CN101844003A - 用于去除饮用水中铜的过滤介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于去除饮用水中铜的过滤介质的制备方法，包括步骤：a)将包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、铁锰矿粉、赤泥粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的重量比为：200～350∶50～100∶50～100∶50～100∶50～120；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却得到过滤介质。相对于现有技术，本发明制备的过滤介质能够高效的去除饮用水中的铜，并且使用简便，适合家庭终端饮水处理，经检测，该过滤介质对饮用水中铜的去除率可达96％～99％。

Description

用于去除饮用水中铜的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种用于去除饮用水中铜的过滤介质及其制备方法。

背景技术

铜是人体必须元素，但它又是具有严重污染的重金属之一。含铜工业废水主要来源于有色冶炼、电镀、电路极生产、化工和印染等生产中。进入水体环境中的Cu(II)不能够被生物降及转化为无害物，而是通过水迁移，经过食物链被生物污染富集，污染粮食籽粒生产和水生生物。由于铜与人体组织中某些组织的亲和力特别大，结合后会抑制酶的活性。铜对人体的危害主要表现在铜盐会强烈的刺激肠、胃和呼吸道粘膜，导致腹痛、呕吐，长期过量的摄入铜会引起肝硬化等疾病。另外，铜对水生生物的危害也很大，海草及软体动物对铜特别敏感，我国已经把铜列为水中优先控制污染物“黑名单”。

为消除或减少铜污染水对人们身体造成的伤害，现有技术中已经公开了多种去除饮用水中的铜的方法。例如，Ro膜和电去离子方法(又称EDI)，该方法对铜具有较好的去除效果，但该方法即耗费电能也耗费较多的水资源。又如，生物吸附的方法，在该方法中通过培养各种对Cu(II)有较好吸附作用的菌类，但菌种的培养、处理需要严格的PH值等，使用条件过于苛刻。又如，离子交换树脂法，该方法虽然对铜有较好的去除效果，但是用树脂处理过的水中有异味，此外，用酸或碱再生使用不便，有的还呈腐蚀性，并且改变了水的性质，运行成本较高，适合工业应用，但不适合家庭饮用水的处理。

中国专利文件CN101279776A公开了一种磁性吸附剂去除铜离子的方法。在该方法中，先用壳聚糖溶液包裹Fe₃O₄磁性粉末制备磁性纳米微粒，再用醋酸缓冲溶液将磁性纳米微粒溶胀，进行表面化学修饰得到能够螯合金属铜离子活性基团的磁性吸附剂，吸附时，在PH值2.0～8.0的条件下将所述磁性吸附剂与铜离子溶液进行吸附反应0～4小时，然后再用洗脱剂对吸附剂进行洗脱，以得到再生的磁性纳米吸附剂。

考虑到现有技术中的过滤方法在去除饮用水中的铜时去除率较低，需要提供一种对饮用水中的铜具有较高去除率的过滤介质。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种过滤介质的制备方法，所述过滤介质对饮用水中的铜具有较高去除率，本发明还提供一种由所述的制备方法制备的过滤介质、以及滤芯、净水装置和饮水机。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于去除引用水中铜的过滤介质的制备方法，包括步骤：

a)将包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉和发孔剂的重量比为：200～350∶50～100∶50～100∶50～100∶50～120；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

优选的，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的重量比为：290～300∶70～80∶80～90∶70～80∶90～100。

按照本发明，采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为制备过滤介质的原料之一，由于超高分子量聚乙烯不但可以作为粘结剂还可以形成过滤骨架。此外，将超高分子量聚乙烯与其他成分混合压制并烧结得到的过滤介质容易形成微孔，还可以起到吸附水中杂质尤其是铜的作用。本发明所述超高分子量聚乙烯粉优选为重均分子量大于100万的聚乙烯粉，更优选使用重均分子量为250万～400万的超高分子量聚乙烯。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350万±50万)、M-IV(分子量为大于400万)等规格的产品。

为了使超高分子量聚乙烯与过滤介质其他成分达到更好的接触有助于烧结，超高分子量聚乙烯的粉末粒径可以为50μm(微米)～200μm，优选的，超高分子量聚乙烯的粉末粒径为120μm～160μm。如果粉末粒径过大，会减小超高分子量聚乙烯粉末与其他成分的接触面积，使其骨架作用减小。如果粉末粒径过小，不利于在过滤介质内形成合适的微孔。

