CN108722018A - 一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯，由以下质量份的原料制成：改性麦饭石5～20份，改性沸石5～20份，改性白云岩5～10份，改性硅灰石2～5份，改性火山玻璃岩2～5份，改性海浮石2～10份，改性石英斑岩2～10份，活性炭20～40份，改性海泡石10～20份，粘结剂10～30份，所述锶矿化滤芯过滤水时能稳定的释放宏量元素以及微量元素，对低矿化度水进行再矿化。本发明还提供了所述锶矿化滤芯的制备方法，步骤如下：按所述原料的质量份进行配料；将原料进行均匀混合；将混合后的原料放入液压模具烧结30分钟，液压温度为150℃，压力为15Mpa，冷却，即制得锶矿化滤芯。本发明提供的锶矿化滤芯矿化效果好，不产生二次污染。

Description

一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及纯水再矿化材料制备技术领域，尤其涉及一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯及其制备方法。
背景技术
近年来，水资源紧缺和水污染严重已经成为影响社会经济发展和人民生活水平的重要因素。为了解决以上问题，各种水处理技术发展迅猛。反渗透、电渗析、蒸馏、离子交换树脂等脱盐技术快速应用于各行各业，并在净水器等家用水处理设备中大量应用，进入千家万户。现有脱盐技术已经可以将高矿化度的咸水和各种污染类型的污水处理成纯水，极大的解决了饮用水的安全性问题。但是，随着纯水净水器的大量普及，低矿化度饮用水的健康性问题日益显现。
目前的饮用水规程和技术重点关注细菌和毒素的最大允许含量，但矿物质平衡也同样重要。全球水资源管理合作组织执行秘书长Ania Grobicki博士指出，安全的再矿化水为公共卫生健康提供了双赢的解决方案，人们既能避免水中有害物质的危害，又能获得重要元素的平衡，这会大大有助于健康和长寿。
目前，针对纯水再矿化方面的研究较少，市面上的矿化滤芯类产品主要包括以下几类：1、将可溶性钙盐、镁盐、钾盐、钠盐和粘性土混合造粒，这种工艺的矿化球是市面上主要产品，但是前期溶解不受控制，特别是浸泡条件下，矿化度太高，各种矿物质比例不协调，存在安全隐患；2、将麦饭石、沸石、电气石等岩石磨粉造粒，这种工艺的产品在通水条件下几乎没有效果，并且存在重金属析出等安全风险；3、直接用天然麦饭石等灌装，由于未改性加工的天然岩石在水中析出矿物质太慢，所以短时间没有效果，并且同样存在二次污染的安全风险。
因此，研发安全并且健康的纯水再矿化技术和产品非常重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能有效解决水质问题、矿化效果好、无二次污染的基于天然岩石材料的锶矿化滤芯，还提供了一种工艺简单的锶矿化滤芯的制备方法。
本发明提供一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯，由以下质量份的原料制成：主料：改性麦饭石5～20份，改性沸石5～20份，改性白云岩5～10份，改性硅灰石2～5份，改性火山玻璃岩2～5份，改性海浮石2～10份，改性石英斑岩2～10份；辅料：活性炭20～40份，改性海泡石10～20份，粘结剂10～30份。
本发明还提供一种制备所述锶矿化滤芯的方法，包括以下步骤：
S1，改性：对天然麦饭石、天然沸石、天然白云岩、天然硅灰石、天然火山玻璃岩、天然海浮石、天然石英斑岩、天然海泡石进行改性处理，制备得到改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和改性海泡石，备用；
S2，配料：按所述原料的质量份进行配料；
S3，混合：将改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和活性炭、改性海泡石、粘结剂进行均匀混合；
S4，烧制：将均匀混合后的原料放入液压模具烧结，烧结后冷却，即制得矿化滤芯。
进一步地，所述改性麦饭石通过以下方法制备：将天然麦饭石破碎，在一定温度条件下活化，然后使用微波进行改性，再利用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性麦饭石。
