CN108722368A - 一种多功能一体式多孔净水材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能一体式多孔净水材料，用高比表活性炭和高分子净水材料为主体成分，对污染物有大的吸附量，能同时高效去除多种污染物，替代多种滤芯材料串联的结构，可简化净水设备结构，有利于净水设备的推广。

Description

一种多功能一体式多孔净水材料
技术领域
本发明涉及净水技术领域，具体涉及一种多功能一体式多孔净水材料。
背景技术
随着人口增多，工业和经济的发展，地表水系受到的污染日益严重，工厂排污、生活污水使得全国优质水源不断减少；地下水污染更加触目惊心，垃圾填埋、化粪池、矿场污染、工厂的地下排污，使得全国近60％的地下水水质为“差”。目前，我国自来水厂仍采用传统处理工艺，不能有效去除的大部分污染物，在水中已经检测到的有机和无机的污染物已超过2100种。
针对不同类型的污染物，已开发出多种净水材料，应用于净水器等设备中。然而现有的材料都存在处理范围窄、成本高或存在二次污染风险等问题：如PP棉仅针对水中悬浮物、泥沙、铁锈、胶体等大颗粒物质的去除，对于细菌、有机分子等都无能为力；常用的活性炭可去除余氯、农药残留、色素等，不能有效吸附细菌、钙镁离子等；RO(反渗透)膜可去除大部分的金属离子，但是同时也去除了对人体有益的矿物质，同时成本较高；KDF可有效处理水中的余氯和重金属，并抑制水中微生物的生长，但仍存在重金属二次污染的问题。
在实际使用过程中，为达到清洁水源和减小净净水材料生物污染的效果，一般采用次氯酸钠对进水进行杀菌消毒，由此引入的活性氯会对净水材料产生不可逆的破坏，使净水性能迅速下降而无法继续使用。因此，为延长净水材料的使用寿命，进水在消毒后还需要进行脱氯处理，以达到进水中余氯含量小于0.1ppm的要求，这类操作明显增加运行成本。如果能够制备获得具有耐氯性能的高脱盐率净水材料，则可以有效的减少操作复杂性，降低运行成本；同时由于进水中余氯的存在，可以有效抑制细菌的快速繁殖，避免膜运行过程中的生物污染，不仅利于系统的稳定运行，还可以减少化学清洗次数，进一步降低系统维护费用。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明涉及一种多功能一体式多孔净水材料，属于水净化领域。
所述材料特征在于将纳米处理技术应用于多孔型复合材料，可同时处理水中多种污染物。其制备方法在于将活性炭、高分子净水材料、黏土、粘结剂按一定比例干混球磨，加入一定量的水湿混后，经捏合、真空练泥、陈化、挤出成型、阴干、微波辐照定型后获得多孔型多孔材料，再将该成型材料利用气相沉积、液相改性与固相反应中的一种或几种进行处理，形成具有丰富的纳米级孔径的多孔复合材料。该材料比表面积大、孔隙发达、抗压强度高，可同时高效去除水中的余氯、钙镁离子、重金属离子、细菌等污染物，可作为滤芯广泛用于各类净水器中。
具体地，本发明提供一种多功能一体式高效多孔净水材料，主要包含以下内容：
一种多功能一体式高效多孔净水材料，其特征在于：活性炭含量40～50wt％，高分子净水材料20～30％，黏土含量10～25wt％，粘结剂含量1～10wt％，按一定比例干混球磨，加入一定量的水湿混后，经捏合、真空练泥、陈化、挤出成型、阴干、微波辐照定型后获得多孔型多孔材料，再将该成型材料利用气相沉积、液相改性与固相反应中的一种或几种进行处理，形成具有丰富的纳米级孔径的多孔复合材料；高分子净水材料为氧化石墨烯、纳米二氧化钛与高分子聚合物制备而成。
所述高分子净水材料的制备方法为：
1)将氧化石墨烯与纳米二氧化钛按质量比例混合，在酸性条件下反应，反应温度为70～80℃，反应时间为1～15小时，获得产物氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物；
2)将氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物、高分子聚合物溶解于溶剂中，搅拌至完全溶解，然后经喷雾干燥获得氧化石墨烯/纳米二氧化钛/高分子聚合物复合高分子净水材料。
进一步地，步骤1)中，氧化石墨烯、纳米二氧化钛的混合质量比例为1:1～10；所述的酸性条件为，pH值为3～5的稀酸溶液；
所述的稀酸为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸中任意一种或多种。
