CN108706794A - 一种基于硅藻土的水体净化滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水体净化技术领域，具体涉及一种基于硅藻土的水体净化滤芯及其制备方法，所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：将淀粉依次与戊二醛、丙烯酰胺反应，得到接着改性淀粉；将有机钛酸酯、有机硅酸酯与硅藻土粉末密封反应，得到改性硅藻土；将改性淀粉和改性硅藻土、硅烷偶联剂复合，得到水体净化剂，将水体净化剂与PP树脂和碳酸氢钠混合后，浇注成型，冷却固化后，得到水体净化滤芯。本发明通过硅藻土、接枝型两性淀粉和改性二氧化钛进行复合，使净水滤芯兼具吸附、絮凝和催化降解等功能为一体，从而达到多重多方位净化水体的作用。

Description

一种基于硅藻土的水体净化滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及净水剂技术领域，具体涉及一种基于硅藻土及其水体净化滤芯的制备方法。
背景技术
保护宝贵的水资源是一项重要课题，特别对我国来说，人均淡水资源只占世界平均水平的四分之一。虽然目前众多关于污水排放等保护水资源的法律法规相继出台，但是我国在此方面起步较晚，据相关研究表明，目前我国超过50％的地下水资源已经被污染，而劣五类水的比例也高达30％。因此，净化被污染的水源以及采用高效污水处理材料和技术已经刻不容缓。
传统水体净化剂主要采用氯气和次氯酸，虽然杀菌和微生物的效果较好，但是并不能去除污水中的重金属和颗粒污染物。絮凝剂包括硫酸铝、硫酸铁等材料虽然可以去除污水中的颗粒污染物，但是对有机污染物的分解并不能发挥有效作用。而具有较大比表面积的材料如硅藻土等通过物理吸附净化污水的作用单一，不适合工业大规模使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种基于硅藻土及其水体净化滤芯的制备方法，该基于硅藻土的水体净化滤芯兼具吸附、絮凝和催化降解等功能为一体，从而达到多重多方位净化水体的作用。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土研磨成粉，然后退火，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在40～80℃下反应1～3h后，加入丙烯酰胺和引发剂在乙醇中在混合均匀后，在50～80℃下搅拌反应0.5～3h，得到接枝改性淀粉；
(3)将有机钛酸酯和有机硅酸酯在溶剂中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在80～150℃下密封反应3～6h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、硅烷偶联剂在多羟基醇中混合均匀后，然后微波反应5～10min，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100～150℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，根据所述的制备方法制备得到。
通过上述技术方案，本发明通过硅藻土、接枝型两性淀粉和改性二氧化钛进行复合，使水体净化剂兼具吸附、絮凝和催化降解等功能为一体，从而达到多重多方位净化水体的作用。且本发明的原材料来源广泛，成本低廉，使用范围广，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由以下重量份的物质制成：硅藻土80～150重量份、淀粉20～40重量份、戊二醛5～6重量份、多羟基醇30～60重量份、丙烯酰胺5～10重量份、引发剂1～3重量份、有机硅酸酯0.1～0.5重量份、有机钛酸酯10～30重量份、硅烷偶联剂2～6重量份、PP树脂300～500重量份、碳酸氢钠20～50重量份、溶剂50～60重量份。优选条件下，所述基于硅藻土的水体净化滤芯，由以下重量份的物质制成：硅藻土100～120重量份、淀粉24～36重量份、戊二醛5～6重量份、多羟基醇40～50重量份、丙烯酰胺6～9重量份、引发剂1～3重量份、有机硅酸酯0.1～0.5重量份、有机钛酸酯15～25重量份、硅烷偶联剂2～6重量份、PP树脂300～500重量份、碳酸氢钠20～50重量份、溶剂50～60重量份。
本发明还提供一种所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土研磨成粉，然后退火，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在40～80℃下反应1～3h后，加入丙烯酰胺和引发剂在乙醇中在混合均匀后，在50～80℃下搅拌反应0.5～3h，得到接枝改性淀粉；
(3)将有机钛酸酯和有机硅酸酯在溶剂中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在80～150℃下密封反应3～6h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、硅烷偶联剂在多羟基醇中混合均匀后，然后微波反应5～10min，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100～150℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
硅藻土的来源广泛，具有丰富的多孔结构，对其粉碎后进行退火，能够除去硅藻土中的有机杂质和结晶水。硅藻土能够对水体中的污染物进行吸附，优选条件下，所述硅藻土的退火工艺为：退火温度为300～600℃，退火时间为2～5h。
本发明中采用戊二醛和淀粉反应生成羧基淀粉，羧基淀粉与丙烯酰胺和引发剂进一步反应，得到接枝型两性淀粉；它兼具有羧基和聚丙烯酰胺的双重特点；并且两者间通过化学键链接，提高了淀粉分子量，增强了其黏结架桥絮凝作用；此外，由于氨基上易于带阳离子正电荷，而羧基又带有阴离子负电荷，能够吸附水中的带电粒子，可适于处理带有不同电荷的水体，具有良好的抗盐性能，适应的pH值范围宽。由于淀粉为生物可降解材料，具有无毒性，无二次污染等特点。优选条件下，所述淀粉与所述丙烯酰胺的重量比为4:1。
将有机钛酸酯、有机硅酸酯与硅藻土进行密封反应，能够在硅藻土内部形成硅掺杂改性二氧化钛，硅掺杂改性二氧化钛避免了二氧化钛的导电性差且光生电子和空穴容易重组的缺点，从而提高二氧化钛的可见光响应范围和响应强度，提高了二氧化钛的催化效率；从而对水体中的有机物质进行降解，从而提高了水体的清洁度。
优选条件下，所述有机硅酸酯与所述有机钛酸酯的重量比为1:(50～100)。
优选条件下，所述有机硅酸酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、四丙氧基硅烷中的至少一种。
优选条件下，所述有机钛酸酯选自所述有机钛酸酯选自钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸正丁酯、钛酸异丁酯、钛酸异丙酯中的至少一种。
