一种组装式磁性滤芯与磁性过滤装置的制作方法

1.本发明属于磁性过滤技术领域，尤其涉及一种组装式磁性滤芯与磁性过滤装置。


背景技术：

2.磁性过滤装置包括外加磁场单元与磁性过滤芯，使用时磁性过滤芯置于磁场中，液体通过磁性过滤芯，在磁场作用下液体中的磁性颗粒可被吸附在磁性过滤芯上实现液体中磁性颗粒的过滤吸附。目前，市场上已有的磁性分离过滤装置有很多种类，其中的核心过滤器件一般为磁铁棒体或电磁式棒体，这种磁性过滤装置仅能针对铁屑铁锈等较大尺寸的磁性颗粒，但是对于更小尺寸的磁性颗粒乃至纳米级磁性颗粒过滤却束手无策。
3.申请号cn202110360270.3的专利公开一种用于去除水中重金属的滤芯，由软磁材料构成，为两端开口的空心结构。使用时，将过滤芯置于磁场中，在磁场作用下过滤芯能够吸附磁性纳米颗粒；封闭过滤芯出口端，在水中加入磁性纳米颗粒使磁性纳米颗粒吸附水中的重金属离子后自过滤芯的进口端注入其空心结构中，磁性纳米颗粒被过滤芯吸附，从而重金属离子被吸附，水从孔中流出。但是，该过滤芯表面积有限，捕获磁性纳米颗粒的效率较低；并且，该过滤芯呈一体结构，当局部发生损伤时产生的裂纹、内应力等易发生扩散而影响其他未受到损伤部位；另外，即使裂纹、内应力等未扩散，当发生损坏的部位需要更换时，由于是一体式结构，仍然必须将过滤芯从过滤装置中取出进行整体更换，因此成本高并且操作复杂。


技术实现要素：

4.针对上述技术现状，本发明提供一种磁性过滤芯，具有过滤效果好，可更换局部材料，使用方便灵活的优点。
5.本发明提供的技术方案为：一种组装式磁性过滤芯，由若干磁性材料构成的过滤片组构成，各过滤片安装在载体支架上，形成层叠结构；每个过滤片设置若干孔洞，每个孔洞自该过滤片在厚度方向的一侧表面穿透至另一侧表面；
6.使用时，将所述磁性过滤芯置于磁场中；待过滤液体经过该过滤芯，液体自位于过滤芯一侧的过滤片的孔洞流入，依次经过各过滤片的孔洞后，自位于过滤芯另一侧过滤片的孔洞流出。
7.所述过滤片数目不限，优选为2
‑
500片。
8.作为优选，各过滤片组呈平行排列。
9.作为一种实现方式，在层叠方向各过滤片之间存在间距。考虑到支撑强度，作为另一种实现方式，所述过滤片分为若干组，每组由两个以上过滤片组成，每组中各过滤片在层叠方向无间距，即紧密层叠，并且每组中存在若干通道，所述通道自该组中最上层过滤片的孔洞穿透至最下层过滤片的孔洞，各组之间在层叠方向存在间距。作为优选，组数为2
‑
30，进一步优选为5
‑
20。
10.各过滤片的厚度不限，可以相同，也可以不相同。为了降低更换成本，便于拆卸替
换，优选各过滤片厚度相同。
11.各过滤片的形状不限，可以是各过滤片的形状相同，也可以不相同。为了降低更换成本，便于拆卸替换，优选同一组中的过滤片形状相同，更优选为各过滤片形状相同。
12.所述孔洞的形状不限，可以是规则形状，也可以是不规则形状。
13.孔径不限。作为优选，沿液体流向，每个过滤片中的最小孔径逐渐减小。作为进一步优选，每个过滤片中的孔洞结构相同，孔径相同。
14.作为优选，所述孔洞的孔径在10μm
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500mm之间，优选100μm
‑
100mm，更优选300μm
‑
10mm。
15.所述过滤片为磁性材料，可以是软磁材料、永磁材料等磁性材料，优选软磁材料，更优选软磁铁氧体材料。
16.各过滤片与支架的安装方法不限，可以是卡扣、粘结、插拔、吸附等，优选为更换方便的安装方式。
17.所述过滤片的制备方法不限，包括挤出成型、注塑成型、模压成型、3d打印成型等，优选3d打印成型。
18.为了提高过滤效率，作为优选，液体流向与过滤片呈一定夹角，优选为垂直。
