CN100400139C - 水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法，属于水处理技术领域，它由重量份为20-30份的纳米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5份的微米级沸石组成，经过原料制备、配料、搅拌、造粒、烘干、焙烧等步骤制造而成，具有成本低，净化效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理介质材料，尤其是一种既能对饮用水进行净化，又能对废水进行处理，使其达到排污标准的、以纳米材料为主要原料制造的水处理用滤料，具体地说是一种水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法。
背景技术
在人类历史的长河中，人类与环境是在一种同生共长的和谐状态下发展的。到了工业革命以后，特别是二战以后，社会进入现代化的发展阶段。这种和谐被彻底打破了，资源被透支利用，对环境有害的各种废水、废气、废渣冲斥地表，造成极度的污染。打破了自然界的平衡，使得很多地区的人们生活在一种对自身健康极为不利的环境中。
在上述各种污染中，尤其水源的污染对人类最为危害，因为水是生命之源。没有了健康的水源，植物的生长、生物的发育、人类自身的饮用及使用，都受到极大的伤害，造成了人类赖以生存的动植物致病、饮用水致病的这一恶果。所以对治理水的污染显得特别重要。
在工业革命之前，自然界是通过怎样的模式自身净化而没有造成污染的呢？研究发现，大地本身就具有很强的净化功能，其中作用最大的就是土壤和植被；在土壤中，一些纳米微孔铝硅酸盐矿物具有很强的吸附(其中包括离子交换)作用。能去除水中的有害元素，对无机物的吸附效果特明显，而植被富含碳质元素，对有机物吸附效果较佳。土壤植被的作用实质就是具有较强吸附性的铝硅酸盐矿物和富含碳质物质的共同作用。
然而，目前，水处理领域中主要应用的滤料有PP棉、RO膜、KDF锌铜合金、活性氧化铝、石英砂等。这些原料不是存在寿命短，就是存在吸附效果较差，或者是使用成本高，对水的浪费较为严重，如RO膜虽然能直接用于饮用水的过滤，但它必须定期进行反冲洗，浪费大量的水。其它的如石项砂只能用于废水的初级过滤，无法直接达到排放标准，必须配以成本很高的辅助设备才能实现废水的处理，因而导致水处理成本过高，一些不法业主为了降低成本，往往将大量废水直接排入江湖河泊中，造成严重的生态问题，其中的一些矿物滤料还由于体积较大，体表面积小影响了吸附效果的发挥。而这些都是由于目前没有好的滤料可供使用造成的，因此开发一种既可用于饮用水净化，又可用于废水处理的新型滤料是解决饮用水安全和废水处理的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有的水处理用滤料存在的或者是效果差、功能单，或者是成本高的问题，发明一种既能用于饮用水处理，又能用于废水净化，且成本低、净化效果好的水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法。
本发明的技术方案之一是：
一种水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它由重量份为20-30份的纳米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5份的微米级沸石组成。其中的高岭土具有较强的粘性，有利于将其余三种成份粘结后制成颗粒状，凹凸棒土主要起支撑作用，使最终的球状颗粒内部具有吸附微孔，硅藻土一方面用于填充凹凸棒土之间的空隙，另一方面其本身也是一种较好的吸附材料，参与到吸附作用中，沸石的主要作用是吸附水中的杂质、微生物和有害物质，它是一种吸附性较强的水处理用材料。
本发明的纳米微晶复合滤料还包括重量份为5～10份的活性炭，以进一步增强本发明的滤料的吸附性，因为活性炭经过多年的实践证明是一种吸附性较高的吸附材料，其缺点是成本相对较高，对最终的烧结成形的要求高。
本发明的纳米微晶复合滤料呈球状颗粒，经烧结钝化后表面分布有与内核相通的大量吸附微孔。
所述的烧结或为真空烧结，或为非真空状态的普通烧结，真空烧结用于含有活性炭的纳米微晶复合滤料，余者为非真空状态的普通烧结。
所述的球状颗粒的粒径不小于1毫米。
本发明的技术方案之二是：
一种水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征是：
第一步，原材料制备，对原材料进行制备，用研磨机或水洗法将高岭土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用；
第二步，配料，将上述原料按高岭土20～30重量份、凹凸棒土10～20份重量份、硅藻土2～5重量份、沸石0～5重量份进行组配，加入10～20重量份水的搅拌均匀，得到造粒原料；
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为3-8毫米的球状半成品颗粒；
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～4小时以去除水份；
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控制炉温在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间得到表面钝化且带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