优选条件下，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷及脲丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
将改性淀粉和改性硅藻土、硅烷偶联剂在多羟基醇中进行微波反应5～10min，能够使改性淀粉与改性硅藻土发生耦合，使该水体净化剂兼具吸附、絮凝和催化降解等功能为一体，从而达到多重多方位净化水体的作用。
优选条件下，所述多羟基醇选自乙二醇、丙三醇、1,3-丙二醇和聚乙二醇中的至少一种。
优选条件下，所述引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种
优选条件下，所述微波反应的频率为800～1500KHZ。
优选条件下，所述溶剂选自三醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙二醇和水中的至少一种。
本发明中将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在高温下成型，能够使碳酸氢钠分解，产生多孔PP滤芯，滤芯中水体净化剂具有优良的净水作用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由以下重量份的物质制成：硅藻土100重量份、淀粉32重量份、戊二醛5重量份、乙二醇45重量份、丙烯酰胺8重量份、偶氮二异丁酸二甲酯2重量份、正硅酸乙酯0.5重量份、钛酸正丁酯25重量份、氨丙基三乙氧基硅烷3重量份、PP树脂500重量份、碳酸氢钠30重量份、乙醇60重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在400℃下退火3h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在60℃下反应2h后，加入丙烯酰胺和偶氮二异丁酸二甲酯在乙醇中在混合均匀后，在60℃下搅拌反应2h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸正丁酯和正硅酸乙酯在乙醇中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在120℃下密封反应4h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、氨丙基三乙氧基硅烷在乙二醇中混合均匀后，然后微波反应5min，微波反应的频率为1000KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在120℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
实施例2
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土120重量份、淀粉24重量份、戊二醛6重量份、1,3-丙二醇40重量份、丙烯酰胺6重量份、偶氮二异丁酸二甲酯3重量份、正硅酸甲酯0.2重量份、钛酸正丁酯15重量份、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷2重量份、PP树脂400重量份、碳酸氢钠30重量份、乙醇50重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在350℃下退火4h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在60℃下反应1.5h后，加入丙烯酰胺和偶氮二异丁酸二甲酯在乙醇中在混合均匀后，在60℃下搅拌反应2h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸正丁酯和正硅酸甲酯在乙醇中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在100℃下密封反应4h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷在1,3-丙二醇中混合均匀后，然后微波反应6min，微波反应的频率为1200KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
实施例3
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土100重量份、淀粉36重量份、戊二醛5重量份、1,3-丙二醇50重量份、丙烯酰胺9重量份、偶氮二异丁酸二甲酯1重量份、四丙氧基硅烷0.4重量份、钛酸正丁酯20重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷6重量份、PP树脂400重量份、碳酸氢钠50重量份、异丙醇60重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在500℃下退火2.5h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在75℃下反应1.5h后，加入丙烯酰胺和偶氮二异丁酸二甲酯在乙醇中在混合均匀后，在60℃下搅拌反应2h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸正丁酯和四丙氧基硅烷在异丙醇中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在100℃下密封反应5h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷在1,3-丙二醇中混合均匀后，然后微波反应6min，微波反应的频率为1000KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在150℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
实施例4
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土80重量份、淀粉40重量份、戊二醛6重量份、聚乙二醇30重量份、丙烯酰胺10重量份、偶氮异丁氰基甲酰胺3重量份、正硅酸乙酯0.1重量份、钛酸异丙酯10重量份、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷6重量份、PP树脂300重量份、碳酸氢钠20重量份、水50重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在300℃下退火5h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在80℃下反应1h后，加入丙烯酰胺和偶氮异丁氰基甲酰胺在乙醇中在混合均匀后，在80℃下搅拌反应0.5h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸异丙酯和正硅酸乙酯在水中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在150℃下密封反应3h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷在聚乙二醇中混合均匀后，然后微波反应10min，微波反应的频率为800KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在120℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
