CN101898120B - 用于去除饮用水中有机锡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有机锡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、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、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～320∶80～120∶50～130∶90～130；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有机锡，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有机锡的去除率可达95％～99％。

Description

用于去除饮用水中有机锡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有机锡的过滤介质及其制备方法。

背景技术

随着工业和农业的发展，大量的有机锡得到了广泛的应用。如用于各种纺织品、杀虫剂、除革剂及海洋船只防污涂料中，或者作为塑料工业生产的稳定剂和催化剂，如硬质PVC、塑软膜、注塑凉鞋、拖鞋、聚氨酯的发泡剂、胶黏剂的固化剂，硅橡胶的引发剂、工业用透明膜、相册膜、包装烟酒、糖果的透明膜等。然而，有机锡却会造成环境的危害，尤其会造成水污染。

目前，有机锡是人类在生产生活中自行引入水环境中毒性最大的化合物之一，国内外的研究机构已经确认有机锡是一种内分泌干扰物，会影响生物、动物最基本的生殖功能，干扰荷尔蒙分泌，造成生长、生殖和遗传方面的疾病以及促进器官癌细胞增殖。

1999年元旦期间，我国江西发生的千人有机锡中毒事件，表明我国水域、港口有机锡污染问题相当严重。此外，环保工作者最近在北京、大连、秦皇岛、天津、青岛、烟台、济南、白洋淀、黄车、长江、太湖、滇池、北海、等地采样测定的样点都毫无例外的存在有机锡污染，数据显示远远高于发达国际规定的残留标准。

欧美专家对一些发达国家饮用水中有机锡调查，发现饮用水中存在较多的有机锡化合物，然而这些有机锡在原水中均未检出，水厂出水亦很少检测到，但在新安装的PVC管道中，家庭用水和商业用水中都检测到较高浓度的有机锡，这是因为饮用水输配水管道系统中广泛使用的PVC管道通常含有有机锡化合物。试验进一步证明、有机锡会从PVC管道中溶出。

常规的给水处理工艺对有机锡尤其是三丁基锡去除效果较差，对于终端用水更是没有去除有机锡的有效方法。

考虑到现有技术中的过滤方法在去除饮用水中的有机锡时去除效果差，需要提供一种对饮用水中的有机锡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有机锡具有较高的去除率，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有机锡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、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、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～320∶80～120∶50～130∶90～130；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

优选的，步骤a)中所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为290～300∶110～120∶100～110∶100～110

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～120μm。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，过滤介质对有机锡具有较好的吸附效果，优选的，选用粒径为80μm～95μm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值范围内对有机锡有较好的吸附效果。

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。所述无机阳离子改性膨润土是指以Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺等可溶性盐类中的金属羟基阳离子对天然膨润土进行了离子交换改性处理过的膨润土，替代膨润土中的可交换的K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺。在无机阳离子改性膨润土中，金属羟基阳离子把单元层片桥联并撑开，成为一种二维通道的“层柱”状结构，得到层间距数纳米的交联膨润土，比表面积达到250m²/g以上。

优选的，改性膨润土为无机阳离子改性膨润土。采用无机阳离子对天然膨润土进行改性时，可以在天然膨润土中加水搅拌制成浆料，然后向浆料内加入含有Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr⁴⁺、Ti⁴⁺等阳离子的可溶性盐，可溶性盐的添加量占浆料中的天然膨润土的重量百分比为1％～20％，优选的，可溶性盐的添加量占浆料中的天然膨润土的重量百分比为5％～15％。

对于改性膨润土粉的粒径，优选为50μm～150μm，更优选的，改性膨润土粉的粒径为75μm～90μm。

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有机锡。

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℃～250℃。烧结时间优选为100～180分钟，更优选的，烧结时间优选为120～150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、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，此外改性膨润土粉对于吸附有机锡具有很好的效果，在几种原料的协同加和作用下，本发明制备的过滤介质在去除水的浊度和细菌微生物的同时，能够高效的去除饮用水中的有机锡，并且，本发明提供的过滤介质使用简便、价格低，适合家庭终端饮水处理，经检测，该过滤介质对饮用水中有机锡的去除率可达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120g，所述医用活性炭粉的粒径为85μm～95μm，比表面积大于1400m²/g；

(3)将天然膨润土加水搅拌制成浆料，向浆料内加入氯化铝，氯化铝的添加量占天然膨润土的重量百分比为8％，搅拌浆料10小时，然后将浆料过滤出来、干燥，粉碎得到粒径为75μm～90μm的改性膨润土粉，称取该改性膨润土粉100g；

(4)称取食品级碳酸氢铵100g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(5)将以上四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)将步骤(5)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；

(7)将步骤(6)得到的成型体在240℃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300g，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110g，所述医用活性炭粉的粒径为85μm～95μm微米，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取实施例1的第(3)步中制备的改性膨润土粉110g；

(4)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％；

(5)将以上四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)将步骤(5)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；

(7)将步骤(6)得到的成型体在240℃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85μm～95μm，比表面积大于1400m²/g；

(3)将天然膨润土加水搅拌制成浆料，向浆料内加入三氯化铁，三氯化铁的添加量占天然膨润土的重量百分比为9％，搅拌浆料10小时，然后将浆料过滤出来、干燥，粉碎得到粒径为75μm～90μm的改性膨润土粉，称取该改性膨润土粉100g；

(4)称取食品级碳酸氢铵115g，所述食品级碳酸氢铵的纯度大于99.99％；

(5)将以上四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)将步骤(5)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；

(7)将步骤(6)得到的成型体在240℃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310g，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85μm～95μm，，比表面积大于1400m²/g；

(3)称取实施例3的第(4)步中制备的改性膨润土粉115g；

(4)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％；

(5)将以上四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10混合均匀；

(6)将步骤(5)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；

(7)将步骤(6)得到的成型体在240℃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有机锡含量进行测试，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有机锡具有良好的效果，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有机锡含量，单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的有机锡取得了很好的效果。

以上对本发明所提供的制备去除有机锡的过滤介质的方法、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 (8)

1.一种用于去除饮用水中有机锡的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括步骤：

a)将包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、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、膨润土粉和发孔剂的重量比为：200～320∶80～120∶50～130∶90～130；所述活性炭的粒径为80μm～95μm，所述膨润土粉为无机阳离子改性膨润土粉，所述无机阳离子改性膨润土粉按照如下方法制备：将天然膨润土加水搅拌制成浆料，向浆料中加入含有Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Zr⁴⁺或Ti⁴⁺的阳离子可溶性盐，可溶性盐的添加量占浆料中天然膨润土的重量百分比为5～15％；

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粉、活性炭粉、膨润土粉和发孔剂的重量比为：290～300∶110～120∶100～110∶100～110。

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250万～400万。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机阳离子改性膨润土粉的粒径为50μm～150μm。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述的制备方法制得的过滤介质。

6.一种滤芯，其特征在于，使用权利要求5所述过滤介质的滤芯。

7.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求5所述的过滤介质或权利要求6所述的滤芯。

8.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求7所述的净水装置。