CN102294232B

CN102294232B - 用于去除水中硝酸盐的过滤介质及其制备方法

Info

Publication number: CN102294232B
Application number: CN2011101969288A
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: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: CN102294232A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中硝酸盐的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，包括以下步骤：将混合物置于模压器中模压，然后在150～280℃下烧结30～80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、50～200重量份的海泡石、15～60重量份的发孔剂和200～350重量份的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒。本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、海泡石和表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒均对硝酸盐有很强的吸附作用，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硝酸盐。

Description

用于去除水中硝酸盐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硝酸盐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

硝酸盐是一种在水中高度溶解的物质，其本身对人体没有很大的危害，然而，硝酸盐摄入人体后会被还原成亚硝酸盐。由于亚硝酸盐是强氧化剂，其会与血液中的血红蛋白反应，使血液中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白，从而影响血液对氧的输送能力。此外，亚硝酸盐在胃中会与氨氮等结合形成亚硝胺和亚硝酰胺等强致癌物质。因此，美国国家环保局规定，饮用水中硝酸盐最高浓度不得超过10mg/L；欧盟规定其不得超过11.3mg/L。

中国环境与发展国际合作委员会的中外专家近年来多次提出，中国普遍存在滥用化肥和农药的现象，由此所造成的氮污染已经严重危害到环境质量和人体健康。大量调研结果表明，在肝癌、胃癌、食管癌的高发地区，人们多是饮用污染较严重的河、渠、沟、溪、池、塘等地表水和含硝酸盐含量超标的地下井水，例如，我国胃癌死亡率最高的福建长乐市的81％的井水硝酸盐含量超标；我国的河南省林县、河北省涉县、江苏省启东县、广西武鸣县、广东阳山县等地的地下井水均存在不同程度的超标。此外，其他国家氮污染影响人类健康的情况也普遍存在。例如，南美洲智利由于采用硝石作化肥，污染环境，因而其境内胃癌发生率较高；哥伦比亚胃癌高发区的井水中硝酸盐浓度超标；日本胃癌高发区的井水中硝酸盐浓度较高。

目前，常规的水处理方法包括反渗透法、生物反硝化法和化学反硝化法等。由于硝酸盐在水中高度溶解且十分稳定，因此常规的水处理方法很难将其去除，同时，上述报道的水处理方法均存在过程繁琐，不易操作等缺点。由于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硝酸盐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硝酸盐。

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硝酸盐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硝酸盐。

本发明提供一种用于去除水中硝酸盐的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将混合物置于模压器中模压，然后在150～280℃下烧结30～80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、50～200重量份的海泡石、15～60重量份的发孔剂和200～350重量份的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200万～650万。

优选的，所述烧结温度为180～210℃，烧结时间为45～60分钟。

优选的，所述海泡石的粒度为100～160目。

优选的，所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的粒径为80～400μm。

优选的，所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的铁含量为5～20wt％。

优选的，所述羟基氧化铁的平均厚度为10～40μm。

优选的，所述混合物按照以下方法制备：

将50～200重量份的海泡石经盐酸活化后，与100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、15～60重量份的发孔剂和200～350重量份的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒混合，得到混合物。

优选的，所述混合物还包括50～150重量份的电气石和50～150重量份的膨润土。

相应的，本发明还提供一种由上述技术方案制备的用于去除水中硝酸盐的过滤介质。

相应的，本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中硝酸盐的滤芯。

本发明提供一种用于去除水中硝酸盐的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该方法包括以下步骤：将混合物置于模压器中模压，然后在150～280℃下烧结30～80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、50～200重量份的海泡石、15～60重量份的发孔剂和200～350重量份的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200万～650万。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、海泡石和表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒均对硝酸盐有很强的吸附作用，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硝酸盐。实验结果表明，本发明提供的滤芯对硝酸盐的去除率在95％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。

本发明公开了一种过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

其中，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，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250万～500万，更优选为300万～450万，最优选为350万～450万。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100～220μm，更优选为120～200μm，最优选为130～150μm。本发明采用的超高分子量聚乙烯具有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，本发明中该超高分子量聚乙烯可以吸附硝酸盐颗粒。本发明采用的超高分子量聚乙烯可以采用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M-Ⅲ和M-Ⅳ等规格的产品。

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。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，活性炭对待处理水中的硝酸盐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1100～2000m²/g，最优选为1250～1450m²/g。所述活性炭的粒径优选为50～160微米，更优选为60～150微米，最优选为70～140微米。

海泡石(meerschaum)是一种珍贵的多孔矿物，主要成分为含水硅酸镁(Magnesium Silica)，是自然界中最具渗透性的物质之一。海泡石具有极强的吸附、脱色和分散等性能，亦有极高的热稳定性，耐高温性可达1500～1700℃。本发明采用的海泡石的粒度优选为100～160目，更优选为110～150目，更优选为120～140目。在过滤介质的制备过程中，优选将50～200重量份的海泡石经盐酸活化，然后与100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭和15～60重量份的发孔剂混合，得到混合物。其中，对于将海泡石经盐酸活化的步骤，具体可以为：将海泡石经2～6M的盐酸处理10～15小时。

