CN100506346C

CN100506346C - 用于去除水中臭氧消毒副产物的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯

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Publication number: CN100506346C
Application number: CNB2007101284462A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪; 栾云堂
Original assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Current assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN101138688A

Abstract

一种过滤介质的制备方法，包括将100～300重量份的超高分子量聚乙烯、50～200重量份的活性炭、10～100重量份的改性沸石粉以及10～50重量份的发孔剂，混合，压制，然后在150～400℃温度下烧结，冷却。用上述方法制备的过滤介质或滤芯，可用来去除水中臭氧消毒副产物，其特点是高效、无二次污染，使用方便、成本低廉。采用本发明净化后的水质经检测，臭氧消毒副产物的去除效率达95%以上。

Description

用于去除水中臭氧消毒副产物的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯

技术领域

本发明涉及一种过滤介质及其制备方法，还涉及由该过滤介质构成的滤芯，还涉及一种采用本发明的过滤介质或滤芯去除水中臭氧消毒副产物的方法。

背景技术

臭氧(O₃)消毒是一种新型的饮水净化消毒工艺，对这方面的研究引起了广泛关注。如公开号为CN1483331A的中国发明专利公开了一种臭氧消毒机，设计在同一机壳内闭路条件下，采用加压剪切、射流、管道接触和喷淋等综合气液接触方式，向4～5升水内反复施加臭氧并使水循环，使得在15～20分钟时间内完成14～16毫克/升水的投放量，臭氧每分钟溶入量不低于1毫克/升水，以循环水为臭氧载体，在综合气液接触过程中，完成对食品或其它物品高效彻底消毒的过程。尾气排放实行高温管道处理，使尾气中所含臭氧分解成氧气，随其它气体排出机外。

又如，公开号为CN1443140A的中国发明专利提供了一种臭氧消毒方法，包括用含臭氧的气体(例如空气)处理液体(例如水)的方法包括：使空气通过电晕放电臭氧发生器，产生含臭氧的空气，然后将含臭氧的空气引入到液体中；使空气流过臭氧发生器，并周期性改变由臭氧发生器产生的臭氧浓度，改变的方法是，周期性去激励臭氧发生器，或者改变通过臭氧发生器的空气流量。

目前多数人认为，在饮水的净化消毒过程中，加入臭氧和加入氯制剂相比，不产生氯酚臭味，出水的浊度、色度更低，有机物总量更少，挥发性三卤甲烷(THMs)的生成量极微小，化学诱变物的细菌检测试验(Ames法)检测为阴性等。

但是，另一方面，臭氧在氧化饮水中，使无机有毒物质变为无毒物质的同时，也可以强氧化其他物质，使饮水中产生新的其它毒副产物，却少有人知。臭氧在水中产生羟自由基·OH，而羟自由基·OH对机体的DNA链、蛋白质等都会产生损伤，还可使含有溴离子Br^-的饮水中产生对人体健康有害的次溴酸盐和溴酸盐；更为严重的是，产生短链饱和的强氧化有机质副产物酮、醛等。乙醛、乙二醛、丙酮醛等经毒理学研究证实，是具有“致癌”、“致畸”、“致突变”的三致特性物质。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种使用方便、无二次污染、高效率的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯。本发明还提供了一种采用上述的过滤介质或滤芯去除水中臭氧消毒副产物的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种过滤介质的制备方法，包括将100～300重量份的超高分子量聚乙烯、50～200重量份的活性炭、10～100重量份的改性沸石粉以及10～50重量份的发孔剂，混合，在模具中压制，然后在150～400℃温度下烧结，冷却。作为优选，烧结温度为180～280℃，烧结时间不少于60分钟，更优选90～240分钟。

对于混合步骤，可以认为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器都是适用的，比如具有钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等，混合过程中控制旋转部件(如搅拌轴)的转速，转速过快会将粒径较细、比重较轻的粉体扬起，从而恶化工作环境、影响产品的组成。具体的转速要视混合器的类型而定，但以避免扬起粉尘为宜。

混合后的粉体填装入所希望的形状的模具中，通过加压将其压实，压力一般不大于2兆帕，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铝、铸铁、钢或任何适当的能承受相应压力、能承受住400℃以上温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油、铝箔或任何其他的几乎不会吸附到过滤介质上的市售脱模剂。

