CN102274658B

CN102274658B - 用于去除水中苯胺的过滤介质及其制备方法

Info

Publication number: CN102274658B
Application number: CN2011102180490A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪; 栾云堂
Original assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Current assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102274658A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中苯胺的过滤介质的制备方法，包括：将250～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～350重量份的活性炭、20～100重量份的沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂、100～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的亚硫酸钙混合，得到混合物，超高分子量聚乙烯的重均分子量为400万～800万；将混合物置于模压器中模压，然后在120～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉、二氧化钛和亚硫酸钙均对苯胺有很强的吸附作用，在上述原料的协同加合作用下，该过滤介质制备得到的滤芯可以去除待处理水中的苯胺。

Description

用于去除水中苯胺的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于去除水中苯胺的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯。

背景技术

近年来，随着工业和农业的迅速发展，水资源遭到了严重的破坏，其中，工业废水的排放、农药的大量使用和生活废水的肆意排放等均是导致水资源被污染的重要因素。作为一种重要的化工原料，苯胺广泛应用于军工、塑料、印染、油染、造纸、纺织、聚氨酯制备、农药及特种纤维等工业领域中。这些工业领域所排放的工业废水中存在一定量的苯胺，对地表水和地下水等水资源造成了污染。水污染已经成为影响人类生活的严峻问题。

苯胺是一级芳香胺，分子式为C₆H₅NH₂，为无色油状液体，熔点为-6.3℃，沸点为184℃，相对密度为1.02，相对分子量为93.128，加热至370℃分解。同时，苯胺稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，暴露于空气中或日光下变为棕色，可用水蒸气蒸馏。苯胺毒性较强，对人体具有较大的危害。饮用苯胺超标的水或者长期饮用含有一定量苯胺的水，会使人体血红蛋白失去携氧能力，造成贫血。苯胺可以引起高铁血红蛋白血症、溶血性贫血和肝脏、肾脏的损害等；在人体苯胺急性中毒时，会出现头痛、头晕、恶心、呕吐、精神恍惚等症状；在人体苯胺重度中毒时，会出现皮肤、黏膜严重青紫、呼吸困难、抽搐，甚至昏迷、休克等。因此，苯胺对人体具有严重的危害，已被列入中国环境优先控制污染物的黑名单中。

自来水常规的水处理工艺包括树脂吸附交换法、超声波法、气提生化法、化学氧化法等，但是，上述方法对水中苯胺的去除率不高、去除效果不理想，并且，存在过程繁琐，不易操作等缺点。采用滤芯对待处理水进行处理具有过程简单、易操作等优点。因此，本发明人考虑，提供一种用于去除水中苯胺的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该滤芯可以有效去除水中的苯胺。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于去除水中苯胺的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该滤芯可以有效去除水中的苯胺。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于去除水中苯胺的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将250～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～350重量份的活性炭、20～100重量份的沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂、100～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的亚硫酸钙混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为400万～800万；

将所述混合物置于模压器中模压，然后在120～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。

优选的，所述沸石分子筛粉的粒径为40～50微米。

优选的，所述沸石分子筛粉的型号为13X。

优选的，所述二氧化钛的粒径为5～500nm。

优选的，所述二氧化钛的粒径为50～300nm。

优选的，所述混合物还包括60～100重量份的单层碳纳米管。

优选的，所述超高分子量聚乙烯为300～400重量份；活性炭为200～300重量份；沸石分子筛粉为50～100重量份；发孔剂为10～40重量份；二氧化钛为150～200重量份；亚硫酸钙为30～80重量份。

优选的，所述超高分子量聚乙烯为320～380重量份；活性炭为200～260重量份；沸石分子筛粉为60～100重量份；发孔剂为10～30重量份；二氧化钛为150～180重量份；亚硫酸钙为30～60重量份。

本发明还提供一种上述制备方法制备的用于去除水中苯胺的过滤介质。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中苯胺的滤芯。

本发明提供一种用于去除水中苯胺的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：将250～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～350重量份的活性炭、20～100重量份的沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂、100～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的亚硫酸钙混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为400万～800万；将混合物置于模压器中模压，然后在120～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉、二氧化钛和亚硫酸钙均对苯胺有很强的吸附作用，因此，在上述原料的协同加合作用下，利用本发明提供的过滤介质制备得到的滤芯可以有效去除待处理水中的苯胺。实验结果表明，本发明提供的滤芯对苯胺的去除率在90％以上。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种用于去除水中苯胺的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

