CN101898121A - 用于去除饮用水中铍的过滤介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除饮用水中铍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)将包含活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：100～120∶90～130∶220～300∶100～140；b)将a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明的优点在于制备的过滤介质对水中铍的去除率高，达到95％以上，适用于受其污染的饮用水，免除铍对人体产生的伤害，使用简便，成本低。

Description

用于去除饮用水中铍的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种去除饮用水中铍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

工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，其中有很多有毒的金属物质，水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。

铍为一种钢灰色稀有金属，属轻金属，硬度比同族金属高，化学性质活泼，由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用，微溶于热水，可溶于稀盐酸、稀硫酸和氢氧化钾溶液而放出氢。铍透X射线的能力最强，有“金属玻璃”之称，其合金是航空、航天、军工、电子、核能等领域不可替代的战略金属材料。

但是，铍具有毒性，是严重的工业公害之一，具有全身性的毒性作用，能引起人体很多器官的急性或慢性中毒，每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉末，就会使人染上急性肺炎-铍肺病，急性中毒病症还包括接触性皮炎、皮肤溃疡、眼结膜炎、鼻粘膜炎、咽炎、支气管炎等，慢性中毒是迟发性的，发病时间可迟至接触毒物后20年，主要表现为肺部的长期延续性病变；铍还可以通过胎盘屏障进入胎体；铍的化合物的毒性更大，可溶性的铍化合物主要储存在骨骼、肝脏、肾脏和淋巴结等处，它们可与血浆蛋白作用，生成蛋白复合物，引起脏器或组织的病变而致癌，铍从人体组织中排泄出去的速度极其缓慢。国际癌症研究机构已将铍及其化合物确定为人类致癌物，我国也已将其列入水中优先控制污染物“黑名单”。

我国的国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定了生活饮用水中铍的限值为0.002mg/L。

目前常规的水处理工艺以及活性炭吸附过滤对铍的去除率都较低。

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的铍的去除率高，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铍的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：100～120∶90～130∶220～300∶100～140；

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、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：110～120∶120～130∶290～300∶100～110。

根据所述制备方法得到的用于去除饮用水中铍的过滤介质。

一种由所述的过滤介质构成滤芯。

一种净水装置，包括所述过滤介质或者所述滤芯。

一种饮水机，包括所述净水装置。

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。

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。

天然沸石包括丝光沸石、菱沸石、镁沸石和斜发沸石等数十种，其中斜发沸石对铍有较强的吸附和离子交换作用。

天然斜发沸石可以通过酸处理加工工艺进行活化处理：将天然斜发沸石粉碎至5～80目，用浓度为4～10wt％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，在350～580℃温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。

还可以通过煅烧工艺，将天然斜发沸石焙烧到温度足够高时，用水骤冷，然后干燥、粉碎得到活化斜发沸石粉。

天然斜发沸石经改性活化处理后，可以除去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，从而提高斜发沸石的吸附、离子交换等性质。

作为优选，所述沸石粉为粒径为44～124微米的经过活化处理的活化斜发沸石粉。

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89～104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。超高分子量聚乙烯还起到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，可以起到吸附水中铍的作用。

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，水中的铍可以被充分吸附。

在本发明中，对于混合步骤，优选使用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，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，可以选择为0.4～1.0MPa，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。烧结温度为：200～300℃，烧结时间为120～150分钟，冷却至70℃以下可以脱模。

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铍的滤芯。

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水中铍的去除率高，达到95％以上，适用于受其污染的饮用水，免除铍对人体产生的伤害，使用简便，成本低。

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110g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；

(2)称取活性斜发沸石粉120g，所述活性斜发沸石粉的粒径为44～124微米；

(3)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；

(4)称取食品级碳酸氢铵100克，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)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；

(7)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120g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；

(2)称取活化斜发沸石粉130g，所述活化斜发沸石粉的粒径为44～124微米；

(3)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-III型产品，其分子量为350万；

(4)称取食品级碳酸氢铵110克，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)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.8MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟；

(7)自然冷却至60℃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105g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；

(2)称取活化斜发沸石粉100g，所述活化斜发沸石粉的粒径为44～124微米；

(3)称取超高分子量聚乙烯粉260g，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；

(4)称取偶氮二甲酰胺120克，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)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220℃温度下烧结150分钟；

(7)自然冷却至40℃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100g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米；

(2)称取活化斜发沸石粉90g，所述活化斜发沸石粉的粒径为44～124微米；

(3)称取超高分子量聚乙烯粉230g，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；

(4)称取草酸130克，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)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；

(7)自然冷却至40℃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铍的去除效果好。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铍的含量，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铍含量，单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的铍取得了很好的效果，去除率达到95％以上。

以上对本发明所提供的用于去除饮用水中铍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铍的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：100～120∶90～130∶220～300∶100～140；

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、沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为：110～120∶120～130∶290～300∶100～110。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉为粒径为74～89微米的医用活性炭粉。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述沸石粉为粒径为44～124微米的经过活化处理的活化斜发沸石粉。

5.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粉的粒径为89～104微米。

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、草酸中的至少一种。

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铍的过滤介质。

8.一种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述过滤介质构成。

9.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求7所述过滤介质或者权利要求8所述滤芯。

10.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求9所述净水装置。