天然沸石是含水多孔硅酸盐的总称，其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价铝离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属或碱土金属等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。

天然沸石可以通过酸处理加工工艺进行改性处理：将天然沸石粉碎至5～80目，用浓度为4～10wt％的盐酸或硫酸浸渍处理10～20小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤，在水煮30～60分钟；将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。

还可以通过煅烧工艺，将天然沸石焙烧到温度足够高时，用水骤冷，然后干燥、粉碎得到改性沸石粉。

此外，天然沸石还可以改性成为Na型沸石、H型沸石、P型沸石、NH₄型沸石或八面沸石等。

如，将3克10～20目的沸石矿放入NaOH浸液中，在95±5℃下加热70小时，即获得P型沸石粉。

又如，将天然沸石用稀无机酸处理，可以是盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸，使氢离子交换率至少在20％以上，成型后在90～110℃干燥，最后以350～600℃温度加热活化，即成H型沸石。

再如，将沸石用过量的钠盐处理，如氯化钠，硫酸钠，硝酸钠等，使Na⁺的交换率至少在75％以上，成型后在90～110℃干燥，最后以350～600℃温度加热活化，即成Na型沸石。

沸石经改性处理后，可去除矿物中所含的杂质和可溶物，在矿物结构中刻蚀出丰富的孔隙和孔腔，增大其接触面积，从而提高沸石的吸附、离子交换等性质。作为优选，改性沸石粉的粒径为44～74微米。

活性炭是一种多孔性炭吸附剂，它具有如蜂窝状丰富的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。

活性炭可以高效吸附饮水中的有机物、重金属、异色异味，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药监标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好，对颜色和气味的吸附尤佳。选用医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。作为优选，活性炭选用粒径为38～250微米的医用活性炭。

改性沸石粉和活性炭的吸附能力还与其粒径有很大关系，粒径过大，会使颗粒的接触面积减小，而粒径过小过细，会影响过滤介质的烧结效果及吸附、过滤效果，细小颗粒会阻塞孔隙和孔道。

一般定义150万～700万的聚乙烯为超高分子量聚乙烯，本发明优选250～400万的超高分子量聚乙烯，优选粒径为89～420微米。

与低分子量聚乙烯相比，一个显著特征是超高分子量聚乙烯具有强大的静电吸附作用，可吸附微过滤不能够拦阻的细微、超细微颗粒。超高分子量聚乙烯可从国内生产厂家得到，如北京东方石油化工有限公司助剂二厂可提供M-I(分子量为150±50万)、M-II(分子量为250±50万)、M-III(分子量为350±50万)、M-IV(分子量大于400万)等规格的产品。

活性炭与超高分子量聚乙烯混合使用会产生协同效应，其过滤、吸附效果会更加显著。

在本发明中，超高分子量聚乙烯还起到粘结和形成过滤介质骨架、孔腔的作用。

本发明还优选了偶氮二甲酰胺、草酸或食品级碳酸氢铵作为发孔剂。

为了保证过滤介质的过滤效果，同时得到合理的出水流量，需要对发孔剂的用量以及粉体的粒径进行优化。

相应于各地的水质不同，发孔剂的添加量也不同。一般来讲，南方的水质有机物较多，就要求过滤介质的孔径也要相应大一些，孔隙率高一些，添加的发孔剂的量也要多一些。

发孔剂的用量与过滤方式也有关系。如无压力的过滤或重力式过滤，过滤的动力较小，就需要用孔隙率高的过滤介质，而压力过滤，比如，3～5公斤力/平方厘米的情况下，可以选用孔隙率较小的过滤介质，相应的，粉体的粒径可以小一些，发孔剂的用量也用的少一些。

本发明还提供了以下技术方案：用上述的方法制备过滤介质，此过滤介质用于制成滤芯；过滤介质和滤芯可用于去除水中臭氧消毒副产物。

将制成的滤芯置于不锈钢壳体中，使含有微克/升的量级的次溴酸钠、溴酸钠、乙醛、乙二醛、丙酮醛的水经过滤芯过滤，然后用液相色谱法进行检测，结果表明，滤芯对上述5种物质的过滤率可达95％以上。此外，根据公开号为CN1412553A的发明专利所公开的羟自由基的检测方法，对羟自由基的过滤效果进行了检测，效果良好。