本发明提供的制备过滤介质的原料中还包括活性炭。活性炭作为一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构、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。本发明优选采用比表面积不低于500m²/g的活性炭，更优选，选择比表面积不低于1000m²/g的活性炭，最优选，选用比表面积不低于1500m²/g的活性炭。

在选用活性炭时，优选医用活性炭，所述医用活性炭指符合国家相关药品监督标准的产品，由于医用活性炭杂质含量更低、表面积更大，因此具备更加优良的吸附效果，可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。按照本发明，为了使活性炭与过滤介质中的其他成分达到更有效的接触并达到更好的吸附效果，本发明人发现，当选用粒径为50μm～180μm的活性炭时，过滤介质对铜具有较好的吸附效果，优选的，选用粒径为90μm～120μm的活性炭。

按照本发明，在制备过滤介质的原料中还包括沸石分子筛粉。沸石分子筛粉作为一种结晶型的铝硅酸盐，表面成骨架状结构，内部分布有大量孔径均一的孔穴，孔穴和孔穴之间有孔道连接，该孔穴可以起到吸附分子的作用，分子经由孔道经过。由于沸石分子筛主要依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性的吸附，因此可以根据孔径的规格可以吸附特定大小的分子而排斥较大物质的分子。

商品沸石粉常用前缀数码将晶体结构不提供的分子筛加以分类，本发明优选采用X型沸石分子筛粉，所述X型沸石分子筛粉指本领域技术人员熟知的SiO₂/Al₂O₃(mol)比为2.2～3.0的沸石分子筛粉。X性沸石分子筛粉具有八面沸石的三维骨架结构，主孔道直径为

可以吸附小于

的任何分子。

X型沸石分子筛粉具有较高的空穴体积，脱水后每克X型沸石分子筛粉的空穴体积为0.36cm³，具有较高吸附容量，较快的吸附速率，因此本发明优选采用X型沸石分子筛粉。为了达到更好的吸附效果，优选使用粒径为50μm～180μm的X型沸石分子筛，更优选的，选用粒径为60μm～90μm的X型沸石分子筛。试验表明，采用粒径为60μm～90μm的X型沸石分子筛制备的过滤介质对铜的吸附具有较快的吸附速度，吸附时间5-10分钟时，水中的铜的吸附率可以达到96％以上。

在本发明提供的制备过滤介质的原料中，还包括电气石粉。本发明所述电气石(tourmaline)粉是指将电气石原矿经过去除杂质后，经过机械粉碎得到的粉体。电气石的主要化学成分是SiO₂、TiO₂、CaO、K₂O、Li₂O、Al₂O₃、B₂O₃、MgO、Na₂O、Fe₂O₃、FeO、MnO、P₂O₅。由于电气石是一种结构特殊的极性结晶体，在电气石晶体表面会存在一定的极化电荷，由于荷电粒子的存在，表面还呈现一定的静电力，化学力和静电力构造成了电气石的表面力，对于水中的铜起到了很好的吸附净化效果。按照本发明，优选使用粒径为50μm～180μm的电气石粉，更优选的，电气石粉的粒径为60μm～90μm。

本发明所述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、草酸等是发孔剂典型的代表，优选的，发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的一种或多种，更优选的，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级碳酸氢铵。其中的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。

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，所述的超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、电气石粉和活性炭粉协同加合作用下，使得过滤介质可以有效地去除水中的铜。

在步骤a)中，需要将几种原料混合均匀，对于混合方法，本发明无特别限制，可以采用人工混料，也可以采用机械混料。采用机械混料时，可以使用本领域技术人员熟知的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，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。

将几种原料混合均匀后，将混合物放在模具中进行成型，成型压力优选不大于2MPa，优选的，成型压力为0.4～1MPa。对于模具本发明无特别限制，可以为铝及其合金、铁及其合金等本领域技术人员熟知的材质。另外，成型时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。

成型后，对成型体进行烧结，烧结温度优选为200℃～300℃，更优选的烧结温度为220℃～280℃。烧结时间优选为100～180分钟，更优选的，烧结时间优选为100～150分钟，对于烧结压力本发明亦无特别限制，可以常压烧结，也可以为加压烧结，优选常压烧结。烧结后，优选冷却至40℃～60℃脱模，得到过滤介质。按照本发明，制备滤芯时，可以采用将烧结得到的过滤介质机加工成滤芯，也可以直接选用滤芯模具作为混合原料的成型模具，均可以实现本发明的目的。

