CN108744728A - 一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯及其制备方法 - Google Patents

一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，有以下重量份的原料组成：改性天然钙质砂10～60份、改性沸石5～30份、高纯白云石5～30份、高纯方解石5～40份、椰壳活性炭粉40～60份、超高分子聚乙烯粉10～40份。本发明还包括一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法。本发明使得矿石、矿砂在持续通水条件下缓慢反应，释放钙离子，并调节出水的酸碱度，保证出水为pH在7.0～9.0范围内的弱碱性水。同时组分‑改性沸石可调节反应程度，使出水弱碱性保持稳定且持续。科学研究表明，长期饮用弱碱性水，对于调解人体的消化系统有很大的益处。该发明具有广泛的应用前景和市场价值。

Description

一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及活性炭滤芯及其制备方法，尤其涉及一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人民生活水平日益提高，人们生活中多食肉类食品，使得许多人进食呈现弱酸性偏多的趋势，加之生活节奏紧张，通宵熬夜已是年轻人的常态，并且近年来环境问题的凸显，城市人群缺乏运动以及生活压力的影响，许多人体质偏酸，这可能导致一系列的亚健康隐患。饮用水方面，目前市售的不少瓶装水及饮料均为酸性。而健康的饮用水应该是pH偏碱性的。pH偏碱性的饮用水能够使胃粘膜分泌更多地胃酸来消化食物，从而达到提高人体对事物中营养的吸收效率，pH偏碱性的饮用水能够有一定的预防心血管疾病的功效。
钙离子是饮用水中的可口成分，钙离子可以提升水的口感。钙离子作为人体的必须矿物元素，其大量存在于人体的骨骼牙齿当中，所以对于还处于发育期的婴幼儿，以及钙质流失较严重的老年人群体，饮用含有钙离子的水会更有必要。
水是生命之源，在市场上较为普及的反渗透净水器(RO膜)后面再加一个天然弱碱性复合矿物滤芯，不仅能将弱酸性的纯水变成弱碱性，还能增加适量的钙离子。随着人们对健康以及生活品质的追求，对饮用水的需求已经不能满足于仅仅安全的现状，更高层次的转向对健康饮用水的需求。这种可将弱酸性纯水弱碱性化及适量钙矿化的技术将成为消费者追求健康饮水的必然趋势，同样也是反渗透净水机厂家在市场同质化竞争日益激烈的环境中寻求商业突破的一个重要选择。
目前，市面上该功能的产品均以矿石粉料混合高岭土的烧结再成型为主，生产不成规模，并且技术指标参差不齐。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种稳定持续调节饮用水酸碱度，有效解决反渗透纯净水缺乏矿物元素问题，提高净水机的实用性和健康性的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯及其制备方法。
本发明的实施例提供一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，由以下重量份的原料制成：改性天然钙质砂10～60份、改性沸石5～30份、高纯白云石5～30份、高纯方解石5～40份、椰壳活性炭粉40～60份、超高分子聚乙烯10～40份；所述改性天然钙质砂为反复水洗、高温烘干并破碎筛分而得，具有稳定释放钙元素及调节酸碱性的化功能，所述改性沸石能够稳定天然钙质砂的反应及释放钙离子速率，并提高滤芯的针对吸附性，所述高纯白云石具有辅助调节酸碱性及释放其他有益微量元素的功能，所述高纯方解石同样具有更加缓慢调节出水pH的功能，使滤芯效果更加持久。
进一步，所述改性天然钙质砂与改性沸石的重量比为1～2.5：0.5～1。
进一步，所述改性天然钙质砂的粒径为35～60目，所述改性沸石的粒径为35～200目，所述高纯白云石的粒径为60～200目，所述高纯方解石的粒径为60～200目，所述椰壳活性炭粉的粒径为80～200目，所述超高分子聚乙烯的粒径为100～200目。
一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备改性天然钙质砂和改性沸石；