19.所述过滤芯的尺寸和形状不限，优选与载体支架结构相适应。
20.所述支架的材料不限，可以是pvc、pe、tpe等高分子材料，也可以是金属磁性材料，优选承载能力、抗冲击性及减震性能突出的材料构成。
21.所述过滤片在支架中的安装方式不限，可以是固定安装，也可以是可拆卸式安装。
22.本发明在过滤含磁性颗粒的液体时，采用多个带孔洞的磁性过滤片层叠排列，在载体支架的作用下形成具有一定支撑强度的滤芯，自位于过滤芯一侧的过滤片的孔洞流入，依次经过各过滤片组的孔洞后，自位于过滤芯另一侧的过滤片的孔洞流出。在磁场作用下，磁性颗粒被吸附在过滤片上，从而实现过滤去除液体中磁性颗粒的目的。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
23.(1)过滤芯呈多层结构，一方面大大增加了液体与过滤片的接触面积，提高了过滤效率，另一方面液体逐层被过滤，大大提高了过滤效果，经多层过滤后磁性粒子的去除率提高。
24.(2)作为优选，沿液体流向，过滤片中的最小孔径逐渐减小，有助于磁性颗粒逐渐被吸附在孔洞中，有效避免了磁性颗粒堆积在先流经的孔洞结构造成堵塞而无法进入后续过滤片的问题，进一步提高了高效过滤、保证了过滤质量。
25.(3)优选通过若干过滤片形成过滤片组，能够提高过滤芯结构牢固性，抗冲击力强度，有利于提高过滤芯的使用寿命。
26.(4)采用多个过滤片组组装形式搭载在载体支架上形成过滤芯，一方面，与现有技术中的一体式的过滤芯相比，过滤片结构简单，易制作，因此可降低制备难度，降低成本；另一方面，由于各过滤片之间彼此独立地组装在支架上，当局部发生损伤时产生的裂纹、内应力等不会扩散至其他过滤片，因此极大程度降低了滤芯的损坏面积，并且只需更换受损伤过滤片组即可，降低了维修、更换、生产成本；另外，更换过滤片组时只需进行取出旧过滤片组、组装新过滤片组，因此更换操作简单方便。
27.(5)本发明的过滤芯对磁性颗粒的过滤吸附性腔，可以过滤微米级的磁性颗粒，也
可以过滤纳米级磁性颗粒，还可以过滤10μm以下磁性颗粒，甚至可以过滤1μm以下磁性颗粒。在进行实际过滤分离处理时，可根据实际流量和流速适当进行串联或并联多个本发明的过滤芯。
28.(6)过滤结束后，只需去除外加磁场，用与过滤芯使用时液体流相反方向进行清水冲洗，即可完成滤芯清洗，实现高效清洗，循环利用。
29.本发明还提供一种包含上述过滤芯的磁性过滤装置，包括缓冲池、磁铁、磁场产生单元以及本发明的过滤芯；
30.缓冲池底部连通管道一端，管道另一端连通所述过滤芯；
31.磁铁设置在缓冲池底部，用于粗吸附缓冲池中的磁性颗粒；
32.磁场产生单元用于提供磁场，所述过滤芯位于该磁场中；
33.使用时，待过滤液体缓存在缓冲池中，通过管道流入过滤芯，储存的液体中的磁性颗粒被缓冲池底部的磁铁进行粗吸附而吸附在板材上；液体流入过滤芯后，自位于过滤芯一侧的过滤片的孔洞流入，依次经过各过滤片组的孔洞后，自位于过滤芯另一侧的过滤片的孔洞流出，在磁场作用下，磁性颗粒被过滤片吸附。
34.所述缓冲池横截面面积与深度比为1
‑
300，进一步优选为20
‑
100，更优选为20
‑
50。横截面面积较大、深度较浅，一方面可以降低液体进入滤芯的流速，增加磁性颗粒与滤芯接触时间，减缓滤芯压强；另一方面，由于缓冲池深度浅，其底部的磁性颗粒也可以被缓冲池底部的磁铁进行粗吸附。
35.作为优选，所述缓冲池底部由板材构成，该板材可拆卸，当磁性颗粒被吸附在板材上，可取下板材收集磁性颗粒。作为一种实现方式，所述板材中，在连通管道的位置设置孔洞，用于连通管道。所述板材不限，可以是pvc、pe、pp、ptfe等高分子材料或陶瓷材料，优选耐腐蚀、抗冲击的ptfe材料。作为进一步优选，所述吸附板表面设置凹槽，用于存储粗吸附的磁性颗粒。
36.所述吸附板的厚度优选为1mm
