CN100534573C

CN100534573C - 一种过滤介质及制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机

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Publication number: CN100534573C
Application number: CNB2008100073308A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: CN101234274A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中金属镉的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶100～250∶50～100；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。利用此方法制备的过滤介质去除水中的金属镉，去除率达到95%以上，并且方法简单，成本低，见效快。

Description

一种过滤介质及制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机

技术领域

本发明涉及一种去除水中金属镉的过滤介质及其制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。

背景技术

工业和农业的迅速发展导致水资源遭到严重破坏，工业废水排放到江河、湖泊中，农药、杀虫剂等大量使用以及生活垃圾和生活废水的肆意排放，这些都造成地下水和地表水的水质变差，导致水中产生很多对人体有害的物质。水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。

镉是一种重金属元素，与氧、氯、硫等化学元素形成化合物广泛存在于自然环境中。镉可以通过食物、水、吸烟、皮肤接触等途径进入人体，当镉的浓度达到一定程度时，就会发生镉中毒。镉对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼以及血液系统均可产生毒性，被美国毒物管理委员会列为第六位危害人体健康的有毒物质。环境中的镉不能生物降解，在人体内的生物半衰期长达10～30年，是已知的最易在人体内蓄积的毒物。据报道，当水中的镉含量超过0.2mg/L(毫克/升)时，人类长期饮用此水会引起骨痛病。动物实验表明，小白鼠最少致死量为50mg/kg(毫克/千克)，进入人体和温血动物的镉，主要累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中，使得肾脏器官等发生病变并影响人的正常活动，造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调等病症。镉对鱼类和其他水生物也有强烈的毒性作用。其毒性最大的为可溶性氯化镉，当浓度超过0.001mg/L时，对鱼类和水生物就能产生致死作用。氯化镉对农作物生长危害也很大，其临界浓度为1.0mg/L，灌溉水中含镉超过0.04mg/L时就会出现明显污染，水中镉质量浓度超过0.1mg/L时，就会抑制水体的自净作用。因此要严格控制饮用水、渔业用水、灌溉用水等的水中的镉含量。

2006年，湖南省湘潭市环保局环境监测所对湖南湘江水中的镉含量进行了检测，发现湘江株洲至长沙段出现不同程度的镉超标污染，因此湘潭、长沙两市水厂取水水源水质受到不同程度污染。另外，广东北江的水中镉浓度高值为0.067mg/L，我国的国家标准GB5749-1985规定了生活饮用水中水质的标准，其中对镉含量的要求为低于0.01mg/L，所以相对于国家标准规定来说，北江水的镉含量一度使关系当地十多万人饮水问题的英德市南华水厂停止供水。虽然现在湘江和北江的水中镉的浓度已经得到有效控制，但是还有很多地方时有发生镉污染水的现象。因此，需要有效的去除水中的镉。

去除水中金属镉的方法主要有四种：(1)混凝-沉淀-过滤法，(2)电解法，(3)离子交换与膜分离法，(4)生物处理法。混凝-沉淀-过滤法属于常规水处理工艺，即将水处理剂放入水中，经过混凝，待水处理剂与水中的杂质反应以后生成沉淀，然后过滤得到净化水。有研究表明，当水中的镉含量为0.7mg/L时，经过混凝-沉淀-过滤法处理后，镉的含量最多只能下降45％。电解法是在电解时从溶液中分离出金属离子的方法，这种方法的缺点是水中重金属离子浓度不能降的很低。离子交换与膜分离法比较适合较低浓度重金属离子的处理，但是需要专用的设备装置配套，设备投资大，运行成本高，并且水处理过程中水资源的浪费较为严重。生物处理法效果虽然好，但是却需要比较长的时间培养细菌，要求条件苛刻，不易实行。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中的金属镉，从而达到改善水质的目的。

本发明的另一个目的是提供一种用于去除水中金属镉的过滤介质的制备方法。

为了达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于去除水中金属镉的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶100～250∶50～100；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

所述的超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选使用重均分子量为250～400万的聚乙烯。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(分子量为大于400万)等规格的产品。超高分子量聚乙烯的一个作用是粘结和形成过滤介质骨架的作用，另外利用超高分子量聚乙烯通过压制，烧结得到的过滤介质，容易形成微孔，可以起到吸附水中杂质的作用。

活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、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水中的杂质，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好。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。活性碳使用粒径为38～250微米的医用活性炭去除镉的效果更佳。

