CN101628231B - 用于去除水中贾滴虫和隐孢子虫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贾滴虫和隐孢子虫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、活性炭和硅藻土粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭和硅藻土粉的重量比为：100～300∶50～100∶100～350；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。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贾滴虫和隐孢子虫，去除率达到99.5％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。

Description

用于去除水中贾滴虫和隐孢子虫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贾滴虫和隐孢子虫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。

贾滴虫和隐孢子虫通常称为“二虫”或“两虫”，“二虫”容易引发贾滴虫病和隐孢子虫病。贾滴虫病是一种兰氏贾滴鞭毛原虫的小肠感染所致，它可能无症状，也可能引起从间歇性腹部胀气直至慢性吸收不良等临床表现。贾滴虫病的发病机理是，贾滴虫滋养体牢固地吸附于十二指肠和近端空肠的粘膜并分裂繁殖。释出的虫体很快转化为对外界环境有抵抗力的包囊，包囊随粪排出后经粪-口途径传播。隐孢子虫病的发病机理尚未确定，推测是多种因素共同作用的结果。隐孢子虫病发病机理的一种解释是，隐孢子虫体寄生在肠粘膜表面，破坏了肠绒毛正常的功能引起小肠的消化和吸收障碍，从而导致腹泻。隐孢子虫虫体对肠绒毛破坏还可引起肠道细菌的大量繁殖。隐孢子虫虫体产生的毒素、肠道内双糖酶和其他粘膜酶的丢失与减少，脂肪消化吸收障碍等，都是造成病人腹泻的原因。

城市人群感染贾滴虫病的原因通常是饮用了以河流湖泊作为源水而没有进行微过滤处理的自来水。在美国，受贾滴虫感染过的人口大约有4200万。在亚洲、非洲和拉丁美洲等发展中国家和地区，由于卫生条件的不够完善，水传播型的贾滴虫病的发病率则更高。1983年，美国贾滴虫病占全部介水传播疾病的68％；1984年，由于贾滴虫病的传播，宾夕法尼亚州中的25万居民被告知在6个月内需要把水烧开后再喝。隐孢子虫病的发明率在寄生虫性腹泻中占首位或者第二位。隐孢子虫病多发生在与病人或病牛接触后的人群，或幼儿园、托儿所等人口较为集中的单位。例如，美国费城一家日托中心，在一次腹泻爆发中隐孢子虫的感染率达65％。1984年隐孢子虫病被证实可介水传播。1987年，在不到65000人的美国佐治亚州卡罗尔顿，大约有13000人发生胃肠炎，经过检测发现，39％患者粪检呈隐孢子虫卵囊阳性。1993年，威斯康星州密尔沃基市供水系统遭隐孢子虫感染，80万人的城市中，超过40万人发生了腹泻。我国于1987年在南京首次发现人体携带隐孢子虫的病例。随后在安徽、福建、内蒙古、湖南、山东、徐州和南京等省市都报道了一些病例。

贾滴虫孢子具有强的繁殖能力，例如当一个人吞食进一个贾滴虫孢子，这个孢子在10天内可繁殖到100万个原虫，15天内繁殖到10亿个。隐孢子虫病的传播性也很强，只需要很小的活性隐孢子虫卵囊即可，甚至一个隐孢子虫也可以致病。

贾滴虫和隐孢子虫具有抗氯性。研究表明自来水厂传统的投氯量对去除贾滴虫和隐孢子虫的效果甚微。贾滴虫和隐孢子虫的个体都非常微小，一般的过滤方法很难把它们捕获除掉。用臭氧、紫外线、生物膜、逆渗透等技术方法，虽然对去除贾滴虫和隐孢子虫的去除效果较好，但是设备太过复杂、价格昂贵、耗电耗时间，使用起来又很麻烦。

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贾滴虫和隐孢子虫，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贾滴虫和隐孢子虫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：

一种用于去除水中贾滴虫和隐孢子虫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、活性炭和硅藻土粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭和硅藻土粉的重量比为：100～300∶50～100∶100～350；

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：200～240℃，烧结时间为10～200分钟，冷却至70℃以下可以脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后，得出在200～240℃的范围内制作出的过滤介质，过滤效果更好。

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型(分子量为150±50万)、M-II型(分子量为250±50万)、M-III型(分子量为350±50万)、M-IV型(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，因为超高分子量聚乙烯的分子量大，熔融粘度非常高，熔融以后不能流动，所以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，可以起到吸附水中贾滴虫和隐孢子虫的作用。

