KDF on kupari-sinkkiseos. Se ei ole kemiallinen käsittelyaine eikä huokoinen materiaali, kuten aktiivihiili, vaan rakeinen metalliseos.
Sitä valmistetaan sulattamalla ja rakeistamalla: kupari ja sinkki sulatetaan ensin yhteen, jolloin muodostuu seos, josta valmistetaan sitten rakeita. Suodatinpatruunoiden sisällä näkyvät kultaiset rakeet ovat KDF:ää.
Vedessä KDF tuottaa galvaanisen reaktion poistaakseen jäännöskloorin ja raskasmetallit. Kaksi asiaa on kuitenkin tehtävä selväksi: sen tehokkuus riippuu useista tekijöistä ja se on suhteellisen kallis. Nämä kaksi näkökohtaa tarkoittavat, että se ei ole ensimmäinen valinta jokaisessa sovelluksessa.
Lajien ja koostumuksen osalta KDF luokitellaan eri laatuihin sen kupari-sinkkisuhteen mukaan. Esimerkiksi KDF85 koostuu 85 % kuparista ja 15 % sinkistä. Erilaiset suhteet antavat materiaalille erilaisia ominaisuuksia ja tekevät siitä sopivan erilaisiin käyttötarkoituksiin.
2. Kuinka KDF valmistetaan?
Perusvalmistusprosessi on yksinkertainen ja koostuu kahdesta päävaiheesta:
Vaihe 1: Sulaminen
Puhdas kupari ja puhdas sinkki sulatetaan yhteen kupari-sinkkiseokseksi.
Vaihe 2: Rakeistus
Sula seos käsitellään sitten rakeistusmenetelmällä kupari-sinkkiseosrakeiden valmistamiseksi, joita näemme valmiissa materiaalissa.
Toisin sanoen KDF:n laatu riippuu kahdesta asiasta alusta alkaen: käytetäänkö puhdasta kuparia ja sinkkiä ja onko niiden suhteet hallittu tarkasti. Suhde määrää arvosanan – ja lopulta sen, mitä materiaali pystyy.
3. Kuinka KDF toimii: "Galvaaninen kenno" vedessä
Tämä on KDF:n tärkein näkökohta, ja myös se, joka on useimmiten saatu kuulostamaan salaperäisemmältä kuin se todellisuudessa on. Itse asiassa se toimii samalla periaatteella kuin toisen asteen fysiikassa opetetut galvaaniset kennot.
Prosessi voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:
Muodostuu kaksi elektrodia. Kupari ja sinkki voivat aiheuttaa galvaanisen reaktion vedessä. Tämän prosessin aikana muodostuu kaksi elektrodia, aivan kuten akussa: kuparielektrodi ja sinkkielektrodi, jotka toimivat katodina ja anodina.
Sinkki menettää elektroneja anodilla. Sinkki liukenee vähitellen: metallisinkistä, jonka hapetusaste on nolla, tulee sinkki-ioneja, joiden varaus on +2 (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻), jolloin prosessissa vapautuu elektroneja.
Elektronit virtaavat kohti kuparielektrodia. Vapautuneet elektronit siirtyvät kuparielektrodille tuottaen sähkövirran.
Vapaita elektroneja syntyy jatkuvasti. Niin kauan kuin reaktio jatkuu, vapaita elektroneja syntyy jatkuvasti.
Vapaat elektronit poistavat voimakkaasti hapettavia aineita. Nämä vapaat elektronit voivat poistaa vedestä voimakkaasti hapettavia aineita, kuten jäännösklooria. Jäännöskloori pelkistetään ja poistetaan siten vedestä.
Raskasmetallit pelkistyvät ja kerrostuvat kuparielektrodille. Tietyt vedessä olevat raskasmetalli-ionit saavat elektroneja kuparielektrodilla, pelkistyvät ja muodostavat kerrostumia, jolloin ne poistuvat vedestä. Tämä prosessi on erityisen voimakas, kun vedellä on tietty sähkönjohtavuus.
Yksi keskeinen ehto on korostettava: sekä KDF:n poistamien raskasmetallien määrä että sen poistotehokkuus ovat suoraan verrannollisia alkupitoisuuteen ja veden virtausnopeuteen. Toisin sanoen, jotta KDF toimisi tehokkaasti, alkupitoisuuden on oltava pienempi ja virtausnopeuden hitaampi. Mitä perusteellisemmin vesi tulee kosketukseen suodatinaineen kanssa, sitä täydellisemmin reaktio voi edetä.
