CN101450856B - 一种氧化物陶瓷滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化物陶瓷滤料及制备方法，其包括如下重量份的组分：CaO：10～60；MgO：1～60；SiO2：10～40；Al2O3：5～20；TiO2：0～15；ZnO：0～25：Fe2O3：0.1～1。该滤料基本原理是通过吸附的物理过滤和抗菌材料遇水释放活性氧的作用来完成高效过滤功能。主要目的是解决水体中各种污染物所引起的水质恶化，同时具备很强的杀菌灭藻性能。

Description

一种氧化物陶瓷滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水处理滤料及其制备方法，特别涉及一种由多种氧化物陶瓷粉末组合并经特殊处理而成的、适用于各种地表水以及回用的中水等水质的水处理滤料及其制备方法。该水处理滤料具备除污去味、降低COD、杀菌灭藻性能的优良性能。
背景技术
滤料在水处理工业中起到了重要的作用。新型滤料在文献中报导的数量很多，总的发展趋势是对氧化物陶瓷滤料的研究和应用给予了更多的关注。但现有的氧化物陶瓷滤料多以解决物理过滤的效果为主。其他滤料的功能重点在于增加纳污量、提高净水水质和反冲再生效果等，在饮用水、中水、工业用水、养殖水和污水处理的领域进行应用。但市场上销售的滤料以及文献中报道的滤料，都未明确提到杀菌灭藻的重要功能。
目前市场上的主要水处理滤料及其功能是：
天然矿石滤料：包括卵石(砾石)、石灰石滤料、沸石、石榴石、麦饭石、各种活性炭等各种滤料，具有除污效果好，成本低等优点，在市场上大量销售，广泛使用。以沸石为例，日本利用斜发沸石制成的染色污水处理设备可对不同的染料进行选择性吸附，使污水的脱色能力大大提高。实践证明，采用斜发沸石离子交换塔柱处理城市、工业污水中NH4 +的效果，均比空气清洗法好。
文献中有关于将含沸石物质直接加进污水中以去除水中镍、铜、汞和银，以及通过在靠菱沸石凝灰岩颗粒支撑的氧化锰层上发生氧化和沉淀反应去除水中镍和锰的研究报道。由于沸石的多孔性，可以用来渗进银离子，制成杀菌能力较强的抗菌剂。在几种具有环境保护作用的工业矿物的滤料中，沸石滤料独占鳌头。但是，该类型的滤料只能起到物理吸附和过滤的作用。
DA863高效过滤滤料：DA863自适应滤料(彗星式滤料)是由清华大学研制、浙江德安生态集团经销。自适应滤料是一种新型的过滤材料，它既有纤维滤料过滤精度高和截污量大的优点，又具有颗粒滤料反冲洗的洗净度高和耗水量少的优点，由该滤料形成的滤床空隙率分布接近理想滤料的结构。
DA863滤料过滤时，比重较大的彗核对纤维丝束起到压密作用，同时由于彗核尺寸较小，对过滤断面空隙分布的均匀性影响不大，从而提高了滤床的截污能力。反冲洗时，由于彗核和彗尾纤维丝束的比重差，彗尾纤维随反冲洗水流而散开并摆动，产生较强的甩曳力，滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力，滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流作用下产生旋转，强化了反冲时滤料受到的作用力，上述几种力的共同作用使附着在纤维表面的固体颗粒很容易脱落，从而提高了滤料的洗净度。
该滤料由聚酯树脂组成，属于物理过滤，在过滤拦污性能上，能力很强，在污水处理上获得了广泛的使用。但是基本没有杀菌灭藻性能。
凯得菲(KDF)滤料：KDF多金属滤料是一种颗粒状铜锌合金，表面有着较强的抗氧化能力，是近几年来流行的新型水处理过滤材料。KDF多金属滤料通过离子的氧化还原反应来工作，靠电化学吸附原理来完成水处理过程中的杀菌功能。这种离子交换使许多有机物质成为无害物质，如使氯成为氯化物，重金属等附着在凯得菲KDF多金属滤料上，从而降低了有害物质的含量，用凯得菲KDF多金属滤料介质进行水处理是一种简单、低消耗的方法，对于微滤、超滤、纳滤、反渗透膜、离子交换树指、颗粒活性碳等，凯得菲KDF多金属滤料介质能够保护这些昂贵的水处理组件不受氯、微生物、矿物质结垢的影响，提高系统的使用寿命。
凯得菲KDF滤料广泛用于饮用水处理。除了可以除氯、除重金属、除硫化物及减少矿物质之外，具有一定的杀菌灭藻功能。
另一方面，文献中也有关于具有抗菌活性的氧化物的报导，有氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)和钙制剂，其可在陶瓷、牡蛎、扇具等烧成粉末和天然矿石等中发现。其抗菌机制是细菌因受到外力作用而受伤直至死亡。与抗生物质和抗生剂的作用相似。
日本的有关报导认为，在CaO粉末浆料中，大肠杆菌的生存数随时间的推移而下降。金黄葡萄球菌的情况也有同样的倾向。CaO粉末浆料的杀菌机理，由于CaO水解，使pH上升，即主要考虑增殖环境中碱的影响。由此，作为碱性溶液，使用NaOH水溶液，可与CaO的杀菌效果相比较。其结果表明，将大肠杆菌和金黄葡萄球菌都置于同样的pH值环境下，CaO的灭杀速度要比NaOH的大。这样的结果同样适用于MgO。日本学者认为，CaO和MgO作为碱土金属氧化物对于细菌的杀灭机理并不是很清楚，初步认为是由于碱性作用，引起大肠杆菌的损伤。对于抗生物质的感受性变化，进行过一些考察，结果表明，CaO和MgO粉末浆料的感受性变化是有所不同的。
