CN108455707B - 一种水处理用滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水处理用滤料及其制备方法，所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：KDF 50～70重量份，固体阻垢剂30～45重量份，吸附剂5～10重量份。所述的制备方法先将固体阻垢剂与吸附剂制成混合物后再与KDF制成滤料。本发明提供的水处理用滤料中的KDF与固体阻垢剂相互作用，在减少了固体阻垢剂流失速度的同时防止KDF发生板结，为非循环水系统提供了一种理想的阻垢剂。

Description

一种水处理用滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体地说，涉及一种水处理用滤料及其制备方法。
背景技术
水垢通常胶结于容器或管道表面。由于水垢导热性很差，会导致受热面传热情况恶化，从而浪费燃料或电力；此外，水垢如果胶结于热水器或锅炉内壁，还会由于热胀冷缩和受力不均，极大的增加热水器和锅炉爆裂甚至爆炸的危险性；另外，水垢胶结时，也常会附着大量重金属离子，如果该容器用于盛装饮用水，会有重金属离子过多溶于饮水的风险。
目前处理水垢有前处理和后处理，前处理是对水进行处理，在使用水过程中不再产生水垢后处理是在水垢结出后再进行去除处理。相比而言，对水垢的前处理可免除对设备危害，节省维修保养的时间。
水垢前处理中目前较为常用的方式为软化水或使用阻垢剂，其中软化水由于用到再生树脂因此成本较高，阻垢剂相对比较经济实惠并且效果明显。常见的阻垢剂主要是固体速溶或是液态的，可以迅速溶解分散在水系统中，适合大规模的循环用水。而对于非循环用水系统，由于水溶性良好的阻垢剂会很容易被水冲走，因此需要采用固体难溶性阻垢剂，使水流通过时将有效成份缓慢带入水中实现阻垢，但实际测试结果是其释放过程不可控，阻垢剂在水流冲击下会不断分散并被水冲走，因此使用难溶性阻垢剂时则需要关注其添加量，无形中增加了使用和管理的成本。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明旨在提供一种水处理用滤料及其制备方法，采用了合金与无机盐作为阻垢剂的主要成分，达到了对非循环水系统除氯阻垢的目的。
为实现上述目的，具体采用如下技术方案：
一种水处理用滤料，所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：
KDF 50～70重量份
固体阻垢剂 30～45重量份
吸附剂 5～10重量份
本发明的进一步方案为：所述KDF为包括铜与锌的合金，其中铜与锌的质量比为50～55:45～50。
本发明的进一步方案为：所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：
KDF 50～60重量份
固体阻垢剂 35～45重量份
吸附剂 5～8重量份
本发明的进一步方案为：所述KDF为包括铜与锌的合金，其中铜与锌的质量比为50～55:45～50。
本发明的进一步方案为：所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：
KDF 55重量份
固体阻垢剂 40重量份
吸附剂 5重量份
本发明的进一步方案为：所述KDF为包括铜与锌的合金，其中铜与锌的质量比为50～55:45～50，优选为55:45。
本发明采用了KDF铜锌合金与固体难溶性阻垢剂并辅以吸附剂制成的滤料来解决非循环水系统的阻垢问题；KDF是高纯度的铜/锌合金颗粒，它通过微电化学氧化还原反应进行水处理工作，在与水接触时，合金中的两种金属在亚微观尺度上构成无数小的原电池系统，当含有有毒有害重金属离子的水通过KDF时，重金属离子会定向地向着铜阳极迁移，并且按照电极电位的大小顺序先后放电变成金属原子而镀在铜极上，使得有毒有害重金属离子从水脱离出来，达到净化水质的目的，这种材料在水中具有强大的反应能力和极快的反应速度，还可以清除水中的氯，且对抑制细菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。
随着重金属离子在铜阳极的富集，会形成镀膜阻碍KDF表面与水体的充分接触，使得其效果下降；而本申请在滤料中加入了固体阻垢剂，固体阻垢剂的阻垢原理是利用其中的无机盐成分与水中溶解的金属阳离子形成络合物来阻止水垢的产生，而这一过程分担了KDF铜阳极表面对金属离子的吸附，使得KDF和固体阻垢剂之间产生了协同作用，增强了彼此的阻垢效果。
由于KDF的表面是带有不同电荷的活化表面，水中含有的极性有机污染物会吸附在合金滤料表面形成保护膜，地阻挡了氯分子和重金属离子向铜极板上扩散和传质，使KDF的净化作用下降。因此，本发明引入了吸附剂，防止水中的悬浮物、胶体、有机物等对KDF表面造成的阻挡，同时也对水中的氯分子起到了良好的过滤作用。
此外，本发明为了进一步控制锌离子的释出量，防止水质锌超标，在保证净化效果的前提下降低了KDF铜锌合金中锌的比例，使得其可以与固体阻垢剂产生相互促进的效果。
本发明的进一步方案为：所述固体阻垢剂包括硅酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐中的一种或几种。