在进行配料时加入5～10份重量份的活性炭，然后进行前述相同的搅拌、造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间即得到表面钝化且带有大量孔隙的带有活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
本发明的有益效果：
1、本发明充分吸收了高岭土、凹凸棒土、硅藻土及沸石的优点，通过将它们进行合理的加工和配比，发挥各自的特长，取长补短，因而具有十分理相的吸附效果，尤其是在重金属吸附方面其效果好于现有各类吸附材料。
2、本发明的原料成本较低，来源广泛，全部为天然材料制成，本身不会产生对人体和环境有害的影响。
3、根据最终成形颗粒的尺寸大小，本发明既可用于饮用水处理，也可用于废水(包括重金属水和普通废水)处理，使其达到排放标准的规定。当本发明的滤料颗粒的直径约在3～5毫米之间时可用于饮用水的过滤，当本发明的滤料颗粒的直径约在5～8毫米时可用于废水的过滤，尤其是可用于重金属含量较大的废水的处理。此外还可根据实际需要制成直径不小于1毫米的小颗粒或直径大于8毫米的大颗粒。
4、本发明的滤料的最大优点还在于其可通过二次加温焙烧实现滤料的活化，滤料可反复使用，且不会对使用效果产生影响。主体选用了对环境友好的天然材料，循环使用的最终废弃物是一种很好的肥料(特别适合养花种草)，对环境无影响。
5、本发明通过水质净化时的吸附过滤协同作用，滤料中孔经从微米级到纳米级改变，可以滤掉水质中绝大部分细菌和无机污染物。表面富含的Si、Al、Mg和微的Ca、Fe、Zn、Sr溶入水中对人体健康有利，对于加有活性碳(竹碳粉)时，碳粉微粒对各种有机污染物有很强的亲和力。无机有机协同作用达到超级净化水质的效果。
6、水体经本发明的滤料深度处理后，水质状态明显改变，达到国家直饮水标准，还能增加水体中矿物质含量，贴近自然水。长期饮用对人体健康有利。
7、本发明的滤料是对土壤自身净化的仿真再现。土壤中绝大多数的矿物化学性质相对稳定，主要有石英砂和其他碎粒，粘土矿物种类占有相当比例，如高岭土类；蒙脱石类和伊利石类；呈薄片层状结构；多孔状构造，化学稳定性高，具有离子交换和吸收性能。如土壤中含有有机质或腐殖质，其吸附性能更强。这是因为有机质或腐殖质中含有大量炭，对吸附有机类物质有利。
8、本发明还可根据不同水源的水质，开发出相应的具有针对性的滤料，表1本发明的滤料为基础开发的普通型滤料，表2即为利用本发明的滤料为基础开发的特殊型滤料。
表1
| 名称 | 形状 | 粒径(mm) | 功能 |
| 纳米微晶复合滤料(NWL) | 球状 | 3.5-5.5 | 去除水中无机污染物和细菌 |
| 炭质纳米微晶复合滤料(TNWL) | 球状 | 4.5-7 | 去除水中有机和无机污染物、细菌和微生物 |
| 炭球(TG) | 球状 | 5-8 | 去除水中有机污染物及细菌和微生物 |
表2
| 名称 | 形状 | 粒径 | 功能 |
| 除氟型(F)F-NWL | 球状 | ±5 | 去除水中氟(CF)及其他无机污染物和细菌 |
| 除砷型(As)NWL | 球状 | ±5 | 去除水中砷(AS)及其他无机污染物和细菌 |
| 除铁锰(Fe Mn)型Fe.Mn-NWL | 球状 | ±5 | 去除水中铁锰((Fe Mn)及其他无机污染物和细菌 |
9、本发明的纳米微晶滤料的物理特征(表3)
表3
10、经实际测试结果，本发明的纳米微晶复合滤料还具有以下特点：
在矿物组合上接近自然，特别是加入一定比例的活性炭后，与自然原土非常相似。
浸泡试验各种指标符合饮用净水标准，可作净化水质滤料使用。
本发明的滤料还具有较大的隙度，比表面积和碘吸附值，其量是普通石英砂几十倍甚至上百倍，吸附效果好，使用寿命长。即相同的原矿物颗粒相比，其表面也得到了不同程度的增加(凹棒土粒状样比表面积为71.63m2/g)。
本发明的滤料所形成的陶瓷框架结构稳定，吸附饱和后的滤料可重新活化循环使用，一般可使用4～5次，这样可大大节约水处理成本，符合循环经济的方针。
适用性广阔。该滤料除了作为饮用净水的净水材料以外，对于一般的水处理也可作为深度处理的材料使用，是一般砂滤所不及的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
一种水处理用纳米微晶复合滤料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制备；取主要起粘性作用的高岭土200克、起支撑作用的凹凸棒土100克，起吸附和填充作用的硅藻土20克，用研磨机或水洗法将高岭土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹凸棒土，将硅藻土分别加工至200目左右备用；
第二步，配料，将上述原料按高岭土、凹凸棒土、硅藻土进行组配，加入100克的水搅拌均匀，得到造粒原料，其中加入的水的量以保证造粒机能正常造粒为宜，可由操作人员根据实际性情进行适当的增减；
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为1毫米的球状半成品颗粒；
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～4小时以去除水份；
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控制炉温在700℃左右，焙烧时间控制在5小时左右得到表面钝化且带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
实施例二。