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。

本发明中用于涂覆羟基氧化铁的石灰石为碳酸钙基无机材料，所述碳酸钙无机材料表示包含至少50wt％的碳酸钙的材料，包括但不限于大理石、白云石等。本发明采用的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒优选按照如下方法制备：将氯化铁和/或硫酸铁加入包含石灰石颗粒和水的反应器中，然后加入碱，控制溶液的pH值为5～7，洗涤、干燥后得到表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒。本发明中表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒对硝酸盐有很强的吸附作用，尤其是羟基氧化铁涂层可以显著提高制备的过滤介质对硝酸盐的吸附效率。所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的粒径优选为80～400μm，更优选为100～350μm，最优选为150～300μm；其铁含量优选为5～20wt％，更优选为8～16wt％，最优选为10～15wt％；所述羟基氧化铁的平均厚度优选为10～40μm，更优选为15～30μm，最优选为20～25μm。

此外，该混合物的还优选包括50～150重量份的电气石和50～150重量份的膨润土；更优选的，电气石为80～120重量份，膨润土为80～120重量份。电气石在调节人体离子平衡的同时，对去除硝酸盐具有一定的去除功效。膨润土具有可塑性、触变性、流变性和吸附粘结性等，颗粒快速吸附水中的硝酸盐和重金属等杂质。

由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、海泡石和表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒均对硝酸盐有很强的吸附作用，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硝酸盐。

在本发明的制备过程中，所述烧结温度优选为180～210℃，更优选为180～200℃；烧结时间优选为45～60分钟，更优选为50～60分钟。

本发明中，所述超高分子量聚乙烯优选为130～350重量份，活性炭优选为120～170重量份，海泡石优选为80～180重量份，发孔剂优选为20～50重量份，表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒优选为200～300重量份；优选的，所述超高分子量聚乙烯优选为150～300重量份，活性炭优选为120～150重量份，海泡石优选为100～150重量份，发孔剂优选为20～40重量份，表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒优选为200～250重量份。

对于上述混合步骤，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硝酸盐的滤芯。本发明提供的滤芯的结构可以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。

实施例1

将400毫升粒径为150～400微米的石灰石颗粒加入反应器中，然后加入400毫升去离子水，在15分钟内加入800毫升40wt％的氯化铁溶液，反应40分钟后，向反应器中加入1500毫升8wt％的NaHCO₃，然后加入NaOH，搅拌15分钟，控制pH值3～8，洗涤至洗涤液的pH值为7.1，然后在110℃的烘箱中干燥50小时，得到表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒，所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的铁含量为10wt％，所述羟基氧化铁的平均厚度为25μm；

将180g粒度为100目的海泡石经2M的盐酸活化，然后与150g分子量为450万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、170g粒径为60微米的医用活性炭、15g食品级碳酸氢铵和300g表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒混合，置于搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在200℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例2

将400毫升粒径为220～400微米的石灰石颗粒加入反应器中，然后加入400毫升去离子水，在15分钟内加入800毫升40wt％的氯化铁溶液，反应40分钟后，向反应器中加入1500毫升8wt％的NaHCO₃，然后加入NaOH，搅拌15分钟，控制pH值3～8，洗涤至洗涤液的pH值为7.1，然后在110℃的烘箱中干燥50小时，得到表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒，所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的铁含量为15wt％，所述羟基氧化铁的平均厚度为30μm；

将100g粒度为150目的海泡石经3M的盐酸活化，然后与350g分子量为250万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、100g粒径为100微米的医用活性炭、35g食品级碳酸氢铵和220g表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒混合，置于搅拌器中搅拌90分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在250℃下烧结60分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例3

将150g粒度为130目的海泡石经2M的盐酸活化，然后与300g分子量为300万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、150g粒径为150微米的医用活性炭、45g食品级碳酸氢铵和270g表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒混合，置于搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在260℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例4

将120g粒度为160目的海泡石经4M的盐酸活化，然后与400g分子量为600万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、120g粒径为90微米的医用活性炭、20g食品级碳酸氢铵、350g表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒、100g电气石和100g膨润土混合，置于搅拌器中搅拌80分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在190℃下烧结55分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例5

取实施例1～4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，该滤芯对硝酸盐具有良好的去除效果。表1为采用本发明实施例1～4提供的滤芯对饮用水处理前后硝酸盐的含量。

表1使用实施例1～4制备的滤芯处理前后水中的硝酸盐的含量

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硝酸盐，其对硝酸盐的去除率在95％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硝酸盐的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将混合物置于模压器中模压，然后在150～280℃下烧结30～80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括100～400重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、50～200重量份的海泡石、15～60重量份的发孔剂和200～350重量份的表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200万～650万，

所述海泡石的粒度为100～160目；

所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的粒径为80～400μm；

所述混合物按照以下方法制备：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为180～210℃，烧结时间为45～60分钟。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面涂覆有羟基氧化铁的石灰石颗粒的铁含量为5～20wt%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羟基氧化铁的平均厚度为10～40μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合物还包括50～150重量份的电气石和50～150重量份的膨润土。

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硝酸盐的过滤介质。

7.由权利要求6所述的过滤介质构成的用于去除水中硝酸盐的滤芯。