本发明的进一步方案为：所述固体阻垢剂包括铝硅酸钠、偏磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸硅中的一种或几种，优选为焦磷酸钙。
本发明的进一步方案为：所述固体阻垢剂在水中的溶解度小于1×10-5g/100ml。
在使用KDF作为主滤料的同时，加入了难溶性的固体阻垢剂，所述固体阻垢剂的溶解度较低，可以在大量过水的情况下保持良好的阻垢效果同时延长使用时间，节省了成本。
本发明的进一步方案为：所述吸附剂为亚硫酸钙和/或活性炭，优选为活性炭。
上述方案中，采用了亚硫酸钙和/或活性炭作为吸附剂，一方面是为了除去水中的氯分子，另一方面起到了水体净化的作用，去除了可能对KDF的效果产生影响的悬浮物、胶体、有机物等。
本发明还提供了一种水处理用滤料的制备方法，所述制备方法先将固体阻垢剂与吸附剂制成混合物后再与KDF制成滤料。
根据上述制备方法，包括如下步骤：
(1)选取KDF，吸附剂以及固体阻垢剂，将固体抑垢剂置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到阻垢剂粉末；
(2)将步骤(1)中的阻垢剂粉末与吸附剂混合后加入蒸馏水搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料；
根据上述制备方法，所述步骤(2)中阻垢剂粉末和吸附剂形成的混合物与蒸馏水的重量比为1:9。
KDF的净化作用是基于微观的化学反应及电化学反应进行的，因此前提是污染物要与KDF发生有效碰撞，即充分接触后才能发生反应。因此，以KDF为基础的滤料需要在孔隙度和有效碰撞上做合理的安排调整，上述方法制备的滤料中KDF起到缓冲水流的作用，可有效释放同时控制阻垢剂有效成分因水流冲击分解而造成的流失，而阻垢颗粒则可以有效地分散KDF，使得其与污染物发生有效碰撞。
上述技术方案中，将吸附剂与阻垢剂粉末进行挤压造粒后与KDF形成滤料，这种方法相比于对上述几种成分进行简单混合具有更优良的净化效果，并且在同样条件下使用一段时间后，本发明提供的滤料的净化效果依然良好，而简单混合法制备的滤料净化效果下降明显。
根据上述制备方法，所述步骤(3)中阻垢剂颗粒的粒径为2～3mm。
本发明的阻垢剂颗粒粒径较小，是为了均匀地分散在KDF之中，与水充分接触从而起到阻垢除氯作用。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的滤料在KDF、固体阻垢剂和吸附剂产生的协同作用下达到良好的阻垢效果；
2.本发明的提供的滤料还具有良好的去除水中氯气的作用；
3.本发明的提供的滤料制备方法简单易操作，制得的产品均匀耐用。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式，所述的实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。
实施例1
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取55重量份的KDF，5重量份的活性炭以及40重量份的焦磷酸钙，将焦磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙粉末和活性炭混合后加入以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
实施例2
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取70重量份的KDF，3重量份的活性炭，2重量份的亚硫酸钙，25重量份的偏磷酸钙以及5重量份的铝硅酸钠，将偏磷酸钙和铝硅酸钠置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到偏磷酸钙和铝硅酸钠粉末；
(2)将步骤(1)中的偏磷酸钙和铝硅酸钠粉末和活性炭、亚硫酸钙混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为3mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
实施例3
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取50重量份的KDF，5重量份的活性炭，5重量份的亚硫酸钙，30重量份的焦磷酸钙以及15重量份的磷酸硅，将焦磷酸钙和磷酸硅置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙和磷酸硅粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙和磷酸硅粉末和活性炭、亚硫酸钙混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为3mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
实施例4
