CN102430286A

CN102430286A - 去除水中苯并（a）芘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置

Info

Publication number: CN102430286A
Application number: CN2011102786956A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪; 栾云堂
Original assignee: 周奇迪
Current assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-19
Also published as: CN102430286B

Abstract

本发明提供一种去除水中苯并(a)芘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置。上述过滤介质的制备方法为：将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～300℃进行烧结，冷却，得到用于去除水中苯并(a)芘的过滤介质；所述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭、150～200重量份的沸石分子筛和50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。按照上述方法制得的过滤介质使用方便，不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，不会产生二次污染，环保性好。

Description

去除水中苯并(a)芘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种去除水中苯并(a)芘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置。

背景技术

近年来，随着工业的迅速发展，越来越多的工业废水排放到江河湖泊，我国的水资源受到破坏，地下水水质变差，水中产生很多对人体有害的物质。水污染问题的严重对饮用水安全构成严重威胁，对水污染的治理问题，尤其是对污水的处理问题已越来越受到人们的关注。

苯并(a)芘(BAP)是水质检测的指标之一，苯并(a)芘的结构如式(I)所示，其是一种多环芳烃化合物。苯并(a)芘主要存在于煤焦油和石油燃烧所产生的烟气。BAP主要存在于煤焦油和石油燃烧产生的煤气中。BAP主要是通过以下形式进入水中：吸附于在悬浮性颗粒表面、溶解于水中或呈乳化状态进入水中。如今，水体中的BAP主要来源于焦化和石油炼化等工业废水；

苯并(a)芘是多环芳烃中毒性最大的一种强致癌物物质，对皮肤和眼睛有刺激作用。苯并(a)芘本身并非是直接致癌物，但是其进入基体后经细胞微粒中的混合功能氧化酶激活后具有致癌性。因此，对水中的苯并(a)芘进行后处理对环保及人体健康均具有重要意义。

但是，苯并(a)芘的结构较为稳定，很难被生物降解，现有的去除水中苯并(a)芘的常规方法主要是采用活性炭吸附，利用活性炭的多孔结构对水中的苯并(a)芘进行吸附，而活性炭的吸附能力有限且对苯并(a)芘的吸附效果不佳，因此，采用常规的活性炭吸附处理水中的苯并(a)芘的去除率较低。为了提高对水中苯并(a)芘的去除率，现有技术中有采用高级氧化法、离子交换法和RO逆渗透法。高级氧化法所需的设备价格昂贵，构件复杂，后期维修费用也较高，因此采用高级氧化法的成本较高。离子交换法与RO逆渗透法需要消耗大量的电能，并且会产生高浓度的苯并(a)芘废水，这些废水需要再做处理才可排放，若处理不当还会引起二次污染。因此，采用离子交换法和RO逆渗透法成本也较高，易引发二次污染。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种使用方便，无二次污染，去除率高的苯并(a)芘过滤介质及其制备方法，以及由该过滤介质制成的滤芯，本发明还提供一种采用上述过滤介质或滤芯的净水装置

有鉴于此，本发明提供一种于去除水中苯并(a)芘的过滤介质的制备方法，包括：

将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～300℃进行烧结，冷却，得到用于去除水中苯并(a)芘的过滤介质；

所述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭、150～200重量份的沸石分子筛和50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。

优选的，所述甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉按照如下方法制备：

将甘油脂肪酸酯溶解于乙醇中，得到浓度为0.08～0.15mol/L甘油脂肪酸酯溶液；

将煅烧滑石粉置于所述甘油脂肪酸酯溶液中，超声波振荡处理后洗涤干燥。

优选的，所述超声波振荡的时间为10h～12h。

优选的，所述吸油树脂为丙烯酸系交联共聚物。

优选的，所述超高分子量聚乙烯与所述丙烯酸系交联共聚物的重量比为(4.5～9)∶1。

优选的，所述沸石分子筛为13X沸石分子筛。

优选的，所述烧结时间为90min～120min。

本发明还提供一种由上述制备方法得到的用于去除水中苯并(a)芘的过滤介质。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中苯并(a)芘的滤芯。

