CN101844004B - 用于去除饮用水中六价铬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水中六价铬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、氢氧化镁粉、膨润土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、氢氧化镁粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～200∶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，本发明的优点在于制备的过滤介质能够高效、迅速的去除饮用水中的六价铬，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，检测结果表明，本发明制备的过滤介质对饮用水中六价铬的去除率可达95％～99％。

Description

用于去除饮用水中六价铬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六价铬的过滤介质及其制备方法。

背景技术

铬是人体必需的一种微量元素，人身缺少铬，会引发动脉粥样硬化，还会影响机体内糖类和脂类的代谢。但如果过多的铬污染水体时，铬能在水生生物、鱼体、植物体内蓄积，因此对于人体或动植物的危害更大。许多研究表明，铬先以六价铬的形式渗入细胞后，被还原为毒性更强且易吸收的三价铬后，三价铬与细胞内大分子结合，容易引发细胞的突变和癌变，六价铬是强致癌突变物已经被证实。

在美国、日本、俄罗斯有大量的高浓度铬污染地面、地下水源和水井的报道。在我国，众多的电镀、印染、金属加工等乡镇企业也使铬污染水资源的现象普遍严重，目前有20多个省市排放铬渣。据报道，湖南湘江岸边数十吨的铬渣露天堆放，所含六价铬被雨雪浸淋溶出后浸入江水或地下水中，严重污染水源，在该污染带内水中六价铬含量超过饮用水标准数十倍！

在现有技术中，人们熟知的活性炭技术，活性炭对铬的吸附效果不是很明显。电絮凝方法需要添加絮凝剂与电解槽中，后续还要进行固液分离。在逆渗透膜技术中，除铬有较好的效果，但其即浪费水又耗电，且使用起来较麻烦。双金属(KDF)去除重金属，需比较长的流程和足够的反应时间产生电化学反应，绝不是10多个毫米厚的薄层就会产生实效的，即费时价格又太贵。

中国专利文献CN107296A公开了一种去除生活引用水中六价铬的方法，在该方法中将酸碱除油除锈、并经漂白粉和酒精处理后的铁屑或铸铁屑作为原料，然后与活性炭或焦炭按照重量比20～50∶1的比例混合均匀后作为填料，利用该填料表面产生腐蚀微电池的内点解原理对含有六价铬的生活饮用水进行处理。

考虑到现有技术中的过滤方法在去除饮用水中的六价铬时去除率较低，需要提供一种对饮用水中的六价铬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，该过滤介质对饮用水中的六价铬具有较高的去除率，本发明还提供一种由所述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六价铬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、氢氧化镁粉、膨润土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、氢氧化镁粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～200∶50～200∶50～120；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

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，超高分子量聚乙烯不但可以最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的作用。所述超高分子量聚乙烯粉为重均分子量大于100万的聚乙烯粉，优选使用重均分子量为250万～400万的聚乙烯。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其他成分达到更好的接触，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100μm～150μm。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。如果粉末粒径过效，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。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选的，活性炭的比表面积不低于500m²/g，更优选的不低于1000m²/g，最优选的不低于1500m²/g。

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。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。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，当选用为50μm～180μm的活性炭时，过滤介质对六价铬具有较好的吸附效果，优选的，选用粒径为100μm～150μm的活性炭时，过滤介质吸附活性炭的效果更佳。

按照本发明，在制备过滤介质的原料中还包括膨润土粉(Bentonite)，所述膨润土粉为本领域技术人员熟知的膨润土，又称斑脱岩或膨土岩，主要矿物成分是蒙脱石，含量在85重量％～90重量％之间，膨润土的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，而且具有很好的粘结性能，对于过滤介质的成型也有作用。

优选的，本发明选择改性膨润土粉，所述改性膨润土粉指现有技术中公知的将膨润土采用酸、碱或有机物加以处理后得到的膨润土。膨润土经过改性后，使分散的膨润土单晶片形成层柱状结构，在缔合颗粒之间形成较大的空间，改变膨润土在水中的分散状态以及性能，提高了其吸附能力和离子交换能力，它可以在较宽的PH值范围内对六价铬有较好的吸附效果。