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。

本发明提供一种过滤介质的制备方法。本发明采用超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂作为原料制备过滤介质。由于超高分子量聚乙烯不但可以作为过滤介质的骨架，而且具备很强的吸附能力。此外，在原料中混合沸石分子筛粉和电气石粉后，对于除铜具备更好的效果。在几种原料的协同加和作用下，本发明制备的过滤介质能够高效、迅速的去除饮用水中的铜，并且，本发明提供的过滤介质使用简便，适合家庭终端饮水处理，经检测该过滤介质对饮用水中铜的去除率可达96％～99％。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

(1)称取超高分子量聚乙烯粉275g，该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，重均分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉75g，所述医用活性炭粉的粒径为94μm～115μm，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取X型沸石分子筛粉95g，所述X型沸石分子筛的粒径为65μm～85μm；

(4)称取电气石粉80g，所述电气石粉的粒径为62μm～85μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵95g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(6)将以上五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将步骤(6)中混合均匀的粉末装填入滤芯模具中，加压成型，成型压力为0.9MPa；

(8)将步骤(7)得到的成型体在260℃温度下常温烧结140分钟，然后自然冷却至50℃后脱模，即得到多微细孔的内径为25mm、外径为50mm的滤芯1。

实施例2

(1)称取超高分子量聚乙烯粉290g，该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，重均分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉75g，所述医用活性炭粉的粒径为94μm～115μm微米，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取X型沸石分子筛粉85g，所述X型沸石分子筛的粒径为65μm～85μm；

(4)称取电气石粉75g，所述电气石粉的粒径为62μm～85μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵95g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(6)将以上五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将步骤(6)中混合均匀的粉末装填入滤芯模具中，加压成型，成型压力为0.9MPa；

(8)将步骤(7)得到的成型体在270℃温度下常温烧结140分钟，然后自然冷却至50℃后脱模，即得到多微细孔的内径为25mm、外径为50mm的滤芯2。

实施例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉260g，该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，重均分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉90g，所述医用活性炭粉的粒径为94μm～115μm，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取X型沸石分子筛粉90g，所述X型沸石分子筛的粒径为65μm～85μm；

(4)称取电气石粉75g，所述电气石粉的粒径为62μm～85μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵105g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(6)将以上五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将步骤(6)中混合均匀的粉末装填入模具中，加压成型，成型压力为0.9MPa；

(8)将步骤(7)得到的成型体在270℃温度下常温烧结140分钟，然后自然冷却至50℃后脱模，即得到多微细孔的内径为25mm、外径为50mm的滤芯3。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉320g，该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，重均分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉65g，所述医用活性炭粉的粒径为94μm～115μm，，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取X型沸石分子筛粉75g，所述X型沸石分子筛的粒径为65μm～85μm；

(4)称取电气石粉80g，所述电气石粉的粒径为62μm～85μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵80g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(6)将以上五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将步骤(6)中混合均匀的粉末装填入滤芯模具中，等静压成型，成型压力为0.9MPa；

(8)将步骤(7)得到的成型体在260℃温度下常温烧结140分钟，然后自然冷却至50℃后脱模，即得到多微细孔的内径为25mm、外径为50mm的滤芯4。

实施例5

取实施例1～4制得的多微细孔的滤芯1、滤芯2、滤芯3、滤芯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，滤芯两端粘结上连接端盖形成构造滤芯，放置于不锈钢塑料壳体内，用于处理饮用水，并分别对饮用水在过滤前和过滤后的铜含量进行测试，结果见表1。参见表1，可见本发明提供的滤芯对于去除饮用水中的铜具有良好的效果，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的铜含量，单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的铜取得了很好的效果。

以上对本发明提供的制备过滤介质的方法、过滤介质、滤芯、净水装置、净水机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于去除饮用水中铜的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括步骤：

a)将包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的重量比为：200～350∶50～100∶50～100∶50～100∶50～120；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却得到过滤介质。

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粉、活性炭粉、沸石分子筛粉、电气石粉和发孔剂的重量比为：290～300∶70～80∶80～90∶70～80∶90～100。

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250万～400万。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉为粒径是50μm～180μm的医用活性炭粉。

5.根据权利要求1所述的制备发方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的粒径为50μm～180μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石分子筛粉的粒径为50μm～180μm。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述的制备方法制得的过滤介质。

8.一种滤芯，其特征在于，使用权利要求7所述过滤介质。

9.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求7所述的过滤介质或权利要求8所述的滤芯。

10.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求9所述的净水装置。