进一步地，步骤2)中，所述的高分子聚合材料为聚羟基丁酸脂、聚偏氟乙烯、聚碳酸脂，聚氨酯中的任意一种或几种，其加入量为氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物重量的2～3倍。
进一步地，步骤2)中，所述的溶剂为乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸中的任意一种或几种。
本发明制备得到多功能一体式高效多孔净水材料能够同时去除余氯、重金属离子、钙镁离子、细菌微生物、有机物中的三种或三种以上。
本发明的有益效果是：1)采用高比表活性炭和高分子净水材料为主体成分，对污染物有大的吸附量；2)利用多孔结构，降低了水压损失，提高净化后水的出水效率；3)同时高效去除多种污染物，替代多种滤芯材料串联的结构，可简化净水设备结构，有利于净水设备的推广。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【实施例1】
S1、高分子净水材料的制备
1)将氧化石墨烯与纳米二氧化钛按质量比例1:2混合，在pH值为3的稀盐酸溶液中，反应温度为70℃，反应时间为12小时，获得产物氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物；
2)将氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物、2倍质量的高分子聚合物聚羟基丁酸脂溶解于溶剂乙醇中，搅拌至完全溶解，然后经喷雾干燥获得氧化石墨烯/纳米二氧化钛/高分子聚合物复合高分子净水材料A。
S2、多功能一体式高效多孔净水材料的制备
将椰壳活性炭40wt％、上述制备的高分子净水材料A 25％、高岭土25wt％、甲基纤维素球10wt％充分混合，磨至300～400目，加入800mL水湿法捏合1h，-0.09MPa真空练泥5h，陈化12h，于立式挤出机中挤出成型制得多孔状活性炭陶瓷粗胚，粗胚常温下晾48h后于微波辐照550℃真空下定型(微波辐照密度2.0kw/kg)制得多孔型复合材料。将成型材料置于真空中，采用银作为蒸镀源，当成型材料质量增加0.5％时，取出，置于净水器中。
S3、净水器处理后的水按照GB/T 5750–2006《生活饮用水标准检验方法》检测及GB4789-2010《食品安全国家标准》，余氯含量<0.005mg/L，Pb含量<0.001mg/L、Cu含量<0.01mg/L、菌落总数<1cfu/ml，大肠菌群和金黄色葡萄球菌未检出。
【实施例2】
S1、高分子净水材料的制备
1)将氧化石墨烯与纳米二氧化钛按质量比例1:10混合，在pH值为5的稀硫酸溶液中，反应温度为75℃，反应时间为12小时，获得产物氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物；
2)将氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物、高分子聚合物聚羟基丁酸脂和聚氨酯溶剂乙醇和甲酸中，搅拌至完全溶解，然后经喷雾干燥获得氧化石墨烯/纳米二氧化钛/高分子聚合物复合高分子净水材料B。
S2、多功能一体式高效多孔净水材料的制备
将椰壳活性炭40wt％、上述制备的高分子净水材料B 25％、高岭土25wt％、甲基纤维素球10wt％充分混合，磨至300～400目，加入800mL水湿法捏合1h，-0.09MPa真空练泥5h，陈化12h，于立式挤出机中挤出成型制得多孔状活性炭陶瓷粗胚，粗胚常温下晾48h后于微波辐照550℃真空下定型(微波辐照密度2.0kw/kg)制得多孔型复合材料。将成型材料置于真空中，采用银作为蒸镀源，当成型材料质量增加0.5％时，取出，置于净水器中。
S3、净水器处理后的水按照GB/T 5750–2006《生活饮用水标准检验方法》检测及GB4789-2010《食品安全国家标准》，余氯含量<0.005mg/L，Pb含量<0.001mg/L、Cu含量<0.01mg/L、菌落总数<1cfu/ml，大肠菌群和金黄色葡萄球菌未检出。
【实施例3】
S1、高分子净水材料的制备
1)将氧化石墨烯与纳米二氧化钛按质量比例1:5混合，在pH值为4的稀酸溶液中，反应温度为80℃，反应时间为5小时，获得产物氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物；