进一步地，所述改性沸石通过以下方法制备：将天然沸石破碎，与食盐、熟石灰混合，然后加入去离子水，自然风干，然后加热，取出后加入去离子水，加热，液体减少一半后加入柠檬酸调节pH，然后浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性沸石。
进一步地，所述改性白云岩通过以下方法制备：将天然白云岩破碎，利用CaCl2和MgCl2的混合溶液超声洗涤，再浸泡，然后在空气中充分干燥，再在二氧化碳气体中焙烧，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性白云岩。
进一步地，所述改性硅灰石通过以下方法制备：筛选针状纤维状的天然硅灰石，向天然硅灰石中加入生石灰混合均匀，然后快速倒入去离子水搅拌，形成乳浊液后通入二氧化碳气体，乳浊液与二氧化碳气体反应完成后静置，然后抽滤，将抽滤后得到的固体倒入去离子水中，再次抽滤后在烘箱中烘干，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性硅灰石。
进一步地，所述改性火山玻璃岩通过以下方法制备：将天然火山玻璃岩破碎，利用稀盐酸超声洗涤，再用去离子水清洗后在空气中充分干燥，然后在空气中进行预烧改性，然后逐渐升温到一定温度焙烧，冷却，充分研磨，过筛，即得到改性火山玻璃岩。
进一步地，所述改性海浮石通过以下方法制备：利用去离子水浸泡天然海浮石，洗净后在烘箱中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性海浮石。
进一步地，所述改性石英斑岩通过以下方法制备：将天然石英斑岩破碎，然后逐渐升温到一定温度焙烧，再放入稀盐酸溶液中浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性石英斑岩。
进一步地，所述改性海泡石通过以下方法制备：将天然海泡石磨粉，然后加入去离子水超声洗涤，然后过滤，自然风干，再加入白醋溶液浸泡，待白醋溶液中的H+完全取代天然海泡石中的Mg2+后，加入FeCl2溶液，然后在恒温条件下震荡摇匀，再放置在烘箱中烘干,充分研磨后过筛，然后加入去离子水，清洗后烘干，即得到改性海泡石。
与现有技术相比，本发明提供的用于纯水再矿化的锶矿化滤芯具有以下优点：(1)绿色环保，无二次污染，无重金属超标；(2)保持弱碱性，利用锶矿化滤芯过滤后的水的pH值可以稳定在7.0～8.5之间，长期浸泡pH也不会超过8.5，并且模拟用户正常使用的情况下，通水可以达到5吨水以上；(3)锶矿化滤芯过滤后的水中含有丰富的微量元素，其中锶含量达到国家饮用锶矿泉水标准，连续使用15个月依然具有矿化效果。
附图说明
图1是本发明一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯，由以下质量份的原料制成：主料：改性麦饭石5～20份，改性沸石5～20份，改性白云岩5～10份，改性硅灰石2～5份，改性火山玻璃岩2～5份，改性海浮石2～10份，改性石英斑岩2～10份；辅料：活性炭20～40份，改性海泡石10～20份，粘结剂10～30份，其中，所有原料的粒径为35～400目，活性炭优选粒径为80～325目的椰壳活性炭，粘结剂优选食品级聚乙烯。
改性麦饭石的制备方法为：将天然麦饭石破碎，在一定温度条件下进行活化，然后使用微波进行改性，再利用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性沸石的制备方法为：将天然沸石破碎，与食盐、熟石灰混合，然后加入去离子水，自然风干，然后加热，取出后加入去离子水，加热，液体减少一半后加入柠檬酸调节pH，然后浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性白云岩的制备方法为：将天然白云岩破碎，利用CaCl2和MgCl2的混合溶液超声洗涤，再浸泡，然后在空气中充分干燥，再在二氧化碳气体中焙烧，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性硅灰石的制备方法为：筛选针状纤维状的天然硅灰石，向天然硅灰石中加入生石灰混合均匀，然后快速倒入大量去离子水搅拌，形成乳浊液后通入二氧化碳气体，乳浊液与二氧化碳气体反应完成后静置，然后抽滤，将抽滤后获得的固体倒入去离子水中，再次抽滤后在烘箱中烘干，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性火山玻璃岩的制备方法为：将天然火山玻璃岩破碎，利用稀盐酸超声洗涤，再用去离子水清洗后在空气中充分干燥，然后在空气中进行预烧改性，然后逐渐升温到一定温度焙烧，冷却，充分研磨，过筛即得。
