CN101683577A - 一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质及其制备方法。本发明的过滤介质的制备方法包括如下步骤a)将包含100～300重量份的超高分子量聚乙烯粉、100～200重量份的活性炭粉、100～200重量份的有机粘土以及10～100重量份的发孔剂混合均匀；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却脱模。另外，本发明还提供了带有上述过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。本发明的过滤介质能有效去除饮水中的内分泌扰乱物质，而且具有使用方便及价格便宜的优点。
Description
技术领域
本发明涉及用于饮水净化的过滤介质及其制备方法，具体涉及一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质及其制备方法，还涉及使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。
背景技术
随着化学污染物排放的种类和数量的增加，其中有些化学污染物经环境介质进入生物体可能会对内分泌系统中荷尔蒙的分泌、合成和代谢造成不良影响，此类化学物质统称为内分泌扰乱物质，俗称环境荷尔蒙。
国际水协主席在2006的第五届世界水大会上指出：“国际水协探讨了六个急待采取措施解决的问题，第一个就是环境激素(内分泌扰乱物质)的区分和影响，影响人类和哺乳动物的干扰物质正在增加，它们在水中通常引发严重的污染问题，尽管内分泌干扰物质的影响在二十世纪三十年代就初见端倪，但最近才给予定义。这类物质增加速度如此之快，以至于我们没有时间来研究相应的解决措施”。环境激素并不直接作为有毒物质给生物体带来任何异常的影响，而是对生物体起激素作用，即使数量极微少也会使生物体的内分泌失调，可出现生殖器畸形、精子量减少、乳腺癌等恶性肿瘤发病率上升等问题。环境激素的污染问题不同于其它污染，其可怕之处在于关系到今后人类正常延续以及人口质量的重大问题。
饮用水中微量的分泌性干扰物质污染对人体健康危害是缓慢的，一般要10-20年后才被发现，而一旦发现其造成的危害就是非常严重的。我国饮水中内分泌扰乱物质的污染问题比较严重，其中壬基酚对水体的污染具有代表性。壬基酚作为重要的工业原料和中间体在工业生产中被广泛应用，它属于内分泌扰乱物质中最为多见的一种，具有明显的环境雌激素效应，它在环境中具有较强的化学稳定性，一旦摄入不易降解和排出体外，生物蓄积效应强，因此微量而长期的摄入会对生物体产生环境雌激素效应。
一般饮用水处理工艺对壬基酚的去除只有60％左右，对于氯化消毒而言，其副产物的雌激素活性甚至超过母体化合物。现有技术由于不能有效去除饮水中内分泌扰乱物质而产生环境激素效应，因此有效去除饮水中的内分泌扰乱物质是一个急待解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于饮用水净化的过滤介质，用于有效去除饮水中的内分泌扰乱物质。
本发明的另一个目的是提供上述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：
一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含100～300重量份的超高分子量聚乙烯粉、100～200重量份的活性炭粉、100～200重量份的有机粘土以及10～100重量份的发孔剂混合均匀；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却脱模。
其中，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。
其中，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。
本发明中活性炭可以高效吸附水中的有机物，优选医用活性炭，其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：医用活性炭粉对壬基酚的吸附效果非常好，并且使用粒径为38～250微米的医用活性炭时，效果更佳。
其中，有机粘土通常是由有机阳离子与粘土矿物中的无机阳离子在水溶液中进行离子交换制得。无机粘土含有不同数量钠、钾、钙和镁等金属离子，它们存在于粘土层间，因此可以通过阳离子交换反应把矿物中原有的无机阳离子交换成有机阳离子，从而改善粘土的层状结构和表面性质。其中，有机粘土优选十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)改性蒙脱土，是由表面活性剂HDTMA改性处理所得，其对酚类物质有很好的吸附作用，对壬基酚的吸附率高，吸附量大。
其中，发孔剂包括偶氮二甲酰胺、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。
在模具中压制的压力可以选择为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。
上述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。
本发明采用上述方法提供了一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质。
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，本发明的优点在于采用上述几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除饮水中的内分泌扰乱物质，其中超高分子量聚乙烯、活性炭及有机粘土三者对环境中的内分泌扰乱物质有良好的吸附作用，三者共同使用具有很强吸附力，可发挥协同吸附作用，使得能够更好地吸附去除饮水中的内分泌扰乱物质，其中对壬基酚的去除率达到95％以上。本发明提供的过滤介质能够有效去除饮水中的内分泌扰乱物质，而且具有使用方便、使用效果好及价格便宜的优点。
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HDTMA改性蒙脱土150g，粒径为10～150微米；
(4)称取食品级碳酸氢铵60g，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0.8MPa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-II型产品，其分子量为250万；
(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HDTMA改性蒙脱土100g，粒径为10～150微米；
(4)称取食品级碳酸氢铵10g，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0.6MPa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结120分钟；
(7)自然冷却至40℃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-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38～250微米；
(3)称取HDTMA改性蒙脱土200g，粒径为10～150微米；
(4)称取食品级碳酸氢铵100g，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1.0MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结100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4
(1)称取超高分子量聚乙烯粉250g，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180g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；
(3)称取HDTMA改性蒙脱土160g，粒径为10～150微米；
(4)称取食品级碳酸氢铵80g，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0.5MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结80分钟；
(7)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1-4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壬基酚去除效果好，非常适合家庭终端饮用水处理的需要。表1中结果是采用气相层析质谱仪分析饮水中的壬基酚含量。
表1使用滤芯处理前后的饮用水中壬基酚含量对比
从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的壬基酚取得了很好的效果。
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。需要指出的是，具体实施方式所描述的内容是为更好的实施本发明而优选的实施方式，本发明的保护范围不限于上述实施方式所述的技术方案，而应以权利要求书所述的实质内容为准，任何可能的组成、含量及工艺上的改变只要不脱离本发明权利要求的实质内容均属于本发明所保护的范围。
Claims (9)
1.一种去除饮用水中内分泌扰乱物质的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含100～300重量份的超高分子量聚乙烯粉、100～200重量份的活性炭粉、100～200重量份的有机粘土以及10～100重量份的发孔剂混合均匀；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却脱模。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中活性炭为粒径为38～250微米的医用活性炭。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中有机粘土为十六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中发孔剂包括偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项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。
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