤装置中，带有相对于过滤器表面可移动的及为了刮削过滤物质 而贴近该表面移动的清洗单元。此过滤器可通过外面驱动的清洗刷 在组装状态下进行定期清洗，从而从根本上简化保养。

本发明的目的是提供一种具有大表面积的扁平超滤盘，例如， 它可以安装在自清洗式过滤装置中。此外，指出了此超滤盘的合适 的制备方法。

为了达到这个目的，此超滤盘是以硅藻土为基础制备的，且包 含有至少两种硅酸盐粘合类硅藻土，其中至少一种是预煅烧的，另 一种是待烧结的，从而超滤盘显示的孔径可在0.05-0.5μ范围内， 优选0.1-0.3μ。已经发现，一种预煅烧硅藻土的存在确保了超滤 盘在其生产过程中的稳定性，并预先为至少另一种不同类型的硅藻 土形成骨架，从而可获得具有所需孔径的稳定形状。特别地，能够 生产直径至少为25cm，优选至少35cm的单块超滤圆盘。此类盘的 厚度为0.5-2cm，优选约1-1.5cm。厚度约0.5cm的盘可具有良 好的过滤效果，同时具有良好的断裂强度。根据本发明，此盘通常 的渗透率维持在0.5-0.7升/分钟·分米2，优选0.6升。

中央圆口的直径为3-15cm的、优选6-10cm的超滤盘是可取 的。由于此开口的存在，几个超滤盘可以相互叠合在一个中心圆柱 上，其中此圆柱可旋转或有一个可旋转的轴以便于超滤盘之间的相 对运动。

为了在超滤装置中紧密地安装此类超滤盘，超滤盘的外边缘和 内边缘必须被切成(由高压喷水切刀获得的)高精度的公差。此边缘 优选具有密封层，它在盘的至少一侧环绕该盘覆盖了约1-8mm， 优选3-5mm。以这种方式，此盘能够使它的边缘和底层以密封方 式安装。为了调节盘的任何尺寸变化，密封层的厚度应为1-3mm。

优选的是，在过滤盘的上表面设有开孔以随时提高对上表面进 行自动清洗的效果，其中上表面应当足够软以利用清洗刷获得磨擦 效果。此清洗刷具有人造刚毛，例如，特别是尼龙或贵金属毛，因 此，通过利用几个工作周期磨掉厚度约为0.1-5μ的一层来得以清 洗上表面是我们的目的。在上表面和清洗刷之间进行约一到二十次 相对运动就能获得这种磨擦(清洗)效果。然后，被磨掉的物质在用 清水冲洗的周期中被清水冲掉而不能通过过滤盘渗透。

在整个超滤盘上，为了杀死侵入的细菌和避免停留在上表面的 细菌的生长，此盘优选含有部分洗不掉的氧化银。具有极强的稳定 性和良好的过滤效果的盘可通过使用至少三种不同的硅藻土和部分 高岭土来获得。一种硅藻土是预煅烧的，至少另外一种特地包含许 多细小的颗粒，约15％的颗粒尺寸在2μ以下。

在优选的实施方案中，超滤盘含有6％-12％(重量)，优选9％ (重量)预煅烧的且一般还要与其它组分再次烧结的硅藻土，25- 30％的高岭土，剩下的是另外一种硅藻土以及可能的话还含有氧化 银以及其它少量的与制造有关的组分。重量百分数是相对于已烧结 并已干燥的盘的重量而言的。

此超滤盘的生产是按包含下列步骤的方法进行的：

a．将以下组分进行混和：已煅烧的硅藻土，重量份数至少为6 -12，优选9份；高岭土，重量份数为25-35，优选30；另一种未 煅烧的或只很轻程度煅烧的硅藻土，重量份数为53-69，优选61；

b．用重量份数为200到250，优选重量份数为225的水将混合 物搅拌开，并向其中加入重量份数为0.2-0.35优选0.27的液化 剂和重量份数为0.4-0.8，优选重量份数为0.5-0.7的有机粘合 剂；