氢氧化镁是一种弱碱性物质，其主要来源是有价值的沉积床如白云石、光卤石等。这些矿石经过煅烧后，用海水的离子交换作用将其中的钙除去，发生的反应为：

Ca(OH)₂·Mg(OH)₂+Mg²⁺＝2Mg(OH)₂↓+Ca²⁺

氢氧化镁是一种环境友好型水处理剂，具有活性大、吸附能力强、无腐蚀性、易控制pH值、安全、无害等优点，符合绿色化学和绿色工艺的原则，在世界范围内得到了大量应用。氢氧化镁处理重金属镉离子废水时，发生如下的化学变化：

并且使用粒径为18～178微米的氢氧化镁，效果更好。

发明人在研究中发现，在制备上述的过滤介质的过程中，其中氢氧化镁重量如果大于活性炭重量的80％，即W₁＞0.8×W₂，可以取得更加好的去除水中镉的效果，具体的原因或原理尚不能确定，其中W₁为氢氧化镁的重量，W₂为活性炭的重量。

发孔剂选择偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级碳酸氢铵。其中，食品级碳酸氢铵也称食用级碳酸氢铵，与工业级碳酸氢铵相区别。虽然工业级碳酸氢铵也有发孔的作用，但是它可能会含有对健康有害的杂质，不宜用作饮用水过滤介质的生产原料。发孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。

压制压力可以选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为：190～300℃，烧结时间为10～200分钟，冷却至70℃以下可以脱模。

虽然本发明对于上述制备方法中步骤a)中所用的几种原料进行了较为详尽的描述，但是本发明不局限于此种理论。对于在制备过程中它们之间的具体的化学变化、结构的变化尚不能确定。此几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除水中的镉，并且有协同作用，可以将水中的镉充分吸收。

在本发明中，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，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预先设计好的模具中，通过加压将其压实，压力一般不大于2MPa，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和温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油或任何其他的几乎不会吸附到过滤介质上的市售脱模剂，也可以使用铝箔等脱模纸。

本发明还提供了以下技术方案：一种使用了上述过滤介质的滤芯。

本发明还提供了以下技术方案：一种净水装置，包括上述的过滤介质或者滤芯。

本发明还提供了一种包括上述净水装置的饮水机。

相对于现有技术，本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的镉，去除率达到95％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。

具体实施方式

为能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

实施例1

(1)称取超高分子量聚乙烯粉220g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性碳粉170g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取氢氧化镁粉200g，所述氢氧化镁粉的粒径为18～61微米；

(4)称取食品级碳酸氢铵60克，纯度达到99.99％以上；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结180分钟。

(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例2

(3)称取氢氧化镁粉100g，所述氢氧化镁粉的粒径为18～61微米；

(4)称取食品级碳酸氢铵60克，纯度达到99.99％以上；

其余步骤和实施例1相同。

实施例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉150g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；

(2)称取医用活性碳粉140g，所述医用活性炭的粒径为89～178微米；

(3)称取氢氧化镁粉240g，所述氢氧化镁粉的粒径为38～178微米；

(4)称取偶氮二甲酰胺90克，其纯度达到分析纯；

其余步骤和实施例1相同。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉280g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-I型产品，其分子量为150万；

(2)称取医用活性碳粉200g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取氢氧化镁粉170g，所述氢氧化镁粉的粒径为18～104微米；

(4)称取草酸85克，其纯度达到分析纯；

其余步骤和实施例1相同。

实施例5

取实施例1～4所得多微细孔的管状滤芯1，2，3，4，内衬两层无纺布，外包两层无纺布，再在外层裹上聚丙烯多孔网，滤芯两端粘接上连接端盖，放置于不锈钢或塑料壳体内，用于处理饮用水，经检测，该结构滤芯对饮用水中的金属镉的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。

表1使用滤芯处理前后的水，测试方法采用GB5750-1985单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的镉取得了很好的效果。

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。本说明书中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。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1、一种用于去除水中金属镉的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氢氧化镁和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶100～250∶50～100；所述活性炭的粒径为38～250微米，所述氢氧化镁的粒径为18～178微米；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却；所述压制压力为0.4～1.0MPa，烧结温度为190～300℃，烧结时间为10～200分钟。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氢氧化镁的重量大于活性炭的重量的80％。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：活性炭为医用活性炭。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。

6、根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

7、使用权利要求6所述过滤介质的滤芯。

8、一种净水装置，包括使用权利要求6所述的过滤介质或者权利要求7所述的滤芯。

9、一种饮水机，包括权利要求8所述的净水装置。