CN101683609A - 用于去除水中亚硝酸盐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亚硝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粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶200～400∶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。该制备方法简单易行、成本低，并且用此制备所获得的过滤介质对亚硝酸盐的去除率高达95％以上。本发明还公开了一种用于去除水中亚硝酸盐的过滤介质。

Description

用于去除水中亚硝酸盐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亚硝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

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。

亚硝酸盐主要是指亚硝酸钠，亚硝酸钠为白色至淡黄色粉末或者颗粒状，味微成，易溶于水，外观及味道都与食盐相似。亚硝酸盐是强氧化剂，进入人体后很容易与血液中的血红蛋白反应，将血液中低铁血红蛋白氧化，形成高铁血红蛋白，从而使血红蛋白失去携氧传输能力，导致身体组织缺氧，呼吸中枢麻痹。亚硝酸盐同时对周围血管有扩张作用，轻则致人慢性中毒，严重的还会导致死亡。

另一方面，亚硝酸盐在人体胃中能和氨氮结合形成亚硝酰氨和亚硝胺，它们都是极强的致癌物质，几乎没有动物接触亚硝胺后不得癌症的。不但经常饮用摄入能够诱发癌症，就是一次较大摄入量也可以导致癌变。据国内外一些流行病学的调查报告表明，人类的食管癌、胃癌、肝癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、动脉硬化、胎儿畸形、死胎等，都与亚硝胺有关，短时间内可能看不出来，越是随着时间的延长可能发病率越高。1991～1998年间，广州市区百姓癌症死亡率逐年递增与饮用水源中亚硝酸盐含量增加有关。我国的河南、江苏、安徽、广东等地许多地方百姓癌症死亡率连年增多，皆因饮用水源中亚硝酸盐超标污染。消除饮水中亚硝酸盐的污染是一项急迫的任务。

目前，去除水中亚硝酸盐的方法有催化法、膜法、臭氧法、吸附法，其中以臭氧法的效果最好，但是臭氧法所需臭氧成本高，因此不利于推广应用。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于去除水中亚硝酸盐的过滤介质的制备方法，该制备方法简单易行、成本低，并且用此制备所获得的过滤介质对亚硝酸盐的去除率高。

为了解决以上的技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种用于去除水中亚硝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粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶200～400∶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。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。超高分子量聚乙烯在熔融粘度非常大，在熔融以后，超高分子量聚乙烯的流动性还是很差，因此不适宜用一般塑料成型方法，如浇铸、注塑等成型方法。超高分子量聚乙烯一般采用模压成型，在本发明中也是如此。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亚硝酸盐，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：医用活性炭粉对亚硝酸盐吸附效果非常好，并且使用粒径为38～250微米的医用活性炭时，效果更佳。

本发明所提供的制备方法，其中，当活性炭粉为氧化剂改性的活性炭粉时，所制得的用于去除亚硝酸盐的过滤介质对亚硝酸盐的过滤效果更好。氧化剂改性活性炭粉的方法一般是，用强氧化剂稀溶液浸泡活性炭，把活性炭表面的具有催化还原能力的官能团氧化成为具有氧化能力的官能团，使得活性炭的氧化能力增强，可以将亚硝酸盐氧化成为硝酸盐，而硝酸盐对于人体的毒害作用很小，从而可以更好的去除亚硝酸盐。例如，利用氯化银溶液(浓度很小)浸泡活性炭，氯化银离解时产生的银离子被吸附在活性炭表面。银离子的强氧化性可以氧化亚硝酸盐。改性活性炭粉的氧化剂还可以为：Fe^3-、MnO₄ ^-、Cr₂O₄ ^-等。

膨润土的英文名称为Bentonite，中文名称也叫斑脱岩或膨土岩。美国最早发现膨润土是在怀俄明州的古地层中，呈黄绿色的粘土，加水后能够膨胀成糊状，后来人们就把凡是具有这种性质的粘土统称为膨润土。膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85～90％之间，膨润土的一些性质也是由蒙脱石所决定的。膨润土有吸附性和阳离子交换性能，可以用于废水处理、去除水中特定的阴阳离子的作用，而且有很好的粘结性能，对于过滤介质的成型也有作用。

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：200～250℃，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亚硝酸盐，并且有协同作用，可以将水中的亚硝酸盐充分吸收。

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亚硝酸盐，去除率达到95％以上，该制备方法简单易行、成本低，并且用此制备所获得的过滤介质对亚硝酸盐的去除率高。

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-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性炭粉300g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；所述医用活性炭粉经过如下方法处理：利用氯化银饱和溶液浸泡24小时，然后在100℃烘干；

(3)称取膨润土粉60g，所述膨润土粉中蒙脱石的含量为90％，膨润土粉的粒径为18～78微米；

(4)称取食品级碳酸氢铵70g，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225℃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78～250微米；所述医用活性炭粉经过如下方法处理：利用0.001摩尔/升的氯化铁溶液浸泡24小时，然后在100℃烘干；

(3)称取膨润土粉100g，所述膨润土粉中蒙脱石的含量为90％，膨润土粉的粒径为18～150微米；

(4)称取食品级碳酸氢铵50g，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11分钟混合均匀；

(6)装填入管状模具中，在0.75MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结180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3

(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400g，所述医用活性炭的粒径为38～178微米；所述医用活性炭粉经过如下方法处理：利用氯化银饱和溶液浸泡24小时，然后在100℃烘干；

(3)称取膨润土粉50g，所述膨润土粉中蒙脱石的含量为90％，膨润土粉的粒径为78～150微米；

(4)称取偶氮二甲酰胺100g，纯度达到分析纯；

(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200℃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4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉260g，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320g，所述医用活性炭的粒径为38～78微米；所述医用活性炭粉经过如下方法处理：利用0.001摩尔/升的氯化铁溶液浸泡36小时，然后在100℃烘干；

(3)称取膨润土粉75g，所述膨润土粉中蒙脱石的含量为85％，膨润土粉的粒径为18～150微米；

(4)称取草酸65g，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11分钟混合均匀；

(6)装填入管状模具中，在0.60MPa的液压压力下压制，在250℃温度下烧结120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1，2，3，4，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亚硝酸盐的去除效果好，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中亚硝酸盐氮的含量单位：μg/L(测试方法见中国人民共和国国家标准GB5750-85)

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的亚硝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 (10)

1、一种用于去除水中亚硝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粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶200～400∶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。

2、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。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉为氧化剂改性的活性炭粉。

4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂改性的活性炭粉为载银活性炭粉。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨润土粉的粒径为18～150微米。

6、根据权利要求1～5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，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。

7、根据权利要求1～6中任意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9所述的净水装置。