作为优选的，可以选择本领域技术人员熟知的酸活化膨润土、有机膨润土、无机阳离子改性膨润土。所述酸化膨润土指用酸对膨润土进行改性处理，将膨润土中的可交换的K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子交换成H⁺，酸活化处理膨润土时，由于可以促使膨润土中可溶性杂质溶解以及促进膨润土中的铝氧八面体的部分溶解，可以进一步提高膨润土的纯度和吸附能力。所述有机膨润土包括阳离子、阴-阳离子、非离子、阳离子-非离子组合改性有机膨润土，例如采用中国专利CN1263132、CN1356270、CN85106842、CN1250067、美国专利USP4391637、美国USP4351753中公开的方法进行过有机改性处理过的膨润土。所述无机阳离子改性膨润土是指以K⁺、Na²⁺、Li²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺等可溶性盐类对天然膨润土进行了离子交换改性处理过的膨润土。

优选的，改性膨润土粉的粒径为50μm～150μm，更优选的，改性膨润土粉的粒径为55μm～85μm。

在本发明提供的制备过滤介质的原料中，还包括氢氧化镁粉。由于氢氧化镁粉具有比较大的比表面积，吸附力强，特别容易从被污染的水中吸附六价铬。作为优选，本发明选择粒度为为50μm～150μm的氢氧化镁粉，更优选的，氢氧化镁粉的粒径为50μm～80μm。优选使用纯度为98重量％或更高的氢氧化镁粉，更优选的，氢氧化镁粉的纯度为99.99重量％或更高。

按照本发明，所述发孔剂选择偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的一种或多种。优选的，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。

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，在所述的超高分子量聚乙烯粉、膨润土粉、氢氧化镁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六价铬。

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。

本发明提供一种制备过滤介质的方法。本发明采用超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氢氧化镁粉、膨润土粉和发孔剂作为过滤介质的原料，由于超高分子量聚乙烯不但可以作为过滤介质的骨架，而且具备很好的吸附能力，此外氢氧化镁粉和膨润土对于吸附六价铬具有很好的效果，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六价铬，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六价铬的去除率可达95％～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)称取氢氧化镁粉90g，所述氢氧化镁粉的粒径为65μm～85μm，纯度大于99.99重量％；

(4)将天然膨润土加水搅拌制成浆料，向浆料内加入草酸控制浆液的PH值在约6.5左右，搅拌10小时，然后将浆料过滤出来、干燥，粉碎得到粒径为55μm～75μm的改性膨润土粉，称取该改性膨润土粉75g；

(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70g，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)称取氢氧化镁粉85g，所述氢氧化镁粉的粒径为65μm～85μm，纯度大于99.99重量％；

(4)称取实施例1的第(4)步中制备的改性膨润土粉75g；

(5)称取食品级碳酸氢铵110g，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)称取氢氧化镁粉100g，所述氢氧化镁粉的粒径为65μm～85μm，纯度大于99.99重量％；

(4)将天然膨润土加水搅拌制成浆料，向浆料内加入氢氧化钠控制浆液的PH值在约7.5左右，搅拌10小时，然后将浆料过滤出来、干燥，粉碎得到粒径为55μm～75μm的改性膨润土粉，称取该改性膨润土粉68g；

(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)称取氢氧化镁粉85g，所述氢氧化镁粉的粒径为65μm～85μm，纯度大于99.99重量％；

(4)称取实施例3的第(4)步中制备的改性膨润土粉75g；

(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六价铬含量进行测试，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六价铬具有良好的效果，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六价铬含量，单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的六价铬取得了很好的效果。

以上对本发明所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 (6)

1.一种用于去除饮用水中六价铬的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括步骤：

a)将由超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氢氧化镁粉、酸活化膨润土粉和发孔剂组成的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氢氧化镁粉、酸活化膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～200∶50～200∶50～120，所述超高分子量聚乙烯粉的分子量为250万～400万；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却，所述烧结的温度为220℃～280℃，烧结的时间为100～180分钟，

所述超高分子量聚乙烯粉的粒径为50μm～200μm；

所述活性炭粉为粒径是50μm～180μm的活性炭粉；

所述氢氧化镁粉的粒径为50μm～150μm；

所述酸活化膨润土粉的粒径为50μm～150μm。

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、氢氧化镁粉、酸活化膨润土粉和发孔剂的重量比为：290～300∶60～70∶80～90∶70～80∶100～120。

3.一种根据权利要求1至2任一项所述的制备方法制得的过滤介质。

4.一种滤芯，其特征在于，使用权利要求3所述过滤介质的滤芯。

5.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求3所述的过滤介质或权利要求4所述的滤芯。

6.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求5所述的净水装置。