CN101844010A

CN101844010A - 用于去除水中军团菌的过滤介质及其制备方法

Info

Publication number: CN101844010A
Application number: CN200910131727A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪
Original assignee: 周奇迪
Current assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: CN101844010B

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中军团菌的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：30～100∶40～220∶30～110∶120～300∶80～140；b)将步骤a)所得的混合物压制，烧结，冷却。本发明还提供由上述方法制备的过滤介质以及使用该过滤介质的滤芯、净水装置及饮水机。本发明提供的过滤介质能够去除水中军团菌，去除率达到95％以上，其制备方法简单，成本低，具有广阔的应用前景。

Description

用于去除水中军团菌的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种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

军团菌病(Legionnaires’disease)是由军团菌引起的急性呼吸道传染病。1976年在美国费城退伍军人大会中，军团菌病首次爆发，导致221人发病，34人死亡。1977年Fraser等的报告中此菌被命名为嗜肺军团菌，由此建立了一个新的菌科——军团菌科，目前包含有42个种，60多个血清型。

军团菌普遍存在于有水的环境中，一部分以单个游离式存在于水体当中，一部分寄生于原生动物内或者与变形虫共生存在于矩阵状的生物膜中。到目前为止尚未开发出预防军团菌感染的疫苗，因此预防军团病的主要方法是防止军团菌的生长与传播。

军团菌的主要传播途径是通过供水系统传播。如果饮用水系统中有军团菌的存在并且达到一定数量，将可能引起大规模的军团菌病爆发。因此去除水中存在的军团菌，在预防和控制军团病的发生与流行中有十分重要的作用。

常规的军团菌杀菌方法有氯气杀菌法和臭氧杀菌法，即，水中游离氯或臭氧的浓度达到1～2mg/L，可有效杀灭游离的军团菌，但是由于军团菌与生物膜的共生关系，使得生物膜内的军团菌可以逃过这两种常用的杀菌方法。

目前尚没有一种方法是可以去除水中的游离军团菌并且同时去除生物膜中的军团菌，因此寻找一种可有效去除游离军团菌和生物膜中共生的军团菌的方法是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种去除水中军团菌的过滤介质，可有效去除水中游离军团菌和生物膜中共生的军团菌。

本发明的一个目的是提供一种用于去除水中军团菌的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：

一种用于去除水中军团菌的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：30～100∶40～220∶30～110∶120～300∶80～140；

b)将步骤a)所得的混合物压制，烧结，冷却。

压制压力优先选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为200～300℃，烧结时间为120～180分钟，冷却温度为30～50℃。

更优选的是步骤a)所述原料中载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：50～60∶90～100∶90～100∶290～300∶100～110；

本发明所述超高分子量聚乙烯分子量为100万～700万。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。优选地，载银活性碳用活粒径为65～74微米。

活性碳是一种多孔性物质，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碳可分为木质活性碳，如椰壳活性碳、杏壳活性碳、木质粉碳等；矿物质原料活性碳，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性碳；其它原料制成的活性碳，如废橡胶、废塑料等制成的活性碳。其中以椰壳材质为来源的活性碳强度较高、吸附性能较好。优选活性碳的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。

活性碳可以高效吸附水中的有机物，尤其是医用活性碳，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，对农药的吸附作用尤佳。选用医用活性碳可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。活性碳使用粒径为74微米的医用活性碳去除军团菌的效果更佳。

载银活性碳的表面分布着微量的银元素，由于Ag⁺具有较高的氧化还原电位，所以反应活性大(随着其价态的升高，还原势也升高)，能使周围空间内的氧分子转变成原子态的氧。Ag⁺起到催化活性中心的作用，这个活性中心能吸收环境的能量，激活吸附在活性碳表面的空气和水中的氧，产生羟自由基(·OH)和活性氧离子(O₂ ^-)，这些物质具有很强的氧化能力，能破坏细菌细胞的增殖能力，实现抑菌或杀灭细菌的目的。优选地，载银活性碳用活粒径为65～74微米。

沸石一般以天然沸石最为常用。天然沸石是含水多孔硅酸盐的总称，其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价铝离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属或碱土金属等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。天然沸石经过改性以后效果吸附效果更好。天然沸石的改性可以采用下述方法：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，称取一定质量的沸石，浸泡在一定浓度的改性剂溶液中，充分搅拌不少于2小时，中和后过滤，用去离子水清洗干净，烘干备用。改性剂可以为0.05～0.30mol/L(摩尔/升)的HCl，0.01～0.05mol/L的H₂SO₄，0.2～1.0mol/L的NaCl，0.05～0.25mol/L的NaOH，或0.03～0.15mol/L的HCl与0.2～1.0mol/L的NaCl的混合溶液。当改性剂为HCl和NaCl混合溶液时，最佳浓度NaCl为0.8mol/L，HCl为0.09mol/L，采用改性剂对沸石进行改性处理的时间通常应不少于2小时，最好不少于4小时，此时可改性充分完全。天然沸石还可以通过如下工艺进行改性处理：将天然沸石粉碎至5～80目，用质量浓度为4～10％的盐酸或硫酸浸渍处理10～20小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤，再水煮30～60分钟；将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。沸石经改性处理后，可去除矿物中所含的杂质和可溶物，在矿物结构中刻蚀出丰富的孔隙和孔腔，增大其接触面积，从而提高沸石的吸附、离子交换等性质。载锌沸石粉的制备方法可以为：利用聚合氯化锌的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡沸石粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化锌的沸石粉。作为优选，载锌沸石粉粒径可以选择74μm(微米)以下。

