CN101306348A - 用于去除水的颜色、异味和胶体物的过滤介质及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于去除水的颜色、异味和胶体物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。一种用于去除水的颜色、异味和胶体物的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的原料混合，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的重量比为：50～200∶100～300∶5～50；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。使用该过滤介质能够去除水中的颜色、异味和胶体物，改善饮用水的感官性指标。

Description

用于去除水的颜色、异味和胶体物的过滤介质及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于去除水的颜色、异味和胶体物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。

色度、臭和味是饮用水的感官性状。如果水具有颜色或者气味，或者含有胶体物，那么首先会引发人的抵触和厌恶心理，因此饮水者会经常拒绝饮用此水。

国家饮用水标准中，色度、臭和味是重要的指标。国家标准GB5749-1985规定了生活饮用水中水质的标准，其中对色度的要求是“色度不超过15度，并不得呈现其他异色”，对臭和味的要求是“不得有异臭、异味”，具体的测定标准参见国家标准GB5750-1985的第19～20页和第22页。传统的过滤材料如涤纶棉(PP棉)、活性炭、陶瓷滤芯等虽然对污染水的色和味有一定的改善作用，但是由于它们均无法很好的去除那些可能会使水体产生异色和异味的有害物质和污染物，因而不能很好的去除水中的异色异味。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水的颜色、异味和胶体物，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的颜色、异味和胶体物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：

一种用于去除水的颜色、异味和胶体物的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的原料混合，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的重量比为：50～200∶100～300∶5～50；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

压制压力可以选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为：150～300℃，烧结时间为10～200分钟，冷却至70℃以下可以脱模。

对于上述的技术方案，步骤a)中原料中活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的优选比例为90～110∶200～220∶18～22。

经过长期的研究，发明人发现：水的色度、臭和味是由多种物质引起的。

水的色度主要是由于存在于水中的溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰和颗粒物引起的。如含有较多泥沙的水显黄色；含有大量泥沙及腐殖质的水显褐色或黄褐色；含有胶体铁的水为浅黄色或黄褐色等。其中，光吸收和散射引起的表色较易去除，溶解性的有机物引起的真色较难去除。

清洁的水是没有任何气味的，然而被污染的水则往往会有一些令人不愉快的味道。水的臭和味主要是由于水中的腐殖质等有机物、藻类、放线菌和真菌以及过量氯引起的。如水中含有大量绿色藻类和微生物时，会有腥臭味；含有分解的有机体或硫化氢时，会有臭鸡蛋味道；含有过量的矿物质或者被工业水污染时，会产生各种不同的味道。水中的藻类及其代谢产物可产生多种臭和味、颜色等，藻类通过释放和死亡分解等方式向水体中释放产生颜色、臭和味的物质。绿藻产生的多为青草味；硅藻产生的多为芳香味；蓝藻和绿藻以及腐烂的藻群产生腐败味等。自来水厂出厂水都保持一定的有效余氯以控制细菌，但是在输配水管网中仍发现有细菌的再次生长，并且细菌的繁殖引起二次污染。饮用水水龙头处出水有时为“红水”、“浊水”，并且伴有难闻的臭和味，甚至有时水龙头出水处有红虫。

常规的单元处理工艺如混凝、砂滤、活性炭滤、加氯等对于上述颜色、臭和味等的去除效率低，尤其是使用加氯的方法时，完全不能去除。

对于水中含有多种的引起色度、臭和味的物质，如果仅仅通过一种或者两种物质是很难达到较好的去除效果，在选用组合的过程中，针对不同吸附物质的性能，进行一系列试验，筛选得出较好的组合。然后对筛选好的物质组合进行分析，确定其组合的制备工艺的可行性并且对各组分的使用范围进行确定。

活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉共同使用时，会产生协同作用，去除率更高，过滤效果会更加明显，而不仅仅是三种物质效果的叠加，对含有的多种导致产生颜色和气味的物质可以有效的去除。并且通过上述方法制备的过滤介质，包含很多微孔，并且微孔的直径仅有0.01～0.5微米，因此能够有效地消除异色异味。

活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构、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，比表面积更大，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指的是重均分子量，范围为150万～700万。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过量氯、细微、超细微颗粒，可以去除水中的直径很小的泥沙等。