‑
30cm，进一步优选为1mm
‑
10cm，更优选为1mm
‑
5cm。
37.所述磁铁为一般磁体，优选高牌号的钕铁硼磁铁。
38.所述磁铁与吸附板之间连接方式不限，优选可拆卸式。
39.作为优选，所述开口管道通过第一转换头与所述过滤芯的一侧连通，转换头用于适配开口管道口径与过滤芯的一侧尺寸。
40.作为优选，所述过滤芯的另一侧通过转换头与管道连通，液体自过滤芯另一侧过滤片的孔洞流出后，通过转换头自管道流出，所述第二转换头用于适配过滤芯的另一侧尺寸与管道口径。
41.所述转换头材料不限，可以是pvc、pe、tpe等高分子材料，也可以是金属材料，优选承载能力、抗冲击性及减震性能突出的材料构成。
42.在进行实际过滤分离处理时，根据实际水流量和流速，可以适当进行串联或并联多个本过滤装置或组装式磁性滤芯。
43.作为其中一种应用形式，该磁性过滤装置可用于水中重金属离子的过滤去除，使用时在水中加入磁性纳米颗粒，磁性纳米颗粒吸附水中的重金属离子，然后使水流流入缓冲池缓存，磁性颗粒被缓冲池底部的磁铁进行粗吸附而吸附在板材上，水流经管道流入所述过滤芯，在磁场作用下磁性纳米颗粒被过滤片吸附，从而使重金属被吸附过滤。
44.作为一种实现方式，所述磁场产生单元形式不限，可以为电磁式，可以为永磁体。优选永磁体，更优选为高牌号永磁体，例如高牌号钕铁硼永磁体。
附图说明
45.图1为本发明实施例1提供的磁性过滤芯的结构示意图。
46.图2为本发明实施例1提供的磁性过滤装置结构示意图。
47.图1
‑
2中的附图标记为：1过滤芯；12过滤片；13孔洞；2磁场产生单元；3支架；41第一转换头；42第二转换头；5磁铁；6吸附板；61吸附板凹槽；7缓冲池；81第一管道；82第二管道。
具体实施方式
48.本发明提到的方向或位置等指示性词汇，如“外”、“上”、“下”等，以及形容词，如“短”、“薄”等，均为本发明过滤装置的相对方向或位置或形容描述，相关指示性词汇或同义词的替换，也视为本发明的保护范围。
49.此外，下面结合实施例与附图对本发明进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，对本专利不起任何限定作用。
50.如图1所示，组装式磁性过滤芯1由支架3与若干软磁铁氧体材料构成的过滤片12组成。各过滤片12安装在支架3上形成层叠结构；每个过滤片12设置若干孔洞13，每个孔洞13自该过滤片在厚度方向的一侧表面穿透至另一侧表面。
51.本实施例中，支架材料选用耐腐蚀高分子材料。各过滤片的形状相同，呈圆形，直径相同，厚度相同，为2mm。各过滤片的孔洞均为圆形孔洞，并且孔径相同，为500μm。各过滤片选择插拔方式安装在支架上。
52.本实施例中，各过滤片呈平行排列，在层叠方向过滤片之间存在间距，组装后支架与各过滤片形成圆柱状结构。
53.本实施中，过滤片数目为50片。
54.本实施中，选用3d打印成型制备各过滤片，具体如下：
55.(1)将平均粒径约2μm的铁氧体粉均匀分散到含有粘合剂pva、增塑剂peg、以及少量分散剂eco
‑
2100的预混液中配制成稳定的浆料；
56.(2)将混合好的浆料进行3d打印，得到过滤片坯体。
57.(3)过滤片坯体进行干燥处理后，在1300℃的炉子中进行高温烧结处理，得到高致密度的铁氧体过滤片。
58.本实施例中，该过滤芯用于磁性过滤装置中。如图2所示，磁性过滤装置包括缓冲池7、磁铁5和该过滤芯1。缓冲池7连通第一管道81的一端，第一管道81的另一端连通该过滤芯1。缓冲池7底部由板材6构成，该板材6可拆卸。板材6中，在连通第一管道81的位置设置孔洞，用于连通第一管道81。板材6的底部设置磁铁5。过滤芯1的外围设置磁场产生单元2，用于提供磁场，过滤芯1位于该磁场中。
