CN104649705B - 一种沸石分子筛复合累托石净水陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，该净水陶瓷由主料和辅料组成，所述主料和辅料的粒径均为220～1200目，其中主料的各组分以及各组分的质量份为：改性累托石40～80份，沸石12～60份，改性高岭土25～50份；辅料的各组分以及各组分的质量份为：滑石10～40份，α‑Al₂O₃8～10份，陶土4～8份，天青石8～15份，造孔剂15～30份，稀释剂1～3份。本发明还提供了一种上述基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法，该方法所制备出的滤芯利用分子筛效应与阳离子交换吸附除去水体中重金属、TN、TP、细菌等污染物，同时释放出特定的对人体有益元素。

Description

一种沸石分子筛复合累托石净水陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于多孔陶瓷过滤材料制备领域，特别涉及了一种基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的材料及其制造方法，用于解决饮用水处理问题。

背景技术

随着工业的迅猛发展和矿业的大力开发，全国大部分地表水源水质呈不断恶化的趋势。水是各类病菌传播的主要载体，人类所患疾病的80％与水污染有关。目前地表水水源地和部分地区的地下水都存在不同程度的污染，水质性的缺水问题已引起人们的广泛关注。饮用水水源污染物主要由重金属离子(例如汞、铅和镉等)和细菌和病毒(例如大肠杆菌)，有机物(例如石油类，挥发酚、苯类化合物)构成。在城市饮用水运输过程中，高位水箱或者管道年久锈蚀也会引入泥沙，铁锈等杂质，导致家庭饮用水的二次污染。而家庭水龙头过滤器的安装可以有效地拦截细菌和吸附水中残留的有机物、重金属离子，改善饮用水的质量和口感。在家用水龙头的下方安装过滤器，是今后社会一个必然的趋势和大众的选择。

目前市面上的各类净水用多孔陶瓷滤芯，大多利用硅藻土等粘性土烧制而成，利用其天然孔道结构可去除细菌和大分子有机物，但对去除水中的砷、铅、镉等重金属离子效果不佳，不能很好得净化水质。此外，各类净水滤芯只起到了单纯的过滤作用，过滤后的水中并未达到矿物质过滤的效果。

发明内容

本发明提供了一种基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷滤芯，解决了背景技术中的不足，该滤芯利用分子筛效应与阳离子交换吸附除去水体中重金属、TN、TP、细菌等污染物，同时释放出特定的对人体有益元素。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，该净水陶瓷由主料和辅料组成，所述主料和辅料的粒径均为220～1200目，其中主料的各组分以及各组分的质量份为：改性累托石40～80份，偏铝酸钠0.64份，氢氧化钠3.12份，白炭黑7.2份，乙醇5.54份，沸石晶种0.36份，改性高岭土25～50份；辅料的各组分以及各组分的质量份为：滑石10～40份，α-Al₂O₃ 8～10份，陶土4～8份，天青石8～15份，造孔剂15～30份，稀释剂1～3份。

所述的改性累托石的制备方法如下：将天然累托石过220目筛，用去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，在80℃空气气氛中充分干燥，然后进行预烧改性，将干燥后的样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min；待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的累托石。

所述的天然累托石采用湖北钟祥天然累托石。

所述的改性高岭土的制备方法如下：将天然高岭土过220目筛，加入去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，加入十六烷基三甲基溴化铵，在恒温25℃下震荡摇匀，然后将所得高岭土置于80℃烘箱中烘干，研磨后220目过筛，将干燥样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min，待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的高岭土。

所述的天然高岭土产自龙岩高岭土矿区，属风化残余型高岭土，其含铁量低于0.3％，含钛量低于0.02％，并含有低温溶剂元素Li₂O。

所述的稀释剂由硅酸钠与碳酸钠按照1:3的质量比配比而成。

所述的天青石为湖北东部成矿带黄石高品位天青石矿。

所述的造孔剂为过220目筛的玉米淀粉颗粒。

本发明还提供了一种上述基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料处理：将天然累托石和天然高岭土进行改性处理，烘干过筛备用；

(2)、配料：按上述质量份数称取主料和辅料；

(3)、混合：将改性累托石、改性高岭土、滑石、α-Al₂O₃、陶土、天青石以及造孔剂按比例均匀混合后，加入稀释剂和去离子水，用磁力搅拌器搅拌，搅拌均匀后放置，制得泥浆；

(4)、注浆成型：将具有流动性的泥浆注入石膏模内，多余浆料倒出，静置然后把滤芯坯体从石膏模内脱出，得到复合陶瓷滤芯生坯，并放入电干燥箱中干燥；

(5)、烧制：把干燥后的陶瓷生坯放入热压窑炉中，控制升温速率，并在280～320℃保温，然后烧结成型，控制降温速率，冷却，制得陶瓷；

(6)、沸石分子筛合成：取偏铝酸钠和氢氧化钠加去离子水搅拌使其溶解，然后加入白炭黑和乙醇搅拌，制成均一的凝胶，然后在凝胶中加入沸石晶种并搅拌使其分散均匀，然后将凝胶均匀附着到陶瓷表面，在110～130℃烘箱内晶化，得到的产物用去离子水洗涤、烘干，即制得沸石分子筛复合累托石净水陶瓷。

