CN104446340B

CN104446340B - 一种竹炭陶净水内胆及其制备方法

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Publication number: CN104446340B
Application number: CN201310419586.0A
Authority: CN
Inventors: 尹亮华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: CN104446340A

Abstract

本发明涉及一种竹炭陶净水内胆及其制备方法，原料包括以下组份：48-52wt％的竹炭颗粒、8-12wt％的竹炭微粉、8-12wt％的麦饭石、4-6wt％的石英粉和23-28wt％的原矿紫砂泥。其制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料按照所述质量百分比加入水共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料，然后在低于100℃的温度下干燥；(3)将烘干后的内胆坯料在全封闭电炉中烧结成型。利用本发明所述的内胆净化家庭自来水，净化后的水可直接饮用。

Description

一种竹炭陶净水内胆及其制备方法

技术领域

本发明属于家庭引用自来水净化的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于净化自来水的竹炭陶净水内胆及其制备方法。

背景技术

我国主要饮用水类型为自来水，据调查全国城市约1亿人口饮用水不符合生活饮用水标准，农村约有1.9亿人口饮用水中有害物质含量超标，极易导致疾病的流行，饮用水安全堪忧。根据统计，目前我国饮用水存在的主要问题有：①微生物及重金属的污染②氯化消毒带来新的污染③自来水管网的污染④高层建筑二次供水污染⑤人为发生饮用水卫生事件。

在现有技术中的净水设备均是复合多种过滤和吸附芯材，而且需要定期更换过滤和吸附芯材，不仅使用不方便，而且价格也较为昂贵。

紫砂是一种硅酸盐矿物，紫砂类型为粉质泥盐，是粉沙泥质结构，含铁较多。岩石主要有石英粉砂及胶合它的粘土矿物组成，石英碎屑孤立地分布在结构中，成基底式胶结。借助显微镜可以观察到紫砂团粒之间，石英、粘土等单一矿物与团粒之间的链状气孔，以及团粒内部的微细气孔，紫砂与普通陶土不同，普通陶土是单晶结构，紫砂是双重气孔结构。双重气孔结构使产品具有高的气孔密度和一定的气孔率。与其它陶制品相比，紫砂制品具有质地细腻、吸水率小，气孔率高，在日常生活中主要用于茶具或者可制容器，此外紫砂制成陶粒或者蜂窝陶瓷状陶瓷用可以用于过滤水质，但主要起到过滤悬浮物、胶体物；对水中的重金属没有明显的过滤作用，而且对水中细菌的过滤效果较差。

竹炭是以三年生以上高山毛竹为原料，经近千度高温烧制而成的一种炭。竹炭具有多孔结构，其分子细密多孔，质量坚硬。有很强的吸附能力，能净化空气、消除异味，竹炭具有超强的吸附能力和抑菌作用，释放对人体有益的负离子。竹炭的吸附表面积非常大，每克达到标准篮球场大小。水中余氯、重金属离子都会被其强力吸附；其次改善水质明显，经竹炭净化的水口感甘甜、柔和。但竹炭净水材料例如竹炭纤维或者竹炭蜂窝材料为易耗材料，需要定期进行专业清洗和更换。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种竹炭陶净水内胆及其制备方法，利用本发明所述的内胆可净化家庭自来水，提高水质。

为了制备一种采用纯天然材料制作，操作简单并且无需更换过滤芯件的净水装置，本申请的发明人利用竹炭和紫砂的过滤和吸附作用，将二者进行高温烧制制备得到多孔的内胆材料。

为此本发明采用了以下技术方案：

一种竹炭陶净水内胆的制备方法，其特征在于原料包括以下组份：48—52wt％的竹炭颗粒、8—12wt％的竹炭微粉、8—12wt％的麦饭石粉、4-6wt％的石英粉和23—28wt％的原矿紫砂泥；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5—2mm；所述竹炭微粉的粒径为10—100μm，比表面积为200-300m²/g。

其中，所述制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料按照所述质量百分比加入水共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料，然后在低于100℃的温度下干燥；(3)将烘干后的内胆坯料在全封闭电炉中烧结成型。