在本发明中，所述超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的密度优选为0.936～0.964g/cm³；其热变形温度优选为85℃；熔点优选为130～136℃，更优选为132～135℃，此外，所述超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)耐磨性良好。本发明采用的超高分子量聚乙烯的重均分子量优选为400万～700万，更优选为550万～600万。本发明采用的超高分子量聚乙烯优选为粉末状，其粒径优选为100～250μm，更优选为120～200μm，最优选为120～160μm。本发明采用的超高分子量聚乙烯起到粘结和形成过滤介质骨架、孔腔的作用。

与低分子量聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯具有强大的静电吸附作用，可以吸附细微、超细微的颗粒。本发明采用的超高分子量聚乙烯可以为国内生产厂家生产的超高分子量聚乙烯，例如，北京东方石油化工有限公司助剂二厂生产的产品等。

本发明采用的活性炭一般按如下方法制备：将植物如泥炭、木炭、木头、椰果壳和石油等制备的炭通过在含氧化气的蒸汽中高温热解活化，再经过无机酸洗清洗并烘干。所述活性炭具有无臭、无味、无砂性的特性，不溶于任何溶剂，其相对密度约为1.9～2.1，表观相对密度约为0.08～0.45。所述活性炭对各种气体有选择性的吸附能力，对有机色素和含氮碱等具有高容量吸附能力，更重要的是，所述活性炭对待处理水中的苯胺具有较强的吸附能力。本发明优选采用医用活性炭，其作为国家相关药检标准的产品，杂质含量更低，吸附效果更好。

本发明采用的活性炭具有丰富的孔隙结构，其表面积优选为1000m²/g以上，更优选为1100～1200m²/g，所述活性炭的粒度优选为40～120目，更优选为60～120目，最优选为100～120目。所述活性炭碘值优选为800～1300毫克，更优选为800～1000毫克，最优选为900～1000毫克。本发明采用上述碘值的活性炭对水中的苯胺具有更好的吸附作用，并且，在上述碘值范围内，活性炭的碘值越高，其对苯胺的吸附能力越强。

分子筛是一种具有立方晶格结构的硅酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架架构，该结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外，还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在受热过程中连续地失去，但是晶体骨架不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又由很多直径相同的微孔连接，这些微小的空穴大小均匀，能把直径大小不同的分子、极性程度不同的分子分离开来，故称为分子筛。由沸石制成的分子筛称为沸石分子筛。常用的分子筛型号有：A型、X型和Y型。本发明优选采用型号为13X的沸石分子筛粉。该分子筛粉对水中的苯胺具有很好吸附和截流的作用。所述沸石分子筛粉的粒径优选为40～50微米，更优选为40～45微米。

发孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔的物质，其中，偶氮类化学物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵和草酸等物质是其典型代表。作为优选，本发明采用的发孔剂优选采用食品级碳酸氢铵、草酸或偶氮二甲酰胺，其中，食品级碳酸氢铵也是食用级碳酸氢铵，与工业级碳酸氢铵相区别。虽然工业级碳酸氢铵也具有发孔的作用，但是，其可能会含有对健康有害的物质，不宜用作饮用水过滤介质的生产原料。为了保证过滤介质的过滤效果，同时得到合理的出水流量，需要对发孔剂的用量以及粉体的粒径进行优化。

本发明中，所述二氧化钛的粒径优选为5～500nm，更优选为50～300nm，最优选为50～100nm。本发明采用的二氧化钛优选由硫酸法制备，所述二氧化钛可以为锐钛矿或金红石形式存在。本发明采用亚硫酸钙作为过滤介质的一种组成成分，可以吸附水中的苯胺。

此外，该混合物的还优选包括60～100重量份的单层碳纳米管。优选将单层碳纳米管经表面活化剂的预处理，对于所述表面活化剂，本发明并无特别限制，可以采用本领域技术人员熟知的表面活化剂。经过表面活化处理的单层碳纳米管具有吸附水中苯胺的作用，进一步去除了水中的苯胺。此外，本发明还优选将碳纳米管进行高温处理，使碳纳米管的孔径扩大，从而更好的吸附水中的苯胺。由于高温处理的温度与碳纳米管的孔径相关，温度过高将使碳纳米管的孔径过大，因此，所述高温处理的温度优选为1200～1800℃，更优选为1550～1600℃。

