CN101844006A - 一种过滤介质及其制备方法、滤芯、净水装置和饮水机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于去除水中氯酚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、锰砂粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比为：200～300∶100～200∶50～120∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明还公开了一种利用此制备方法制备的过滤介质、利用此过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。相对于现有技术，本发明所提出的技术方案能够去除水中的氯酚，去除率达到96～99％，从而达到改善水质的目的。本发明所提供的技术方案，特别适用于市政污水的处理，或者酸碱性为中性附近的污水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除水中氯酚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。
氯酚类化合物是环境中重要的有机污染物，其中大部分来源于化工、农药、制药、炼焦、造纸、防腐灭菌等生产过程。
氯酚类化合物简称氯酚。氯酚包括2-氯酚；3-氯酚；4-氯酚；2，4-二氯酚；2，6-二氯酚；2，4，6-三氯酚等。分子结构式如下所示：
2-氯酚 3-氯酚 4-氯酚
2，4-二氯酚 2，6-二氯酚 2，4，6-三氯酚
氯酚是氯取代苯酚的苯环上的一个氢之后的产物。农药的降解也可以产生氯酚。氯酚具有强烈的刺激性气味，主要是臭味，对饮水的感官性能影响很大，相当多的水厂出水臭味重，尤其是上海地区的饮水，氯酚臭味更加严重。并且，当氯与酚的物质的量的比值大于4之后，水中三氯甲烷生成量将明显增加。上述的氯酚中，2，4，6-三氯酚的Ames试验致突变活性很高。Ames试验是B.N.Ames等经十余年努力，于1975年建立并不断发展完善的沙门氏菌回复突变试验，已被世界各国广为采用。2，4，6-三氯酚已经被德国列入25种有毒物质之一；美国、中国等国家亦将其列入优先控制污染物的行列。氯酚对人体和其他生物有很强的致畸、致癌作用，并且能致内分泌紊乱。
除了以上的一些性质以外，氯酚的化学稳定性和毒性都要远大于苯酚。为了很好地去除饮水中的氯酚，如高氯酸钾法、臭氧氧化法等，工艺复杂，成本高；中空纤维疏水膜膜法和超声波法，设备投资大，成本高；超高交联树脂得先调整pH，使用起来非常繁琐。目前还没有一种能够很好除去水中氯酚并且成本低的过滤介质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于去除水中氯酚的过滤介质，该过滤介质成本低，用于去除水中氯酚时，去除率高。
为了解决以上的技术问题，本发明采用以下的技术方案：
一种用于去除水中氯酚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、锰砂粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比为：200～300∶100～200∶50～120∶50～150；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。
优选地，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比为：290～300∶130～140∶60～70∶100～120。发明人发现，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比在这个范围内时，制备的过滤介质对氯酚的去除率有明显的提高。
所述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，可以起到吸附水中氯酚的作用。
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。另外，采用粒径为74～89微米的医用活性炭，效果会更佳。
锰砂粉可以分为天然锰砂粉和非天然锰砂粉，外观呈褐色。在制备用于去除水中氯酚的过滤介质的过程中，优选使用天然锰砂粉。天然锰砂粉是采用天然锰矿石加工而成的。一种典型的天然锰砂粉的技术指标为：MnO235-46％；密度3.6g/cm3；容重2.0g/cm3；Fe 20％左右；SiO217-20％；破碎率≤1.0％；磨损率≤3％；含泥量≤3％。天然锰砂粉是一种很强的氧化剂，能对水中的氯酚起到氧化作用，在水中形成的水合二氧化锰，在pH中性条件下(市政自来水多为中性)时，对水中氯酚具有很高的去除率。锰砂粉的粒径优选为74～89微米，去除水中氯酚的效果更佳。
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：200～300℃，烧结时间为120～150分钟，冷却至40～60℃即可以脱模。
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此种理论或者另外的任何理论。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氯酚，并且有协同作用，可以将水中的氯酚充分吸收。
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1MPa，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氯酚，去除率达到96～99％，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，制备过滤介质的原料来源广泛，成本低；另外，在去除水中氯酚的同时，也可以去除水中的浑浊物和细菌微生物，尤其是对细菌微生物的去除率也较高。
本发明所提供的技术方案，特别适用于市政污水的处理，或者酸碱性为中性附近的污水的处理。
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-III型产品，其分子量为350万，粒径为104～124微米，利用120目和140目的筛子进行筛选即可以得到104～124微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取天然锰砂粉120g，所述天然锰砂粉的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的天然锰砂粉；
(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10分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在300℃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。
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，粒径为104～124微米，利用120目和140目的筛子进行筛选即可以得到104～124微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取天然锰砂粉50g，所述天然锰砂粉的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的天然锰砂粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵150g，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8分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.75MPa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结120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3
(1)称取超高分子量聚乙烯粉130g，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，粒径为104～124微米，利用120目和140目的筛子进行筛选即可以得到104～124微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉60g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取天然锰砂粉300g，所述天然锰砂粉的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的天然锰砂粉；
(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8分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.75MPa的液压压力下压制，在250℃温度下烧结120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140g，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，粒径为104～124微米，利用120目和140目的筛子进行筛选即可以得到104～124微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取天然锰砂粉290g，所述天然锰砂粉的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的天然锰砂粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵120g，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8分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.75MPa的液压压力下压制，在250℃温度下烧结120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氯酚的去除效果好，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单位：μg/L
从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的氯酚取得了很好的效果。
另外对处理前后的水也进行了其他项目的测试，测试结果如表2所示。
表2使用滤芯处理前后的水
从表2可以看出，利用本发明的滤芯在去除氯酚的同时，对浑浊物和细菌微生物的也有很好的去除效果。
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氯酚，去除率达到96～99％，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，制备过滤介质的原料来源广泛，成本低；另外，在去除水中氯酚的同时，也可以去除水中的浑浊物和细菌微生物，尤其是对细菌微生物的去除率也较高。
本发明所提供的技术方案，特别适用于市政污水的处理，或者酸碱性为中性附近的污水的处理。
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氯酚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、锰砂粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比为：200～300∶100～200∶50～120∶50～150；
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、活性炭、锰砂粉和发孔剂的重量比为：290～300∶130～140∶60～70∶100～120。
3.根据权利要求1或2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或2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74～89微米。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锰砂粉为天然锰砂粉。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，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。
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