CN101898061A - 用于去除饮用水中mx的过滤介质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于去除饮用水中MX的过滤介质及其制备方法，还涉及由该过滤介质构成的滤芯、净水装置和饮水机。过滤介质的制备包括：a)将重量比为：80～200∶150～400∶10～100∶10～100∶80～150的包含活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的原料混合；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明提供的过滤介质对水中的MX的去除率高，去除速度快，使用简单，成本低，无需后续处理，能免除MX对人体产生的伤害，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对饮用水中锰的去除率为90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除饮用水中MX的过滤介质及其制备方法，由该过滤介质构成的滤芯、净水装置和饮水机。
背景技术
我国城市大部分水厂饮用水处理以常规处理工艺为主，其中包括加氯消毒工序，由此产生的氯化消毒副产物对人体健康具有潜在危害。目前已经发现检测出的饮用水中氯化消毒产生的副产物约有700多种。国内外对氯化消毒副产物的产生研究还多集中于三卤甲烷和卤乙酸等，而对于MX(3-氯-4-二氯甲基-5-羟基-2(5H)-呋喃酮)和NDMA(二甲基亚硝胺)等则缺乏相应研究。
MX是由水中的有机化合物(尤其是腐殖质)与氯反应形成的具有极强诱变作用的饮水氯化消毒副产物，其致突变性占氯化消毒自来水总致突变性的15％～67％。体内、外实验表明，MX可引起哺乳动物细胞多种遗传损害，表现为基因突变、DNA损伤、染色体畸变、姊妹染色单体交换等。MX强酸性、不挥发，且对热不稳定，在酸性条件下比较稳定，在高投氯的情况下更容易生成。
自从1986年芬兰学者发现经氯化消毒的饮用水中含有MX以来，MX随后在美国、英国、日本等国家的用氯消毒饮用水中相继被检出，我国以湖、水库为水源的自来水厂出水中，MX的含量也很高。
MX在饮水中的含量浓度相对较低，目前国际上仅对其检测手段有不少的研究，而对它的去除方法缺少系统研究。
目前常规的给水处理工艺去除MX的效果甚微，高级氧化技术和反渗透技术成本高，费水，使用不便。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种过滤介质及其制备方法，该过滤介质对饮用水中MX的去除率高，速度快，还提供了由这种过滤介质构成的滤芯、净水装置以及饮水机。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于去除饮用水中MX的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比为：80～200∶150～400∶10～100∶10～100∶80～150；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。
作为优选，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比为：100～110∶280～300∶40～50∶60～70∶120～130。
压制压力为0.4～1.0MPa，烧结温度为200℃～300℃，烧结时间为120～150分钟，烧结后冷却至40℃～60℃脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后，得出在烧结温度范围在200～300℃内制作出的过滤介质，过滤效果更好。
活性炭是一种多孔性炭吸附剂，它具有如蜂窝状丰富的孔隙结构、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。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饮水中的有机物、重金属、异色异味，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，对颜色和气味的吸附尤佳，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。
作为优选，活性炭选用粒径为74～89微米的医用活性炭。
所述的超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选的粒径为104～124微米。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型(分子量为150±50万)、M-II型(分子量为250±50万)、M-III型(分子量为350±50万)、M-IV型(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，因为超高分子量聚乙烯的分子量大，熔融粘度非常高，熔融以后不能流动，所以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MX的作用。
分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔穴的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为″分子筛″。沸石分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，可用于气体和液体的干燥、纯化、分离和回收，被其吸附的物质可以解吸，沸石分子筛用后可以再生。商品沸石分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，本发明使用13X与10Y分子筛粉的混合物，13X分子筛粉与10Y分子筛粉的质量比优选为0.8～1.2，更优选为1。其中13X分子筛也叫钠X型分子筛，13X分子筛的孔径为
可以吸附小于
任何分子，具有较高吸附容量，较快的吸附速率。
还使用改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物，使用EDTA对分子筛进行改性，脱掉分子筛中的铝，提高分子筛的热稳定性，本发明使用的改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物中改性13X分子筛粉与改性10Y分子筛粉的质量比优选为0.8～1.2，更优选为1，硅铝比优选大于50～200，硅铝比即为二氧化硅和三氧化二铝的摩尔比。
使用EDTA对分子筛进行改进的具体方法为：向13X或10Y分子筛粉中加入改性助剂和EDTA，然后将改性后的13X或改性后的10Y分子筛粉干燥。其中改性助剂可以为NaF、NH4F、KF中的一种或几种，加入量为13X或10Y分子筛粉质量的0.5％～2％；EDTA的加入量为13X或10Y分子筛粉质量的3％～5％。
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、草酸等是其典型的代表。作为优选，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。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。
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，在这几种原料的协同加合作用下，水中的MX可以被充分吸附。
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2MPa，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，也可以使用脱模纸。
本发明还提供了以下技术方案：一种由上述过滤介质构成的去除饮用水中锰的滤芯。