与现有技术相比，本发明以改性累托石代替传统的硅藻土，将其与一系列原料按一定配比烧制得到新型多孔陶瓷，其上附着生长有沸石分子筛膜，保持了原有的良好孔道结构，可进行阳离子吸附交换的同时拥有抗菌功能，同时滤芯采用反冲洗技术，可延长使用周期。该项产品能在不破坏天然水分子结构的前提下，除去水体中重金属、TN、TP、细菌等污染物，同时不同类型的矿化机能释放出特定的对人体有益元素(如锶、硒等)，且初步鉴定已经达到国家富硒、富锌矿泉水标准，与市场上相关产品相比，拥有明显的优势，具有很大的推广应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

以下实施例中所采用的改性累托石的制备方法如下：将天然累托石过220目筛，用去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，在80℃空气气氛中充分干燥，然后进行预烧改性，将干燥后的样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min；待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的累托石。所述的天然累托石采用湖北钟祥天然累托石。

所采用的改性高岭土的制备方法如下：将天然高岭土过220目筛，加入去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，加入十六烷基三甲基溴化铵，在恒温25℃下震荡摇匀，然后将所得高岭土置于80℃烘箱中烘干，研磨后220目过筛，将干燥样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min，待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的高岭土。所述的天然高岭土产自龙岩高岭土矿区，属风化残余型高岭土，其含铁量低于0.3％，含钛量低于0.02％，并含有低温溶剂元素Li₂O，是多孔陶瓷的理想原料。

所采用的稀释剂由硅酸钠与碳酸钠按照1:3的质量比配比而成。所采用的沸石晶种采用内蒙平顶山的天然沸石。所采用的天青石为湖北东部成矿带黄石高品位天青石矿。所采用的造孔剂为过220目筛的玉米淀粉颗粒。

实施例1

本实施例中所提供的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法如下：将改性累托石40份、改性高岭土33份、滑石10～40份、α-Al₂O₃8份、陶土4份、天青石8份以及造孔剂20份按比例均匀混合后，加入稀释剂1份和去离子水400g，每份的质量为10g用磁力搅拌器搅拌，搅拌均匀后放置半小时，制得泥浆；将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在模型上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，将模具倒转，浆料倒出，静置0.5～1小时，把滤芯坯体从石膏模内脱出，得到复合陶瓷滤芯生坯，并放入电干燥箱中在80～100℃下干燥8h；把干燥后的陶瓷生坯放入热压窑炉中，控制升温速率为5℃/min，并在300℃保温2小时，然后烧结至1240℃成型，控制降温速率在5℃/min，冷却，制得陶瓷。

最后取6.4g偏铝酸钠和31.2g氢氧化钠放入烧杯中，加入到200ml去离子水中，搅拌30分钟使其溶解，然后加入72g白炭黑和55.4g乙醇搅拌2小时，使其形成均一的凝胶。然后在凝胶中加入3.6g沸石晶种并搅拌使其分散均匀，然后将凝胶均匀附着到陶瓷表面，在110～130℃烘箱内晶化，得到的产物用去离子水洗涤、烘干，即制得沸石分子筛复合累托石净水陶瓷。

通过实验发现本实施例中所制备的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷滤芯净化后的饮用水中Ag、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb等离子含量明显降低，净化率达99％以上，有效地降低了水中重金属离子浓度。对总氮总磷的去除效果明显，而对人体有益的微量元素Zn、Se、Fe、Sr、Li等有了很大的增加，其中Se(16.2μg/L)和Zn(0.2223mg/L)分别为中国饮用天然矿泉水标准的1.62倍和1.11倍。

实施例2

本实施例中所提供的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法如下：将改性累托石46份、改性高岭土27份、滑石18份、α-Al₂O₃9份、陶土5份、天青石14份以及造孔剂20份按比例均匀混合后，加入稀释剂1份和去离子水400g，每份的质量为10g，用磁力搅拌器搅拌，搅拌均匀后放置半小时，制得泥浆；将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在模型上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，将模具倒转，浆料倒出，静置0.5～1小时，把滤芯坯体从石膏模内脱出，得到复合陶瓷滤芯生坯，并放入电干燥箱中在80～100℃下干燥8h；把干燥后的陶瓷生坯放入热压窑炉中，控制升温速率为5℃/min，并在300℃保温2小时，然后烧结至1240℃成型，控制降温速率在5℃/min，冷却，制得陶瓷。