实施例5
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土150重量份、淀粉20重量份、戊二醛5重量份、乙二醇60重量份、丙烯酰胺5重量份、偶氮异丁氰基甲酰胺1重量份、正硅酸乙酯0.5重量份、钛酸异丙酯30重量份、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷2重量份、PP树脂400重量份、碳酸氢钠20重量份、水60重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成200目的粉末，然后在氩气氛围中在600℃下退火2h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在40℃下反应3h后，加入丙烯酰胺和偶氮异丁氰基甲酰胺在乙醇中在混合均匀后，在50℃下搅拌反应3h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸异丙酯和正硅酸乙酯在水中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在80℃下密封反应6h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷在乙二醇中混合均匀后，然后微波反应5min，微波反应的频率为1500KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
对比例1
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由以下重量份的物质制成：硅藻土100重量份、淀粉32重量份、正硅酸乙酯0.5重量份、钛酸正丁酯25重量份、氨丙基三乙氧基硅烷3重量份、PP树脂500重量份、碳酸氢钠30重量份、乙醇60重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在400℃下退火3h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将钛酸正丁酯和正硅酸乙酯在乙醇中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在120℃下密封反应4h，得到改性硅藻土；
(3)将淀粉和改性硅藻土、氨丙基三乙氧基硅烷在乙二醇中混合均匀后，然后微波反应5min，微波反应的频率为1000KHZ，得到水体净化剂；
(4)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
对比例2
一种基于硅藻土的水体净化滤芯，由以下重量份的物质制成：硅藻土100重量份、淀粉32重量份、戊二醛5重量份、乙二醇45重量份、丙烯酰胺8重量份、偶氮二异丁酸二甲酯2重量份、钛酸正丁酯25重量份、氨丙基三乙氧基硅烷3重量份、PP树脂500重量份、碳酸氢钠30重量份、乙醇60重量份。
所述基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土粉碎成300目的粉末，然后在氩气氛围中在400℃下退火3h，得到硅藻土，对硅藻土进行研磨，然后过120目筛，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在60℃下反应2h后，加入丙烯酰胺和偶氮二异丁酸二甲酯在乙醇中在混合均匀后，在60℃下搅拌反应2h，得到接枝改性淀粉；
(3)将钛酸正丁酯在乙醇中搅拌均匀，得到溶胶，向溶胶中加入硅藻土粉末在120℃下密封反应4h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、氨丙基三乙氧基硅烷在乙二醇中混合均匀后，然后微波反应5min，微波反应的频率为1000KHZ，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅藻土研磨成粉，然后退火，得到硅藻土粉末；
(2)将淀粉与戊二醛在40～80℃下反应1～3h后，加入丙烯酰胺和引发剂在乙醇中在混合均匀后，在50～80℃下搅拌反应0.5～3h，得到接枝改性淀粉；
(3)将有机钛酸酯和有机硅酸酯在溶剂中搅拌均匀，得到混合溶胶，向混合溶胶中加入硅藻土粉末在80～150℃下密封反应3～6h，得到改性硅藻土；
(4)将改性淀粉和改性硅藻土、硅烷偶联剂在多羟基醇中混合均匀后，然后微波反应5～10min，得到水体净化剂；
(5)将水体净化剂与PP树脂、碳酸氢钠混合均匀后，在100～150℃下浇注成型，冷却固化后，得到基于硅藻土的水体净化滤芯。
2.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述硅藻土的退火工艺为：退火温度为300～600℃，退火时间为2～5h。
3.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述淀粉与所述丙烯酰胺的重量比为4:1。
4.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述有机硅酸酯与所述有机钛酸酯的重量比为1:(50～100)。
5.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述有机钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四甲酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、钛酸四正丁酯中的至少一种；和/或
所述有机硅酸酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、四丙氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述多羟基醇选自乙二醇、丙三醇、1,3-丙二醇和聚乙二醇中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述微波反应的频率为800～1500KHZ。
8.根据权利要求1所述的基于硅藻土的水体净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自三醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙二醇和水中的至少一种。
9.一种基于硅藻土的水体净化滤芯，其特征在于，根据权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制备得到。
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