CN102350323A - 用于去除饮用水中人工合成麝香的过滤介质及制法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除饮用水中人工合成麝香的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的重量比为：100～300∶200～450∶80～200∶80～200∶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人工合成麝香的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除人工合成麝香对人体产生的伤害，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人工合成麝香的去除率为95％以上。

Description

用于去除饮用水中人工合成麝香的过滤介质及制法

技术领域

本发明涉及一种去除饮用水中人工合成麝香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

随着人民生活水平的提高，对麝香的需求逐年增加，加上人为乱捕乱杀动物麝，导致了天然麝香资源的枯竭，已远远不能满足社会的需求，为了促使对动物麝的保护，人们已通过人工合成方法获得了一类具有麝香气味的化合物，即天然麝香的替代品-人工合成麝香。

人工合成麝香作为一种替代型香料被广泛应用于日用化工行业，由于其持续不断地输入环境，其中的一些典型化合物如加乐麝香和吐纳麝香等在水、土壤和大气环境中的浓度日益升高，并且在动植物和人体组织中产生了蓄积作用，具有遗传毒性，还能诱导其它毒性物质使其毒性增强，其效应相当于持久性有机污染物。

人工合成麝香中硝基麝香的应用历史最长，麝香酮和二甲苯麝香是两种用量最大的硝基麝香，用于化妆品、洗涤用品，在鱼体和水体中都曾检测到麝香酮和二甲苯麝香。许多研究发现硝基麝香化合物具有生物蓄积作用和潜在致癌性。目前多环麝香正逐步取代硝基麝香，加乐麝香(HHCB)和吐纳麝香(AHTN)是多环麝香中使用量最多的两种化合物。加拿大、瑞典、德国、荷兰以及中国等的污水处理厂出水中都曾检测到加乐麝香和吐纳麝香。研究表明77％的人工合成麝香经使用后进入生活污水，通过污水系统进入污水处理厂，随着污水污泥的再利用而重新进入环境，影响人体健康。

常规的水处理工艺很难将人工合成麝香从饮用水中去除；气浮法、氧化法等设备复杂，使用不便；反渗透成本较高，且浪费水，产生的浓缩液更不好处理，容易产生二次污染。

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人工合成麝香的去除率高，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人工合成麝香的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的重量比为：100～300∶200～450∶80～200∶80～200∶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，所述活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的重量比为：150～280∶250～400∶100～180∶100～180∶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。

活性炭纤维(ACF)，亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料，是合成纤维或木质素或木素纤维经药剂处理、干燥，经水蒸汽活化等过程制得。活性炭纤维的孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间，形成的这些空间的大小与超微粒子处于同一个数量级，从而造就了较大的比表面积，使其具有较大的吸附容量。其含有的许多不规则结构-杂环结构或含有表面官能团的微结构，具有极大的表面能，也造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系，使吸附质到达吸附位的扩散路径比活性碳短，驱动力大且孔径分布集中，使得活性炭纤维比活性炭吸脱附速率更快、吸附效率更高。活性炭纤维还具有耐酸碱耐腐蚀特性，已在环保、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。

本发明选用粒径为20μm～30μm的活性炭纤维粉。

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，可以起到吸附水中人工合成麝香的作用。

纳米氧化硅是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅的非金属氧化物，粒径小，具有三维网状结构，比表面积大，表面吸附能力强，表面能大，广泛应用于石油化工、化妆品、喷涂材料、医药、催化、添加剂等各种领域。本发明将纳米氧化硅用于吸附去除饮用水中的有毒金属铊，其庞大的比表面积具有很大的吸附容量，对铊有很好的去除效果。

由于SiQ₂表面存在硅醇基和吸附水，使其呈亲水性，影响纳米氧化硅对水中铊的吸附去除能力，因此本发明优选使用改性纳米氧化硅粉。纳米氧化硅的改性方法为：将纳米氧化硅浸入阳离子表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液含阳离子表面活性剂的质量百分比为5％～15％，纳米氧化硅与表面活性剂溶液质量比为1∶10～1∶80；将混合物在40℃～80℃下搅拌5h～20h，过滤，洗涤；将过滤的固体烘干，在105℃下活化1h～5h，然后研磨至所需大小，制得改性纳米氧化硅粉。本发明优选使用粒径为50nm～80nm的改性纳米氧化硅粉。

