CN104667634B

CN104667634B - 用于去除饮用水中锰的过滤介质、滤芯以及制备方法

Info

Publication number: CN104667634B
Application number: CN201510047708.7A
Authority: CN
Inventors: 栾云堂; 朱锋景
Original assignee: Foshan Big Health Industry Development Co Ltd
Current assignee: Foshan big health industry development Co., Ltd.
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104667634A

Abstract

本发明提供了一种去除饮用水中锰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、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为200～300:50～100:100～200:100～200:50～100；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；所述压制压力为0.4MPa～1MPa；所述烧结温度为220℃～250℃；所述烧结时间为90～120min；所述冷却温度为40～60℃。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锰的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水。

Description

用于去除饮用水中锰的过滤介质、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锰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

锰过量摄入时对人体具有慢性危害，会导致消化系统与骨骼疾病；过量的锰还要损伤动脉内壁和心肌，形成动脉粥样斑块，造成冠状动脉窄小导致冠心病；还可导致神经系统缺陷，甚至会对神经系统造成永久性的伤害。锰过量还会使水呈现黑色，有腥臭异味。

对我国1817个地下水流检测结果表明，锰超标率为12.56％，且有进一步加剧的趋势。黑龙江等省区尤甚。

现有技术中除去锰的方法有很多，传统的水处理工艺对锰的处理效果不好，不能有效的去除锰；高锰酸钾氧化法、臭氧氧化法适合工厂除锰，不适合终端使用；碱化法、光化学氧化法同样不适合终端使用；膜法费水费电，成本高，排放的浓缩液不易处理，易造成二次污染；而沉淀法同样会出现处理难的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种过滤介质及其制备方法，该过滤介质对饮用水中的锰的去除率高，并且方法简单。还提供了由这种过滤介质构成的滤芯、净水装置以及饮水机。

本发明提供了一种去除饮用水中锰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、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为200～300:50～100:100～200:100～200:50～100；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；

所述压制压力为0.4MPa～1MPa；所述烧结温度为220℃～250℃；所述烧结时间为90～120min；所述冷却温度为40～60℃。

优选的，还包括重晶石粉。

优选的，所述重晶石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为100～150:200～300:50～100:100～200:100～200:50～100。

优选的，还包括磷灰石粉。

优选的，所述磷灰石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为80～150:200～300:50～100:100～200:100～200:50～100。

本发明提供了根据上述权利要求所述的制备方法得到的用于去除饮用水中锰的过滤介质。

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锰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、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为200～300:50～100:100～200:100～200:50～100；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；所述压制压力为0.4MPa～1MPa；所述烧结温度为220℃～250℃；所述烧结时间为90～120min；所述冷却温度为40～60℃。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锰的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除元素锰对人体产生的伤害，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锰的去除率在98.6％以上。

具体实施方式

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；

本发明首先将超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为200～300:50～100:100～200:100～200:50～100；优选为220～280:60～90:110～190:110～190:60～90；更优选为230～270:65～85:120～180:125～185:65～85。

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，可以起到吸附水中锰的作用。

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，优选使用粒径为74～104μm的载银活性炭。载银活性炭将活性炭的吸附能力和银的抗菌性结合，不仅对水中污染物有吸附作用，还具有杀菌抑菌作用，因而活性炭内不会滋生细菌，避免水中亚硝酸盐含量增高，还能去除水中异味以及微量有毒有害物质，特别适用于对于锰的处理。

累托石(K，Na)_x{Al₂〔Al_xSi_4-xO₁₀〕(OH)₂}·4H₂O，是二八面体云母和二八面体蒙皂石组成的1:1规则间层矿物，产地不同，其成分稍有不同，我国湖北(钟祥、随县、隆中、南漳)、广西(德堡)、湖南等地都有这样的储藏，其中，湖北钟祥二叠系岩石中发现的累托石具有较大规模外，各地累托石矿储藏量均很小。

根据钟祥累托石的化学成分计算的呢结构式为：

云母层：(Na_0.79K_0.39Ca_0.26)_1.14Al₄[Si₆Al₂]₈O₂₂

蒙脱石层：(Ca_0.55Na_0.02K_0.01Mg_0.03)_0.61(Al_4.1Fe²⁺ _0.09Mg_0.07)_4.26[Si_6.46Al_1.54]₈O₂₂