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取60重量份的KDF，8重量份的活性炭，2重量份的亚硫酸钙，40重量份的焦磷酸钙以及5重量份的铝硅酸钠，将焦磷酸钙和铝硅酸钠置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙和铝硅酸钠粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙和铝硅酸钠粉末和活性炭、亚硫酸钙混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
实施例5
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取62重量份的KDF，8重量份的亚硫酸钙，35重量份的偏磷酸钙，将偏磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到偏磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的偏磷酸钙粉末和亚硫酸钙混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
实施例6
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取55重量份的KDF，7重量份的活性炭，38重量份的铝硅酸钠，将铝硅酸钠置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到铝硅酸钠粉末；
(2)将步骤(1)中的铝硅酸钠粉末和活性炭混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为3mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
对比例1
在实施例1的基础上，降低KDF的用量、提高焦磷酸钙的用量，具体步骤如下：
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取30重量份的KDF，5重量份的活性炭以及65重量份的焦磷酸钙，将焦磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙粉末和活性炭混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
对比例2
在实施例1的基础上，提高KDF的用量、降低焦磷酸钙的用量，具体步骤如下：
采用如下方法制备水处理用滤料：
(1)选取90重量份的KDF，5重量份的活性炭以及5重量份的焦磷酸钙，将焦磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙粉末和活性炭混合后以混合物:蒸馏水＝1:9的质量比加入蒸馏水，混合搅拌3小时得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
对比例3
在实施例1的基础上，不使用吸附剂，具体制备步骤如下：
(1)选取55重量份的KDF，40重量份的焦磷酸钙，将焦磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙粉末与蒸馏水以1:9的质量比混合搅拌3小时得到焦磷酸钙物料；
(3)将步骤(2)制得的焦磷酸钙物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
对比例4
在实施例1的基础上，使用简单混合法将KDF、固体阻垢剂和活性炭进行混合，具体制备步骤如下：
(1)选取55重量份的KDF，5重量份的活性炭以及40重量份的焦磷酸钙，将焦磷酸钙置于60℃干燥炉内干燥24小时，直至含水率小于0.5％，放入研磨机中粉碎，过300目筛，未通过筛网的放回研磨机继续粉碎过筛最终得到焦磷酸钙粉末；
(2)将步骤(1)中的焦磷酸钙粉末与蒸馏水以1:9的质量比混合搅拌3小时得到焦磷酸钙物料；
(3)将步骤(2)制得的焦磷酸钙物料放入挤造粒机中挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒，粒径为2mm；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒、KDF和活性炭混合均匀得到滤料。
实验例1
分别对实施例1～6以及对比例1～4制得的水处理用滤料进行阻垢率和余氯去除率的初次测试，之后分别使用上述滤料过滤35吨工业循环水后，测试其使用后阻垢率和余氯去除率，其中余氯去除率按照如下公式计算：
余氯去除率＝(原水余氯含量－过滤水余氯含量)×100％/原水余氯含量
上述原水余氯含量与过滤水余氯含量遵照《GB/T 14424-2008工业循环冷却水中余氯的测定》进行测试，阻垢率的测试遵照《GB/T 16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》进行，得到结果如表1所示；
表1实施例1～6以及对比例1～4制得滤料的初次和过水35吨使用后的阻垢率和余氯去除率
Figure BDA0001227694530000091