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，本发明的优点在于制备的过滤介质对饮用水中MX的去除率高，去除速度快，使用简单，成本低，能免除MX对人体产生的伤害，另外由于使用的是滤芯，不是粉体，所以无需后续处理，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对饮用水中MX的去除率为90％以上。
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)称取医用活性炭粉85g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；
(2)称取超高分子量聚乙烯粉160g，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；
(3)称取13X分子筛粉30g，10Y分子筛粉35g；
(4)称取13X分子筛粉28g，加入0.2gNaF和0.84gEDTA，搅拌，干燥得改性13X分子筛；称取10Y分子筛粉25g，加入0.25gKF和1gEDTA，搅拌，干燥得改性10Y分子筛粉；
(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)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.9MPa的液压压力下压制，在250℃温度下烧结140分钟；
(8)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。
实施例2：
(1)称取医用活性炭粉105g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；
(2)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-II型产品，其分子量为250万；
(3)称取13X分子筛粉15g，10Y分子筛粉15g；
(4)称取13X分子筛粉40g，加入0.48gNH4F和1.8gEDTA，搅拌，干燥得改性13X分子筛；称取10Y分子筛粉40g，加入0.72gKF和1.4gEDTA，搅拌，干燥得改性10Y分子筛粉；
(5)称取食品级碳酸氢铵125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)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.9MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟；
(8)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。
实施例3：
(1)称取医用活性炭粉110g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；
(2)称取超高分子量聚乙烯粉320g，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；
(3)称取13X分子筛粉45g，10Y分子筛粉45g；
(4)称取13X分子筛粉40g，加入0.38gKF和1.8gEDTA，搅拌，干燥得改性13X分子筛；称取10Y分子筛粉48g，加入0.53gNaF和1.92gEDTA，搅拌，干燥得改性10Y分子筛粉；
(5)称取食品级碳酸氢铵135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)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在230℃温度下烧结150分钟；
(8)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。
实施例4：
(1)称取医用活性炭粉190g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；
(2)称取超高分子量聚乙烯粉380g，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；
(3)称取13X分子筛粉50g，10Y分子筛粉42g；
(4)称取13X分子筛粉35g，加入0.7gNaF和1.4gEDTA，搅拌，干燥得改性13X分子筛；称取10Y分子筛粉35g，加入0.63gNH4F和1.4gEDTA，搅拌，干燥得改性10Y分子筛粉；
(5)称取食品级碳酸氢铵145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)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.4MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结120分钟；
(8)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。
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锰的去除效果好。如表1所示，为采用实施例1～4提供的滤芯对饮用水处理前后的锰的含量，结果表明本发明提供的滤芯非常适合家庭终端饮用水处理的需要。
表1使用滤芯处理前后水中的MX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MX取得了很好的效果，去除率在90％以上。
以上对本发明所提供的用于去除饮用水中MX的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质构成的滤芯进行了详细介绍。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MX的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比为：80～200∶150～400∶10～100∶10～100∶80～150；
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，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、13X与10Y分子筛粉的混合物、改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比为：100～110∶280～300∶40～50∶60～70∶120～130。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述13X与10Y分子筛粉的混合物中13X分子筛粉与10Y分子筛粉的质量比为0.8～1.2。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述改性13X与改性10Y分子筛粉的混合物中改性13X分子筛粉与改性10Y分子筛粉的质量比为0.8～1.2，硅铝比＞50～200。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述改性13X与改性10Y分子筛的改性方法为：向13X或10Y分子筛粉中加入13X或10Y分子筛粉质量的0.5％～2％的改性助剂和13X或10Y分子筛粉质量的3％～5％的EDTA，搅拌，然后干燥，其中改性助剂为NaF、NH4F、KF中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵或草酸中的一种或几种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中MX的过滤介质。
8.一种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述的过滤介质构成。
9.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求7所述的过滤介质或者权利要求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。
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