CN101857311A

CN101857311A - 一种用于循环水处理的多功能滤料及其制备方法

Info

Publication number: CN101857311A
Application number: CN201010172333A
Authority: CN
Inventors: 李易昇
Original assignee: XIAMEN XINLVZHIYUAN ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Xiamen Beston Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: CN101857311B

Abstract

本发明公开一种用于循环水处理的多功能滤料，按重量百分比由1～10％纳米电气石粉、55～80％粗电气石粉、1～15％硅藻土、1～15％海泡石粉、1～15％扇贝粉、1～10％碳酸氢钠和5～10‰载银沸石粉制备而成。制备方法是：先将原料通过搅拌混匀，再将混匀的粉体注入转盘机，以0.1mm～1mm的凹凸棒土为内核，调控湿度15～50％和转速20～200转/分钟，转动15～30min；最后在马弗炉中400～600℃烧结4～8小时，制备成直径1～10mm的陶瓷滤料。本发明滤料可有效去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺，达到阻垢、防腐蚀和去生物污泥的效果。

Description

一种用于循环水处理的多功能滤料及其制备方法

技术领域

本发明属于新型多功能循环冷却水处理技术，特别与用于循环水处理的多功能滤料及其制备方法有关。

背景技术

循环冷却水系统一般为开式循环系统(如逆流式和横流式冷却塔)，冷却塔内空气与水进行充分的接触，水中的含氧量基本达到饱和，循环水蒸发损失后，水中含盐浓度增加，致使某些系统结垢严重，或某些类型的水质形成腐蚀性使系统发生严重腐蚀，另外，阳光、水温等合适条件给微生物提供了良好的生存、繁殖环境，再加上大气中尘埃不断混入水中，会有藻类、粘泥产生，从而影响冷水机组的正常运行，损坏制冷设备和管道附件，缩短系统使用寿命，而且必须经常加药处理、化学清洗排放，耗水严重，环境污染严重，因此冷却水的处理至关重要。

现在工程上常用的水处理方式有：软化水法、电子水处理法、加药法。

(1)软化水法：该种水处理方式在补充水硬度较高的情况下采用，即补水经过软化(离子交换)后，除去水中的Ca²⁺、mg²⁺，在一定的浓缩倍数下控制重碳酸盐的浓度，以防止结垢，因循环冷却水系统补充水量较大，该法成本较高，且该法无防腐蚀的作用。

(2)电子水处理方法：近年来，电子水处理器在工程上应用的较多，其原理是利用电场的作用，使水分子的物理结构发生变化，水分子与接触界面的电位差减少，水中溶解盐类的离子及带电粒子间的静电力减弱，不能相互集聚，但实际应用效果不理想，阻垢能力差，无防腐作用，逐渐被加药法替代。

(3)加药法：加药法是指向冷却水系统中投加缓蚀剂和阻垢剂，这是目前工程上应用较广的方法，常用的缓蚀剂和阻垢剂有：六偏磷酸纳、硫酸锌、钼酸纳、HEDP羟基亚乙基二膦酸、EDTMP乙二胺四亚甲基膦酸、聚丙烯酸等。投药法防垢缓蚀的效果好，可同时投加杀菌灭藻的药剂，对冷却水系统来说，是一种理想的水处理方式，但运行成本较高，耗水严重、环境污染、维护成本高等缺点。

循环冷却水属于低压锅炉软水体系，理想的软水处理系统需要达到以下三个技术要求：

一、能够有效去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺，或是改变Ca²⁺、Mg²⁺的晶型，达到阻垢的目的。

二、能够减少水体中的溶解氧和自来水中的余氯，降低电化学反应的几率，达到防腐蚀的目的。

三、具有良好的生物污泥的去处作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于循环水处理的多功能滤料及其制备方法，以有效去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺，达到阻垢、防腐蚀和去生物污泥的效果。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于循环水处理的多功能滤料，由下列原料按重量百分比制备而成：

纳米电气石粉 1～10％；

粗电气石粉 55～80％；

硅藻土 1～15％；

海泡石粉 1～15％；

扇贝粉 1～15％；

碳酸氢钠 1～10％；

载银沸石粉 5～10‰。

其中，所述粗电气石粉的粒径为1～10μm。

所述载银沸石粉的粒径为1～10μm。

所述多功能滤料为直径1～10mm的微球。

一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其步骤为：

第一步，按重量百分比，将1～10％纳米电气石粉、55～80％粗电气石粉、1～15％硅藻土、1～15％海泡石粉、1～15％扇贝粉、1～10％碳酸氢钠和5～10‰载银沸石粉通过搅拌混匀；

第二步，将混匀的粉体注入转盘机，以0.1mm～1mm的凹凸棒土为内核，调控湿度15～50％和转速20～200转/分钟，转动15～30min；

第三步，在马弗炉中400～600℃烧结4～8小时，制备成直径1～10mm的陶瓷滤料。

所述纳米电气石的制备是：通过球星研磨机将电气石原料研磨成粒径为0.2～0.5μm的粉体，将浆液离心脱水，烘干，定量称取电气石粉体于烧瓶中，加入0.1～10倍于粉体质量的甲苯、乙醇或对甲苯等作为溶剂，控制温度在30～150℃左右，加入与电气石粉体质量比分数为1～20％的钛酸四丁酯，在回流条件下反应若干小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石。