c．搅拌混合物直到粘度发生固定的变化，优选12-15小时；

d．把搅拌和处理完的混合物倾入由吸湿材料如熟石膏制成的 模具中；

e．缓慢干澡混合物，优选经历8到25天，特别优选10到20 天；

f．然后，已干燥的混合物，在温度1000到1050℃之间烧结， 优选温度为1035℃。

在后文将要解释的实施例中看出，液化剂和长时间的搅拌相结 合将导致不同种类的硅藻土和高岭土的细小的颗粒均匀地分散在整 个混合物中。在干燥模具的内部和外部的同时有机粘合剂协助未烧 结部分内聚，已煅烧的那部分硅藻土形成稳定的骨架，从而确保未 烧结盘的形状稳定(素坯强度)。由这部分煅烧硅藻土稳定了的和由 有机粘合剂保持在一起的剩余组分以非常均匀的顺序排列，从而可 获得所需的孔隙率。以这种方法，生产具有所需孔隙率和直径(迄今 仍达不到)及无裂纹的单块盘是可能的。

在优选的例子中，使用下列组分(以重量份数表示)：

大约40.72份第一种未煅烧或只很轻程度煅烧的硅藻土，约9. 05份第二种已煅烧的硅藻土，和大约20.82份第三种末煅烧或只很 轻程度煅烧的硅藻土，和约29.41份高岭土。

这里，所使用的各种硅藻土的颗粒尺寸有不同分布，从而总体 上获得盘中所需的孔隙度在0.05μ至0.5μ，优选0.1到0.3μ范围 内。

为了避免任何细菌停留在上表面及以后在整个陶瓷结构上面生 长，向混合物中加入重量份数为0.2至0.5，优选约0.36的氧化 银。

为了避免在超滤盘的生产过程中产生任何裂纹，模具的选择是 非常重要的。优选的模具材料应是最低程度湿润的熟石膏，将搅拌 完的混合物倾入模具中，熟石膏是一种吸水性材料。当使用完全干 的熟石膏模时，它从混合物中吸水的速率很快而可能导致裂纹的形 成。因此，优选最低程度湿润的熟石膏。

为了生产中央贯通的开口的盘，模具上必须带有形成开口的可 安装的可调控芯块。而且，在这区域，裂纹很容易形成。因此，芯块 应当由可屈服和具有吸收性的材料组成。当干燥时，它可承受盘的 任何变形。由纸和纸板制成的中空圆筒特别有用，因为它开始可吸 收湿气，但是在以后混合物的干燥过程中可以承受最小量的变形， 最后，还可以很容易地与盘分离。

在烧结此类预生产和预干燥的盘的过程中，通常，为了预定的 目的，上表面的密度会增加，也就是说，流体的渗透不是足够的， 因此是不合适的。因此，在烧结后，用刮削工具刮掉密度较大的上 表面层，层的厚度约为5μ。

最后，盘被切成精确的尺寸。这是通过高压喷水切刀实现的。为 了能够在过滤装置中以密封方式安装盘，每个盘的内、外边缘应带 有能够至少覆盖盘的一侧的密封层。密封层材料优选是能够用胶水 粘到盘上的以聚硅氧烷为基础的材料。

下面是参考附图和参考(附有优点和改性型的)特殊实施例对本 发明进行的详细叙述。

图1所示为本发明盘的俯视图，

图2为此盘所示的剖面图，

图3所示是制备本发明盘的合适的模具。

图1和2所示为盘1的实例，该盘1的外径D约40cm，中央开 口的内径约为6.5cm。从图2可以看出，盘1的外边缘2带有密封层 5，密封层的一部分6覆盖在盘1的下侧。同时，盘1的内边缘3带 ，有密封层7，它的一部分8覆盖在盘的下侧。当盘1沉放在支持其的 结构上时，盘1下侧的密封部分6,8可提高盘1的密封效果，而在 内边缘3和外边缘2所提供的密封部分5,6与没有画出的容器壁 和没有画出的内圆柱处于密封状态。密封件还用于缓冲该盘因温度 引发的微量膨胀。外边缘和内边缘的密封部分5,7可各自与位于盘 下侧的密封部分6,8分开使用，优选通过胶水粘结。