另一方面，对过氧化氢本身是一种安全的高效消毒剂这一点，人们已经有了清楚的认识。过氧化氢作为活性氧的一种形式，又产生新生氧的能力，过氧化氢与水中金属元素作用时，又可产生羟自由基(·OH)。于是这几种物质的综合作用，能够实现快速高效杀菌的作用。以下要说明，这是我们开发氧化物陶瓷各项功能的内在根据。也是前面提到的各种滤料成品以及国外有关氧化物陶瓷灭杀细菌的研究都没有认识到的机理。
尽管国外对金属氧化物的杀菌性能已有报导，但作为成熟的氧化物陶瓷滤料产品，同时具备优良的杀菌灭藻等性能，将其推向市场，至今未见报导。作为水处理滤料，处理过的水，能对钢材起到缓解腐蚀的作用，更没有见到任何报导。
因此提供一种氧化物陶瓷滤料及其制备方法，使其在具备除污、除味、去色等水处理滤料基本功能的前提下，同时具备较强的杀菌灭藻性能，并且在缓解钢材腐蚀方面也同时具备并满足各相关应用领域的需求，就成为该技术领域急需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的之一是提供高性能的氧化物陶瓷滤料，由多种陶瓷粉混合烧结而成，具有滤污除味，降低COD，杀菌灭藻等多种功能。特别适用于需要有机物氧化降解、灭菌、灭藻等功能的水处理环境。同时，也适用于更广泛的应用领域，譬如，工业水的水处理，工业污水作为冷却水回用和生活污水作为中水回用等等。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种氧化物陶瓷滤料，其包括如下组份：
CaO：10～60(重量份，下同)；MgO：1～60；SiO2：10～40；Al2O3：5～20；TiO2：0～15；ZnO：0～25；Fe2O3：0.1～1。
一种优选技术方案，其特征在于：所述氧化物陶瓷滤料中还包括以离子形式存在的碱金属或碱土金属。
一种优选技术方案，其特征在于：所述氧化物陶瓷滤料中包括CaO：20～50(重量份)，MgO：1～30；SiO2：15～30；Al2O3：5～20；TiO2：0.1～15；ZnO：5～20；Fe2O3：0.1～0.5；K2O：1.0～5.0；Na2O：0.1～0.6。
一种优选技术方案，其特征在于：所述K2O：1.3～2.7，Na2O：0.1～0.6。
一种优选技术方案，其特征在于：所述氧化物陶瓷滤料中还包括0～25重量份的粘土。
本发明的另一目的是提供上述氧化物陶瓷滤料的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种氧化物陶瓷滤料的制备方法，其步骤如下：
(1)分别取20～60重量份的氧化钙，1～60重量份的氧化镁，15～40重量份的氧化硅，5～20重量份的三氧化二铝，0.1～15重量份的氧化钛，5～20重量份的氧化锌，0.1～1重量份的氧化铁，充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中0～20小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将各滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时。有益效果：
本发明的氧化物陶瓷滤料，具备材料的多孔性，原料熟化后的氧化性，具备遇水释放出不同类型活性氧的特殊性能和足够的使用寿命。当释放的活性氧为羟自由基时，滤料具有最强的氧化性能。这时的滤料，具备了降解毒性有机物，去除重金属等有害元素，灭杀微生物和藻类的袍子。
本发明的氧化物陶瓷滤料，能用它来担当水过滤器(过滤罐或过滤池)中的主要功能性物质，过滤处理常温日用水、工业用水及各种污水(特别是欲回用的污水)。本发明的氧化物陶瓷滤料在具备普通滤料的滤污除味功能的同时，在保证足够的自身硬度和耐水浸泡、耐水流冲击等性能的同时，还能够在与水相遇时迅速反应生成活性氧，并借助这种活性氧实现对水的杀菌灭藻以及分解有机物、降低COD等功能。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
对比例
现有的市售凯得菲(KDF)滤料，由铜锌合金粉末制成，装在过滤器内备用。
实施例1
一种氧化物滤料的制备方法，其步骤依次为：
(1)取各种相关的矿物粉或市售氧化物粉，分别为：CaO：24.8(重量份，下同)，MgO：8.9，TiO2：4，SiO2：39.9，Fe2O3：0.1，K2O：2.7，Na2O：0.6，Al2O3：18.6；充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时，得滤料1。
实施例2
一种氧化物滤料的制备方法，其步骤依次为：
(1)取各种相关的矿物粉或市售氧化物粉，分别为：CaO：33(重量份，下同)，MgO：13.9，SiO2：23.4，Fe2O3：0.1，K2O：1.3，Na2O：0.1，Al2O3：7.9；ZnO：19.5；充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中1小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时，得滤料2。
实施例3
一种氧化物滤料的制备方法，其步骤依次为：
(1)取各种相关的矿物粉或市售氧化物粉，分别为：CaO：60.0(重量份，下同)，MgO：1，SiO2：10，Fe2O3：0.1，K2O：1.3，Na2O：0.1，Al2O3：5；充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时，得滤料3。
实施例4
一种氧化物滤料的制备方法，其步骤依次为：
(1)取各种相关的矿物粉或市售氧化物粉，分别为：CaO：10(重量份，下同)，MgO：60，SiO2：10，Fe2O3：1，K2O：2.7，Na2O：0.6，Al2O3：20；ZnO 5；TiO2 15；充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时，得滤料4。
实施例5
一种氧化物滤料的制备方法，其步骤依次为：
(1)取各种相关的矿物粉或市售氧化物粉，分别为：CaO：35(重量份，下同)，MgO：30，SiO2：25，Fe2O3：0.6，K2O：1.7，Na2O：0.4，Al2O3：12；ZnO：12；TiO2：0.1；粘土：25；充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径可根据需要，分布在0.5-5mm范围；
(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；
(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；
(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；
(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时，得滤料5。
将所得本发明陶瓷滤料颗粒进行杀菌灭藻性能检验，与市售的KDF滤料进行对比，其结果如下：
表1与KDF的浸泡过滤灭菌对比试验
原料   条件   时间   总菌数(个/ml)  总大肠菌群(个/L)
原水   - -     无法计数     无法计数
本发明滤料1   浸泡 10小时     0     0
本发明滤料2   过滤 100ml/min     0     0
本发明滤料3   过滤 100ml/min     0     0
本发明滤料4   过滤 100ml/min     0     0
本发明滤料5   过滤 100ml/min     0     0
KDF   浸泡 10小时     280     84
表2KDF、本发明滤料的灭藻试验结果
    样品  方法     时间  结果(万个/L)
原水 - -     472.97
本发明实施例1 过滤 100ml/min     0.79
本发明实施例2 浸泡 10小时     9.48
本发明实施例3 过滤 100ml/min     3.54
本发明实施例4 过滤 100ml/min     1.25
本发明实施例5 过滤 l00ml/min     0.97
活性炭 过滤 100ml/min     23.69
KDF 过滤 100ml/min     30.79
KDF 浸泡 10小时     138.97
由表可知，本发明滤料与现有滤料相比，其杀菌灭藻性能均有较大提高。

Claims (5)

1.一种氧化物陶瓷滤料，其原料包括如下重量份的组份：CaO：10～60；MgO：1～60；SiO2：10～40；Al2O3：5～20；TiO2：0～15；ZnO：0～25；Fe2O3：0.1～1，将原料充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径分布在0.5～5mm范围；将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时。
2.根据权利要求1所述的氧化物陶瓷滤料，其特征在于：所述氧化物陶瓷滤料中各组份的重量份为：CaO为20～50，MgO为1～30，TiO2为0.1～15，SiO2为15～30，Fe2O3为0.1～0.5，K2O为1.0～5.0，Na2O为0.1～0.6，Al2O3为5～20；ZnO为5～20。
3.据权利要求2所述的氧化物陶瓷滤料，其特征在于：所述K2O的重量份为：1.3～2.7，Na2O的重量份为：0.1～0.6。
4.据权利要求3所述的氧化物陶瓷滤料，其特征在于：所述氧化物陶瓷滤料中还包括0～25重量份的粘土。
5.一种氧化物陶瓷滤料的制备方法，其步骤如下：
(1)分别取10～60重量份的氧化钙，1～60重量份的氧化镁，10～40重量份的氧化硅，5～20重量份的三氧化二铝，0～15重量份的氧化钛，0～25重量份的氧化锌，0.1～1重量份的氧化铁，充分混合，对混合的物料加水搅拌，使用造粒机进行造粒，造成颗粒的粒径分布在0.5～5mm范围；(2)将造好的颗粒放入马福炉中烘烤，升温并保持在500℃～1150℃之间，保温0.5到48小时；(3)保温时间结束，再经过至少3小时冷却后取样；(4)将制备好的滤料颗粒浸泡水中20小时，作清洗和熟化处理；(5)使用烘箱将滤料烘干；烘箱温度升到110～160℃，保温1～5小时。
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