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贾滴虫和隐孢子虫的效果更佳。

硅藻土是由含氧化物很高的硅藻、放射虫或海绵的遗体组成，硅藻骨架中的氧化硅类似于蛋白石或含水的氧化硅，主要由SiO₂组成，并含有少量的Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃及有机杂质。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而较轻。硅藻土在我国主要产于浙江省嵊州市。

硅藻精土是指硅藻土经过选矿，去除粘土、石英砂、碎屑矿物等杂质，使得硅藻品质达到92％以上便是精土。硅藻精土形体内含有1000多个纳米微孔，也是天然的纳米微孔材料，能够吸收超过自身重量3～4倍的物质。硅藻精土对贾滴虫和隐孢子虫有极强的吸附能力。此外，作为一种纳米微孔材料，硅藻精土在本发明的过滤介质及滤芯中还起到造孔的作用。沸石粉和硅藻土粉对贾滴虫和隐孢子虫均有较好的吸附效果。

上述的用于去除水中贾滴虫和隐孢子虫的过滤介质的制备方法，步骤a)中的原料还可以加入适当量的发孔剂，所述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。

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贾滴虫和隐孢子虫，并且有协同作用，可以将水中的贾滴虫和隐孢子虫充分吸收。

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。

利用上述方法制备的过滤介质或者滤芯，绝对孔径0.45微米左右，贾滴虫孢子直径1～9微米，长度8～12微米；隐孢子虫卵囊直径4～6微米。理论上认为，微孔绝对直径小于3微米即可过滤贾滴虫和隐孢子虫，但在实际使用当中，微孔为1微米～3微米的过滤介质或者滤芯比更大微孔的过滤介质或者滤芯去除贾滴虫和隐孢子虫时更有效。过滤去除贾滴虫和隐孢子虫最好的应在1微米以下的微孔滤芯。

滤芯的厚度大于8mm更为合适，内有无数迷宫状的、弯弯曲曲的孔道，贾滴虫和隐孢子虫在其中被拦阻、截留。滤芯用的超高分子量聚乙烯粉末，分子量在200万～700万，具有强大的静电引力，更加强了吸附、络合作用。

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贾滴虫和隐孢子虫，去除率达到99.5％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190g，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70g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；

(3)称取硅藻精土粉160g，所述硅藻精土粉的粒径为11～38微米；

(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)装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结150分钟。

(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为8mm。

实施例2

(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-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的粒径为78～250微米；

(3)称取硅藻精土粉160g，所述硅藻精土粉的粒径为15～74微米；

(4)称取食品级碳酸氢铵50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9分钟混合均匀；

(6)装填入管状模具中，在0.5MPa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟。

(7)自然冷却至25℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为8mm。

实施例3

(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-II型产品，其分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的粒径为89～250微米；

(3)称取硅藻精土粉300g，所述硅藻精土粉的粒径为11～38微米；

(4)称取偶氮二甲酰胺70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12分钟混合均匀；

(6)装填入管状模具中，在0.9MPa的液压压力下压制，在235℃温度下烧结130分钟。

(7)自然冷却至25℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为8mm。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉160g，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90g，所述医用活性炭的粒径为11～250微米；

(3)称取硅藻精土粉120g，所述硅藻精土粉的粒径为11～38微米；

(4)称取草酸30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)装填入管状模具中，在0.4MPa的液压压力下压制，在205℃温度下烧结160分钟。

(7)自然冷却至30℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为8mm。

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贾滴虫和隐孢子虫的去除效果好，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

表1中使用的测试方法是申请号为200610030137.7的专利申请中所述的测试方法。对于每个滤芯分别进行试验100次，分别检测其中是否含有贾滴虫或者隐孢子虫。

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的贾滴虫和隐孢子虫取得了很好的效果。

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 (9)

1.一种用于去除水中贾滴虫和隐孢子虫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、活性炭和硅藻精土粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭和硅藻精土粉的重量比为：100～300∶50～100∶100～350；

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，烧结的温度为200～240℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述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，所述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，步骤a)中所述的原料还包括发孔剂，所述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。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

7.使用权利要求6所述过滤介质的滤芯。

8.一种净水装置，包括使用权利要求6所述的过滤介质或者权利要求7所述的滤芯。

9.一种饮水机，包括权利要求8所述的净水装置。