CN101143280A

CN101143280A - 用于降低水的硬度的过滤介质及其制备方法以及使用该过滤介质的滤芯

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Publication number: CN101143280A
Application number: CNA2007101432248A
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: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2027-08-07
Also published as: CN100534575C

Abstract

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，还涉及采用本发明的过滤介质或滤芯去除水中硬度的方法。过滤介质的制备方法，包括：a)将沸石粉与高岭土、超高分子量聚乙烯和活性炭混合，混合的重量比为，超高分子量聚乙烯∶沸石粉∶高岭土∶活性炭＝35～65％∶8～25％∶5～20％∶5～20％；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。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、高效率地用于去除硬度。

Description

用于降低水的硬度的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，还涉及一种采用本发明的过滤介质或滤芯去除饮用水的硬度的方法。

背景技术

硬度是水质检测的一项重要指标。当水在大气中凝聚时，它会溶解空气中的二氧化碳及其它酸性气体或粉尘，从而呈弱酸性，并最终随雨水降落到地表，形成弱酸性降水。该弱酸性雨水流过土壤上部到达岩石层，会溶解石灰岩等(包括碳酸镁和碳酸钙成分)，使钙、镁离子进入水中，使水的硬度增加。由于地理条件及环境污染等原因，很多地方水的硬度都很高，给人们的工作和生活带来很大麻烦。

通常认为，饮用水的硬度不能超过450毫克/升，国家标准GB5749-89对饮用水的硬度也做了相应规定。如果硬度过高，饮用后对人体健康与日常生活都有一定的影响。饮用硬水会造成肠胃功能紊乱；使用硬水烹调，常因不易煮熟而破坏或降低营养价值；而硬水泡茶会改变茶的色、香、味，从而降低饮用价值。硬水在工业上直接使用也是有害的：硬水会在锅炉内形成水垢，不仅降低锅炉的传热效率和能量利用效率，浪费燃料，而且易于堵塞管道，造成安全隐患；硬水用于洗涤也会产生坏处。据统计，硬水问题造成的工业上因设备和管线的维修和更换每年耗资数千万元。

传统的降低硬度的方法多为加药剂沉淀法和离子交换法。这两种方法运行成本高，代价昂贵，多属工业制备纯水需要；其中离子交换法也是家用软水机的主要工作原理，但处理后的软水不适合饮用需要，而且目前的大多数家用饮水机也不能很好的解决饮用水的硬度问题。

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、过滤效率高的过滤介质及其制备方法以及使用该过滤介质的滤芯。本发明还提供了一种使用上述的过滤介质或滤芯降低饮用水的硬度的方法。

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

a)将沸石粉与高岭土、超高分子量聚乙烯和活性炭混合，混合的重量比为，超高分子量聚乙烯：改性沸石粉：高岭土：活性炭＝35～65％：8～25％：5～20％：5～20％；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

作为优选，烧结的温度为180～280℃。

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。

作为优选，本发明选用改性沸石粉。

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，再水煮30～60分钟；将煮沸后的沸石干燥，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型沸石沸石或八面沸石等。

如，将3克10～20目的沸石矿放入NaOH溶液中，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H⁺交换率至少在20％以上，成形后在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，成形后在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，可以除去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，其中沸石粉为经过酸处理的天然斜发沸石粉。

作为优选，其中沸石粉为选自Na型沸石、H型沸石、P型沸石、NH₄型沸石或八面沸石中的一种或几种。

作为优选，改性沸石粉的粒径为44～124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，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。

本发明所述的超高分子量聚乙烯的分子量范围为150万～700万，优选250～400万的超高分子量聚乙烯。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(分子量为大于400万)等规格的产品。

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。

原水中的钙、镁元素除了以电离状态存在于水中，还附着在原水的胶体中，或者与原水中的硅酸根生成硅酸钙或硅酸镁，这部分钙、镁元素不能通过离子交换的方法去除。超高分子量聚乙烯、沸石粉、高岭土、活性炭烧结制备的过滤介质，由于这四种原料组分产生协同效应，使过滤、吸附和离子交换等性能显著增强，不但可以去除以电离状态存在于原水中的钙、镁元素，还可以吸附水中的胶态物质以及附着于这些胶态物质的钙、镁元素，以及硅酸钙和硅酸镁等微小颗粒；该过滤介质与超滤膜组合使用时效果更好。

本发明还提供了以下技术方案：用上述方法制备过滤介质，该过滤介质可构成滤芯；该过滤介质和滤芯可用于降低饮用水的硬度。

本发明还提供了以下技术方案：一种过滤装置，包括超滤膜和本发明所述的过滤介质。作为优选，超滤膜选用中空纤维式超滤膜，材质为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。

本发明还提供了以下技术方案：一种去除水中硬度的方法，包括使用本发明所述的过滤介质、滤芯或过滤装置。

相对于现有技术，本发明的优点在于所提出的技术方案除了可以净化水质外，还可以无二次污染、高效率地降低饮用水的硬度。

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，在具体的实施例中，采用了目数(Mesh)的单位。一般认为，目是指每平方英寸筛网上的孔的数目，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50克，分子量为350万的超高分子量聚乙烯180克，粒度为120～200目Na型沸石60克，高岭土50克，放入机械搅拌器中搅拌，然后，取出部分装填入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在245℃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。将滤芯装入壳体中制得过滤器。

实施例2

改性沸石选用粒度为120～200目NH₄型沸故事石60克，烧结温度为200℃，烧结时间为180分钟，其它与实施例1相同。

实施例3

改性沸石选用粒度为120～200目经过酸处理的天然斜发沸石粉60克，其它与实施例2相同。

实施例4

将加拿大ZENOE产的聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜与实施例1所得的滤芯组合使用，制成超滤膜和滤芯两级过滤器。

对比例

将粒度为120～200目的NH₄型沸石60克装入壳体中制成过滤器。

取北京地区南城某处的原水，经检测硬度约为700毫克/升，使其分别持续通过根据上述实施例和对比例所得的过滤器，一次过滤(非循环过滤)后检测水的硬度，并将检测时间和硬度的数据列于下表(如表2)。

表2 单位：毫克/升

由表2可以看出，根据本发明所提供的方案制备的过滤介质或滤芯由于各原料组分之间发生协同作用，产生了显著的降低饮用水硬度的效果，与超滤膜组合使用，效果更佳。

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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种过滤介质的制备方法，包括

a)将沸石粉与高岭土、超高分子量聚乙烯和活性炭混合，混合的重量比为，超高分子量聚乙烯∶改性沸石粉∶高岭土∶活性炭＝35～65％∶8～2 5％∶5～20％∶5～20％；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

2.如权利要求1所述的制备方法，其中改性沸石粉为经过酸处理的天然斜发沸石粉。

3.如权利要求1所述的制备方法，其中改性沸石粉为选自Na型沸石、H型沸石、P型沸石、NH₄型沸石或八面沸石中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其中改性沸石粉的粒径为44～124微米。

5.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。

6.如权利要求1所述的制备方法，其中活性炭为医用活性炭，其粒径为38～250微米。

7.根据权利要求1所述的制备方法得到的过滤介质。

8.使用权利要求7所述的过滤介质的滤芯。

9.一种过滤装置，包括超滤膜和权利要求7所述的过滤介质。

10.一种去除水中硬度的方法，包括使用权利要求7所述的过滤介质或权利要求8所述的滤芯或权利要求9所述的过滤装置。