其中，步骤(3)中，烧结温度为1180-1250℃，烧结时间为3—5小时。

本发明的第二方面，还涉及由上述制备方法制备得到的竹炭陶净水内胆。

本发明的第三方面，还涉及一种净水容器，其包括紫砂缸体和顶盖，所述紫砂缸体的底部具有出水口，其特征在于：所述紫砂缸体上部具有所述竹炭陶净水内胆。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明中所述的竹炭陶内胆需要解决的技术问题是把没有可塑性的竹炭和紫砂土相结合经高温烧制。在烧制过程中需要解决陶土烧结保持一定强度，又要固炭并保持其活性，并达到渗透效果的问题；而本申请的申请人通过设计原料组成和配比、并采用全封闭电炉设备烧结(不采用保护气氛、真空气氛或者控制气氛)，并通过温度控制解决了上述难题。在本发明中需要严格控制紫砂泥的含量范围，如果其含量偏高，将会导致渗透性差，作为内胆材料使用起不到吸附和过滤效果；而如果其含量偏低，将会导致成型困难。

(2)采用本发明所述的方法制备的竹炭陶净水内胆，得到了具有一定强度的多孔材料，而且通过SEM电镜可以观察到所述内胆材料中内嵌并固定有大量的竹炭微粒，其在与紫砂、麦饭石协同作用时，能够有效吸附自来水中的重金属、余氯和细菌等有害物质。使用本发明所述的净水容器时，只需将自来水或桶装水加入内胆中，水从内胆壁慢慢渗出，渗入紫砂缸体中。水在渗透过程中，其中的余氯、重金属离子以及有机物和细菌等被吸附；并且对水中微生物被抑制生长；水质改善非常明显。经过滤的水安全、卫生、健康，可以直接引用。

(3)本发明所述的竹炭陶净水内胆以及净水容器均采用纯天然材料制成，并且在净化水时不用电、不加压、不消耗能源，不需要更换附件，一次购买，长期受益；而且其操作简单，只需要往内胆中加水即可；清洗时只要把内胆从缸中提出即可浸泡和清洗，无拆卸、安装、清洗之繁琐。

附图说明

图1为实施例1所述具有竹炭陶净水内胆的净水容器。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的竹炭陶净水内胆以及净水容器的制备方法、结构、功能和净水远离做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

本实施例所述的竹炭陶净水内胆，其由以下原料配制而成：50wt％的竹炭颗粒、10wt％的竹炭粉、10wt％的麦饭石粉(500-1000目)、5wt％的石英粉(500-1000目)和25％的原矿紫砂泥；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5-2mm，所述竹炭粉的粒径为10-100μm，比表面积为200-300m²/g。其制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料混合制成粉料，并加入所述粉料20-30wt％的水在练泥设备中共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料(壁厚1—2cm)，然后在20-80℃的温度下干燥12-48小时；(3)将烘干后的内胆坯料在全封闭隔离空气电炉中烧结成型，烧结温度为1200℃，烧结时间为3—5小时；升温过程中从室温至300℃时，升温速度为10—15℃/h；从温度为300℃至600℃时升温速度为15-25℃时，升温速度为15—25℃/h；600℃以上时，升温速度为25—60℃/h。将制备好的竹炭陶净水内胆的抗压强度为8—12MPa，孔隙率为55—60％(压汞测试)，应用于如附图1所示的净水容器中，所述的净水容器包括紫砂缸体10和顶盖20，所述紫砂缸体的底部具有出水水龙头12；所述紫砂缸体10上部具有所述竹炭陶净水内胆15。使用本发明所述的净水容器时，只需将自来水或桶装水加入内胆中，水从内胆壁慢慢渗出，渗入紫砂缸体中。水在渗透过程中，水中泥沙、杂质、铁锈、虫卵被过滤；而水中余氯、重金属离子以及有机物和细菌等被吸附；并且对水中微生物被抑制生长；水质改善非常明显。经过滤的水安全、卫生、健康，可以直接引用。

净水测试实验

利用实施例1所述的净水容器对A和B两地的自来水进行过滤净化，然后参考CJ94-2005引用净水水质标准，并利用GB5750—1985生活饮用水标准检验法等国家标准进行水质分析。

利用净水容器对自来水进行过滤时，将A和B两地的自来水加入内胆中，水从内胆壁慢慢渗出，渗入紫砂缸体(1000L容积)中放置24小时，然后对处理后的水质进行检测。检测结果分别如表1—2所示。