相对于现有技术，本发明的优点在于制备的过滤介质及滤芯除了可以净化水质外，还实现了无二次污染、高效率地去除臭氧消毒副产物。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的技术特征与内容，下面结合实施例对滤芯的制备进行详细说明。

为了更清楚的描述本发明，在本说明书中采用了目数(Mesh)的单位。目数是指每平方英时筛网上的孔的数目，除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径越小。本发明参照如下的目数与粒度的数据对照表(表1)。

表1 粒径单位：μm(微米)

目数	粒径μm	目数	粒径μm	目数	粒径μm	目数	粒径μm
目数	粒径μm	目数	粒径μm	目数	粒径μm	目数	粒径μm	25	710	50	297	140	104	325	44
30	590	60	250	170	89	400	38	25	710	50	297	140	104	325	44
30	590	60	250	170	89	400	38	35	500	80	178	200	74	460	30
40	420	100	150	230	61	540	26	35	500	80	178	200	74	460	30
40	420	100	150	230	61	540	26	45	350	120	124	270	53	650	21

实施例1

称取粒度为230～325目(可以通过230目的筛孔但不可以通过325目的筛孔，以下相同)的医用活性炭70克，分子量为400万的超高分子量聚乙烯170克，粒度为230～325目的酸处理的斜发沸石粉50克，食品级碳酸氢铵20克，放入机械搅拌器中搅拌120分钟后，取出部分装填入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在180℃温度下烧结240分钟后，冷却至40℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例2

称取粒度为200～270目的医用活性炭90克，分子量为400万为100～140目的超高分子量聚乙烯180克，粒度为200～270目的Na型沸石粉40克，草酸20克，放入机械搅拌器中搅拌100分钟后，取出部分装填入管状模具中，在0.8MPa液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟后，冷却至45℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例3

称取粒度为230～325目的医用活性炭220克，分子量为400万的超高分子量聚乙烯180克，粒度为230～325目的H型沸石粉30克，偶氮二甲酰胺20克，放入机械搅拌器中搅拌60分钟后，取出部分装填入管状模具中，在1.2MPa液压压力下压制，在280℃温度下烧结90分钟后，冷却至45℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例4

称取粒度为230～270目的医用活性炭50克，分子量为400万的超高分子量聚乙烯250克，粒度为230～270目的P型沸石粉70克，食品级碳酸氢铵20克，放入机械搅拌器中搅拌120分钟后，取出部分装填入管状模具中，在0.6MPa液压压力下压制，在240℃温度下烧结150分钟后，冷却至40℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

以上对本发明所提供的过滤介质及其制备方法、以及由该过滤介质制成的滤芯进行了详细介绍，并应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1、一种用于去除水中臭氧消毒副产物的过滤介质的制备方法，包括将100～300重量份的超高分子量聚乙烯、50～200重量份的活性炭、10～100重量份的改性沸石粉以及10～50重量份的发孔剂，混合，在模具中压制，然后在150～400℃温度下烧结，冷却；所述改性沸石粉的粒径为44～74微米，所述超高分子量聚乙烯的粒径为89～420微米，所述活性炭为粒径为38～250微米的医用活性炭，所述改性沸石粉为由天然沸石改性而成的Na型沸石、H型沸石、P型沸石、NH₄型沸石或八面沸石。

2、如权利要求1所述的制备方法，其中烧结温度为180～280℃，烧结时间不少于60分钟。

3、如权利要求1所述的制备方法，其中发孔剂为偶氮二甲酰胺、草酸或食品级碳酸氢铵。

4、如权利要求1所述的制备方法，其中超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。

5、根据权利要求1所述的制备方法得到的用于去除水中臭氧消毒副产物的过滤介质。

6、由权利要求5所述的过滤介质构成的用于去除水中臭氧消毒副产物的滤芯。

7、一种去除水中臭氧消毒副产物的方法，包括使用权利要求5所述的过滤介质或权利要求6所述的滤芯。