CN102397782B

CN102397782B - 用于去除水中亚硝胺的过滤介质及其制备方法

Info

Publication number: CN102397782B
Application number: CN 201110374718
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: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN102397782A

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中亚硝胺的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该过滤介质以300～500重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、60～100重量份的NaY型沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂和80～150重量份的改性的天然碳酸钙为原料制备，改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙与二氧化碳和草酸的反应产物。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉和改性的天然碳酸钙均对亚硝胺有很强的吸附作用，且NaY型沸石分子筛粉对亚硝胺具有一定的催化分解作用，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亚硝胺。

Description

用于去除水中亚硝胺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亚硝胺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

亚硝酸盐在水中与酰胺、二级胺或类似氮氧化物发生反应，形成具有致癌作用的亚硝胺(NDMA)，并且该反应易在pH值为1～5的酸性环境中进行。对目前已发现的一百余种亚硝胺化合物进行致癌测试发现，大约80％以上的亚硝胺都引起癌症，另外。美国癌症研究会通过动物实验充分证明该物质对人体的致癌能力，其致癌等级为2级。

近些年，相关研究人员在饮用水经氯化消毒后生成副产物中发现了亚硝胺类物质，此外，在美国和加拿大等地的饮用水中广泛检测出NDMA，尤其严重的是，采用化合氯消毒水厂甚至是采用离子交换工艺处理后的水也检测出了该物质。NDMA与一些常规的消毒副产物如三卤甲烷和卤乙烷相比，分子量较小、亲脂性较差、亲水性较好，饱和蒸汽压为360Pa(20℃)，因此很难通过蒸发和空气吹脱的方法将其去除，并且NDMA的致癌性比三卤甲烷和卤乙烷等强得多。

目前，常规的水处理方法包括溶剂萃取法、离子交换法和反渗透法等。溶剂萃取法的具体过程为，向待处理水中加入有机溶剂，由于待处理水中的化合物在水和有机溶剂中溶解度和分配系数的不同，因此，所述化合物从水中转移到有机溶剂中，从而实现对水的处理；离子交换法是一种利用圆球形离子交换树脂过滤待处理水的方法，水中的离子会与固定在离子交换树脂上的离子交换，从而实现对水的处理；反渗透法的具体过程为：在待处理水中施加比自然渗透压力更大的压力，使水分子由浓度高的一方渗透到浓度低的一方变成纯净水，而原待处理水中的细微杂质、胶体、亚硝胺等有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质被截留下来并经污水出口排放掉。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。

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亚硝胺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亚硝胺。

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亚硝胺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亚硝胺。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于去除水中亚硝胺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150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300～500重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、60～100重量份的NaY型沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂和80～150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为680万～900万。

优选的，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为780万～850万。

优选的，所述活性炭为碘值为1100～1300毫克的医用活性炭。

优选的，所述NaY型沸石分子筛粉的孔径为0.7～0.8nm。

优选的，所述天然碳酸钙为大理石、方解石、石灰石和白云石中的一种或几种。

优选的，所述改性的天然碳酸钙按照如下方法制备：

在硅酸盐或二氧化硅存在的条件下，将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应。

优选的，所述混合物还包括30～60重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料。

优选的，所述超高分子量聚乙烯为350～420重量份；活性炭为100～150重量份；NaY型沸石分子筛粉为60～80重量份；发孔剂为10～30重量份；改性的天然碳酸钙为80～100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亚硝胺的过滤介质。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除亚硝胺的滤芯。

本发明提供一种用于去除水中亚硝胺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150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300～500重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、60～100重量份的NaY型沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂和80～150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙与二氧化碳和草酸的反应产物。由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉和改性的天然碳酸钙均对亚硝胺有很强的吸附作用，且NaY型沸石分子筛粉对亚硝胺具有一定的催化分解作用，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亚硝胺。实验结果表明，本发明提供的滤芯对亚硝胺的去除率较高，适用于家庭终端应用水处理的需要。

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亚硝胺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150～250℃下烧结30～100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300～500重量份的超高分子量聚乙烯、100～180重量份的活性炭、60～100重量份的NaY型沸石分子筛粉、10～50重量份的发孔剂和80～150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙与二氧化碳和草酸的反应产物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为680万～900万。

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780万～850万，更优选为800万～850万，最优选为820万～850万。本发明采用的超高分子量聚乙烯优选为颗粒状，其粒径优选为130～200μm，更优选为140～170μm，最优选为150～160μm。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和南京国晨化工有限公司厂家生产的超高分子量聚乙烯。

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亚硝胺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1300m²/g以上，更优选为1400～1700m²/g；所述活性炭的粒度优选为50～80目，更优选为50～70目，最优选为50～60目。所述活性炭的碘值优选为1100～1300毫克，更优选为1200～1300毫克。本发明采用上述碘值的活性炭对水中的亚硝胺具有更好的吸附作用，并且，活性炭的碘值越高，其对亚硝胺的吸附能力越强。

NaY型沸石分子筛粉是大微孔型沸石，具有三维孔道结构，孔径优选为0.7～0.8nm，更优选为0.7～0.75nm，最优选为0.74nm。NaY型沸石分子筛粉对亚硝胺有强烈的吸附作用，并且NaY型沸石分子筛粉对亚硝胺选择性吸附后，常温下很难脱附，从而不产生二次污染。另外，NaY型沸石分子筛粉具有催化亚硝胺分解的活性中心，因此，NaY型沸石分子筛粉具有对亚硝胺吸附和催化分解的双重作用。