S2.按照配比将改性天然钙质砂、改性沸石、高纯白云石、高纯方解石、椰壳活性炭、超高分子聚乙烯充分搅拌混合均匀，并装入模具中；
S3.利用液压机压制，初步成型；
S4.恒温烧制，烧制温度为80～300℃；
S5.冷却至100～200℃，脱模，得到成型活性碳棒；
S6.将活性碳棒切割整齐、粘连、加工为成品，即得到天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯。
进一步，所述步骤S1中，改性天然钙质砂通过以下方法制备：将天然钙质砂经反复冲洗无杂质，再用超声波清洗机洗净，105℃恒温烘干，经过破碎筛分预选出粒径为35～60目的天然钙质砂粉粒，将预选的天然钙质砂粉粒在200～400℃高温改性1～4h，在空气湿度低于25％条件下，自然冷却至室温，即得到改性天然钙质砂。
进一步，所述天然钙质砂为珊瑚砂、贝壳、牡丹贝中的一种或几种材料破碎而来。
进一步，所述步骤S1中，改性沸石通过以下方法制备：将天然沸石反复冲洗至无杂质，再用超声波清洗机洗净，105～120℃恒温烘干，经过破碎筛分预选出粒径为35～200目的沸石粉粒，将预选的沸石粉粒浸入改性液中，放置于磁力搅拌器搅拌，并浸泡1～3h，除去上层清液，置于105℃干燥箱恒温烘干，即得到改性沸石。
进一步，所述天然沸石为绿沸石、斜发沸石、丝光沸石中的一种或几种材料精选破碎而来。
进一步，所述改性液为0.5mol/L的NaCl溶液，或0.5mol/L的NaCl与0.1～0.5mol/L的NaOH的混合溶液，且固液比为1：5～20。
进一步，所述的磁力搅拌器搅拌条件为：200～600r/min，持续搅拌5～20min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：将改性天然钙质砂粉粒与改性沸石粉粒按照比例搭配进一步与碳粉等原料按一定比例混合均匀制成烧结活性碳棒，能够持续稳定的调节饮用水的pH值，并进行适量的钙矿化。其中改性天然钙质砂的品质以及其与改性沸石的比例，能够将滤芯调节pH值的效果进行控制：当环境温度较高，或者浸泡时间过长，改性天然钙质砂的反应累积会导致浸泡水碱性过强，此时，改性沸石粉粒具有极其发达的层间微孔结构，能够交换吸附钙离子，从而缓解浸泡水钙离子过高或者碱性过强的情形。当环境温度过低以及过水速率不稳定条件下，高纯白云石粉粒与高纯方解石粉粒能够协同释放少量钙镁离子，从而保证出水的弱碱性及钙离子浓度不至过低。本发明中所涉及到矿石改性工艺，及改性液浸泡，目的在于将天然沸石晶格层间可交换容量进行扩大，从而延长滤芯使用寿命。这种通过利用天然矿石矿物成分以及空间结构特性进行协同拮抗优化配比，实现弱碱性调节及钙矿化的技术是前所未有的，本技术矿化效果好，解决了反渗透纯净水出水呈酸性，缺少矿物元素的现实问题，大大提高了净水机的实用性和健康性，具有广泛的应用前景和市场推广价值，广泛适用与市政自来水或乡镇集体供水净化和矿化处理，经济可行。
附图说明
图1是本发明一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯制备方法的一流程图。
图2是本发明一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯平压规格滤芯成品示意图。
图3是本发明一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯平压规格滤芯应用示意图。
图4是本发明一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯大T或小T规格成品滤芯示意图。
图5是本发明一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯大T或小T规格滤芯应用示意图。
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天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，由以下重量份的原料制成：改性天然钙质砂10～60份、改性沸石5～30份、高纯白云石5～30份、高纯方解石5～40份、椰壳活性炭粉40～60份、超高分子聚乙烯10～40份；所述改性天然钙质砂为反复水洗、高温烘干并破碎筛分而得，具有稳定释放钙元素及调节酸碱性的化功能，所述改性沸石能够稳定天然钙质砂的反应及释放钙离子速率，并提高滤芯的针对吸附性，所述高纯白云石具有辅助调节酸碱性及释放其他有益微量元素的功能，所述高纯方解石同样具有更加缓慢调节出水pH的功能，使滤芯效果更加持久。