本发明还提供一种净水装置，包括上述过滤介质或上述滤芯。

本发明提供一种用于去除水中苯并(a)芘的过滤介质制备方法，其是将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～300℃进行烧结，冷却，即得，上述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭、150～200重量份的沸石分子筛和50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。

按照上述方法制备的过滤介质中含有活性炭、沸石分子筛、吸油树脂、甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉和超高分子量聚乙烯。其中，超高分子量聚乙烯和吸油树脂用于粘结原料形成吸附骨架；吸附树脂和甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉一方面用于提高滤芯的亲油性，另一方面与活性炭和沸石分子筛共同作用实现良好的苯并(a)芘吸附性能。按照上述方法制得的过滤介质使用方便，不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，不会产生二次污染，环保性好。实验证明，采用本发明提供的方法制得的过滤介质对水中苯并(a)芘的去除率较高，超过94％，去除率可高达99.1％为日常饮用水安全提供了保障。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，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。

本发明实施例公开了一种用于去除水中BAP的过滤介质的制备方法，包括：

将原料混合均匀后在模具内压制，然后在150℃～300℃进行烧结，冷却，得到用于去除水中BAP的过滤介质；

上述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭、150～200重量份的沸石分子筛和50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。

上述制备方法中首先需要将原料混合均匀，对于混合步骤任何不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适用，具体如：有钝叶轮片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述器件中旋转部件的转速控制，以避免扬起粉尘为易。

本发明所使用的原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭、150～200重量份的沸石分子筛和50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。其中，活性炭和沸石分子筛共同构成过滤介质骨架的主要成分，活性炭其是一种多孔吸附剂，具有如蜂窝状分布的空隙结构，比表面积大，物理化学性能稳定。本发明优选采用医用活性炭，作为通过家相关药品监督标准的产品，其杂质含量更低，表面积更大，吸附性能也更优，选用医用活性炭可以保证过滤介质能直接用于饮用水的处理，更优选采用粒径为40～200微米的医用活性炭。

沸石分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部有诸多空穴孔穴，孔穴之间互相连接，起到吸附分子的作用。由于孔穴的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部空穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子。沸石分子筛在化学工业中常作为固体吸附剂，可用于气体和液体的干燥、纯化、分子和回收，被其吸附的物质可以解吸，沸石分子筛使用后可再生利用。商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同额分子筛加以分类，其中13X分子筛也叫钠X型沸石分子筛，13X分子筛的孔径为

可以吸附小于10

的任何分子，具有较好的吸附容量，较快的吸附速度，本发明优选采用粒径为75μm～85μm的13X沸石分子筛。

仅仅使用活性炭和沸石分子筛，其对BAP的吸附能力仍较为有限，为了提高过滤介质对BAP的吸附能力，本发明还向原料中配合加入一定比例的吸油树脂和甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。

吸油树脂超和高分子量聚乙烯共同起到粘结和形成过滤介质骨架和孔腔的作用。此外，超高分子量聚乙烯还具有较好的静电吸附作用，用于吸附过滤不能拦截的细微颗粒。作为优选方案，选用分子量为250万～400万的超高分子量聚乙烯。

吸油树脂除了上述粘结作用外，更主要的是，其对BAP具有较好的吸附作用。吸油树脂的高分子链段之间形成一种三维的交联网状结构，材料内部具有一定微孔，水溶的BAP会与吸油树脂亲油基的链段发生溶剂化作用，但由于其自身的交联结构，使其不会溶于BAP中，而是将BAP吸附于其中，由此实现对BAP的吸附作用。吸油树脂优选采用对人体无毒的丙烯酸系交联共聚物。

