CN104014318B - 用于去除饮用水中萘普生的过滤介质、滤芯以及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除饮用水中萘普生的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对水中萘普生的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除萘普生对人体产生的伤害，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萘普生的去除率在96.0％以上。

Description

用于去除饮用水中萘普生的过滤介质、滤芯以及制备方法

技术领域

本发明涉及一种去除饮用水中萘普生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

WHO资料显示，中国住院患者使用抗生素高达80％，远远高于30％的国际水平，处方与非处方药常常被用于治疗感冒、疼痛或关节炎等，这些药物通过人体排泄够进入无水处理厂，污水处理厂成为药物类污染物的聚集地和排放源。更加严重的是对家禽养殖场，养猪场以及养鱼场的抗生素使用监管较差，耐药菌可以由动物传给人类。

对于大多数污水处理厂来说，其主要功能是去除生活、工业废水的悬浮颗粒物和有机营养物质，而对于药物残留却没有专门的减量化处理环节，因此，饮用水中微量药物成为普遍存在。如美联社近5个月的调查显示，美国24个大城市饮用水非别检测出含有抗生素、镇静剂、性激素等多种药物残留，目前至少有4100万人在饮用这种不安全的水。而长期饮用含有处方成分以及一些非处方成分的水将对人体健康造成慢性危害。

萘普生(NPX)是一种具有抗炎、退烧与止痛作用的非甾体消炎镇痛药。研究显示，水体中的NPX会对普通小球藻产生生物毒性。人体如长期摄入痕量、微量NPX会诱发中风和心脏病，还有可能对肺部产生毒性效应。

常规的水处理工艺对萘普生的处理效果不好，不能有效的去除。化学氧化法、生物活性滤床法、光催化点解絮凝法或辐照法处理水体过程繁琐复杂、价格昂贵不利于推广和应用。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种方法简单、价格便宜、效果好的去除饮用水中的萘普生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。

本发明提供了一种去除饮用水中萘普生的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

优选的，还包括蒙脱石粉。

优选的，所述蒙脱石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为80～150:100～300:50～150:50～150:50～100。

优选的，还包括凹凸棒石粉。

优选的，所述凹凸棒石与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～150:100～300:50～150:50～150:50～100。

本发明提供了根据上述权利要求中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中萘普生的过滤介质。

本发明提供了一种滤芯，由上述权利要求所述的过滤介质构成。

本发明提供了一种净水装置，包括上述权利要求所述的过滤介质或者上述权利要求所述的滤芯。

本发明还提供了一种饮水机，包括上述权利要求所述的净水装置。

与现有技术相比，本发明提供了一种去除饮用水中萘普生的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对水中萘普生的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除萘普生对人体产生的伤害，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萘普生的去除率在96.0％以上。

具体实施方式

本发明提供了一种去除饮用水中萘普生的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100；优选为130～280:70～130:70～130:60～90；更优选为150～25:80～120:80～120:65～85。

在本发明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量优选为100万～700万，更优选为200万～600万，最优选为250万～400万。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，可以起到吸附水中铀的作用。

在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭；所述矿物质原料活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。本发明优选使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭的比表面积优选不低于500m²/g，更优选不低于1000m²/g。活性炭可以高效的吸附水中的有机物、尤其是医用活性炭，作为用过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更大，吸附效果也更好，并且选用医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。

在本发明中，分子筛粉通过对物质的范德华力的物理吸附，其晶孔内部有很强的极性和库伦场，对极性分子和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。并且分子筛的孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛晶穴内部。本发明对于分子筛的种类和来源并无限制，优选为市售，商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，如3A型、4A型、5A型分子筛。4A型即表中A类，孔径4&Aring；。含Na+的A型分子筛记作Na-A，若其中Na+被K+置换，孔径约为3&Aring；，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换，孔径约为5&Aring；，即为5A型分子筛等。本发明优选为13X分子筛。

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。

在本发明中，通过上述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的相互配合和相互作用，共同使得对于饮用水中萘普生的去除率高，效果好。

在本发明中，优选还包括蒙脱石粉，所述蒙脱石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比优选为80～150:100～300:50～150:50～150:50～100，更优选为90～130:150～250:70～130:70～130:600～90。优选使用经酸活化的蒙脱石粉，酸活化方法为：将蒙脱石粉碎，用浓度为5wt％～10wt％的盐酸或硫酸浸渍处理8～15小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤，然后烘干，粉碎至所需要的粒度。本发明优选蒙脱石粉的粒径为61μm～89μm。

在本发明中，所述蒙脱石粉和上述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的相互配合和相互作用，能显著提高饮用水中的萘普生的去除率，效果更好。

在本发明中，优选还包括凹凸棒石粉，所述凹凸棒石与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的重量比优选为100～150:100～300:50～150:50～150:50～100，更优选为110～140:150～250:70～130:70～130:600～90。