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。

作为优选，超高分子量聚乙烯为分子量为250～400万的超高分子量聚乙烯。

凹凸棒石为单斜晶系，其理想化学式为；Mg₅(H₂O)₄[Si₄O₁₀]₂(OH)₂，化学成分理论值为MgO23.83％，SiO₂56.96％，H₂O19.21％。自然界中的凹凸棒石常有Al³⁺、Fe³⁺等类质同象置换，富Al³⁺、Fe³⁺的变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。如江苏省盱眙县龙王山产的铝凹凸棒石粉的成分为SiO₂58.38％，MgO12.10％，Al₂O₃ 9.50％，CaO 0.40％，TiO₂0.56％，MnO0.05％，Fe₂O₃+FeO 5.26％，Na₂O 1.10％，K₂O 1.24％。由于凹凸棒石在结构中有类似沸石的大通道，因此具有良好的吸附和脱色性能，对分解的有机体和硫化氢等都有良好的吸附性能。凹凸棒石粉的吸附性能与矿物中SiO₂的含量有关，含量越高吸附力越强，经酸活化处理后的凹凸棒石粉的性能更好。

凹凸棒石粉的酸活化方法较多，有硫酸法、盐酸法、硫酸-盐酸混合法等。如申请号为CN90105849.1的发明专利公开了一种凹凸棒石粉的酸浸泡活化工艺，包括将小块的体积约0.5～100cm³的凹凸棒石粘土原矿，用浓度为1～15wt％(重量分数)的无机酸溶液，如硫酸、盐酸溶液等，静止浸泡2～100小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在280～350℃下活化30～50分钟，粉碎成50～100微米的脱色力为250±5的活性凹凸棒石粉。

作为优选，凹凸棒石粉为经过酸活化处理的活性凹凸棒石粉。

上述的过滤介质的制备方法，步骤a)中的原料还包括沸石粉，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯、凹凸棒石粉和沸石粉的重量比为：50～200∶100～300∶5～50∶5～30。

在此步骤中引入了上述合理量的沸石粉，效果更加好，协同作用更加明显。沸石粉选自天然沸石，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，可以吸附水中的带电微粒或者有极性的微粒，例如铁锰等以及胶体物质，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。

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。

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。

在模压成型过程中，成型的过滤介质内部孔隙分布均匀，孔型也较理想。所以在制备过滤介质的过程中，不需要使用发孔剂，因为发孔剂量和制备过程中的工艺参数较难调节。对于上述的过滤介质的制备方法，只要稍微调节模具两端的压力，就可以获得具有较好孔型和孔隙的过滤介质，克服了以往的必须使用发孔剂的认识。

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可以净化饮用水、改善水质，并且可以高效的去除水中的颜色、异味和胶体物。

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。

实施例1

称取粒径为38～250微米的医用活性炭100克，分子量为350万的超高分子量聚乙烯粉190克(北京东方石油化工有限公司助剂二厂，M-III型)，酸化处理的凹凸棒石粉20克，44～124微米的沸石粉10g。将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌混合均匀，然后，然后装填入管状模具中，在0.6MPa液压压力下压制，在250℃温度下烧结150分钟后，冷却至60℃脱模，可得成多微细孔的管状滤芯。

实施例2

称取粒径为178～710微米的医用活性炭150克，分子量为350万的超高分子量聚乙烯粉(北京东方石油化工有限公司助剂二厂，M-III型)200克，凹凸棒石粉40克，30～420微米的沸石粉25g。将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌混合均匀，其余制造步骤与实施例1相同。

实施例3

称取粒径为26～250微米的医用活性炭200克，分子量为250万的超高分子量聚乙烯250克(北京东方石油化工有限公司助剂二厂，M-II型)，酸化处理的凹凸棒石粉30克，38～89微米的沸石粉30g。将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌混合均匀，其余制造步骤与实施例1相同。

实施例4

称取粒径为21～124微米的医用活性炭80克，分子量为150万的超高分子量聚乙烯150克(北京东方石油化工有限公司助剂二厂，M-I型)，凹凸棒石粉10克。将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌混合均匀，其余制造步骤与实施例1相同。

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颜色、气味和胶体物的去除效果好，如下表所示。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的色度、臭和味、肉眼可见物和浑浊度，测试方法采用GB5750-1985

表1(续)

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水的颜色、臭和味以及胶体物均取得了很好的效果。并且实施例1～3的效果又明显优于实施例4。

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 (10)

1、一种用于去除水的颜色、异味和胶体物的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的原料混合，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的重量比为：50～200∶100～300∶5～50；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯和凹凸棒石粉的重量比为90～110∶200～220∶18～22。

3、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，其粒径为38～250微米。

4、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。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：凹凸棒石粉为经过酸活化处理的活性凹凸棒石粉。

6、根据权利要求1所述的制备方法，步骤a)中的原料还包括沸石粉，其特征在于：活性炭、超高分子量聚乙烯、凹凸棒石粉和沸石粉的重量比为：50～200∶100～300∶5～50∶5～30。

7、根据权利要求1～6中任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

8、使用权利要求7所述过滤介质的滤芯。

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

10、一种饮水机，包括权利要求9所述的净水装置。