CN102327767B

CN102327767B - 用于去除水中硼的过滤介质及其制备方法

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Publication number: CN102327767B
Application number: CN 201110218056
Authority: CN
Inventors: 周奇迪; 栾云堂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102327767A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中硼的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：将200～400重量份的活性炭、20～100重量份的孔径为0.6～0.9nm的分子筛、80～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的硫酸钙混合，得到混合物；将混合物置于模压器中模压，然后在150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。由于本发明采用的活性炭、孔径为0.6～0.9nm的分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对硼有很强的吸附作用，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硼。实验结果表明，本发明提供的滤芯对硼的去除率在94％以上。

Description

用于去除水中硼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硼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

硼是一种非金属元素，其分子直径为0.4nm，在自然界中主要以硼酸的形式存在。硼是有机物生长的主要元素之一，并且，硼的化合物广泛应用于金属冶炼、原子能工业、洗涤工业、医药、农药、肥料、玻璃工业等领域。但是，过量的硼对动物、植物和人体产生不利的影响，例如，如果水中硼的浓度过高，将会导致大量的植物的叶子损伤及早熟，危害农作物，并且，硼的毒理效应会对人体的生殖和生育等方面产生很大的影响。国际卫生组织(WHO)提出，在饮用水中硼的含量要低于0.5mg/L作为暂定推荐标准。

海水中存在较大浓度的硼酸和硼酸盐，可以达到4～7mg/L。由于由海水直接淡化成为饮用水是当今世界发展的主要的趋势，因此，如何从淡化之后的海水中去除过量的硼得到了广泛的研究。目前常用的去除海水中硼的方法为，利用低渗透海水淡化膜对淡化处理得到的饮用水进行去除硼的处理，结果发现，硼是低渗透工艺难以去除的典型物质之一。同时，我国相关监测结构对利用海水淡化处理得到的饮用水以及管网水进行了检测，发现该饮用水中硼含量超标的现象较为普遍。

为了去除水中的硼，常规的水处理方法包括二级递渗透法、三级递渗透法、离子交换法等。但是，上述报道的二级递渗透法、三级递渗透法存在工艺复杂、成本高的缺点；离子交换法不仅存在工艺复杂的缺点，同时该处理得到的废水将会引发新的难题。由于采用滤芯对待处理水进行处理具有过程简单、易操作、成本低等优点，因此，本发明人考虑，提供一种用于去除水中硼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硼。

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硼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硼。

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

将200～400重量份的活性炭、20～100重量份的孔径为0.6～0.9nm的分子筛、80～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的硫酸钙混合，得到混合物；

将所述混合物置于模压器中模压，然后在180～220℃下烧结30～60分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。

优选的，所述活性炭为碘值为1000～1300毫克的医用活性炭。

优选的，所述活性炭的表面积为1500～2000m²/g。

优选的，所述分子筛的孔径为0.7～0.8nm。

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10～50重量份的单层碳纳米管。

优选的，所述活性炭为250～350重量份；孔径为0.6～0.9nm的分子筛为20～80重量份；二氧化钛为120～180重量份；硫酸钙为30～60重量份。

相应的，本发明还提供一种由上述制备方法制备的用于去除水中硼的过滤介质。

相应的，本发明还提供给一种由上述过滤介质构成的用于去除水中硼的滤芯。

本发明提供一种用于去除水中硼的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：将200～400重量份的活性炭、20～100重量份的孔径为0.6～0.9nm的分子筛、80～200重量份的二氧化钛和30～100重量份的硫酸钙混合，得到混合物；将混合物置于模压器中模压，然后在150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。由于本发明采用的活性炭、孔径为0.6～0.9nm的分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对硼有很强的吸附作用，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硼。实验结果表明，本发明提供的滤芯对硼的去除率在94％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硼的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将所述混合物置于模压器中模压，然后在150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质。

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硼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1500m²/g以上，更优选为1500～2000m²/g，最优选为1500～1800m²/g。所述活性炭的粒度优选为40～100目，更优选为40～80目，最优选为70～80目。所述活性炭的碘值优选为1000～1300毫克，更优选为1100～1200毫克。本发明采用上述碘值的活性炭对水中的硼具有更好的吸附作用，并且，活性炭的碘值越高，其对硼的吸附能力越强。

分子筛是一种具有立方晶格结构的硅酸盐化合物，主要由硅硼通过氧桥连接组成空旷的骨架架构，在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。本发明采用的分子筛的孔径为0.6～0.9nm，更优选为0.7～0.8nm。该孔径的分子筛对水中的硼具有很好的吸附作用。

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。本发明采用硫酸钙作为过滤介质的一种组成成分，可以吸附水中的硼。

此外，该混合物还优选包括10～50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硼的作用。此外，本发明还可以将碳纳米管进行高温处理，使所述碳纳米管的孔径扩大。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1200～1500℃，更优选为1200～1400℃。

此外，该混合物还可以包括重均分子量为400万～800万的超高分子量聚乙烯。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。

本发明中，所述活性炭优选为250～350重量份；孔径为0.6～0.9nm的分子筛优选为20～80重量份；二氧化钛优选为120～180重量份；硫酸钙优选为30～60重量份。更优选的，所述活性炭优选为250～300重量份；孔径为0.6～0.9nm的分子筛优选为30～60重量份；二氧化钛优选为120～150重量份；硫酸钙优选为30～50重量份。

由于本发明采用的活性炭、孔径为0.6～0.9nm的分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对硼有很强的吸附作用，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硼。

在过滤介质的制备过程中，所述烧结温度优选为180～200℃，更优选为180～190℃；烧结时间优选为30～60分钟，更优选为45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硼的滤芯。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。

实施例1

称取300g表面积为1600m²/g的医用活性炭、80g孔径为0.7nm的分子筛、150g粒径为100nm的二氧化钛和50g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180℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例2

称取400g表面积为1700m²/g的医用活性炭、100g孔径为0.7nm的分子筛、200g粒径为200nm的二氧化钛和50g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180℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例3

称取200g表面积为1600m²/g医用活性炭、30g孔径为0.7nm的分子筛、100g粒径为300nm的二氧化钛和30g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200℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例4

称取250g表面积为1600m²/g医用活性炭、30g孔径为0.7nm的分子筛、180g粒径为200nm的二氧化钛和50g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190℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例5

将50g单层碳纳米管升温至1600℃下保温5小时；

称取250g表面积为1600m²/g医用活性炭、30g孔径为0.7nm的分子筛、180g粒径为200nm的二氧化钛、50g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190℃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，该滤芯对硼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硼的含量。

表1使用实施例1～5制备的滤芯处理前后水中的硼的含量

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硼，其对硼的去除率在94％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硼的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为碘值为1000～1300毫克的医用活性炭。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭的比表面积为1500～2000m²/g。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛的孔径为0.7～0.8nm。

5.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5～500nm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为50～300nm。

7.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10～50重量份的单层碳纳米管。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为250～350重量份；孔径为0.6～0.9nm的分子筛为20～80重量份；二氧化钛为120～180重量份；硫酸钙为30～60重量份。

9.一种由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备的用于去除水中硼的过滤介质。

10.由权利要求9所述的过滤介质构成的用于去除水中硼的滤芯。