59.本实施例中，板材6表面设置凹槽61，用于存储粗吸附的磁性颗粒。
60.本实施例中，磁场产生单元2为高牌号钕铁硼磁体。
61.本实施例中，第一管道81通过第一转换头41与过滤芯1的一侧连通，第一转换头41
用于适配第一管道81的口径与过滤芯1的一侧尺寸。过滤芯1的另一侧通过第二转换头42与第二管道82连通，第二转换头82用于适配过滤芯1的另一侧尺寸与第二管道口径。
62.本实施例中，缓冲池的表面积与深度比为50；板材6为耐腐蚀的ptfe材料，厚度为5cm。
63.本实施例中，过滤片12分为5组，每组由10片过滤片组成，每组中各过滤片在层叠方向无间距，即紧密层叠，并且每组中存在若干通道，所述通道自该组中最上层过滤片的孔洞穿透至最下层过滤片的孔洞，各组之间在层叠方向存在间距。
64.使用时，待过滤液体缓存在缓冲池7中，通过第一管道81流入过滤芯1，储存的液体中的磁性颗粒被缓冲池底部的磁铁进行粗吸附而吸附存储在板材6的凹槽61中；液体流入过滤芯1后，自位于过滤芯一侧的过滤片的孔洞流入，依次经过各过滤片组的孔洞后，自位于过滤芯另一侧的过滤片的孔洞流出，在磁场作用下，磁性纳米颗粒被过滤片吸附，然后通过第二转换头42自第二管道82流出。
65.实施例2：
66.本实施例中，磁性过滤装置与实施例1基本相同，所不同的是过滤芯中过滤片组数目为4，每组中过滤片数为5片，共计20片。
67.实施例3：
68.本实施例中，磁性过滤装置与实施例1基本相同，所不同的是自液体最先流经的过滤片组至最后流经的过滤片组方向，各过滤片组中的孔径逐渐减小，最先流过的过滤片组孔径为1mm，最后流过的过滤片组的孔径为300μm。
69.实施例4：
70.本实施例中，磁性过滤装置与实施例3基本相同，所不同的是过滤片组数目为6，每组中过滤片数为5片，共计30片。
71.利用上述实施例1
‑
4中的磁性过滤装置过滤含磁性颗粒的污水。污水来自某污水处理厂提供的重金属离子污水样品，每次实验使用污水量为100ml。
72.上述实施例实验中，具体操作步骤均相同，不同之处仅在于滤芯。操作步骤如下：在过滤装置中，
73.处理方法为：将修饰过的磁性纳米与污水一起混合搅拌，然后倒入实施例1
‑
4中过滤装置的缓冲池，再流经滤芯，将处理后的污水进行icp测试。
74.icp检测结果可以反映溶液中某些元素或离子的浓度，若icp数值高，证明滤芯的捕获效果差；若icp数值降低，证明滤芯对重金属离子有过滤效果，数值降低的程度越大，则证明滤芯过滤效果越好。
75.icp检测结果(mg/l)如下：
76.样品crnifecuzn六价铬污水0.61.03.220.20.9实施例10.10.20.40.7<0.050.5实施例20.10.10.30.6<0.050.1实施例3<0.05<0.050.20.4<0.05<0.05实施例4<0.05<0.05<0.050.3<0.05<0.05
77.根据icp检测结果可以看到，本发明的过滤装置及磁性滤芯有很好的重金属离子
去除效果。其中，改变滤芯结构的片数和每片上孔径的尺寸均可以影响重金属离子的去除率。一方面增加滤芯的片数，即增加了滤芯与磁性颗粒的接触面积，可以提高滤芯对磁性颗粒的捕获率。另一方面，多片结构上孔径是变化的，孔径的尺寸随溶液流经的方向是减小的，孔径先大后小的多片结构相比于孔径没有变化的多片结构，在捕获磁性颗粒时，捕获效果更好。
78.实验结束后，将过两端转换头取下，去除外加磁场，用与过滤时水流方向相反的方向进行清水冲洗，即可把滤芯捕获的磁性颗粒冲洗下来。
79.以上实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，上述实施例仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。