累托石具有像蒙脱石一样的阳离子交换性、吸水膨胀性、制浆性等；又有像云母一样的耐高温和光滑等性能。由于累托石晶体结构中的蒙脱石层具有层负电荷，显示电极性，使其能吸附各种无机离子、有机极性分子和气体分子，本发明人发现其对于锰的吸附效果好。本发明优选的所述累托石的粒径为44～124μm。

海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物。斜方晶系或单斜晶系，一般呈块状、土状或纤维状集合体。海泡石按照行程的原因分为热液型海泡石和沉积型海泡石两种类型，通常称为α-海泡石和β海泡石。热液型海泡石由热液直接结晶而成或由火山玻璃、含镁的矿物经低温热液蚀变而成，常产于富镁的白云质灰岩、白云质大理岩石中；沉积型海泡石矿床常与碳酸盐、粘土岩共生，由沉积成岩作用生成。热液型海泡石呈长束纤维状，氧化镁和二氧化硅含量高，氧化铝含量低，为富镁海泡石；沉积型海泡石呈粘土状，但在显微镜下任然呈纤维状，氧化铝含量高，Mg和二氧化硅含量低，为富铝海泡石。

海泡石具有大的比表面积和孔容积，有贯穿整个结构的通道和孔隙，而且海泡石表面存在三类活性中心：(1)硅氧四面体层中的氧原子，氧原子提供弱的电荷从而进行对吸附物的吸附；(2)在边缘部位与镁离子配位的水分子，可以与吸附物形成氢键；(3)在四面体表面，Si-o-Si键断裂而产生的Si-OH离子团，通过一个质子或一个羟基分子来补偿剩余的电荷，这些离子团沿纤维轴以5埃的间距分布，其数量取决于纤维的大小和晶体的缺穴。这些Si-OH离子团可以与被吸附在海泡石外表面上的分子相互作用，还可以与某些有机试剂形成共价键。这些活性中心使得海泡石的吸附性能很好，包括吸附非极性或者弱极性的有机化合物。

在本发明中，优选使用粒径为18～150μm的海泡石粉，更优选使用18～100μm。其中粒径小的海泡石粉比表面积大，更容易发挥吸附作用。

本发明优选将所述海泡石粉活化处理，更优选经过酸活化。具体为：使用浓度为0.1～20％的硫酸在温度为20～100℃浸泡处理1～15h。

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、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂烧结后形成的网状结及电荷性质，增强了对锰的吸附作用。通过这五种原料的相互配合和相互作用，共同使得对于饮用水中的锰的去除率高，效果好。

在本发明中，优选还包括重晶石粉，所述重晶石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比优选为100～150:200～300:50～100:100～200:100～200:50～100，更优选为110～140:220～280:60～90:110～190:110～190:60～90。

重晶石粉为化学组成为BaSO₄，晶体属正交(斜方)晶系的硫酸盐矿物。常呈厚板状或柱状晶体，多为致密块状或板状、粒状集合体。所述重晶石粉的粒径优选为80～100μm，更优选为90～98μm。所述重晶石粉与超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、二氧化锰粉和发孔剂经烧结后，形成相互协同作用，增强了对铝的吸附作用，重晶石粉与超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、二氧化锰粉、发孔剂、蒙脱石粉经烧结后具有协同加合作用，形成相互交联的网状结构，进一步增强了对铝的吸附作用。

在本发明中，所述重晶石粉和上述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂可以相互配合和相互作用，能显著提高饮用水中的锰的去除率，效果更好。

在本发明中，优选还包括磷灰石粉，所述磷灰石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比优选为80～150:200～300:50～100:100～200:100～200:50～100；更优选为220～280:60～90:110～190:110～190:60～90；最优选为230～270:65～85:120～180:125～185:65～85。