改性海浮石的制备方法为：利用去离子水浸泡天然海浮石，洗净后在烘箱中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性石英斑岩的制备方法为：将天然石英斑岩破碎，然后逐渐升温到一定温度焙烧，再放入稀盐酸溶液中浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛即得。
改性海泡石的制备方法为：将天然海泡石磨粉，然后加入去离子水超声洗涤，然后过滤，自然风干，再加入白醋溶液浸泡，待白醋溶液中的H+完全取代天然海泡石中的Mg2+后，加入FeCl2溶液，然后在恒温条件下震荡摇匀，再放置在烘箱中烘干,充分研磨后过筛，此时海泡石结构变为硅氧四面体结构，孔隙度大大增加，然后加入去离子水，多次清洗后烘干即得。
参考图1，本发明的实施例还提供了一种上述锶矿化滤芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性：对天然麦饭石、天然沸石、天然白云岩、天然硅灰石、天然火山玻璃岩、天然海浮石、天然石英斑岩、天然海泡石进行改性处理，制备得到改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和改性海泡石，备用。
步骤S2,配料：按上述改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和活性炭、改性海泡石、粘结剂的质量份进行配料，采用不同的配方组分，可以得到不同矿物质配比的复合滤芯，进而可以针对不同水质处理进行配方选取。
步骤S3，混合：将上述改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和活性炭、改性海泡石、粘结剂均匀混合。
步骤S4，烧制：将均匀混合后的原料放入液压模具中烧结，然后冷却，即制得矿化滤芯。
下面结合实施例对本发明提供的矿化滤芯及其制备方法进行详细说明。
实施例1：
将天然麦饭石破碎，在300℃条件下活化3小时，然后使用微波强度80％进行改性，辐射10min，再利用去离子水在超声波清洗仪中洗涤2小时，然后在空气中以120℃充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性麦饭石，天然麦饭石采用天山奥陶系地层麦饭石；将天然沸石破碎，与食盐、熟石灰按照5:1:1的质量比例混合，然后加入去离子水，自然风干，然后放入马弗炉中在480℃下加热4小时，取出后加入去离子水，在150℃下加热，液体减少一半后加入柠檬酸将pH调至中性，浸泡24小时，再用去离子水在超声波清洗仪中洗涤2小时，然后在空气中以80℃充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性沸石，天然沸石采用浙江四明山斜发沸石；将天然白云岩破碎，利用CaCl2和MgCl2的混合溶液在超声波清洗仪中洗涤2小时，再浸泡12小时，然后在空气中以80℃充分干燥，再在二氧化碳气体中以200℃焙烧1小时，然后冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性白云岩，天然白云岩产自广西巴马，含菱锶矿；筛选针状纤维状的天然硅灰石，向天然硅灰石中加入生石灰混合均匀，天然硅灰石与生石灰的质量比为5:1，然后快速倒入大量去离子水搅拌，形成乳浊液后通入二氧化碳气体，乳浊液与二氧化碳气体反应完成后静置24小时，然后抽滤，将抽滤后获得的固体倒入去离子水中，再次抽滤后在80℃烘箱中烘干，然后冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性硅灰石，天然硅灰石产自吉林梨树三叠系地层；将天然火山玻璃岩破碎，利用稀盐酸(质量分数低于20％的盐酸)在超声波清洗仪中洗涤2小时，再用去离子水清洗后在空气中以80℃充分干燥，然后在空气中以350～500℃进行预烧改性30分钟，然