在本发明中，所述凹凸棒石为单斜晶系，其理想化学式为为Mg₅(H₂0)₄[Si₄O₁₀]₂(OH)₂，化学成分理论值为MgO23.83％、SiO₂56.96％、H₂O19.21％；自然界中的凹凸棒石常有Al³⁺、Fe³⁺等类质同象置换，富含Al³⁺、Fe³⁺变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。如江苏省盱眙县龙王山产的铝凹凸棒石的称为为MgO12.10％、SiO₂58.38％、Al₂O₃9.5％、CaO0.4％、TiO₂0.56％、MnO0.05％、Fe₂O₃+FeO5.26％、Na₂O1.1％、K₂O1.24％。在本发明中，优选对凹凸棒石粉经过酸活化。酸活化的方法优选包括硫酸法、盐酸法、硫酸-盐酸混合法。本发明优选使用盐酸活化改性的凹凸棒石粉，更优选使用申请号为90105849.1的中国发明专利申请公开了一种凹凸棒石粉的酸浸泡活化工艺，包括将小块的体积月0.5～100cm³的凹凸棒石粉粘土原矿，用浓度为1～15wt％的无机酸溶液(如硫酸、盐酸溶液等)浸泡2～100小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在280℃～350℃下活化30～50分钟，粉碎成50μm～100μm的脱色力为250±5的活性凹凸棒石粉。

在本发明中，优选的，凹凸棒石粉经过酸活化处理后的粒径为74μm～104μm，更优选为80μm～100μm。

在本发明中，所述凹凸棒石粉和上述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂的相互配合和相互作用，能显著提高饮用水中的萘普生的去除率，效果好。并且实验结果表明，凹凸棒石粉和蒙脱石粉和上述其余物质的相互作用也可以提高饮用水中萘普生的去除率。

在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。

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，水中的萘普生可以被充分吸附。

在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以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，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。

将上述原料混合后，将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

具体为，将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，压力优选不大于2MPa，更优选为0.5～1.5MPa，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。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。

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萘普生的滤芯。

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。

本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对水中萘普生的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除萘普生对人体产生的伤害，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萘普生的去除率在96.0％以上。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的去除饮用水中萘普生的过滤介质进行详细描述。

实施例1

(1)称取超高分子量聚乙烯粉100g，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；

(2)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(3)称取13X分子筛粉50g；

(4)称取发孔剂50g；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例2

(1)称取超高分子量聚乙烯粉200g，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；

(2)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的比表面积为1500m²/g；

(3)称取13X分子筛粉100g；

(4)称取发孔剂75g；

(5)将上述四种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)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280℃温度下烧结130分钟；

(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例3

(1)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-IV型产品，其分子量为450万；

(2)称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的比表面积为1200m²/g；

(3)称取13X分子筛粉150g；

(4)称取发孔剂100g；

(5)将上述四种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)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220℃温度下烧结150分钟；

(7)自然冷却至40℃然后用脱膜纸脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例4

(1)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-IV型产品，其分子量为450万；

(2)称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的比表面积为1200m²/g；

(3)称取13X分子筛粉150g；

(4)称取发孔剂100g；

(5)称取蒙脱石粉120g；

(6)将上述五种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌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220℃温度下烧结150分钟；

(8)自然冷却至50℃然后用脱膜纸脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例5

(1)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-IV型产品，其分子量为450万；

(2)称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的比表面积为1200m²/g；

(3)称取13X分子筛粉150g；

(4)称取发孔剂100g；

(5)称取凹凸棒石粉120g，用浓度为10wt％的盐酸浸渍处理15小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在300℃活化40分钟，粉碎成100μm的脱色力为250的活性凹凸棒石粉；

(6)将上述五种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌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220℃温度下烧结150分钟；

(8)自然冷却至50℃然后用脱膜纸脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例6

(1)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-IV型产品，其分子量为450万；

(2)称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的比表面积为1200m²/g；

(3)称取13X分子筛粉150g；

(4)称取发孔剂100g；

(5)称取凹凸棒石粉120g，用浓度为10wt％的盐酸浸渍处理15小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在300℃活化40分钟，粉碎成100μm的脱色力为250的活性凹凸棒石粉；

(6)称取蒙脱石粉120g；

(7)将上述六种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(8)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220℃温度下烧结150分钟；

(9)自然冷却至50℃然后用脱膜纸脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

比较例1

(1)称取超高分子量聚乙烯粉100g，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；

(2)称取13X分子筛粉50g；

(3)称取发孔剂50g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

比较例2

(1)称取超高分子量聚乙烯粉100g，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；

(2)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(3)称取发孔剂50g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

比较例3

(1)称取超高分子量聚乙烯粉100g，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；

(2)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(3)称取13X分子筛粉50g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

比较例4

(1)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(2)称取13X分子筛粉50g；

(3)称取发孔剂50g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。

实施例7

取实施例1～6以及比较例1～4所得的滤芯，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，经检测，该结构滤芯对饮用水中的萘普生的去除效果好。如表1所示，为采用实施1～6以及比较例1～4提供的滤芯对饮用水处理前后的萘普生的含量。

表1使用滤芯处理前后水中的萘普生含量，单位：μg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的萘普生取得了很好的效果，去除率在96.0％以上，该滤芯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萘普生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。以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种去除饮用水中萘普生的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂、蒙脱石粉和凹凸棒石粉混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、分子筛粉、发孔剂、蒙脱石粉和凹凸棒石粉的重量比为100～300:50～150:50～150:50～100：80～150：100～150；

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所述的制备方法得到的用于去除饮用水中萘普生的过滤介质。

3.一种滤芯，其特征在于，由权利要求2所述的过滤介质构成。

4.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求2所述的过滤介质或者权利要求3所述的滤芯。

5.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求4所述的净水装置。