磷灰石的化学式为A₁₀[XO₄]₆Z₂，其晶体结构中可以广泛出现的类质同象替换。化学式中A以二价阳离子为主，主要有Ca²⁺,Mn²⁺，Sr²⁺,Ba²⁺,Pb²⁺,Na⁺,Cd²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Re³⁺等；[XO₄]包括[PO₄]^3-、[SiO₄]^4-、[SO₄]^2-、[CO₃]^2-等；而Z为F^-、OH^-、Cl^-等。结构中A位离子有两种配位位置，分别是配位数为9的位置和配位数为7的位置，而磷氧四面体则通过共角顶或共面的多面体连接起来。多面体围绕六次中性螺旋轴分布，构成平行C轴的结构通道。根据通道中离子F^-、OH^-、Cl^-的相对含量可以分数氟磷灰石、羟磷灰石和氯磷灰石。由于离子两种位置的价键和半径不同。因此，二价阳离子的进入将产生位置选择性而形成有序的超结构，同时两种A位置的存在使得它对各种半径的二价金属阳离子有着广泛的容纳性。

在本发明中，通过上述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂、重晶石粉的相互配合和相互作用，共同使得对于饮用水中的锰的去除率高，效果好。并且上述物质和磷灰石粉的相互配合和相互作用更能提高水中锰的去除率。

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，水中的锰可以被充分吸附。

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，压力为0.4MPa～1MPa，优选为0.5MPa～0.9MPa，更优选为0.6MPa～0.8MPa。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。烧结温度为为220℃～250℃，优选为225℃～245℃；烧结时间为90～120min，优选为95～115min；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225℃～245℃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锰的滤芯。

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锰的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除元素锰对人体产生的伤害，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锰的去除率在98.6％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锰的过滤介质进行详细描述。

实施例1

(1)称取粒径为89μm～104μm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-I型产品，其分子量为150万；

(2)称取粒径为80μm的载银活性炭粉50g，所述载银活性炭粉的比表面积为800m²/g；

(3)称取粒径为64μm累托石粉100g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉100g；

(5)称取发孔剂50g；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结100分钟；

(8)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)称取粒径为89μm～104μm超高分子量聚乙烯粉250g，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)称取粒径为84μm的载银活性炭粉75g，所述载银活性炭粉的比表面积为1500m²/g；

(3)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(5)称取发孔剂75g；

(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0.6MPa的液压压力下压制，在230℃温度下烧结110分钟；

(8)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)称取粒径为89μm～104μm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)称取粒径为94μm的载银活性炭粉100g，所述载银活性炭粉的比表面积为1500m²/g；

(3)称取粒径为104μm累托石粉200g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉200g；

(5)称取发孔剂100g；

(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115分钟；

(8)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

(3)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(5)称取发孔剂75g；

(6)称取重晶石粉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0.6MPa的液压压力下压制，在230℃温度下烧结110分钟；

(9)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5

(3)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(5)称取发孔剂75g；

(6)称取磷灰石粉120g；

(9)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6

(3)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(4)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(5)称取发孔剂75g；

(6)称取重晶石粉120g；

(7)称取磷灰石粉120g；

(8)将上述七种粉末放入螺旋式搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(9)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230℃温度下烧结110分钟；

(10)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1

(3)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(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230℃温度下烧结110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。

比较例2

(3)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(4)称取发孔剂75g；

(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。

比较例3

(2)称取粒径为84μm累托石粉150g；

(3)称取经过酸活化的海泡石粉150g；

(4)称取发孔剂75g；

(8)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1～3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锰的去除效果好。如表1和表2所示，表1和表2分别为采用实施1～6以及比较例1～3提供的滤芯对饮用水处理前后的锰的含量。

表1 使用滤芯处理前后水中的锰含量，单位：μg/L

以上对本发明所提供的用于去除饮用水中锰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

1.一种去除饮用水中锰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、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉、发孔剂和重晶石粉混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉、发孔剂和重晶石粉的重量比为200～300:50～100:100～200:100～200:50～100:100～150；

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，其特征在于，还包括磷灰石粉。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷灰石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、载银活性炭粉、累托石粉、海泡石粉和发孔剂的重量比为80～150:200～300:50～100:100～200:100～200:50～100。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中锰的过滤介质。

5.一种滤芯，其特征在于，由权利要求4所述的过滤介质构成。

6.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求4所述的过滤介质或者权利要求5所述的滤芯。

7.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求6所述的净水装置。