高纯白云石、高纯方解石中的高纯指天然矿石中钙盐的含量不低于90％。
超高分子聚乙烯的分子量为不低于150万。
改性天然钙质砂粒径为35～60目，改性沸石粉粒的粒径为35～200目，高纯白云石的粒径为60～200目，高纯方解石粉粒的粒径为60～200目，活性碳粉的粒径为80～200目，超高分子聚乙烯粉粒径为100～200目。
天然钙质砂为珊瑚砂、贝壳、牡丹贝等中的一种或几种材料破碎而来。改性天然钙质砂粉粒与改性沸石粉粒的比为1～2.5：0.5～1，最优比为2:1。改性天然钙质砂通过以下方法制备：将天然钙质砂经自来水反复冲洗，至无杂质，再用超声波清洗机洗净，然后再105℃恒温烘干，经过破碎筛分选出粒径为35～60目的天然钙质砂粉粒，将预选粒径天然钙质砂粉粒进行200～400℃高温改性1～4小时，在空气湿度低于25％条件下，自然冷却至室温，即得到改性天然钙质砂粉粒。
改性沸石粉粒通过以下方法制备：将天然沸石经自来水反复冲洗，至无杂质，再用超声波清洗机洗净，然后再105～120℃恒温烘干，经过破碎筛分选出粒径为35～200目的沸石粉粒，将预选粒径沸石粉粒浸入改性液中，放置于磁力搅拌器搅拌，并浸泡1～3小时，除去上层清液，最后置于105℃干燥箱恒温烘干，即得到改性沸石粉粒。
上述天然沸石粉粒为绿沸石、斜发沸石、丝光沸石等中的一种或几种材料精选破碎而来。改性液为0.5mol/L的NaCl溶液，且固液比为1：5～20；或0.5mol/L的NaCl与0.1～0.5mol/L的NaOH的混合溶液，且固液比为1：5～20。磁力搅拌器搅拌条件为：200～600r/min，持续搅拌5～20min。
请参考图1，一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备改性天然钙质砂和改性沸石；
S2.按照配比将改性天然钙质砂粉粒、改性沸石粉粒、高纯白云石的粒径、高纯方解石粉粒、活性碳粉、超高分子聚乙烯充分搅拌混合均匀，并装入需要规定尺寸的不锈钢模具中；
S3.利用液压机，施予的压力为0.5～15MPa，稳定压力压制0.1～20S，重复施压1～5次，初步成型；
S4.恒温烧制0.1～5h，烧制温度为80～300℃；
S5.冷却至100～200℃，利用特定气压推碳工具进行脱模脱模，得到成型活性碳棒；
S6.将活性碳棒按照标准尺寸(市面上平压八寸、九寸，十寸、二十寸亦或大T小T的规格)切割整齐、粘连，并内外包裹无纺布，加工为成品，即得到天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯(如图2、图4)。如图3、图5所示，即为活性炭棒应用于净水机的具体情形。
实施例1
按照上述具体实施方式制得所述平压八寸、九寸，十寸、二十寸滤芯成品，如图2所示，其包括顶端硅胶垫片3、碳棒中心集水孔5、碳棒上端盖6、天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯7、碳棒下端盖9、底端硅胶垫片10。
具体所述平压规格滤芯的应用如图3所示，其包括进水口1、出水口2、顶端硅胶垫片3、端盖4、碳棒中心集水孔5、碳棒上端盖6、天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯7和滤瓶8、碳棒下端盖9、底端硅胶垫片10。
按照标准尺寸将碳棒切段，并粘连在碳棒上端盖6和碳棒下端盖9上，进一步将顶端硅胶垫片3和底端硅胶垫片10紧紧压贴在碳棒上下端盖外侧，装入相应纯水机适用的滤瓶8中，保证顶端硅胶垫片3和底端硅胶垫片10卡死，将滤瓶端盖4的进水口用PE管连接原水水源(水源为反渗透机纯水)，调整至进水水压为0.1～0.4MPa、1.5L/min～2.2L/min的流量通水即可。