本实施例与实施例一的不同之处是在搅拌前加入50克的活性碳(如竹炭)，然后进行前述相同的搅拌、造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在900℃左右，焙烧时间控制在2小时左右即得到表面钝化且带有大量孔隙的带有活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
实施例三。
一种水处理用纳米微晶复合滤料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制备；取主要起粘性作用的高岭土300克、起支撑作用的凹凸棒土200克，起吸附和填充作用的硅藻土50克，沸石50克用研磨机或水洗法将高岭土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用；
第二步，配料，将上述原料按高岭土、凹凸棒土、硅藻土、沸石进行组配，加入200克的水搅拌均匀，得到造粒原料，其中加入的水的量以保证造粒机能正常造粒为宜，可由操作人员根据实际性情进行适当的增减；
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为5毫米的球状半成品颗粒；
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～4小时以去除水份；
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控制炉温在800℃左右，焙烧时间控制在4.5小时左右得到表面钝化且带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
实施例四。
本实施例与实施例一的不同之处是在搅拌前加入100克的活性碳，然后进行前述相同的搅拌、造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在800℃左右，焙烧时间控制在4.5小时左右即得到表面钝化且带有大量孔隙的带有活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
实施例五。
一种水处理用纳米微晶复合滤料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制备；取主要起粘性作用的高岭土250克、起支撑作用的凹凸棒土150克，起吸附和填充作用的硅藻土30克，沸石25克用研磨机或水洗法将高岭土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用；
第二步，配料，将上述原料按高岭土、凹凸棒土、硅藻土、沸石进行组配，加入150克的水搅拌均匀，得到造粒原料，其中加入的水的量以保证造粒机能正常造粒为宜，可由操作人员根据实际性情进行适当的增减；
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为5毫米的球状半成品颗粒；
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～4小时以去除水份；
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控制炉温在850℃左右，焙烧时间控制在3.5小时左右得到表面钝化且带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
在使用过程中如果发现过滤效果下降，可将滤料取出烘干后进行再次焙烧使其恢复活性。
下表1、2是本发明的滤料与常规滤料在饮用水和废水处理方面应用对比结果表。
表1本发明的滤料在自来水处理方面的效果对照表
| 序号 | 滤料名称 | 处理耗时 | 细菌含量 | 大肠杆菌 | 矿物含量 | 废水比 | 性价比 |
| 1 | 本发明 | 短 | 少、无 | 无 | 高 | 无 | 低 |
| 2 | 石英砂 | 短 | 有 | 少 | 低 | 无 | 低 |
| 3 | RO膜 | 长 | 无 | 无 | 无 | 高 | 高 |
| 4 | PP棉 | 长 | 少 | 少 | 低 | 少 | 高 |
| 5 | KDF锌铜合金 | 短 | 少 | 少 | 低 | 无 | 高 |
| 6 | 活性氧化铝 | 短 | 少 | 少 | 低 | 无 | 高 |
表2本发明的滤料在废水处理方面的效果对照表
| 序号 | 滤料名称 | 处理耗时 | 细菌含量 | 大肠杆菌 | 是否达标 | 废水比 | 性价比 |
| 1 | 本发明 | 短 | 少、无 | 无 | 是 | 低 | 高 |
| 2 | 石英砂 | 短 | 有 | 有 | 否 | 低 | 高 |
| 3 | RO膜 | 长 | 无 | 无 | 是 | 高 | 低 |
| 4 | PP棉 | 长 | 少 | 少 | 否 | 较高 | 较低 |
| 5 | KDF锌铜合金 | 短 | 少 | 少 | 是 | 低 | 低 |
| 6 | 活性氧化铝 | 短 | 少 | 少 | 否 | 低 | 低 |
Claims (7)
1.一种水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它由重量份为20-30份的纳米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5份的微米级沸石组成。
2.根据权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它还包括重量份为5-10份的活性炭。