吸油树脂虽对BAP具有良好的吸附作用，但是原料中吸油树脂的含量不可过多，这是因为吸油树脂的粘度较低，吸油树脂含量过高则会造成过滤介质骨架粘结不牢固，力学性能差。若选用丙烯酸系交联共聚物作为吸油树脂，则优选控制原料中超高分子量聚乙烯与所述丙烯酸系交联共聚物的重量比为(4.5～9)∶1，最优选为(5～6)∶1，以获得较好的粘结强度。

也正是由于上述吸油树脂含量的限制，使其对BAP的吸附量也产生限制，为了提高过滤介质对BAP的吸附量，本发明还向原料中添加了50～100重量份的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。煅烧滑石粉的主要成分是硅酸镁，属单斜晶系，晶体成假六方或菱形的片状。煅烧滑石粉化学性能稳定，耐热性能优异。此外，其还具有较好的吸附性能。但是其亲油性有待提高，由此限制了其对BAP的吸附能力，为此，本发明对煅烧滑石粉进行改性处理，使用对人体无毒的甘油脂肪酸酯对其进行改性，得到甘油脂肪酸酯改性的煅烧滑石粉。由于甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉表面嵌有亲油基团，因此提高了煅烧滑石粉的亲油性，使其对BAP的吸附作用大大增加。

本发明所采用的甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉优选按照如下方式制备：

将甘油脂肪酸酯溶解于乙醇中，得到浓度为0.08～0.15mol/L的甘油脂肪酸酯溶液；

将煅烧滑石粉置于上述甘油脂肪酸酯溶液中，超声波振荡后洗涤干燥。

上述制备方法中，采用乙醇作为溶剂配置甘油脂肪酸酯溶液的原因在于乙醇无毒，廉价易得。甘油脂肪酸酯具体可以采用甘油单硬质酸酯、甘油单油酯或甘油单月桂酸酯。由于煅烧滑石粉粒径较小，在溶液中不易分散，因此采用超声波振荡的方式使其在溶液中分散。为了在煅烧滑石粉表面嵌入较多的亲油基团，本发明还优选控制超声波振荡的时间为10h～12h。优选选用100目～400目的煅烧滑石粉。

将上述原料混合后需要装入模具中进行压制，对于模具的形状本领域技术人员可以根据期望产品的形状进行设计或选择。压制的作用在于将原料中的各组分压实，所施加的压力优选不大于2MPa，不小于0.8MPa，同时压力的设置还需要与模具的材质相适应。模具材质可选用铝、铸铁、钢或任何适当的能够承受相应压力并可耐300℃以上高温的材料。

压制后进行烧结的工序中，超高分子量聚乙烯和吸油树脂熔融，将活性炭、沸石分子筛和甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉粘结牢固，烧结温度优选控制为200℃～300℃，时间优选为90min～120min。烧结完成后再经冷却，便得到过滤介质。

本发明还提供一种由上述方法制得的用于去除水中BAP的过滤介质。由上述方案可知，该过滤介质中含有活性炭、沸石分子筛、吸油树脂和甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。其中，吸油树脂和甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉一方面用于提高滤芯的亲油性，另一方面与活性碳和沸石分子筛共同作用实现良好的BAP吸附性能。且该过滤介质使用方便，不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，不会产生二次污染，环保性好。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中BAP的滤芯。使用该滤芯对水进行处理，可保证水中BAP的去除率达到94％以上。不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，环保性好。

本发明还提供一种净水装置，其包括上述过滤介质或滤芯，使用该滤芯对水进行处理，可保证水中BAP的去除率达到94％以上，以保证人体饮水安全。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的去除水中BAP的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例中的吸油树脂由日本三井石化公司提供；