由表1可知，实施例1～6制得的滤料可以在初次使用时保证84％以上的阻垢率，并且再过滤35吨工业用水之后依然可以保持72％以上的阻垢率，其中实施例2的初始阻垢率虽然偏低，但是该配方的阻垢率下降程度是最小的，只有6％，可以用于水垢含量较低的环境。而实施例3和实施例6的余氯去除率相对较高，可用于在高氯含量的环境中。
进一步分析对比例1～4，发现对比例1和对比例2的KDF、固体阻垢剂选用的重量份均在本发明的选择范围之外，对比例1中固体阻垢剂焦磷酸钙占据了主要成分(约占总量的2/3)，虽然可以达到阻垢的效果，但是对余氯的去除效果不高，并且在使用后效果下降明显；对比例2则是以KDF为主要成分(占总量的90％)，其阻垢性能由于阻垢剂含量不高明显低于实施例1，而余氯去除率在过滤35吨水后下降明显，分析原因可能是由于KDF，固体阻垢剂和活性炭成分比例差距太大导致成品分散不均匀，水中的悬浮物、胶体、有机物等对KDF表面造成的阻挡，使KDF没有起到应有的去除余氯的作用；而对比例3没有使用吸附剂(活性炭)，其阻垢率和余氯去除率均不如使用了吸附剂(活性炭)的实施例1，可见吸附剂具有对KDF和固体阻垢剂组合物阻垢除氯的增强效果；对比例4虽然使用了与实施例1相同的滤料配比，但是在制备上采用了简单混合的方法，吸附剂没有与固体阻垢剂一起进行挤压造粒，从效果角度分析可以发现使用简单混合法制作的滤料的初始阻垢和余氯去除效果与实施例1近似，但是在过水35吨之后效果下降明显，说明本发明提供的制备方法可以很好地保持滤料的阻垢除氯效果。
综上所述，本发明提供的水处理用滤料使用了KDF、固体阻垢剂和吸附剂三种成分，在三种成分相互协同的作用下起到了阻垢除氯的效果。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉本领域的技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种水处理用滤料，其特征在于，所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：
KDF 50～70重量份
固体阻垢剂 30～45重量份
吸附剂 5～10重量份；
所述固体阻垢剂包括硅酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐中的一种或几种；
所述滤料是由如下方法制备的：
先将固体阻垢剂与吸附剂制成混合物，然后将混合物挤压造粒得到阻垢颗粒后再与KDF混合均匀制成滤料。
2.根据权利要求1所述的水处理用滤料，其特征在于，所述滤料由如下以重量份数计的成分组成：
KDF 50～60重量份
固体阻垢剂 35～45重量份
吸附剂 5～8重量份。
3.根据权利要求2所述的水处理用滤料，其特征在于，
KDF 55重量份
固体阻垢剂 40重量份
吸附剂 5重量份。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的水处理用滤料，其特征在于，所述KDF为包括铜与锌的合金，其中铜与锌的质量比为50～55:45～50。
5.根据权利要求4所述的水处理用滤料，其特征在于，所述KDF中铜与锌的质量比为55:45。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的水处理用滤料，其特征在于，所述固体阻垢剂包括铝硅酸钠、偏磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸硅中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的水处理用滤料，其特征在于，所述固体阻垢剂为焦磷酸钙。
8.根据权利要求6所述的水处理用滤料，其特征在于，所述固体阻垢剂在水中的溶解度小于1×10-5g/100mL。
9.根据权利要求1～3任意一项所述的水处理用滤料，其特征在于，所述吸附剂为亚硫酸钙和/或活性炭。
10.根据权利要求9所述的水处理用滤料，其特征在于，所述吸附剂为活性炭。
11.一种如权利要求1～10任意一项所述的水处理用滤料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将固体阻垢剂与吸附剂制成混合物后再与KDF制成滤料；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)选取KDF，吸附剂以及固体阻垢剂，将固体阻垢剂干燥后粉碎过筛后得到阻垢剂粉末；
(2)将步骤(1)中的阻垢剂粉末、吸附剂和蒸馏水混合搅拌得到混合物料；
(3)将步骤(2)制得的混合物料挤压造粒并烘干得到阻垢颗粒；
(4)将步骤(3)制得的阻垢颗粒与KDF混合均匀得到滤料。
12.根据权利要求11所述的水处理用滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中阻垢剂粉末和吸附剂形成的混合物与蒸馏水的重量比为1:9。
13.根据权利要求11所述的水处理用滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中阻垢剂颗粒的粒径为2～3mm。
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