CN101628226A - 用于去除水中农药的过滤介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中农药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、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶50～150∶100～200∶10～80；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农药，去除率达到95％以上，并且方法简单，成本低，见效快。

Description

用于去除水中农药的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种去除水中农药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。

从全世界范围来看，几乎所有国家的水资源都遭受了农药的污染，中国是农业大国，使用的农药则更多，受到农药的污染更为严重。中国卫生部的一些专家从20世纪80年代初至90年代末，对全国水资源的水质情况进行调查研究分析之后发现：黄河、太湖等受到农药的普遍污染，水中农药含量多、种类多，例如六六六、滴滴涕、阿特拉津、莠灭净等。其中以六六六和滴滴涕为主。另外，北京官厅水库中的阿特拉津超标。

在中国，六六六是含农药水中的危害人体健康最严重的农药。六六六是六氯化苯的商品名，英文简称为BHC，分子式为C₆H₆Cl₆，因为分子中碳、氢、氯原子各为6个，因此而得名为六六六。六氯化苯常温下为白色晶体，有8种同分异构体，分别为α、β、γ、δ、ε、η、θ和ξ。六氯化苯对昆虫有触杀、熏杀和胃毒作用，其中γ异构体杀虫效力最高，α异构体次之，δ异构体又次之，β异构体效率极低。人体中毒时主要表现为头痛、头晕、多汗、无力、震颤、上下肢呈癫痫状抽搐、站立不稳、运动失调、意识迟钝、甚至昏迷、并可因呼吸中枢抑制而民生呼吸衰竭。对消化系统会产生流涎、恶心、呕吐、上腹不适疼痛及腹泻等症状。呼吸及循环系统可以造成咽、喉、鼻粘膜因吸入农药而充血，喉部有异物感，吐出泡沫痰、带血丝、呼吸困难、肺部有水肿，脸色苍白，血压下降，体温上升，心律不齐，心动过速甚至心室颤动。对皮肤、眼部刺激症状，有皮肤潮红、产生丘疹、水疱、皮炎、甚至糜烂有渗出、发生过敏性皮炎；眼部有流泪，眼睑痉挛和剧烈疼痛。

滴滴涕是危害人体健康的另一种农药。滴滴涕的结构式如下所示：

滴滴涕的英文简称为DDT，中文名称又为1，1，1～三氯～2，2～双(对氯苯基)乙烷，其在常温下为白色或者淡黄色粉末。滴滴涕是第一个大量使用的有机合成杀虫剂。早在1874年，齐德勒就已发现，用氯苯和三氯乙醛反应生成一种物质，具有杀虫效力。1936年～1938年，瑞士的缪勒在实验中重复了齐德勒的反应，得到了这种具有杀虫效力的物质，并为之申请了专利。这种物质于1943年正式投入生产，在20世纪40年代已为人们广泛使用了。滴滴涕对害虫有极强的触杀和胃毒作用，对于种种害虫都有很好的效果，用途极广。因此在它出现的30年里，一直是重要的杀虫剂。然而，长期使用中，它也暴露了自己的缺点，最严重的是它不易被生物分解，会残留下来，造成环境污染。急性中毒时症状有头痛、眩晕、恶心、呕吐、四肢感觉异常，共济失调；重者体温升高、心动过速、呼吸困难、昏迷、甚至死亡。对皮肤有刺激作用。

我国的国家标准GB5749-1985规定了生活饮用水中水质的标准，其中对滴滴涕和六六六限量分别为：1μg/L(微克/升)和5μg/L，具体的测定标准参见国家标准GB5750-1985的第85～87页。利用传统的处理工艺即混凝～沉淀～过滤工艺去除超标农药的效果不佳，利用颗粒状活性炭过滤吸附的效果也不理想。电渗析、纳滤膜、RO膜(反渗透膜)处理效果虽然很好，但是处理工艺复杂、设备等投资昂贵，在相当大的程度上限制了它们的应用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中的农药，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农药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：

一种用于去除水中农药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、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶50～150∶100～200∶10～80；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

发明人在研究中发现，在制备上述的过滤介质的过程中，其中的三氧化二铝柱撑蒙脱石粉和海泡石的重量和如果大于活性炭重量的120％，可以取得更加好的去除水中农药的效果，具体的原因或原理尚不能确定。

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。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，可以起到吸附水中杂质的作用。

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有机物，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。发明人发现：医用活性炭粉对农药的吸附效果非常好，并且使用粒径为38～250微米的医用活性炭时，效果更佳。

三氧化二铝柱撑蒙脱石是蒙脱石的一种。蒙脱石粉对有机物有良好的吸附作用，蒙脱石为天然原状粘土，结构呈现层片状结晶体，经活化处理后，其层片状结构由原先的紧密叠加变成为松散叠加，具有较大的吸附表面，吸附能力得以加强。属于层片状表面吸附。它不同于活性炭的孔状吸附，且具有活化吸附、絮凝、生化活性等良好的性能。