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。

超高分子量聚乙烯的强力静电吸附和活性碳粉的表面吸附可有效过滤游离军团菌和生物膜，而银离子和锌离子的协同作用，可进一步杀灭军团菌，使得军团菌的去除率达到95％以上，表现出良好的过滤及杀菌效果。

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。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，可以有效解决水中军团菌残留。

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。

混合后的粉体一般在0.4～1MPa的压力下进行压制。优先选择填装入预先设计好的模具中通过加压压制，压力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，也可以使用脱模纸。

利用上述方法制备的过滤介质，绝对孔径小于0.2微米，可有效过滤游离军团菌和生物膜中共生的军团菌，去除率在95％以上。

本发明还提供一种使用了上述过滤介质的滤芯。

本发明还提供了一种包括上述过滤介质或者滤芯的净水装置。

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游离军团菌和生物膜中共生的军团菌，去除率达到95％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。

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)称取购自南京林大活性碳有限公司的载银活性碳粉30g，所述载银活性碳的粒径为65～74微米；

(3)称取医用活性碳粉130g，所述医用活性碳的粒径为74微米以下；

(4)称取载锌沸石粉110g，所述载锌沸石粉的粒径为74微米以下；

(5)称取食品级碳酸氢铵90克，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉体在0.7MPa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结150分钟。

(8)自然冷却至40℃，即得多微细孔的过滤介质。

本实施例制备的过滤介质的孔径为0.18微米。若步骤(7)在管状模具中进行压制，则可得到含该过滤介质的滤芯。

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-I型产品，其分子量为150万；

(2)称取购自南京林大活性碳有限公司的载银活性碳粉80g，所述载银活性碳的粒径为65～74微米；

(3)称取医用活性碳粉220g，所述医用活性碳的粒径为74微米以下；

(4)称取载锌沸石粉100g，所述载锌沸石粉的粒径为74微米以下；

(5)称取食品级碳酸氢铵140克，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉体装填入模具中，在0.5MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟。

(8)自然冷却至30℃后脱模，即得由多微细孔的过滤介质组成的滤芯。

本实施例制备的滤芯的孔径为0.12微米。

实施例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉290g，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)称取购自南京林大活性碳有限公司的载银活性碳粉55g，所述载银活性碳的粒径为65～74微米；

(3)称取医用活性碳粉100g，所述医用活性碳的粒径为74微米以下；

(4)称取载锌沸石粉90g，所述载锌沸石粉的粒径为74微米以下；

(5)称取食品级碳酸氢铵110克，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉体装填入模具中，在1MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结180分钟。

(8)自然冷却至45℃后脱模，即得由多微细孔的过滤介质组成的滤芯。

本实施例制备的滤芯的孔径为0.10微米。

实施例4

(1)称取超高分子量聚乙烯粉120g，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)称取购自南京林大活性碳有限公司的载银活性碳粉100g，所述载银活性碳的粒径为65～74微米；

(3)称取医用活性碳粉40g，所述医用活性碳的粒径为74微米以下；

(4)称取载锌沸石粉30g，所述载锌沸石粉的粒径为74微米以下；

(5)称取食品级碳酸氢铵80克，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉体装填入模具中，在0.4MPa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结120分钟。

(8)自然冷却至50℃后脱模，即得由多微细孔的过滤介质组成的滤芯。

本实施例制备的滤芯的孔径为0.15微米。

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(所用模具为相同的管状模具)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，该滤芯对饮用水中军团菌的去除效果好，如表1所示。本发明所述滤芯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：cfu/ml)

	处理前	处理后	清除率(100％)
	处理前	处理后	清除率(100％)	滤芯1	396	18	95.45
滤芯2	513	20	96.10	滤芯1	396	18	95.45
滤芯2	513	20	96.10	滤芯3	482	8	98.34
滤芯4	374	9	97.59	滤芯3	482	8	98.34

表1中使用的测试方法参照国际标准ISO11731-1998，用气相色谱法对每个滤芯过滤前后的水分别进行检测，检测其中军团菌的含量并计数。

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中军团菌取得了很好的效果。

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在实施过程中的任何改变应包含在本发明的保护范围之内。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种用于去除水中军团菌的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

b)将步骤a)所得的混合物压制，烧结，冷却。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载银活性碳粉、医用活性碳粉、载锌沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：50～60∶90～100∶90～100∶290～300∶100～110。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载银活性碳用活粒径为65～74微米。

4.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粒径为65～74微米。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载锌沸石粉粒径小于74微米。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中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。