表1

序号	检验项目	标准要求	A地区自来水	处理后水
					1	铁 mg/L	≤0.20	0.28	0.18
2	铜 mg/L	≤1.0	0.12	0.03
					3	阴离子合成洗涤剂 mg/L	≤0.20	0.27	0.10
4	溶解性总固体 mg/L	≤500	390	180
					5	COD(以O₂计) mg/L	≤2.0	3.2	1.8
6	硝酸盐氮(N) mg/L	≤10	18	8
					7	铬(六价) mg/L	≤0.05	0.08	0.05
8	镉 mg/L	≤0.003	0.001	0.001
					9	细菌总数 cfu/mL	≤50	150	30
10	余氯 mg/L	≤0.01	0.01	0.005

表2

序号	检验项目	标准要求	B地区自来水	处理后水
					1	铁 mg/L	≤0.20	0.08	0.05
2	铜 mg/L	≤1.0	0.38	0.10
					3	阴离子合成洗涤剂 mg/L	≤0.20	0.38	0.15
4	溶解性总固体 mg/L	≤500	600	2403 -->
					5	COD(以O₂计) mg/L	≤2.0	2.3	1.2
6	硝酸盐氮(N) mg/L	≤10	8.1	2.2
					7	铬(六价) mg/L	≤0.05	0.04	0.02
8	镉 mg/L	≤0.003	0.001	0.001
					9	细菌总数 cfu/mL	≤50	70	18
10	余氯 mg/L	≤0.01	0.03	0.01

实施例2

与实施例1相比，所述的竹炭陶净水内胆区别仅在于原料配比不同。在本实施例中含有50wt％的竹炭颗粒、10wt％的竹炭粉、8wt％的麦饭石粉(500-1000目)、4wt％的石英粉(500—1000目)、25％的原矿紫砂泥、2wt％的柠檬酸、1wt％的三聚磷酸钠；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5-2mm，所述竹炭粉的粒径为10-100μm，比表面积为200-300m²/g。制备得到的竹炭陶净水内胆的抗压强度为15—20MPa，显著提高了所述内胆的抗压强度，而且孔隙率也达到了60-63％，而吸附和过滤效果与实施例1的结果相当。

比较例1

本实施例涉及的内胆，其由以下原料配制而成：50wt％的竹炭颗粒、10wt％的竹炭粉、10wt％的麦饭石粉(500—1000目)、5wt％的石英粉(500-1000目)和25％的原矿紫砂泥；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5-2mm，所述竹炭粉的粒径为10-100μm，比表面积为200-300m²/g。其制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料混合制成粉料，并加入所述粉料20-30wt％的水在练泥设备中共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料(壁厚1—2cm)，然后在20-80℃的温度下干燥12-48小时；(3)将烘干后的内胆坯料在炉窑中烧结成型，烧结温度为1200℃，烧结时间为3—5小时。制备好的内胆材料的抗压强度为0.8—1.5MPa，孔隙率为68-75％(压汞测试)，应用于如附图1所示的净水容器中，所述的净水容器包括紫砂缸体10和顶盖20，所述紫砂缸体的底部具有出水水龙头12；所述紫砂缸体10上部具有所述竹炭陶净水内胆15。利用该净水容器对A和B两地的自来水进行过滤净化，然后参考CJ94-2005引用净水水质标准，并利用GB5750-1985生活饮用水标准检验法等国家标准进行水质分析。

利用净水容器对自来水进行过滤时，将A和B两地的自来水加入内胆中，水从内胆壁慢慢渗出，渗入紫砂缸体(1000L容积)中放置24小时，然后对处理后的水质进行检测。检测结果分别如表3-4所示。

表3

序号	检验项目	标准要求	A地区自来水	处理后水
					1	铁 mg/L	≤0.20	0.28	0.28
2	铜 mg/L	≤1.0	0.12	0.11
					3	阴离子合成洗涤剂 mg/L	≤0.20	0.27	0.25
4	溶解性总固体 mg/L	≤500	390	400
					5	COD(以O₂计) mg/L	≤2.0	3.2	2.8
6	硝酸盐氮(N) mg/L	≤10	18	15
					7	铬(六价) mg/L	≤0.05	0.08	0.064 -->
8	镉 mg/L	≤0.003	0.001	0.001
					9	细菌总数 cfu/mL	≤50	150	100
10	余氯 mg/L	≤0.01	0.01	0.008