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。

另外，所述改性的天然碳酸钙优选按照如下方法制备：将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应，得到改性的天然碳酸钙，或称为表面-反应的天然碳酸钙。在改性的天然碳酸钙的制备过程中，通过将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应，提高天然碳酸钙的pH值，所述改性的天然碳酸钙的pH值优选为6.5～8，更优选为7～7.5。优选的，所述改性的天然碳酸钙优选按照如下方法制备：在硅酸盐或二氧化硅存在的条件下，将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应。在制备得到改性的天然碳酸钙后，优选将其干燥，形成改性的天然碳酸钙颗粒。

本发明采用的天然碳酸钙优选为大理石、方解石、石灰石和白云石中的一种或几种。上述制备的改性的天然碳酸钙的比表面积优选为30～70m²/g，更优选为40～60m²/g，最优选为40～50m²/g；该改性的天然碳酸钙的平均粒径优选为15～30μm，更优选为15～20μm。改性的天然碳酸钙可以有效地吸附水中亚硝胺，同时与活性炭之间的协同相互作用，进一步提高对水中亚硝胺的吸附效果。

此外，本发明还优选以油酸改性的二氧化钛纳米材料为原料，所述混合物优选包括30～60重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料，更优选包括30～40重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料。所述油酸改性的二氧化钛纳米材料的比表面积优选为160～200m²/g，更优选为170～180m²/g。本发明采用的油酸改性的二氧化钛可以按照本领域技术人员熟知的方法制备，也可以采用市购的产品，对此本发明并无特别限制。该油酸改性的二氧化钛纳米材料具有较大比表面积，因此，对亚硝胺具有强烈的吸附作用。

本发明中，所述超高分子量聚乙烯优选为350～420重量份；活性炭优选为100～150重量份；NaY型沸石分子筛粉优选为60～80重量份；发孔剂优选为10～30重量份；改性的天然碳酸钙优选为80～100重量份。进一步的，所述超高分子量聚乙烯优选为380～420重量份；活性炭优选为120～150重量份；NaY型沸石分子筛粉优选为70～80重量份；发孔剂优选为10～20重量份；改性的天然碳酸钙优选为80～90重量份。

由于本发明采用的超高分子量聚乙烯、活性炭、沸石分子筛粉和改性的天然碳酸钙均对亚硝胺有很强的吸附作用，且NaY型沸石分子筛粉对亚硝胺具有一定的催化分解作用，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亚硝胺。

在该过滤介质的制备过程中，所述烧结温度优选为160～230℃，更优选为170～220℃；烧结时间优选为50～80分钟，更优选为50～70分钟。对于所述混合的制备方法，可以采用将各原料直接混合的方式进行，同时制备混合所用的装置，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亚硝胺的滤芯。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

在55℃下，将石灰石与二氧化碳和草酸反应，得到改性石灰石，该改性石灰石的比表面积为50m²/g；

称取350g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、150g碘值为1200毫克的医用木质活性炭、60g孔径为0.74nm的NaY型沸石分子筛粉、10g食品级碳酸氢铵和100g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌90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

称取450g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、120g碘值为1200毫克的医用木质活性炭、60g孔径为0.74nm的NaY型沸石分子筛粉、10g食品级碳酸氢铵和130g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌90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3

称取350g分子量为800万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、180g碘值为1200毫克的医用木质活性炭、100g孔径为0.74nm的NaY型沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵和100g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌90分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在220℃下烧结50分钟，冷却后脱模，得到滤芯。

实施例4

称取500g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、180g碘值为1200毫克的医用木质活性炭、60g孔径为0.74nm的NaY型沸石分子筛粉、20g食品级碳酸氢铵和150g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌90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5

称取400g分子量为700万的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、180g碘值为1200毫克的医用木质活性炭、100g孔径为0.74nm的NaY型沸石分子筛粉、10g食品级碳酸氢铵、120g改性石灰石颗粒和50g油酸改性的二氧化钛纳米材料放入搅拌器中搅拌90分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在220℃下烧结60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，该滤芯对亚硝胺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亚硝胺的含量。

表1使用实施例1～5制备的滤芯处理前后水中的亚硝胺的含量

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亚硝胺，其对亚硝胺的去除率在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亚硝胺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150~250℃下烧结30~100分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300~500重量份的超高分子量聚乙烯、100~180重量份的活性炭、60~100重量份的NaY型沸石分子筛粉、10~50重量份的发孔剂和80~150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为680万~900万。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为780万~850万。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述NaY型沸石分子筛粉的孔径为0.7~0.8nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然碳酸钙为大理石、方解石、石灰石和白云石中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性的天然碳酸钙按照如下方法制备：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯为350~420重量份；活性炭为100~150重量份；NaY型沸石分子筛粉为60~80重量份；发孔剂为10~30重量份；改性的天然碳酸钙为80~100重量份。

7.一种由权利要求1~6任意一项所述的制备方法制备的用于去除水中亚硝胺的过滤介质。

8.由权利要求7所述的过滤介质构成的用于去除亚硝胺的滤芯。