最后取6.4g偏铝酸钠和31.2g氢氧化钠放入烧杯中，加入到200ml去离子水中，搅拌30分钟使其溶解，然后加入72g白炭黑和55.4g乙醇搅拌2小时，使其形成均一的凝胶。然后在凝胶中加入3.6g沸石晶种并搅拌使其分散均匀，然后将凝胶均匀附着到陶瓷表面，在110～130℃烘箱内晶化，得到的产物用去离子水洗涤、烘干，即制得沸石分子筛复合累托石净水陶瓷。

实施例3

本实施例中所提供的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法如下：将改性累托石50份、改性高岭土40份、滑石35份、α-Al₂O₃ 10份、陶土7份、天青石120份以及造孔剂30份按比例均匀混合后，加入稀释剂2份和去离子水300g，每份的质量为5g，用磁力搅拌器搅拌，搅拌均匀后放置半小时，制得泥浆；将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在模型上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，将模具倒转，浆料倒出，静置0.5～1小时，把滤芯坯体从石膏模内脱出，得到复合陶瓷滤芯生坯，并放入电干燥箱中在80～100℃下干燥8h；把干燥后的陶瓷生坯放入热压窑炉中，控制升温速率为5℃/min，并在300℃保温2小时，然后烧结至1240℃成型，控制降温速率在5℃/min，冷却，制得陶瓷。

最后取3.2g偏铝酸钠和15.6g氢氧化钠放入烧杯中，加入到100ml去离子水中，搅拌30分钟使其溶解，然后加入36g白炭黑和27.7g乙醇搅拌2小时，使其形成均一的凝胶。然后在凝胶中加入1.8g沸石晶种并搅拌使其分散均匀，然后将凝胶均匀附着到陶瓷表面，在110～130℃烘箱内晶化，得到的产物用去离子水洗涤、烘干，即制得沸石分子筛复合累托石净水陶瓷。

Claims (6)

1.一种基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，其特征在于：该净水陶瓷由主料和辅料组成，所述主料和辅料的粒径均为220～1200目，其中主料的各组分以及各组分的质量份为：改性累托石40～80份，偏铝酸钠0.64份，氢氧化钠3.12份，白炭黑7.2份，乙醇5.54份，沸石晶种0.36份，改性高岭土25～50份；辅料的各组分以及各组分的质量份为：滑石10～40份，α-Al₂O₃ 8～10份，陶土4～8份，天青石8～15份，造孔剂15～30份，稀释剂1～3份；

所述的改性累托石的制备方法如下：将天然累托石过220目筛，用去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，在80℃空气气氛中充分干燥，然后进行预烧改性，将干燥后的样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min；待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的累托石；

所述的改性高岭土的制备方法如下：将天然高岭土过220目筛，加入去离子水在超声波清洗仪中充分洗涤，加入十六烷基三甲基溴化铵，在恒温25℃下震荡摇匀，然后将所得高岭土置于80℃烘箱中烘干，研磨后220目过筛，将干燥样品在空气气氛中570～800℃下焙烧4h，升温速度为10℃/min，待样品冷却后，充分研磨过220目筛，即得到改性处理的高岭土。

2.根据权利要求1所述的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，其特征在于：所述的天然累托石采用湖北钟祥天然累托石。

3.根据权利要求1所述的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，其特征在于：所述的天然高岭土产自龙岩高岭土矿区，属风化残余型高岭土，其含铁量低于0.3％，含钛量低于0.02％，并含有低温溶剂元素Li₂O。

4.根据权利要求1所述的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，其特征在于：所述的稀释剂由硅酸钠与碳酸钠按照1:3的质量比配比而成。

5.根据权利要求1所述的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷，其特征在于：所述的造孔剂为过220目筛的玉米淀粉颗粒。

6.一种权利要求1所述的基于地质材料的沸石分子筛复合累托石净水陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、原料处理：将天然累托石和天然高岭土进行改性处理，烘干过筛备用；

(2)、配料：按权利要求1所述的质量份数称取主料和辅料；

(3)、混合：将改性累托石、改性高岭土、滑石、α-Al₂O₃、陶土、天青石以及造孔剂按比例均匀混合后，加入稀释剂和去离子水，用磁力搅拌器搅拌，搅拌均匀后放置，制得泥浆；

(4)、注浆成型：将具有流动性的泥浆注入石膏模内，多余浆料倒出，静置然后把滤芯坯体从石膏模内脱出，得到复合陶瓷滤芯生坯，并放入电干燥箱中干燥；

(5)、烧制：把干燥后的陶瓷生坯放入热压窑炉中，控制升温速率，并在280～320℃保温，然后烧结成型，控制降温速率，冷却，制得陶瓷；

(6)、沸石分子筛合成：取偏铝酸钠和氢氧化钠加去离子水搅拌使其溶解，然后加入白炭黑和乙醇搅拌，制成均一的凝胶，然后在凝胶中加入沸石晶种并搅拌使其分散均匀，然后将凝胶均匀附着到陶瓷表面，在110～130℃烘箱内晶化，得到的产物用去离子水洗涤、烘干，即制得沸石分子筛复合累托石净水陶瓷。