CN106731214A - 一种轻质水处理材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质水处理材料，由聚合物树脂：85‑99份；制孔剂：0.5‑10份；成核剂：0.5‑5份；活性炭：0‑5份；陶粉：0‑5份；淀粉：0‑5份和其他添加剂：0‑5份制成的。其具有质量轻、密度小，使用量少；且过滤效果好。另外其耐酸碱腐蚀，使用寿命长，能耗低。

Description

一种轻质水处理材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种轻质水处理材料的制备方法。
背景技术
天然滤料诸如活性炭、石英砂、天然沸石及污泥等，是人类最早用于水处理的过滤材料。专利201310365105.2公开了一种活性炭滤料层，包括吸附布料和布料内层的活性炭颗粒；专利201510534941.8通过活性污泥和活性炭制备了一种环保滤料配方；专利201410507221.8公开了一种云母净水滤料；专利201410507074.4通过盐酸处理得到了一种无烟煤滤料。这些专利都对常规天然滤料来进行改进的，从一定程度上提高了处理水体的效率，并有效地降低了成本。但也存在如下缺陷：如活性炭和无烟煤的运用虽然增加了滤料的比表面积，但存在易碎、耐酸碱性差都缺陷；污泥虽原料易得，但实际水处理效果一般，且容易加剧水体浑浊；云母和混凝土滤料也存在比表面积小，过滤效果差等缺陷。此外，由于通常无机材料的比重往往较大，在实际运行中也会存在能耗高的问题。
针对上述天然滤料存在的问题，近年来人们也相继开发出一些人工滤料，如专利201410576870.3公开了一种纤维球滤料，该材料弹性较好，空隙大，使用周期长；专利201010511116.3提供了一种报废离子交换树脂，具有较好的机械和理化性能；专利201520758820.7是一种多孔球形支撑保护剂填料的实用新型，可有效防止堵塞和沉碳结焦，并延长填料使用寿命。这些发明存在一定的推广意义。
发明内容
本发明提供了一种轻质水处理才料，具有质量轻，耐酸碱腐蚀，使用寿命长，能耗低等特点，可以在水处理过程中兼具生化滤料和物理滤料功能，而且节省能耗，综合成本适中。
本发明通过以下技术方案实现：
一种轻质水处理材料，由下述组分按质量份制备而成：
聚合物树脂：85-99份；
制孔剂：0.5-10份；
成核剂：0.5-5份；
活性炭：0-5份；
陶粉：0-5份；
淀粉：0-5份
其他添加剂：0-5份。
进一步方案，所述聚合物树脂为热塑性塑料或热塑性弹性体。
进一步方案，所述制孔剂为CO2、N2、烷烃类、碳酸氢钠、偶氮化合物、磺酰肼类、亚硝基类中的至少一种。
进一步方案，所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硫酸钡、炭黑、碳酸氢钠和柠檬酸混合物中的至少一种。
进一步方案，所述活性炭和陶粉的粒径均不小于300目。
进一步方案，所述其他添加剂包括增塑剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、抗静电剂、耐候剂、增韧剂中的至少一种。
本发明中活性炭是作为孔隙调和剂使用的，陶粉是作为亲水改性剂使用的，淀粉是作为亲和改性剂使用，经过改性以提高自身的耐热性及热稳定性。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种轻质水处理材料的制备方法，按配比，将各组分按照物理挤出切粒法、釜压法或化学挤出切粒法制备成水处理材料。
进一步方案，所述物理挤出切粒法是将聚合物树脂85-99份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份进行搅拌混合；然后将混合物料从挤出机上端的加料口中加入，同时在螺杆机筒处通入超临界制孔剂0.5-10份；最后经熔融、挤出、冷却切粒。
进一步方案，所述釜压发泡法是将聚合物树脂85-99份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份进行搅拌混合，然后将混合物料经挤出机挤出、切粒后制得初级微粒；再将初级微粒置于反应釜中，并通入水和0.5-10份制孔剂，充分搅拌并加热使聚合物树脂呈玻璃化状态(指加热温度为树脂玻璃化温度Tg-熔融温度Tm)，反应釜内保持101-1000KPa压力，使制孔剂充分渗透至初级微粒内部；然后迅速卸压至常压状态，冷却后得到轻质水处理材料。
进一步方案，所述化学发泡法是将聚合物树脂85-99份、制孔剂0.5-10份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份加入挤出机中进行混合，在高温下熔融挤出，制孔剂分解并释放气体，经挤出切粒后得到轻质水处理材料。
本发明制备的轻质水处理材料，具有质量轻，耐酸碱腐蚀，使用寿命长，能耗低等特点。
本发明的有益效果有：
1、本发明在水处理滤池中用量较传统滤料有大幅度降低，以容积为一立方米的滤池为例进行说明，本发明制备的轻质水处理材料的堆积密度为0.025-0.3g/cm3，以0.05g/cm3为例来比较，而火山岩的堆积密度0.85g/cm3、陶粒(粒径4mm)的堆积密度0.9g/cm3，计算可知，本发明的轻质水处理材料用量仅需50KG，而火山岩用量达850KG，陶粒用量900KG。
2、本发明制备的轻质水处理材料可耐中等强度以下的酸碱腐蚀，且过滤过程中不易碎，使用寿命可达10年以上。
3、由于本发明的轻质水处理材料的密度较低，在实际使用中可有效节省电力损耗。
具体实施方式
实施例1：
将聚丙烯93份、成核剂碳酸钙3份、陶粉2份进行搅拌混合；然后将混合物料从挤出机上端的加料口中加入，同时在螺杆机筒处通入超临界制孔剂CO2 2份；最后经熔融、挤出、冷却切粒，得轻质水处理材料。
实施例2：