表4

序号	检验项目	标准要求	B地区自来水	处理后水
					1	铁 mg/L	≤0.20	0.08	0.08
2	铜 mg/L	≤1.0	0.38	0.35
					3	阴离子合成洗涤剂 mg/L	≤0.20	0.38	0.35
4	溶解性总固体 mg/L	≤500	600	580
					5	COD(以O₂计) mg/L	≤2.0	2.3	2.1
6	硝酸盐氮(N) mg/L	≤10	8.1	7.7
					7	铬(六价) mg/L	≤0.05	0.04	0.04
8	镉 mg/L	≤0.003	0.001	0.001
					9	细菌总数 cfu/mL	≤50	70	50
10	余氯 mg/L	≤0.01	0.03	0.02

由检测结果可知，在窑炉下烧结得到的内胆材料不仅抗压强度低，不能满足实际应用条件；而且其过滤和净化效果也极其有限，并不能对自来水进行有效的净化。

比较例2

本实施例涉及的内胆，其由以下原料配制而成：50wt％的竹炭颗粒、10wt％的竹炭粉、10wt％的麦饭石粉(500-1000目)、5wt％的石英粉(500—1000目)和25％的原矿紫砂泥；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5-2mm，所述竹炭粉的粒径为10-100μm，比表面积为200-300m²/g。其制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料混合制成粉料，并加入所述粉料20-30wt％的水在练泥设备中共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料(壁厚1—2cm)，然后在20-80℃的温度下干燥12-48小时；(3)将烘干后的内胆坯料在炉窑中烧结成型(N₂保护气氛)，但是当烧结温度低于1500℃不能烧结成型，当烧结温度大于1500℃时，制备好的内胆材料的抗压强度为20-30MPa，孔隙率为45-55％(压汞测试)，但是通过净水测试实验表明：该内胆材料对自来水不能进行有效的净化，其净化效果甚至低于比较例1。

本发明利用紫砂泥可塑性很强的特点，造型多样、色彩丰富、水墨丹青、诗情画意皆可表现其上。置于别墅、农舍、酒店、茶室、会所皆宜，高雅大方，赏心悦目，是实用与艺术的完美结合，这是其他净水器无法比拟的。本发明所述的竹炭陶内胆净水缸简洁实用、物美价廉，使用过程中不消耗任何能源，不用更换任何附件，不用维修，可长期使用。本产品可以迎合各个消费层次的需求，能切实解决民众饮用水安全问题。而且本发明所述的竹炭陶的研发也开辟了净水器产品的新概念，拓展了陶瓷应用的新领域。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种竹炭陶净水内胆的制备方法，其特征在于原料由以下组份组成：48-52wt％的竹炭颗粒、8-12wt％的竹炭微粉、8-12wt％的麦饭石、4-6wt％的石英粉和23-28wt％的原矿紫砂泥，各组份的含量和为100wt％；其中，所述竹炭颗粒的粒径为0.5-2mm；所述竹炭微粉的粒径为10-100μm，比表面积为200-300m²/g；所述制备方法包括以下工艺步骤：(1)将上述原料按照所述百分比加入水共混成浆料；(2)将所述浆料在模具中制成内胆坯料，然后在低于100℃的温度下干燥；(3)将烘干后的内胆坯料在全封闭电炉中烧结成型，烧结温度为1180-1250℃，烧结时间为3-5小时，升温过程中从室温至300℃时，升温速度为10-15℃/h；从温度为300℃至600℃时升温速度为15-25℃时，升温速度为15-25℃/h；600℃以上时，升温速度为25-60℃/h。

2.根据权利要求1所述的竹炭陶净水内胆的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在室温为80℃的条件下进行干燥，干燥时间为12-48小时。

3.一种竹炭陶净水内胆，其特征在于：所述竹炭陶净水内胆根据权利要求1或2所述的竹炭陶净水内胆的制备方法制备得到。

4.一种净水容器，其包括紫砂缸体和顶盖，所述紫砂缸体的底部具有出水口，其特征在于：所述紫砂缸体上部具有权利要求3所述的竹炭陶净水内胆。