后以100℃/min的速度逐渐升温到1300℃，再在1300℃下焙烧1小时，冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性火山玻璃岩，天然火山玻璃岩产自新疆和田三叠系地层，天然火山玻璃岩为天然珍珠岩或天然黑曜岩；利用去离子水将天然海浮石浸泡1～2天，洗净后在120℃烘箱中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛200目即得到改性海浮石，天然海浮石产自山东烟台二叠系地层；将天然石英斑岩破碎，然后放置在马弗炉中逐渐升温到800℃焙烧2小时，再放入稀盐酸溶液(质量分数低于20％的盐酸)中浸泡1小时，再用去离子水在超声波清洗仪中洗涤2小时，然后在空气中以120℃充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛80目即得到改性石英斑岩；将天然海泡石磨粉，然后加入去离子水在超声波清洗仪中洗涤1小时，然后过滤，自然风干，再加入摩尔浓度为1mol/L的白醋溶液浸泡24小时，待白醋溶液中的H+完全取代天然海泡石中的Mg2+后，加入摩尔浓度为0.4mol/L的FeCl2溶液，然后在95℃～100℃的恒温条件下震荡摇匀，再放置在110℃烘箱中烘干,充分研磨后过筛50～200目，此时海泡石结构变为硅氧四面体结构，孔隙度大大增加，然后加入去离子水，多次清洗后烘干即得到改性海泡石；
按上述制得的改性麦饭石25g，改性沸石50g，改性白云岩30g，改性硅灰石10g，改性珍珠岩10g，改性海浮石20g，改性石英斑岩15g，椰壳活性炭180g，改性海泡石60g，食品级聚乙烯130g进行配料，每5g为一份，均匀混合后放入液压模具烧结30分钟，液压温度为150℃，压力为15MPa，冷却，即得到以宏量元素矿化为主的基于天然岩石材料的10寸锶矿化滤芯。
实施例2：
按上述实施例1制得的改性麦饭石25g，改性沸石30g，改性白云岩45g，改性硅灰石20g，改性黑曜岩20g，改性海浮石25g，改性石英斑岩10g，椰壳活性炭130g，改性海泡石50g，食品级聚乙烯150g进行配料，每5g为一份，均匀混合后放入液压模具烧结30分钟，液压温度为150℃，压力为15MPa，冷却，即得到以锶矿化为主的基于天然岩石材料的10寸锶矿化滤芯。
实施例3：
按上述实施例1制得的改性麦饭石36g，改性沸石45g，改性白云岩24g，改性硅灰石9g，改性黑曜岩9g，改性海浮石27g，改性石英斑岩21g，活性炭90g，改性海泡石45g，聚乙烯39g进行配料，每3g为一份，均匀混合后放入液压模具烧结30分钟，液压温度为150℃，压力为15MPa，冷却，即得到基于天然岩石材料的10寸锶矿化滤芯。
通过实验发现本发明制得的锶矿化滤芯，在过水条件下TDS(Total dissolvedsolids，溶解性固体总量)稳定增加20～50mg/L，钙、镁等宏量元素增加量为2～10mg/L，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Sr(1.2mg/L)和Zn(0.2223mg/L)分别为中国饮用天然矿泉水标准的6倍和1.11倍。
本发明通过对天然岩石材料进行改性，同时通过对各种岩石材料进行合理配比制得锶矿化滤芯，该锶矿化滤芯过滤水时能稳定的释放出对人体有益的钾、钙、钠、镁等宏量元素以及锌、铁、硒、锶等人体必需或可能必需的微量元素，实现对低矿化度水进行再矿化。
本发明提供的用于纯水再矿化的锶矿化滤芯具有以下优点：(1)绿色环保，无二次污染，无重金属超标；(2)保持弱碱性，利用锶矿化滤芯过滤后的水的pH值可以稳定在7.0～8.5之间，长期浸泡pH也不会超过8.5，并且模拟用户正常使用的情况下，通水可以达到5吨水以上；(3)锶矿化滤芯过滤后的水中含有丰富的微量元素，其中锶含量达到国家饮用锶矿泉水标准，连续使用15个月依然具有矿化效果。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于天然岩石材料的锶矿化滤芯，其特征在于，由以下质量份的原料制成：主料：改性麦饭石5～20份，改性沸石5～20份，改性白云岩5～10份，改性硅灰石2～5份，改性火山玻璃岩2～5份，改性海浮石2～10份，改性石英斑岩2～10份；辅料：活性炭20～40份，改性海泡石10～20份，粘结剂10～30份。