图3所示的模具用于本发明盘1的生产。基盘11的高度约为50 至70mm，带有可向其中插入圆环状模块13的外凹环12。基盘高度 H应为盘1直径D的1/16到1/10，优选1/8。基盘11和圆环状模 块13由熟石膏材料组成，当它充入模具时，不应当完全干燥。基盘 11中央还具有可向其插入中空圆筒芯模15的凹圆或凹环14。该芯 模15优选由纸或纸板制成的。

由基盘11，环状模块13和圆筒状插件15组装的模具现可以用 于通过向模具中倾入必要量陶瓷物质来制造盘1。模具吸收了所倾 入物质的部分流体，从而提供了一种缓慢的干燥过程。为了避免被 倾入物质粘到熟石膏模具上。模具应涂覆润滑性介质，优选滑石粉。经 过2到5小时后，从模具中拿出已形成的盘并把它放在扁平的、可 吸收性支持层，优选仍然由熟石膏制成的支持层上以进一步干燥。 为了避免产生任何裂纹，干燥过程应在温度30-50℃的范围内进 行，优选35-40℃，以使干燥过程延长至约2-3周。

干燥后，在整个烧成期间进行盘的烧结，烧成时间约10到15 小时，其中在大约1035℃的最高温度保持约20分钟。

下面紧接着借助于一个认为非常合适的实例来描述陶瓷物质的 组分及其混合的方法。

在连续搅拌下，在4.4升的水中加入可减少表面张力的液化剂 和12克有机粘合剂。此后，加入900克第一种硅藻土，200g第二种 预煅烧的硅藻土，460g第三种硅藻土和650g高岭土。经过剧烈搅拌 后，再加入8克氧化银。为了获得整个混合物的均一性，需要进一步 搅拌混合物约15到18小时，直到当混合物的粘度突然下跌约10 到20％而能够倾出时，即混合物变得较稀时为止。当要倾出液体混 合物时，pH值应为大约9。

各组分，特别是液化剂和有机粘合剂可以已溶于水中的形式加 入，从而混合物中水的总量应是约5升。

下表示出了所使用的就组成和颗粒大小而言属不同种类的硅藻 土。硅藻土是一种天然生材料，它是通过地质学过程由kieselalgae演 变而来。此硅藻土可从Manville International Corporation,Denver, USA以“CELITE”商品名获得，该公司提供了相应的组成和细颗粒 分类样。  性质   硅藻土1   硅藻土2  硅藻土3  预煅烧     否     是     否  SiO2O2     85.8     85.8     89.3  Al2O3     3.8     3.8     4.2  Fe2O3     1.2     1.2     1.4  TiO2     0.2     0.2     0.2  CaO     0.5     0.5     0.6  MgO     0.6     0.6     0.6  Na2O和K2O     1.1     1.1     3.5  P2O     0.2     0.2

根据本发明，此盘特别适用于自清洗式过滤装置，这是因为它 们的单块扁平形状，正如欧洲专利中请(92年3月11日申请) 93810843.0中所述的。为了避免重复，参考该专利申请及其全部内 容。根据其中所述的实例，在支架上支撑有两个过滤盘而形成过滤 元件，外部提供给过滤元件不洁净的水，而在内部进行清洗，然后， 洁净的水被排出。许多此类过滤盘互相叠加在一起形成一个具有大 表面积和单位时间内有较大贯流量的大型过滤元件。盘的扁平形状 通过紧固的可调轴上的旋转刷而提高了清洁效果，此可调轴贯通每 个盘的中央开口而突出来。在每次清洗周期中，从盘的上表面刮掉 很薄的一层以恢复新过滤盘的原始特征。通过超声波和其它测量技 术可进行检测，以确定何时盘被刮除至厚度约0.5cm。当这种情况 发生而盘仍在使用时，会存在断裂的危险，应当更换。由于它们的 单块结构，很容易更换盘而不需要被支持和互相密封的复杂的结 构。所以，他们特别适用于在过滤装置中对水进行消毒的很经济的 操作。很小的孔提高了对细菌的安全的机械滞留效果。为了提高口 感质量，可放入活性炭过滤物与过滤器串联运作。也可以在过滤盘 之间的洁净侧提供通用的消毒剂。