以十寸平压滤芯为例，在实验室对滤芯样品进行连续通水测试，实验使用的纯水是将RO反渗透纯水机制出的纯水作为原水水源，连接在滤芯进水口1。先以2L/min的流量冲洗滤芯15分钟，然后再按照不同通水累计流量时间点采集水样(20L、150L、1200L、2000L、3500L)，采用50mLPET瓶按照标准水样采集方法采集水样。按照《GB/T 5750.12-2006生活饮用水标准》方法检测经过天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯和原纯水两个水样的pH值以及水中钙离子含量，实验数据如下：
表1水样实测对比数据表
从表1中看出利用天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯可以将反渗透净水机出水pH值6.3～6.8调节至7.1～7.8，保持弱碱性可达3吨水以上，同时增加纯水机出水中的钙离子浓度。解决反渗透纯水机出水弱酸性，缺失矿物元素的健康问题。
实施例2
按照上述具体实施方式制得所述大T小T规格滤芯成品，如图4所示，其包括碳棒集水孔3、密封硅胶圈4、天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯5、碳棒端盖6和碳棒底盖10。
具体所述大T和小T规格滤芯的应用如图5所示，其包括进水口8、出水口1、滤芯顶盖2、碳棒集水孔3、密封硅胶圈4、天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯5、碳棒端盖6和滤瓶7、滤芯底盖9、碳棒底盖10。
按照标准尺寸将碳棒切段，并粘连在碳棒端盖6和碳棒底盖10上，进一步将硅胶垫圈4套在碳棒集水孔3上，装入相应纯水机适用的滤壳7中，滤芯顶盖2和滤芯底盖9通过高速旋熔粘结在滤芯壳体7上，制成完整应用产品，如图5。将滤芯底盖9上的进水口8用PE管连接原水水源(水源为反渗透机纯水)，调整至进水水压为0.1～0.4MPa、1.2L/min～1.8L/min的流量通水即可。
以小T滤芯为例，在实验室对滤芯样品进行连续通水测试，实验使用的纯水是将RO反渗透纯水机制出的纯水作为原水水源，连接在滤芯进水口1。先以2L/min的流量冲洗滤芯15分钟，然后再按照不同通水累计流量时间点采集水样(20L、150L、1200L、2000L、3500L)，采用50mLPET瓶按照标准水样采集方法采集水样。按照《GB/T 5750.12-2006生活饮用水标准》方法检测经过天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯和原纯水两个水样的pH值以及水中钙离子含量，实验数据如下：
表2水样实测对比数据表
表3滤芯浸泡不同时长出水情况
从表2中看出利用天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯可以将反渗透净水机出水pH值6.3～6.7调节至7.1～7.8，保持弱碱性可达3吨水以上，同时增加纯水机出水中的钙离子浓度。解决反渗透纯水机出水弱酸性，缺失矿物元素的健康问题。
另从表3的浸泡不同时长对滤芯浸泡水的pH值以及浸泡水中钙离子浓度可以看出，本发明利用天然矿石矿物成分以及空间结构特性，进行协同拮抗优化配比，能够实现弱碱性调节及钙矿化的效果持续稳定，且可控，安全可行。
目前市场上还未有类似长效可控的产品。该种矿石滤料及其配方可以用于烧结活性炭棒滤芯，也可以应用于颗粒活性炭滤芯，以及挤压活性炭滤芯。该天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯能广泛用于普通家庭净水机、小型集中供水系统、海水淡化供水系统，为居民提供优质弱碱性，含矿物元素的健康饮用水，保障人体健康。
本发明属于一种调节饮水酸碱性及适量钙矿化的技术，将改性钙质砂与碳粉等原料按一定比例混合均匀制成烧结活性碳棒，所用的矿石经过粗选-清洗-烘干-研磨-筛分-精选，以及特定的矿石改性工艺，增加层状结构矿石的层间可交换离子活性及容量，使得矿石在持续通水过程中可以稳定可控的调节水体酸碱性，并使出水的钙含量维持在一定范围内。本发明所涉及到功能原料均为天然易得，无毒无害。且通过调节改性沸石与改性天然钙质砂的最优比例，可以达到处理效果的稳定持续。本发明涉及到的工艺简洁，可行性强，能耗成本低，具有很大的市场前景。
上述实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离发明设计构思的前提下，本领域普通研发人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的同等要件的含义和范围内的所有变化包括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，其特征在于，由以下重量份的原料制成：改性天然钙质砂10～60份、改性沸石5～30份、高纯白云石5～30份、高纯方解石5～40份、椰壳活性炭粉40～60份、超高分子聚乙烯10～40份；所述改性天然钙质砂为反复水洗、高温烘干并破碎筛分而得，具有稳定释放钙元素及调节酸碱性的化功能，所述改性沸石能够稳定天然钙质砂的反应及释放钙离子速率，并提高滤芯的针对吸附性，所述高纯白云石具有辅助调节酸碱性及释放其他有益微量元素的功能，所述高纯方解石同样具有更加缓慢调节出水pH的功能，使滤芯效果更加持久。
2.根据权利要求1所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，其特征在于，所述改性天然钙质砂与改性沸石的重量比为1～2.5：0.5～1。
3.根据权利要求1所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯，其特征在于，所述改性天然钙质砂的粒径为35～60目，所述改性沸石的粒径为35～200目，所述高纯白云石的粒径为60～200目，所述高纯方解石的粒径为60～200目，所述椰壳活性炭粉的粒径为80～200目，所述超高分子聚乙烯的粒径为100～200目。
4.一种如权利要求1-3所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备改性天然钙质砂和改性沸石；
S2.按照配比将改性天然钙质砂、改性沸石、高纯白云石、高纯方解石、椰壳活性炭、超高分子聚乙烯充分搅拌混合均匀，并装入模具中；
S3.利用液压机压制，初步成型；
S4.恒温烧制，烧制温度为80～300℃；
S5.冷却至100～200℃，脱模，得到成型活性碳棒；
S6.将活性碳棒切割整齐、粘连、加工为成品，即得到天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯。
5.根据权利要求4所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，改性天然钙质砂通过以下方法制备：将天然钙质砂经反复冲洗无杂质，再用超声波清洗机洗净，105℃恒温烘干，经过破碎筛分预选出粒径为35～60目的天然钙质砂粉粒，将预选的天然钙质砂粉粒在200～400℃高温改性1～4h，在空气湿度低于25％条件下，自然冷却至室温，即得到改性天然钙质砂。
6.根据权利要求5所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述天然钙质砂为珊瑚砂、贝壳、牡丹贝中的一种或几种材料破碎而来。
7.根据权利要求4所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，改性沸石通过以下方法制备：将天然沸石反复冲洗至无杂质，再用超声波清洗机洗净，105～120℃恒温烘干，经过破碎筛分预选出粒径为35～200目的沸石粉粒，将预选的沸石粉粒浸入改性液中，放置于磁力搅拌器搅拌，并浸泡1～3h，除去上层清液，置于105℃干燥箱恒温烘干，即得到改性沸石。
8.根据权利要求7所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述天然沸石为绿沸石、斜发沸石、丝光沸石中的一种或几种材料精选破碎而来。
9.根据权利要求7所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性液为0.5mol/L的NaCl溶液，或0.5mol/L的NaCl与0.1～0.5mol/L的NaOH的混合溶液，且固液比为1：5～20。
10.根据权利要求7所述的天然弱碱性复合矿物烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述的磁力搅拌器搅拌条件为：200～600r/min，持续搅拌5～20min。
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