3.根据权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它呈球状颗粒，经烧结钝化后表面分布有与内核相通的大量吸附微孔。
4.根据权利要求2或3所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是所述的烧结或为真空烧结，或为非真空状态的普通烧结，真空烧结用于含有活性炭的纳米微晶复合滤料，余者为非真空状态的普通烧结。
5.根据权利要求3所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是所述的球状颗粒的粒径不小于1毫米。
6.一种权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征是：
第一步，原材料制备，对原材料进行制备，用研磨机或水洗法将高岭土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用；
第二步，配料，将上述原料按高岭土20-30重量份、凹凸棒土10-20份重量份、硅藻土2-5重量份、沸石0-5重量份进行组配，加入10-20重量份水的搅拌均匀，得到造粒原料；
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为3-8毫米的球状半成品颗粒；
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～4小时以去除水份；
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控制炉温在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间得到表面钝化且带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
7.根据权利要求6所述的水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征是在进行配料时加入5-10份重量份的活性炭，然后进行前述相同的搅拌、造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间即得到表面钝化且带有大量孔隙的带有活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
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Effective date of registration: 20201111 Address after: No.39, Jiaoxi Laoxin street, Zhenglu Town, Tianning District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Cheng Yaqin Address before: 213000 Jiangsu Changzhou Songtao Tower Road Development Zone No. 60 Patentee before: JIANGSU ZHENGBEN WATER PURIFICATION & SAVING TECHNOLOGY INDUSTRIAL Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220419 Address after: 239000 Room 302, floor 3, building 1, Kechuang accelerator, Kechuang Industrial Park, Chuzhou higher education science and technology innovation city, 1500 Hongwu East Road, Nanqiao District, Chuzhou City, Anhui Province Patentee after: Chuzhou Fangzhou medical laboratory Co.,Ltd. Address before: 213111 No. 39, Jiaoxi Laoxin street, Zhenglu Town, Tianning District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Cheng Yaqin |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Nano microcrystalline composite filter material for water treatment and its manufacturing method Effective date of registration: 20220518 Granted publication date: 20080709 Pledgee: Chuzhou Puhui Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Chuzhou Fangzhou medical laboratory Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005704 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |