CN101569855B - 用于去除水中高氯酸盐的过滤介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于去除水中高氯酸盐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、分子筛粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、分子筛粉和发孔剂的重量比为：100-300∶150-300∶50-100∶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高氯酸盐，去除率达到95％以上，并且方法简单，成本低，见效快。

Description

用于去除水中高氯酸盐的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于去除水中高氯酸盐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

随着人们对身体健康的重视程度的提高，饮用水的质量成为人们广泛关注的一个问题。饮用水中如果含有高氯酸盐(ClO₄ ^-)，对于人体会有一定的危害。

高氯酸盐被广泛用于火箭推进剂、烟花爆竹制造、军火工业、汽车气袋、高速公路安全闪光板等领域，也作为添加剂较多地被用于润滑油、织物固定剂、电镀液、皮革鞣剂、橡胶制品、染料涂料、冶炼铝和镁电池等产品的生产中。另外，农业生产中使用的以智利硝石为原料的化肥中也含有一定浓度的高氯酸盐。并且在某些环境条件下大气中有可能产生一定数量的高氯酸盐。我国是烟花爆竹生产和消费的大国，因此未经处理的饮用水中含有较多的高氯酸盐。

高氯酸盐属于非挥发性极易溶于水的物质，高氯酸盐在水中的溶解度很大，且在大多数土壤和矿物质上的吸附很弱，这种吸附往往弱到可以忽略的程度，因此高氯酸盐一旦进入环境介质即会随着地表水和地下水快速的迁移扩散，从而造成大面积地表水和地下水的污染。高氯酸盐的性质比较稳定，不容易分解，在一般环境下，其可以稳定存在数十年，是一种持久性有毒有害的污染物。

水体中的高氯酸盐会通过生物链进入人体，亦可经饮用水直接进入人体。近年来，多项科学研究和检测结果表明，许多植物、牛奶、母乳中均含有相当浓度的高氯酸盐。高氯酸盐对人体的影响主要表现为对甲状腺吸收碘的抑制，致使甲状腺荷尔蒙生成量减少，进一步干扰人体正常的新陈代谢，严重影响胎儿、婴儿、儿童的生长发育，尤其是大脑组织的发育。高氯酸盐的危害主要决定于其结构，高氯酸根的电荷和离子半径与碘离子非常接近，它与碘离子竞争进入人体的甲状腺，从而阻碍碘的吸收，造成甲状腺激素T₃和T₄合成量的减少，最终影响人体的发育，尤其是大脑组织的发育。

目前，去除饮用水中高氯酸盐的方法有：离子交换法、吸附法、膜分离处理法、微生物降解法、化学还原法和催化还原法等。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中高氯酸盐，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高氯酸盐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：

一种用于去除水中高氯酸盐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、分子筛粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、分子筛粉和发孔剂的重量比为：100-300∶150-300∶50-100∶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。本发明中，对于高分子物质而言，如果没有特别说明，提及的分子量指的是重均分子量。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，可以起到吸附水中高氯酸盐的作用。因为超高分子量聚乙烯的熔体流动性差，在加热形成超高分子量聚乙烯熔体后不像普通的聚乙烯一样容易形成连续的流体，所以形成微孔就较为容易。

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。活性炭使用粒径为38-250微米的医用活性炭去除高氯酸盐的效果更佳。

分子筛是一种具有立方晶格结构的硅酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在受热过程中连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又由许多直径相同的微孔相连，这些微小的空穴直径大小均匀，能比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子、极性程度不同的分子、沸点不同的分子、饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。分子筛对于水中高氯酸盐具有强大的吸附和截留作用。

常用的分子筛型号有：

A型：钾A(3A)，钠A(4A)，钙A(5A)；

X型：钙X(10X)，钠X(13X)；

Y型：钠Y，钙Y。

分子筛吸湿能力极强，存放时间较长并已经吸湿的分子筛使用前应进行再生处理。再生处理的方法很多，中国专利ZL91111093中公开了一种再生处理的方法，包括以下步骤：(1)将硫酸铵与废分子筛裂化催化剂按照重量比为0.25-1.5∶1混合均匀；(2)加热至250-600℃焙烧获得可溶性盐；(3)焙烧产物用水浸，使可溶性盐溶于水中；(4)过滤使溶液与分子筛滤渣分离；(5)滤渣用水或稀氨水洗涤，直至洗到无SO₄ ^2-；(5)滤渣在50-100℃下干燥。如果分子筛为没有吸湿的分子筛，则可以直接使用而不需要进行再生处理。

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：210-250℃，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高氯酸盐，并且有协同作用，可以将水中的高氯酸盐充分吸收。

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1.0MPa，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高氯酸盐，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)称取医用活性炭粉170g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取钙Y型分子筛80g；

(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

(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)称取医用活性炭粉250g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取钙Y型分子筛60g；

(4)称取食品级碳酸氢铵80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)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的粒径为89-178微米；

(3)称取钙Y型分子筛100g；

(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)称取医用活性炭粉160g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取钙Y型分子筛90g；

(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高氯酸盐的去除效果好，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，测试方法采用美国加州卫生署1997年研究开

                  发的离子色谱法单位：μg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的高氯酸盐取得了很好的效果。

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 (4)

1.一种用于去除水中高氯酸盐的滤芯的制备方法，包括如下步骤：

(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)称取医用活性炭粉170g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取钙Y型分子筛80g；

(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。

2.根据权利要求1所述的制备方法得到的滤芯。

3.一种净水装置，包括权利要求2所述的滤芯。

4.一种饮水机，包括权利要求3所述的净水装置。