CN102357322B

CN102357322B - 用于去除水中铝的过滤介质及其制备方法

Info

Publication number: CN102357322B
Application number: CN201110218011.3A
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: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102357322A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中铝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200～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～400重量份的活性炭、20～80重量份的NaY型分子筛、10～50重量份的发孔剂、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，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为350万～800万；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。本发明中超高分子量聚乙烯、活性炭、NaY型分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对铝有很强的吸附作用，利用该过滤介质制备得到的滤芯可以有效去除待处理水中的铝。

Description

用于去除水中铝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铝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

铝是一种活泼金属，人体内铝摄取过多将使体内残铝含量明显提高，从而导致铝性贫血、铝性营养不良、脱发、大脑痴呆等疾病，另外，铝对中枢神经系统的不良影响非常显著，过量铝的摄取是导致帕金森综合症的重要因素。并且，铝可以在人体内蓄积、富集，达到相应浓度后便会抑制机体对钙的吸收，导致严重的缺钙，进而引起体内一系列相关的功能酶失活。

目前，铝主要是通过食物和饮用水进入人体内，因此，控制饮用水中铝含量是控制铝过量摄取的重要途径之一。美国、英国、德国、日本和前苏联等国家早在20世纪60、70年代就制定了饮用水中铝的浓度标准，我国也于2000年制定了饮用水中铝的浓度标准。但是，相关调查研究显示，我国东北地区饮用水中铝含量超标现象严重，超标率为91％，其他地区铝的超标率为15％。

导致饮用水中铝含量过高的因素主要包括以下方面：地表中的铝含量高是导致供水管网中铝含量过高的重要因素，例如我国酸雨酸性地区水中铝的浓度达到40mg/L，导致管网中残铝的浓度明显高于我国其他地区；此外，在水处理过程中，价格低廉的混凝剂铝盐的广泛施用也是使得不少国家的自来水都面临着不同程度的出厂水以及供水管网中铝含量超标的重要因素之一。通过对藻类、鱼类、植物等的测试可知，单体态的铝比聚合态的铝毒性强，无机态的铝比有机态的铝毒性强。由于供水网中的铝主要以无机态铝的形式存在，毒性较强，因此，去除水中的铝具有重要的意义。

为了去除水中的铝，常规的水处理方法包括反渗透法、膜气提法、离子交换法等。但是，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铝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铝。

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铝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铝。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于去除水中铝的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将200～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～400重量份的活性炭、20～80重量份的NaY型分子筛、10～50重量份的发孔剂、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，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为350万～800万；

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。

优选的，所述活性炭为碘值为800～1300毫克的医用活性炭。

优选的，所述NaY型分子筛的孔径为1～2nm。

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，所述高分子量聚乙烯为250～400重量份；活性炭为200～350重量份；NaY型分子筛为30～80重量份；发孔剂为10～40重量份；二氧化钛为120～180重量份；硫酸钙为30～80重量份。

优选的，所述高分子量聚乙烯为300～400重量份；活性炭为200～300重量份；NaY型分子筛为30～60重量份；发孔剂为10～30重量份；二氧化钛为150～180重量份；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铝的过滤介质。

本发明还提供一种上述过滤介质构成的用于去除水中铝的滤芯。

本发明提供一种用于去除水中铝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200～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～400重量份的活性炭、20～80重量份的NaY型分子筛、10～50重量份的发孔剂、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，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为350万～800万；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。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、NaY型分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对铝有很强的吸附作用，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铝。实验结果表明，本发明提供的滤芯对铝的去除率在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铝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400万～600万，更优选为450万～550万。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铝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1200～1300m²/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800～1300毫克，更优选为900～1200毫克，最优选为1000～1200毫克。本发明采用上述碘值的活性炭对水中的铝具有更好的吸附作用，并且，活性炭的碘值越高，其对铝的吸附能力越强。

NaY型分子筛是一种带有Y型结构的钠盐的碱金属硅铝酸盐，分子筛具有由SiO₄和AlO₄四面体结构单元组成的空间立体结构，其可以吸附水中的铝。所述NaY型分子筛具有1～2nm纳米的微孔，更优选为1～2nm。由于NaY型分子筛内具有微孔，因此，NaY型分子筛可以将比微孔孔道直径小的分子吸附到微孔中来，而把比微孔孔道大的分子排斥在外，从而将把形状直径大小不同的分子、极性程度不同的分子、沸点不同的分子和饱和程度不同的分子分离开来。

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。本发明采用的硫酸钙可以以石膏或烧石膏的形式存在，其作为过滤介质的一种组成成分，可以吸附水中的铝。

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，除了具有吸附水中铝的作用外，还与其发生化学反应，从而进一步去除了水中的铝元素。此外，为本发明还优选将所述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铝元素。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，所述高分子量聚乙烯优选为250～400重量份；活性炭优选为200～350重量份；NaY型分子筛优选为30～80重量份；发孔剂优选为10～40重量份；二氧化钛优选为120～180重量份；硫酸钙优选为30～80重量份。更优选的，所述高分子量聚乙烯为300～400重量份；活性炭为200～300重量份；NaY型分子筛为30～60重量份；发孔剂为10～30重量份；二氧化钛为150～180重量份；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、NaY型分子筛、二氧化钛和硫酸钙均对铝有很强的吸附作用，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铝。

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170～205℃；烧结时间优选为40～80分钟，更优选为50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铝的滤芯。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450万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、250g碘值为1000毫克的医用活性炭、60g孔径为2nm的NaY型分子筛、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为100nm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210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例2

称取350g分子量为650万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、280g碘值为1000毫克的医用活性炭、40g孔径为2nm的NaY型分子筛、30g食品级碳酸氢铵、160g粒径为200nm的二氧化钛和40g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230℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例3

称取400g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、350g碘值为1200毫克的医用活性炭、30g孔径为2nm的NaY型分子筛、20g食品级碳酸氢铵、120g粒径为100nm的二氧化钛和60g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230℃下烧结80分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例4

称取200g分子量为450万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、320g碘值为1000毫克的医用活性炭、50g孔径为2nm的NaY型分子筛、40g食品级碳酸氢铵、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210℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例5

将50克的单层碳纳米管升温至1600℃下保温5小时；

称取300g分子量为450万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、220g碘值为1000毫克的医用活性炭、50g孔径为2nm的NaY型分子筛、40g食品级碳酸氢铵、180g粒径为100nm的二氧化钛、60g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，该滤芯对铝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铝的含量。

表1使用实施例1～5制备的滤芯处理前后水中的铝的含量

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铝，其对铝的去除率在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铝的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

将200～400重量份的超高分子量聚乙烯、200～400重量份的活性炭、20～80重量份的NaY型分子筛、10～50重量份的发孔剂、80～200重量份的二氧化钛、10～50重量份的单层碳纳米管和30～100重量份的硫酸钙混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为350万～800万；将所述单层碳纳米管进行高温处理，所述高温处理的温度为1200～1800℃；

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800～1300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NaY型分子筛的孔径为1～2nm。

4.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。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为50～300nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子量聚乙烯为250～400重量份；活性炭为200～350重量份；NaY型分子筛为30～80重量份；发孔剂为10～40重量份；二氧化钛为120～180重量份；硫酸钙为30～80重量份。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高分子量聚乙烯为300～400重量份；活性炭为200～300重量份；NaY型分子筛为30～60重量份；发孔剂为10～30重量份；二氧化钛为150～180重量份；硫酸钙为30～60重量份。

8.一种由权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备的用于去除水中铝的过滤介质。

9.由权利要求8所述的过滤介质构成的用于去除水中铝的滤芯。