CN101081345A - 一种过滤介质及其制备方法以及使用该过滤介质的滤芯 - Google Patents

Abstract

一种过滤介质及其制备方法以及使用该过滤介质的滤芯，涉及一种过滤介质及其制备方法，还涉及使用该过滤介质的滤芯，包括将水玻璃用水稀释，加入膨润土粉、活性炭和高岭土粉混合，干燥。在本发明中，所有的原料，包括膨润土粉、活性炭、水玻璃和高岭土粉，均为无毒无害、与环境友好的矿物质材料，制成的过滤介质或滤芯达到使用寿命后即可丢弃，克服了以往高分子材料等非环保型不可降解材料的弊端，在净化饮用水的同时有效防止对环境造成二次污染。

Description

一种过滤介质及其制备方法以及使用该过滤介质的滤芯

技术领域

本发明涉及一种过滤介质及其制备方法，还涉及使用该过滤介质的滤芯。

背景技术

随着工业和农业的迅速发展，我国的水资源遭到了严重破坏，越来越多的工业废水排放到江河、湖泊中，破坏了我们的生态环境。农药、杀虫剂的大量应用以及生活垃圾的肆意排放造成地下水的水质变差，并且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。

现阶段，随着生活水平的提高，人们的健康保健意识越来越强，对饮用水的要求也越来越高，仅仅经过自来水厂消毒的水源已经不能满足人们的正常饮用和其它使用，饮用健康、安全的水，已成为大多数居民的基本需求。市场上出现的各种净水器装置就是在这种条件下应运而生。

对于净水器，其工作的心脏部分是滤芯。当进行饮用水净化时，自来水或井水经过管道进入净水器的滤芯，通过过滤、吸附或化学反应等作用，将水中的有害物质去除，从而净化供人们饮用。每种滤芯都有一定期限的使用寿命，当达到其使用寿命的时候，其净化作用就会达到饱和，不仅不能在滤除水中的有害物质，而且其上附着的杂质还会进一步恶化水质，起不到净化水的作用，此时就需要即时更换新的滤芯。而替换下来的滤芯无法再使用，成为废弃品。传统的PP棉滤芯、蜂房缠绕式滤芯以及超滤膜、RO膜、微滤膜和压缩或烧结活性炭棒等滤芯都无一例外的使用了不可降解的高分子聚合物材料，将滤芯废弃物燃烧时会产生有毒有害的气体，丢弃于自然界后细小的纤维会进入地表水或地下水中，对环境造成二次污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种环保、可降解、不会产生污染的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯。

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，包括将水玻璃用水稀释，加入膨润土粉、活性炭、水玻璃和高岭土粉混合，干燥。

作为优选，膨润土粉、活性炭、水玻璃和高岭土粉的重量比为，活性膨润土粉∶活性炭∶水玻璃∶高岭土粉＝8～20∶5～15∶3～8∶1。

作为优选，水玻璃为钠水玻璃和钾水玻璃中的一种或者其组合，水玻璃的模数为1～40。

作为优选，膨润土粉选用氢铝基膨润土粉。

作为优选，膨润土粉选用钠基膨润土粉。

作为优选，活性炭选用医用活性炭。

膨润土(Bentonite)又称斑脱岩、膨土岩等，是以蒙脱石为主要成分的粘土岩-蒙脱石粘土岩，常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石、方解石等，其中蒙脱石为少量碱金属及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，其化学式为Na_x(H₂O)₄{(Al_2～xMg_0.33)[Si₄O₁₀](OH)₂}。

膨润土具有很强的吸湿性、膨胀性和较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量。膨润土还有良好的粘结性。

由于蒙脱石层间水和层间可交换阳离子的存在，按蒙脱石所含可交换阳离子种类、含量和结晶化学性质等，可将膨润土划分为钠基膨润土(或称碱性土)、钙基膨润土(或称碱土性土)和氢铝基膨润土(也称活性白土、漂白土或酸性土)三种，其中钙基膨润土又包括钙钠基膨润土和钙镁基膨润土等。

钠基膨润土的主要交换阳离子为Na⁺和/或K⁺，碱性系数大于或等于1。氢铝基膨润土的主要交换阳离子为H⁺或/和Al³⁺离子。膨润土的离子交换的顺序大致是：Ba²⁺＞Sr²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺＞Li⁺＞H⁺。因此，在本发明中，优选采用钠基膨润土或氢铝基膨润土，可以去除水中Ca²⁺、Mg²⁺离子，降低饮用水的硬度。

天然的膨润土很多是钙钠基或钙镁基膨润土，在使用时可将其改型处理为钠基膨润土。以河南信阳上天梯产的膨润土为例，其矿物成分为：钙质蒙脱石55～60wt％，α-方石英25～30wt％，珍珠岩2～5wt％，水云母和高岭土等矿物2～5wt％，可以通过如下工艺进行改型处理：原矿-破碎-干法改型-搅拌-分级-过滤-烘干。改型处理后的活性膨润土中蒙脱石的含量可达90wt％以上，产品的粒度在5微米以下的可达98wt％，Na⁺离子交换量ENa⁺可达100毫摩尔/100克以上，产品也由钙基膨润土变成优质钠基膨润土。