蒙脱石粉优选使用粒径为10～150微米的蒙脱石粉。

海泡石按照形成的原因可以分为热液型海泡石和沉积型海泡石两种类型，通常称为α～型海泡石和β～型海泡石。热液型海泡石矿由热液直接结晶而成或者由火山玻璃、含镁的矿物经低温热液蚀变而成，常产于富含镁的白云质灰岩、白云质大理岩石中；沉积型海泡石矿床常与碳酸盐岩、粘土岩共生，由沉积成岩作用生成。热液型海泡石呈长束纤维状，MgO(氧化镁)和SiO₂(二氧化硅)含量高，Al₂O₃(氧化铝)含量低，为富镁海泡石；沉积型海泡石呈粘土状，但在电子显微镜下观察仍然呈纤维状，改性海泡石Al₂O₃含量高，Mg和SiO₂含量低，为富铝海泡石。海泡石具有大的比表面积和孔容积，有贯穿整个结构的通道和空隙，而且海泡石表面存在三类活性中心：(1)硅氧四面体层中的氧原子，氧原子提供弱的电荷从而进行对吸附物的吸附；(2)在边缘部位与镁离子配位的水分子，它们可以与吸附物形成氢键；(3)在四面体的外表面，Si～O～Si键断裂而产生的Si～OH离子团，通过一个质子或一个羟基分子来补偿剩余的电荷，这些离子团沿纤维轴以5埃的间距分布，其数量取决于纤维的大小和晶体的缺穴。这些Si～OH离子团可与被吸附在海泡石外表面上的分子相互作用，还可以与某些有机试剂形成共价键。这些活性中心使得海泡石的吸附性能极好，包括吸附非极性或者弱极性的有机化合物。优选使用粒径为18～150微米的海泡石粉。粒径小的海泡石粉比表面积大，更容易发挥吸附作用。经过活化处理的海泡石粉效果更佳，可以使用酸活化，例如使用浓度为0.1～20％的硫酸在温度20～100℃浸泡处理1～15h(小时)。也可以进行高温焙烧海泡石粉，例如在200～500℃左右焙烧海泡石1～5h。海泡石粉优选18～150微米的烧过的活化海泡石粉。

活性炭粉、活化海泡石粉、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉均对农药有很强的吸附能力，三种具有很强吸附力的材料混合，具有协同吸附力，使得农药的去除率达到95％以上。

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：230～240℃，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任何理论。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农药，并且有协同作用，可以将水中的农药充分吸收。

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。

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农药，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200g，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150g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取三氧化二铝柱撑蒙脱石粉100g，所述三氧化二铝柱撑蒙脱石粉的粒径为18～250微米；

(4)称取海泡石粉100g，所述海泡石粉的粒径为18～150微米，该海泡石经过温度为500℃时间为1h的焙烧处理；

(5)称取食品级碳酸氢铵50g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)装填入管状模具中，在0.8MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结180分钟；

(8)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200g，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150g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取三氧化二铝柱撑蒙脱石粉70g，所述三氧化二铝柱撑蒙脱石粉的粒径为18～250微米；

(4)称取海泡石粉100g，所述海泡石粉的粒径为18～150微米，该海泡石经过温度为500℃时间为1h的焙烧处理；

(5)称取食品级碳酸氢铵50g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)装填入管状模具中，在0.8MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结180分钟；

(8)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉100g，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200g，所述医用活性炭的粒径为89～178微米；

(3)称取三氧化二铝柱撑蒙脱石粉150g，所述三氧化二铝柱撑蒙脱石粉的粒径为18～250微米；

(4)称取海泡石粉200g，所述海泡石粉的粒径为18～150微米，该海泡石经过温度为500℃时间为1h的焙烧处理；

(5)称取偶氮二甲酰胺10g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)装填入管状模具中，在1MPa的液压压力下压制，在230℃温度下烧结160分钟；

(8)自然冷却至室温然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉300g，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100g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取三氧化二铝柱撑蒙脱石粉50g，所述三氧化二铝柱撑蒙脱石粉的粒径为18～250微米；

(4)称取海泡石粉100g，所述海泡石粉的粒径为18～150微米，该海泡石经过温度为500℃时间为1h的焙烧处理；

(5)称取草酸80g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)装填入管状模具中，在0.5MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结100分钟；

(8)自然冷却至室温然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

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六六六和滴滴涕的去除效果好，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GB5750-1985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农药取得了很好的效果。

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 (10)

1、一种用于去除水中农药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、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、三氧化二铝柱撑蒙脱石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为：100～300∶100～200∶50～150∶100～200∶10～80；

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：三氧化二铝柱撑蒙脱石粉和海泡石的重量和大于活性炭重量的120％。

3、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。

4、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。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：海泡石粉的粒径为18～150微米的烧过的活化海泡石粉。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。

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10所述的净水装置。