氧化铝，俗称矾土，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。γ型氧化铝是氢氧化铝在140℃-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶，其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al³⁺不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中。活性氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝。活性氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强，具有良好耐压、耐磨损和耐热性能，工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体。本发明选用粒径为74μm～89μm的活化氧化铝粉。

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，水中的人工合成麝香可以被充分吸附。

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人工合成麝香的滤芯。

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人工合成麝香的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除人工合成麝香对人体产生的伤害，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人工合成麝香的去除率为96％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)称取活性炭纤维粉100g，粒径为20μm～30μm；

(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-II型产品，其分子量为250万；

(3)将纳米氧化硅浸入氯化十二烷基三甲基铵阳离子表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液质量百分比浓度为10％，纳米氧化硅与表面活性剂溶液质量比为1∶30；将混合物在60℃下搅拌20h，过滤，洗涤；将过滤的固体烘干，在105℃下活化1h，然后研磨至50nm～80nm，称取所制的改性纳米氧化硅粉120g；

(4)称取活性氧化铝粉150g，粒径为74m～89μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵100g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)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130分钟；

(8)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)称取活性炭纤维粉250g，粒径为20μm～30μm；

(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)将纳米氧化硅浸入溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)阳离子表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液质量百分比浓度为8％，纳米氧化硅与表面活性剂溶液质量比为1∶20；将混合物在80℃下搅拌8h，过滤，洗涤；将过滤的固体烘干，在105℃下活化2h，然后研磨至50nm～80nm，称取所制的改性纳米氧化硅粉150g；

(4)称取活性氧化铝粉120g，粒径为74μm～89μm；

(5)称取食品级碳酸氢铵120g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)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140分钟；

(8)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)称取活性炭纤维粉150g，粒径为20μm～30μm；

(2)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-II型产品，其分子量为250万；

(3)将纳米氧化硅浸入溴化十六烷基吡啶阳离子表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液质量百分比浓度为5％，纳米氧化硅与表面活性剂溶液质量比为1∶60；将混合物在40℃下搅拌15h，过滤，洗涤；将过滤的固体烘干，在105℃下活化3h，然后研磨至50nm～80nm，称取所制的改性纳米氧化硅粉180g；

(4)称取活性氧化铝粉100g，粒径为74μm～89μm；

(5)称取偶氮二甲酰胺150g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)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260℃温度下烧结150分钟；

(8)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)称取活性炭纤维粉300g，粒径为20μm～30μm；

(2)称取超高分子量聚乙烯粉400g，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)将纳米氧化硅浸入氯化十六烷基吡啶(CPC)阳离子表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液质量百分比浓度为12％，纳米氧化硅与表面活性剂溶液质量比为1∶10；将混合物在70℃下搅拌10h，过滤，洗涤；将过滤的固体烘干，在105℃下活化1h，然后研磨至50nm～80nm，称取所制的改性纳米氧化硅粉150g；

(4)称取活性氧化铝粉200g，粒径为74μm～89μm；

(5)称取草酸120g，纯度达到99.99％以上；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.5MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结120分钟；

(8)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，以加乐麝香、吐纳麝香为例，经检测，该结构滤芯对饮用水中的人工合成麝香的去除效果好。以下是利用实施例1～4提供的滤芯对饮用水进行处理后，两种人工合成麝香的去除效果：

表1使用滤芯处理前后水中的加乐麝香含量，单位：μg/L

可以看出，加乐麝香的去除率在96％以上。

表2使用滤芯处理前后水中的吐纳麝香含量，单位：μg/L

可以看出，加纳麝香的去除率在98％以上。

因此本发明的滤芯对饮用水中人工合成麝香的去除效果良好，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人工合成麝香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人工合成麝香的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将包含活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的重量比为：100～300∶200～450∶80～200∶80～200∶50～150；

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，所述活性炭纤维粉、超高分子量聚乙烯粉、纳米氧化硅粉、活性氧化铝粉和发孔剂的重量比为：150～280∶250～400∶100～180∶100～180∶80～120。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭纤维粉的粒径为20μm～30μm。

4.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89μm～104μm。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化硅粉为粒径为50nm～80nm的改性纳米氧化硅粉。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活化氧化铝粉的粒径为74μm～89μm。

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人工合成麝香的过滤介质。

8.一种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述的过滤介质构成。

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

10.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求9所述的净水装置。