2.一种制备权利要求1所述的锶矿化滤芯的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，改性：对天然麦饭石、天然沸石、天然白云岩、天然硅灰石、天然火山玻璃岩、天然海浮石、天然石英斑岩、天然海泡石进行改性处理，制备得到改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和改性海泡石，备用；
S2，配料：按所述原料的质量份进行配料；
S3，混合：将改性麦饭石、改性沸石、改性白云岩、改性硅灰石、改性火山玻璃岩、改性海浮石、改性石英斑岩和活性炭、改性海泡石、粘结剂进行均匀混合；
S4，烧制：将均匀混合后的原料放入液压模具烧结，烧结后冷却，即制得矿化滤芯。
3.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性麦饭石通过以下方法制备：将天然麦饭石破碎，在一定温度条件下活化，然后使用微波进行改性，再利用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性麦饭石。
4.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性沸石通过以下方法制备：将天然沸石破碎，与食盐、熟石灰混合，然后加入去离子水，自然风干，然后加热，取出后加入去离子水，加热，液体减少一半后加入柠檬酸调节pH，然后浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性沸石。
5.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性白云岩通过以下方法制备：将天然白云岩破碎，利用CaCl2和MgCl2的混合溶液超声洗涤，再浸泡，然后在空气中充分干燥，再在二氧化碳气体中焙烧，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性白云岩。
6.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性硅灰石通过以下方法制备：筛选针状纤维状的天然硅灰石，向天然硅灰石中加入生石灰混合均匀，然后快速倒入去离子水搅拌，形成乳浊液后通入二氧化碳气体，乳浊液与二氧化碳气体反应完成后静置，然后抽滤，将抽滤后得到的固体倒入去离子水中，再次抽滤后在烘箱中烘干，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性硅灰石。
7.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性火山玻璃岩通过以下方法制备：将天然火山玻璃岩破碎，利用稀盐酸超声洗涤，再用去离子水清洗后在空气中充分干燥，然后在空气中进行预烧改性，然后逐渐升温到一定温度焙烧，冷却，充分研磨，过筛，即得到改性火山玻璃岩。
8.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性海浮石通过以下方法制备：利用去离子水浸泡天然海浮石，洗净后在烘箱中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性海浮石。
9.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性石英斑岩通过以下方法制备：将天然石英斑岩破碎，然后逐渐升温到一定温度焙烧，再放入稀盐酸溶液中浸泡，再用去离子水超声洗涤，然后在空气中充分干燥，然后冷却，充分研磨，过筛，即得到改性石英斑岩。
10.如权利要求2所述的锶矿化滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性海泡石通过以下方法制备：将天然海泡石磨粉，然后加入去离子水超声洗涤，然后过滤，自然风干，再加入白醋溶液浸泡，待白醋溶液中的H+完全取代天然海泡石中的Mg2+后，加入FeCl2溶液，然后在恒温条件下震荡摇匀，再放置在烘箱中烘干,充分研磨后过筛，然后加入去离子水，清洗后烘干，即得到改性海泡石。
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