采用上述方案后，本发明产品采用了包含压电性材料在内的复合功能材料。当压电材料受到外界压力作用时，其两端就会出现正负极性，而在自然界状态下几乎没有任何电能作用。将其提取出来后进行超微粉碎，再按照科学的配方将其与其它几种功能材料和辅助材料进行混配、混炼，然后进行纳米加工，使其处于被激活状态，这样它们就形成了无数个微电极，在其周围形成了微电场，当将其加工至纳米级时，其能级成百倍提高，每个微电极正负极间的电位差相当大。可将水分子团之间的分子键打开，形成小分子水；同时将部分水分子的原子化合价打开，电解成氢离子和氢氧根离子；氢离子得到微电极提供的电子补充后变为氢气放掉，氢氧根离子与另一个水分子结合成H₂O·(OH)^-。其生成过程为：

H₂O→电解→H⁺+OH^-，2H⁺+2e＝H₂↑，

OH^-+H₂O＝H₂O·OH^-

即：4H₂O+4e＝2H₃O₂ ^-+H₂↑

水中的钙、镁离子除了以离子态存在，还会以如下形式存在：Ca(HCO₃)₂和Mg(HCO₃)₂。当它们遇到羟基及游离Ca离子时：

Ca²⁺+2OH^-＝Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+Ca(HCO₃)₂＝2CaCO₃↓+2H₂O

Ca(OH)₂+Mg(HCO₃)₂＝2CaCO₃↓+MgCO₃+2H₂O

MgCO₃+Ca(OH)₂＝2CaCO₃↓+Mg(OH)₂↓

2Ca²⁺+Mg(HCO₃)₂+2OH^-＝2CaCO₃↓+Mg(OH)₂↓+H₂↑

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂↓

经如上反应，产生了碳酸钙和氢氧化镁沉淀，它们形成了松散的水渣，由过滤系统滤掉，不会结成硬水垢。同时由于电解过程中释放出活泼性氢或者氢气，显著降低水体系中的氧化还原性点位(ORP)，这些活泼性氢优先与溶解氧和余氯反应，从而具有预防设备管网的腐蚀。

本发明与现有技术的实质性区别在于：

一、现有循环冷却水主要处理方法无论电磁法还是化学法，均不能有效去除水中的钙镁离子，只是改变该镁离子的晶形结构；本发明制备的滤料可以通过大量的H₂O·OH^-与钙镁离子形成超饱和状态，达到其浓度积，进而在球体表面附近形成钙镁离子沉积，实现降低冷却水中水垢的目的。

二、电磁法无法解决循环冷却水中溶解氧和余氯的腐蚀，药剂法一般添加缓蚀剂阻止腐蚀，本发明研制的多功能滤料不需要添加任何药剂，由于压电性材料的无数个纳米级微电极可以不停地电解水生成活泼性氢或者氢气，大大降低水中的氧化还原电位，不需添加任何化学药剂，即可实现防腐蚀的效果。

三、本发明的滤料由于为无机陶瓷滤料，具有良好的挂膜效应，循环冷却水中的大量微生物可以附着在陶瓷滤料表面，由于滤料中添加了载银沸石，具有较好的杀菌和抑菌作用，可以有效解决循环冷却水中生物藻泥的问题。

四、本发明研制的滤料为一种环保型的生态材料，解决了以往化学法高耗水、高污染、高成本的问题。

具体实施方式

实施例一

(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.2μm。将浆液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.5倍于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在60℃，加入5％(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件下反应4小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。

(2)按重量百分比，将2％的纳米电气石粉与80％的1-10μm粗电气石粉、7％的硅藻土、4％海泡石粉、3.2％扇贝粉、3％的碳酸氢钠、8‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。

(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.5mm的凹凸棒土为内核，调控湿度25％和转速30转/分钟，转动18min。

(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径3mm的多功效陶瓷滤料。

实施例二

(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.4μm。将浆液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.6倍于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在60℃，加入10％(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件下反应4小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。

(2)按重量百分比，将3％的纳米电气石粉与75％的1-10μm粗电气石粉、6％的硅藻土、5％海泡石粉、5％扇贝粉、5.3％的碳酸氢钠、7‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。

(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.6mm的凹凸棒土为内核，调控湿度25％和转速30转/分钟，转动20min。

(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径5mm的多功效陶瓷滤料。

实施例三

(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.5μm。将浆液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.4倍于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在80℃，加入12％(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件下反应5小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。

(2)按重量百分比，将5％的纳米电气石粉与70％的1-10μm粗电气石粉、7.5％的硅藻土、6％海泡石粉、5％扇贝粉、6％的碳酸氢钠、5‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。

(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.4mm的凹凸棒土为内核，调控湿度25％和转速30转/分钟，转动20min。

(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径4mm的多功效陶瓷滤料。

本发明产品已经用于空调循环冷却水的试应用，取得了良好的效果。

Claims

1.一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：由下列原料按重量百分比制备而成：

纳米电气石粉 1～10％；

粗电气石粉 55～80％；

硅藻土 1～15％；

海泡石粉 1～15％；

扇贝粉 1～15％；

碳酸氢钠 1～10％；

载银沸石粉 5～10‰。

2.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述粗电气石粉的粒径为1～10μm。

3.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述载银沸石粉的粒径为1～10μm。

4.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述多功能滤料为直径3～5mm的微球。

5.一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于步骤为：

6.如权利要求5所述的一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于：所述纳米电气石的制备是：通过球星研磨机将电气石原料研磨成粒径为0.2～0.5μm的粉体，将浆液离心脱水，烘干，定量称取电气石粉体于烧瓶中，加入0.1～10倍于粉体质量的溶剂，控制温度在30～150℃左右，加入与电气石粉体质量比分数为1～20％的钛酸四丁酯，在回流条件下反应，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石。

7.如权利要求6所述的一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于：所述溶剂为甲苯、乙醇或对甲苯的一种或几种混合。