4. KDF:n suorituskykyyn vaikuttavat tekijät
Tekijävaikutus
Vedenjohtavuus Galvaaninen reaktio vaatii tietyn tason sähkönjohtavuutta. Jos johtavuus on riittämätön, reaktio ei voi edetä tehokkaasti.
Alkukonsentraatio Mitä pienempi alkupitoisuus, sitä helpommin voidaan poistaa.
Veden virtausnopeus Hitaampi virtausnopeus mahdollistaa pidemmän kosketusajan ja perusteellisemman poiston. Jos virtaus on liian nopea, aika ei riitä reaktiolle.
Suodatinmateriaalin määrä Suurempi määrä suodatinmateriaalia lisää käsittelykapasiteettia ja kykyä ylläpitää suorituskykyä.
Kuten taulukko osoittaa, KDF ei ole suodatinväline, joka "toimii automaattisesti, kun se on asennettu". Sen suorituskyky riippuu suuresti käyttöolosuhteista. Tästä syystä sen tehokkuus vaihtelee huomattavasti todellisten tuotteiden välillä.
Valmistajan näkökulmasta arviomme KDF:stä on kohtuullisen mitattu.
Toisaalta sen hinta on todella korkea.
Se käyttää raaka-aineina puhdasta kuparia ja puhdasta sinkkiä ja vaatii useita prosessointivaiheita, mukaan lukien sulatus ja rakeistus. Materiaalit tai valmistusprosessit eivät ole halpoja, mikä vaikuttaa suoraan sen suhteellisen korkeaan hintaan.
Toisaalta sen todellinen suorituskyky on epävarma.
Kuten aiemmin mainittiin, KDF:n kyky poistaa klooria ja raskasmetalleja riippuu tekijöistä, kuten veden johtavuudesta, alkupitoisuudesta, virtausnopeudesta ja käytetyn väliaineen määrästä. Epäihanteellisissa olosuhteissa se ei ehkä tuota odotettua suorituskykyä, vaikka kustannukset olisivat jo aiheutuneet.
Kaiken kaikkiaan emme siksi pidä KDF:ää erityisen kustannustehokkaana valmistajan näkökulmasta.
Ollakseni rehellinen, KDF:llä on myös vaikeasti korvattavia etuja: se pystyy poistamaan sekä klooria että raskasmetallia, ja se kestää suhteellisen korkeita lämpötiloja. Siksi sillä on edelleen arvoa tietyissä erityissovelluksissa. Kun valitsemme materiaaleja ja määritämme niiden osuudet tuotteessa, meidän on kuitenkin oltava selvillä siitä, tuottaako KDF:ään käytetty raha todella vastaavan suorituskyvyn.
6. Yhteenveto
KDF on kupari-sinkkiseos, joka valmistetaan sulattamalla ja rakeistamalla ja jota käytetään rakeisena metalliseossuodattimena.
Se luokitellaan eri luokkiin sen kupari-sinkki-suhteen mukaan. Esimerkiksi KDF85 = 85 % kuparia + 15 % sinkkiä.
Vedessä KDF toimii galvaanisen reaktion kautta: sinkki toimii anodina, joka menettää elektroneja ja muuttuu sinkki-ioneiksi, joiden varaus on +2. Elektronit virtaavat kuparielektrodille tuottaen virran. Syntyvät vapaat elektronit poistavat voimakkaasti hapettavia aineita, kuten jäännösklooria, kun taas raskasmetalli-ionit pelkistyvät ja kerrostuvat kuparielektrodille.
Sen tehokkuus riippuu useista tekijöistä, kuten veden johtavuudesta, alkupitoisuudesta, virtausnopeudesta ja käytetyn väliaineen määrästä. Alhaisempi alkupitoisuus ja hitaampi virtausnopeus mahdollistavat sen toiminnan tehokkaammin.
Koska raaka-aineet ja käsittely ovat kalliita ja suorituskykyä rajoittavat käyttöolosuhteet, KDF ei ole erityisen kustannustehokas valmistajan näkökulmasta.
