CN102294149B - 用于去除饮用水中溴酸盐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溴酸盐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、天然锰钾矿粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、天然锰钾矿粉和发孔剂的重量比为：80～300∶100～400∶60～250∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。制备的过滤介质对水中溴酸盐的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除溴酸盐对人体产生的伤害，使用简便，成本低，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溴酸盐的去除率为95％以上。

Description

用于去除饮用水中溴酸盐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溴酸盐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

水体中普遍含有浓度不等的溴化物，溴化物本身对人体的危害比较小，但是在饮用水采用臭氧或氯化消毒过程中会产生致癌与致遗传毒性物质溴酸盐。溴酸盐的毒性比氯酸盐更强，可引发高铁血红蛋白血症、肾脏障碍，并会导致肾癌，在国际上被定为2B级潜在致癌物。

欧盟和美国水质标准规定BrO₃ ^-最大污染浓度为10μg/L，中国疾控中心的专家在2006年对超市中瓶装矿泉水溴酸盐含量的检测发现：12种矿泉水中溴酸盐检出浓度为0.89μg/L～48.2μg/L，经过其它抽检有的竟高达98.24μg/L。

饮用水源中的溴化物在水厂常规的处理工艺中很难被去除，大部分会进入供水管网，BrO₃ ^-主要是含溴化物源水在臭氧氧化工艺和氯化过程中形成的，且大多数瓶装、筒装矿泉水厂都采用臭氧消毒工艺，因此饮用水中的溴酸盐目前已引起人们极大关注。

常规的水处理工艺和生物法对于去除溴酸盐没有效果；一般的吸附法效果也不理想；反渗透成本较高，需要大量的电能和水，使用麻烦，浓缩液难以处理，易产生二次污染。

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溴酸盐的去除率高，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溴酸盐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、天然锰钾矿粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、天然锰钾矿粉和发孔剂的重量比为：80～300∶100～400∶60～250∶50～150；

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、天然锰钾矿粉和发孔剂的重量比为：100～200∶200～350∶100～200∶80～120。

压制压力为0.4MPa～1.0MPa，烧结温度为200℃～300℃，烧结时间为120分钟～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。

作为优选，活性炭选用粒径为74μm～104μm的还原改性活性炭粉。还原改性主要是使活性炭表面在适当温度下通过还原剂对表面官能团进行还原改性，提高含氧碱性基团的相对含量，酸性官能团含量减少，增加了活性炭表面的碱性，增强了活性炭的阴离子交换能力，提高了活性炭对溴酸盐的吸附能力。还原改性的手段主要有通过H₂或N₂等惰性气体对活性炭进行高温处理或使用氨水对活性炭进行浸渍处理，去除活性炭表面的大部分酸性基团。

所述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89μm～104μm。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，可以起到吸附水中溴酸盐的作用。

天然锰钾矿晶体具有表面吸附、氧化还原、离子交换、孔道效应和纳米效应等良好的环境属性，[MnO₆]八面体是其基本的骨架单元，沿结晶C轴方向的[MnO₆]共棱组成双链，链间又以共角顶氧的方式相连形成2×2一维孔道结构，其孔道内可容纳半径较大的一价和二价阳离子(Ba²⁺、Pb²⁺、K⁺、Na⁺等)及H₂O，孔径为0.46nm。这种由活性Mn-O八面体构建的良好孔道，极其类似于四面体分子筛沸石的晶体结构中由惰性Si-O四面体构建的良好孔道，因此锰钾矿具有典型的活性八面体分子筛功能。

天然锰钾矿中含有变价的Mn⁴⁺和Mn²⁺离子，具有良好的氧化还原性，如将有机污染物苯酚完全氧化为CO₂和H₂O，也可以将毒性较大的Cr⁶⁺还原为毒性较小的Cr³⁺。本发明利用天然锰钾矿的还原性使其与水中的溴酸盐发生还原化学反应以去除，优选粒径为74μm～104μm。天然锰钾矿与活性炭的结合使得溴酸盐的去除效果更好。

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，水中的溴酸盐可以被充分吸附。

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溴酸盐的滤芯。

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溴酸盐的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除溴酸盐对人体产生的伤害，使用简便，成本低，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溴酸盐的去除率为93％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)将活性炭在700℃下经H₂吹扫3h，然后冷却至室温，粉碎至74μm～104μm，称取所制的还原改性活性炭粉100g；

(2)称取超高分子量聚乙烯粉150g，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)称取天然锰钾矿粉80g；

(4)称取食品级碳酸氢铵50g，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270℃温度下烧结130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2：

(1)称取医用活性炭粉180g，粒径为74μm～104μm，；

(2)称取超高分子量聚乙烯粉350g，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；

(3)称取天然锰钾矿粉200g；

(4)称取偶氮二甲酰胺120g，纯度达到99.99％以上；

(5)将上述五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230℃温度下烧结120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)将活性炭与质量浓度为15％的氨水按照重量比为1∶10的比例混合反应24h，然后用去离子水清洗活性炭，至活性炭的pH为6.8，在烘箱内干燥22h，将改性后的活性炭粉碎至74μm～104μm，称取所制的还原改性活性炭粉250g；

(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)称取天然锰钾矿粉180g；

(4)称取食品级碳酸氢铵150g，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1MPa的液压压力下压制，在210℃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4：

(1)称取医用活性炭粉300g，所述医用活性炭的粒径为74μm～104μm；

(2)称取超高分子量聚乙烯粉250g，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；

(3)称取天然锰钾矿粉250g；

(4)称取草酸100g，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0.7MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结120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，以溴酸钠为例，经检测，该结构滤芯对饮用水中的溴酸盐的去除效果好。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溴酸钠的含量。

表1使用滤芯处理前后水中的溴酸钠含量，单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的溴酸盐取得了很好的效果，去除率在95％以上，该滤芯非常适合家庭终端饮用水处理的需要。

以上对本发明所提供的用于去除饮用水中溴酸盐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 (7)

1.一种用于去除饮用水中溴酸盐的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将包含活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、天然锰钾矿粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、天然锰钾矿粉和发孔剂的重量比为：80～300∶100～400∶60～250∶50～150；

所述活性炭粉为粒径为74μm～104μm的还原改性活性炭粉，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，其粒径为89μm～104μm，所述天然锰钾矿粉的粒径为74μm～104μm；

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、天然锰钾矿粉和发孔剂的重量比为：100～200∶200～350∶100～200∶80～120。

3.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。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中溴酸盐的过滤介质。

5.一种滤芯，其特征在于，由权利要求4所述的过滤介质构成。

6.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求4所述的过滤介质或者权利要求5所述的滤芯。

7.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求6所述的净水装置。