本发明中，所述超高分子量聚乙烯为300～400重量份；活性炭为200～300重量份；沸石分子筛粉为50～100重量份；发孔剂为10～40重量份；二氧化钛为150～200重量份；亚硫酸钙为30～80重量份。优选的，所述超高分子量聚乙烯为320～380重量份；活性炭为200～260重量份；沸石分子筛粉为60～100重量份；发孔剂为10～30重量份；二氧化钛为150～180重量份；亚硫酸钙为30～60重量份。

由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉、二氧化钛和亚硫酸钙均对苯胺有很强的吸附作用，因此，在上述原料的协同加合作用下，利用本发明提供的过滤介质制备得到的滤芯可以有效去除待处理水中的苯胺。

在过滤介质的制备过程中，所述烧结温度优选为160～200℃，更优选为180～200℃；烧结时间优选为40～80分钟，更优选为60分钟。对于本发明所述混合步骤，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气或搅拌器都是适用的，例如，滚筒式混合物、螺旋式搅拌器等。

相应的，本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的过滤介质。同时，还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中苯胺的滤芯。本发明提供的滤芯的结构为本领域技术人员熟知的结构，对此本发明并无特别限制。

为了进一步说明本发明的技术方案，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。

本发明实施例中采用的化学试剂均为市购。

实施例1

称取250g分子量为500万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、300g碘值为1000毫克的医用活性炭、30g粒径为50微米、型号为13X的沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为100nm的二氧化钛和30g亚硫酸钙放入搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例2

称取380g分子量为600万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、260g碘值为900毫克的医用活性炭、100g粒径为50微米、型号为1 3X的沸石分子筛粉、30g食品级碳酸氢铵、150g粒径为100nm的二氧化钛和30g亚硫酸钙放入搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例3

称取320g分子量为550万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、200g碘值为1000毫克的医用活性炭、60g粒径为50微米、型号为13X的沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为200nm的二氧化钛和30g亚硫酸钙放入搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例4

称取250g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、250g碘值为1000毫克的医用活性炭、50g粒径为50微米、型号为13X的沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为300nm的二氧化钛和30g亚硫酸钙放入搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例5

将80g的单层碳纳米管升温至1600℃下保温5小时；

称取250g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、250g碘值为1000毫克的医用活性炭、50g粒径为50微米、型号为13X的沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为100nm的二氧化钛、30g亚硫酸钙和所述高温处理后的单层碳纳米管放入搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例6

取实施例1～5制备的滤芯，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，然后放置于不锈钢壳体内处理饮用水。经检测，该滤芯对苯胺具有良好的去除效果。表1为采用本发明实施例1～5提供的滤芯对饮用水处理前后苯胺的含量。

表1使用实施例1～5制备的滤芯处理前后水中的苯胺的含量

从表1中可以看出，本发明提供的滤芯可以有效去除水中的苯胺，其对苯胺的去除率在90％以上，适用于家庭终端应用水处理的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于去除水中苯胺的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将250~400重量份的超高分子量聚乙烯、200~350重量份的活性炭、20~100重量份的沸石分子筛粉、10~50重量份的发孔剂、100~200重量份的二氧化钛和30~100重量份的亚硫酸钙混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为400万~800万，所述混合物还包括60~100重量份的单层碳纳米管，所述超高分子量聚乙烯的粒径为100~250μm，所述活性炭的粒度为40~120目，所述沸石分子筛粉的粒径为40~50微米，所述二氧化钛的粒径为5~500nm；

将所述混合物置于模压器中模压，然后在120~250℃下烧结30~100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石分子筛粉的型号为13X。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为50~300nm。

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为300~400重量份；活性炭为200~300重量份；沸石分子筛粉为50~100重量份；发孔剂为10~40重量份；二氧化钛为150~200重量份；亚硫酸钙为30~80重量份。

5.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为320~380重量份；活性炭为200~260重量份；沸石分子筛粉为60~100重量份；发孔剂为10~30重量份；二氧化钛为150~180重量份；亚硫酸钙为30~60重量份。

6.一种由权利要求1~5任意一项所述的制备方法制备的用于去除水中苯胺的过滤介质。

7.由权利要求6所述的过滤介质构成的用于去除水中苯胺的滤芯。