2)将氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物、高分子聚合物聚碳酸脂溶解于溶剂甲酸中，搅拌至完全溶解，然后经喷雾干燥获得氧化石墨烯/纳米二氧化钛/高分子聚合物复合高分子净水材料C。
S2、多功能一体式高效多孔净水材料的制备
将椰壳活性炭40wt％、上述制备的高分子净水材料C 25％、高岭土25wt％、甲基纤维素球10wt％充分混合，磨至300～400目，加入800mL水湿法捏合1h，-0.09MPa真空练泥5h，陈化12h，于立式挤出机中挤出成型制得多孔状活性炭陶瓷粗胚，粗胚常温下晾48h后于微波辐照550℃真空下定型(微波辐照密度2.0kw/kg)制得多孔型复合材料。将成型材料置于真空中，采用银作为蒸镀源，当成型材料质量增加0.5％时，取出，置于净水器中。
S3、净水器处理后的水按照GB/T 5750–2006《生活饮用水标准检验方法》检测及GB4789-2010《食品安全国家标准》，余氯含量<0.005mg/L，Pb含量<0.001mg/L、Cu含量<0.01mg/L、菌落总数<1cfu/ml，大肠菌群和金黄色葡萄球菌未检出。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (8)

1.一种多功能一体式多孔净水材料，其特征在于：活性炭含量40～50wt％，高分子净水材料20～30％，黏土含量10～25wt％，粘结剂含量1～10wt％，按一定比例干混球磨，加入一定量的水湿混后，经捏合、真空练泥、陈化、挤出成型、阴干、微波辐照定型后获得多孔型多孔材料，其制备方法在于：将活性炭、高分子净水材料、黏土、粘结剂按一定比例干混球磨，加入一定量的水湿混后，经捏合、真空练泥、陈化、挤出成型、阴干、微波辐照定型后获得多孔型多孔材料，再将该成型材料利用气相沉积、液相改性与固相反应中的一种或几种进行处理，形成具有丰富的纳米级孔径的多孔复合材料；其中，高分子净水材料为氧化石墨烯、纳米二氧化钛与高分子聚合物制备而成。
2.根据权利要求1所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，所述高分子净水材料的制备方法为：
1)将氧化石墨烯与纳米二氧化钛按质量比例混合，在酸性条件下反应，反应温度为70～80℃，反应时间为1～15小时，获得产物氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物；
2)将氧化石墨烯/纳米二氧化钛复合物、高分子聚合物溶解于溶剂中，搅拌至完全溶解，然后经喷雾干燥获得氧化石墨烯/纳米二氧化钛/高分子聚合物复合高分子净水材料。
3.根据权利要求2所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，步骤1)中，氧化石墨烯、纳米二氧化钛的混合质量比例为1:1～10。
4.根据权利要求2所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，步骤1)中，所述的酸性条件为，pH值为3～5的稀酸溶液。
5.根据权利要求4所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，所述的稀酸为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸中任意一种或多种。
6.根据权利要求2所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，步骤2)中，所述的高分子聚合材料为聚羟基丁酸脂、聚偏氟乙烯、聚碳酸脂，聚氨酯中的任意一种或几种。
7.根据权利要求2所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，步骤2)中，所述的溶剂为乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸中的任意一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多功能一体式多孔净水材料，其特征在于，同时去除余氯、重金属离子、钙镁离子、细菌微生物、有机物中的三种或三种以上。
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