将聚乙烯89.5份、成核剂(碳酸氢钠和柠檬酸混合物)0.5份进行搅拌混合，然后将混合物料经挤出机挤出、切粒后制得初级微粒；再将初级微粒置于反应釜中，并通入水和0.5份制孔剂丁烷，充分搅拌并加热使聚合物树脂呈玻璃化状态(指加热温度为树脂玻璃化温度Tg-熔融温度Tm)，反应釜内保持500KPa压力，使制孔剂充分渗透至初级微粒内部；然后迅速卸压至常压状态，冷却后得到轻质水处理材料。
实施例3：
将聚丙烯60份、聚苯乙烯30份、成核剂滑石粉1份和高岭土2份、淀粉2份和其他添加剂0-5份进行搅拌混合；然后将混合物料从挤出机上端的加料口中加入，同时在螺杆机筒处通入超临界高纯氮气5份；最后经熔融、挤出、冷却切粒，制备轻质水处理材料。
实施例4：
将乙烯-丙烯共聚物90份、制孔剂碳酸氢钠4份、成核剂高岭土3份、抗氧剂3份加入挤出机中进行混合，在高温下熔融挤出，制孔剂分解并释放气体，经挤出切粒后得到轻质水处理材料。
将上述实施例1-4所制备的轻质水处理材料分别检测其堆积密度和比表面积，参数见表1。根据文献记载，并结合化工部标准21556.2-95可查得火山岩滤料、陶粒滤料、Φ16塑料鲍尔环、Φ76塑料鲍尔环的参数见表2。
表1
堆积密度(g/cm3) 比表面积(m2/g)
实施例1 0.113 11.3
实施例2 0.06 8.7
实施例3 0.025 18.4
实施例4 0.3 2.9
火山岩滤料 0.85 13.6-25.5
陶粒滤料(粒径4mm) 0.9 >4
塑料鲍尔环Φ16 0.141 0.169
塑料鲍尔环Φ76 0.06 0.066
通过实施例1-4和对比例火山岩滤料、陶粒滤料Φ16塑料鲍尔环、Φ76塑料鲍尔环可以看出，本发明制备的轻质水处理材料与传统滤料火山岩和陶粒相比，其密度由于明显较小；而与目前应用较成熟的人造滤料鲍尔环相比，虽然堆积密度较小，但由于Φ16塑料鲍尔环、Φ76塑料鲍尔环均是中空的球体结构，其比表面积偏小，造成过滤效果一般。
所以本发明制备的轻质水处理材料密度小、用量少，且过滤效果好。
实施例5：
将聚丙烯85份、成核剂滑石粉2份和二氧化硅3份、活性炭5份、陶粉5份、淀粉5份和增韧剂5份进行搅拌混合，然后将混合物料经挤出机挤出、切粒后制得初级微粒；再将初级微粒置于反应釜中，并通入水和10份制孔剂CO2，充分搅拌并加热使聚合物树脂呈玻璃化状态(指加热温度为树脂玻璃化温度Tg-熔融温度Tm)，反应釜内保持1000KPa压力，使制孔剂充分渗透至初级微粒内部；然后迅速卸压至常压状态，冷却后得到轻质水处理材料。
实施例6：
将乙烯-丙烯共聚物99份、制孔剂甲烷0.5份、成核剂高岭土0.5份、活性炭1份、陶粉1份和抗氧剂1份加入挤出机中进行混合，在高温下熔融挤出，制孔剂分解并释放气体，经挤出切粒后得到轻质水处理材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质水处理材料，其特征在于：由下述组分按质量份制备而成：
聚合物树脂：85-99份；
制孔剂：0.5-10份；
成核剂：0.5-5份；
活性炭：0-5份；
陶粉：0-5份；
淀粉：0-5份；
其他添加剂：0-5份。
2.根据权利要求1所述的轻质水处理材料，其特征在于：所述聚合物树脂为热塑性塑料或热塑性弹性体。
3.根据权利要求1所述的轻质水处理材料，其特征在于：所述制孔剂为CO2、N2、烷烃类、碳酸氢钠、偶氮化合物、磺酰肼类、亚硝基类中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的轻质水处理材料，其特征在于：所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硫酸钡、炭黑、碳酸氢钠和柠檬酸混合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的轻质水处理材料，其特征在于：所述活性炭和陶粉的粒径均不小于300目。
6.根据权利要求1所述的轻质水处理材料，其特征在于：所述其他添加剂包括增塑剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、抗静电剂、耐候剂、增韧剂中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种轻质水处理材料的制备方法，其特征在于：按配比，将各组分按照物理挤出切粒法、釜压法或化学挤出切粒法制备成水处理材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述物理挤出切粒法是将聚合物树脂85-99份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份进行搅拌混合；然后将混合物料从挤出机上端的加料口中加入，同时在螺杆机筒处通入超临界制孔剂0.5-10份；最后经熔融、挤出、冷却切粒。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述釜压发泡法是将聚合物树脂85-99份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份进行搅拌混合，然后将混合物料经挤出机挤出、切粒后制得初级微粒；再将初级微粒置于反应釜中，并通入水和0.5-10份制孔剂，充分搅拌并加热使聚合物树脂呈玻璃化状态，反应釜内保持101-1000KPa压力，使制孔剂充分渗透至初级微粒内部；然后迅速卸压至常压状态，冷却后得到轻质水处理材料。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述化学发泡法是将聚合物树脂85-99份、制孔剂0.5-10份、成核剂0.5-5份、活性炭0-5份、陶粉0-5份、淀粉0-5份和其他添加剂0-5份加入挤出机中进行混合，在高温下熔融挤出，制孔剂分解并释放气体，经挤出切粒后得到轻质水处理材料。
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