活性炭的粒径为120目～200目；煅烧滑石粉的粒径为100目～300目；沸石分子筛的粒径为为75μm～85μm的13X沸石分子筛；

甘油单硬质酸酯、甘油单油酯或甘油单月桂酸酯均由江苏省海安石化公司提供。

实施例1

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.12mol/L的甘油单质硬质酸酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单质硬质酸酯溶液中，超声波振荡处理11h，得到甘油单质硬质酸酯改性煅烧滑石粉。

2、取75g上述甘油单质硬质酸酯改性煅烧滑石粉、180g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、120g活性炭、175g沸石分子筛和30g吸油树脂，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在200℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

实施例2

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.08mol/L的甘油单油酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单油酯溶液中，超声波振荡处理10h，得到甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉。

2、取60g上述甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉、150g分子量为400万的超高分子量聚乙烯、140g活性碳、180g沸石分子筛和40g吸油树脂，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在260℃下烧结100min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

实施例3

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.15mol/L的甘油单月桂酸酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单月桂酸酯溶液，超声波振荡处理12h，得到甘油单月桂酸酯改性煅烧滑石粉。

2、取100g上述甘油单月桂酸酯改性煅烧滑石粉、200g分子量为250万的超高分子量聚乙烯、140g活性炭、200g沸石分子筛和15g吸油树脂，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在160℃下烧结120min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

实施例4

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.1mol/L的甘油单油酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单油酯溶液中，超声波振荡处理10h，得到甘油单油酯改性煅烧滑石粉。

2、取80g上述油单油酯改性煅烧滑石粉、180g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、110g活性炭、160沸石分子筛和30g吸油树脂，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

实施例5

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.13mol/L的甘油单油酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单油酯溶液中，超声波振荡处理10h，得到甘油单油酯改性煅烧滑石粉。

2、取70g上述油单油酯改性煅烧滑石粉、160g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、120g活性炭、180沸石分子筛和40g吸油树脂，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

比较例1

1、取200g分子量为350万的超高分子量聚乙烯和190g活性炭，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

2、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在400℃下烧结60min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

比较例2

1、取200g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、60g煅烧滑石粉、190g活性炭和160g沸石分子筛，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

比较例3

1、配置浓度为0.1mol/L的甘油单油酯溶液，将煅烧滑石粉置于上述甘油单油酯溶液中，超声波振荡处理10h，得到甘油单油酯改性煅烧滑石粉。

2、取160g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、60g甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉、190g活性炭和150g沸石分子筛，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在400℃下烧结60min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

比较例4

1、取170g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、30g吸油树脂、190g活性炭和180g沸石分子筛，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

2、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压制，在200℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤芯。

测试上述实施例和比较例制得的多微孔的管状滤芯对水中BAP的吸附性能，具体操作如下：

取相同体积的实施例1～5和比较例1～4制得的滤芯，将上述测试样品分别置于相同的塑料壳体内；

配置BAP浓度依次为2μg/L、5μg/L、10μg/L的水，编号依次为A、B和C，分别将上述水经过装有上述滤芯的过滤器进行过滤，然后用气相分子吸收光谱法进行检测，计算得到BAP去除率，测试结果列于表1。

表1水中BAP去除率检测结果

由上述结果可知，采用本发明提供的方法制得的过滤介质对水中BAP的去除率较高，超过94％，去除率可高达99.1％，为日常饮用水安全提供了保障。并且上述过滤介质使用简单，不需使用复杂设备或电能等，可多次循环使用，环保性能好。

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。

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苯并(a)芘的过滤介质的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甘油脂肪酸酯改性煅烧滑石粉按照如下方法制备：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声波振荡的时间为10h～12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸油树脂为丙烯酸系交联共聚物。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯与所述丙烯酸系交联共聚物的重量比为(4.5～9)∶1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石分子筛为13X沸石分子筛。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结时间为90min～120min。

8.根据权利要求1所述的制备方法得到的用于去除水中苯并(a)芘的过滤介质。

9.由权利要求8所述的过滤介质构成的用于去除水中苯并(a)芘的滤芯。

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