氢铝基膨润土的理想分子式为H₂Al₂(SiO₃)₄·nH₂O，是一种具有微孔网络结构、比表面积很大的多孔型白色-灰白色粉末，具有很强的吸附性。天然的膨润土可通过湿法酸活化改型工艺得到氢铝基膨润土。

湿法酸活化反应实际是一个溶解杂质、离子交换以及部分结构破坏的过程。在酸活化反应过程中，一些如碳酸盐类的可被酸溶解的杂质矿物溶解后，提高了原料中蒙脱石的含量；小半径高活性的H⁺取代蒙脱石层间的可交换性阳离子Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺等，改变蒙脱石矿物晶体的表面电位，增加其吸附性能；在不改变蒙脱石层状结构骨架的情况下，强酸将蒙脱石八面体层边缘的部分Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺以及四面体中边缘部分的Si⁴⁺溶出，使蒙脱石晶格松解，晶体层两端孔道增大，其比表面积可从原土的80平方米/克增加至200～400平方米/克。因此，经酸活化处理的氢铝基膨润土具有较强的化学活性和吸附性。

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。

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，吸附效果更好，对颜色和气味的吸附尤佳。优选医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。

水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐，又称泡花碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na₂O.nSiO₂和K₂O.nSiO₂。式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。

在本发明中，更优选模数为5～15的市售钠水玻璃，用2～10倍重量份的水稀释，然后，再加入膨润土粉、活性炭和高岭土粉混合。所加入水的量视过滤介质的原料组分而定，以原料能充分混合为宜。市售的水玻璃一般采用氢氧化钠与硅藻土反应制得。

水玻璃在硬化过程中析出的硅酸凝胶具有很强的粘附性，因而水玻璃有良好的粘结能力。在本发明中，水玻璃是起粘结的作用。

高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主要成分的细粒粘土，其理想结构是化学式为Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈的1∶1型层状结构，层间由氢键连结，其化学组成包括Al₂O₃、SiO₂、H₂O及少量的Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O、SO₃、MnO等。在本发明中，高岭土主要起粘结剂的作用。高岭土无毒无害，在自然界中可以降解，不会对环境造成任何污染。

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所希望的形状的模具中，干燥即可得到滤芯。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。

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，此过滤介质用于滤芯；过滤介质和滤芯应用于水净化装置中。

在本发明中，所有的原料，包括膨润土粉、活性炭、水玻璃和高岭土粉，均为无毒无害、与环境友好的矿物质材料，制成的过滤介质或滤芯达到使用寿命后即可丢弃，在自然界中可以降解，克服了以往高分子材料等非环保型材料的弊端，在净化饮用水的同时有效防止了对环境造成的二次污染。

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。

实施例1

称取市售的模数为10的钠水玻璃150克，用1500克水稀释，在机械搅拌器中搅拌1小时，加入医用活性炭100克、氢铝基膨润土粉400克、高岭土粉30克，然后再搅拌2小时，取出部分装入管状模具中，在不高于150℃的温度下干燥，冷却至40℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例2

称取市售的模数为15的钠水玻璃240克，用3000克水稀释，在机械搅拌器中搅拌1小时，加入医用活性炭100克、钠基膨润土粉600克、高岭土粉30克，然后再搅拌2小时，取出部分装入管状模具中，在不高于150℃的温度下干燥，冷却至40℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例3

称取市售的模数为5的钠水玻璃240克，用1200克水稀释，在机械搅拌器中搅拌1小时，加入医用活性炭180克、钠基膨润土粉600克、高岭土粉30克，然后再搅拌2小时，取出部分装入管状模具中，在不高于150℃的温度下干燥，冷却至40℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例4

称取市售的模数为10的钠水玻璃150克，用750克水稀释，在机械搅拌器中搅拌1小时，加入医用活性炭200克、钠基膨润土粉400克、高岭土粉30克，然后再搅拌2小时，取出部分装入管状模具中，在不高于150℃的温度下干燥，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 (10)

1、一种过滤介质的制备方法，包括将水玻璃用水稀释，加入膨润土粉、活性炭和高岭土粉混合，干燥。

2、如权利要求1所述的制备方法，其中膨润土粉、活性炭、水玻璃和高岭土粉的重量比为，活性膨润土粉∶活性炭∶水玻璃∶高岭土粉＝8～20∶5～15∶3～8∶1。

3、如权利要求1所述的制备方法，其中水玻璃为钠水玻璃和钾水玻璃中的一种或者其组合。

4、如权利要求1所述的制备方法，其中水玻璃的模数为1～40。

5、如权利要求1的所述制备方法，其中膨润土粉为氢铝基膨润土粉。

6、如权利要求1的所述制备方法，其中膨润土粉为钠基膨润土粉。

7、如权利要求1的所述制备方法，其中活性炭为医用活性炭。

8、根据权利要求1至7中的任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

9、使用权利要求8所述的过滤介质的滤芯。

10、一种水净化装置，包括如权利要求9所述的滤芯。