CN110124393A - 基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：对天然锂辉石、天然蛇纹石、天然锂云母和天然绿沸石分别进行改性处理，得到改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母和改性绿沸石；称取改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母、改性绿沸石、活性炭和粘结剂混合均匀，得到固体混合物；对固体混合物进行烧结，即得到活性炭滤芯。本发明提供的活性炭滤芯可稳定增加饮水中锂元素含量，补充人体日常所需，避免水中锂含量过低对人体健康造成不良影响。

Description

基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及饮水再矿化领域，尤其涉及一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯及其制备方法。
背景技术
锂是分子量极小的轻金属，锂及其化合物在医药方面有着重要应用，70年前就有学者发现锂盐(碳酸锂)对精神病具有抗躁狂作用。动物长期给予锂盐可改善学习和记忆，人类持续使用锂可降低双相情感障碍患者罹患痴呆症的风险。已有多项流行病学调查表明饮水锂含量与精神病、暴力行为、犯罪发生率呈显著负相关。根据2017年Kessing LV基于流行病学调查的最新统计分析，饮水锂含量与人群痴呆发病呈负相关关系，处在水锂含量在15.1～27μg/L范围内的人群比处在水锂含量在2.0～5.0μg/L范围内的人群患痴呆症的风险降低了17％，研究显示饮水中微量、稳定的天然锂摄入可有助于减少老年人群痴呆的发生。痴呆症是全球老年人失去独立生活能力和发生残疾的主要原因，同样是严重威胁我国人群的重要疾病。2015年的报告显示，在中国有950万人受到痴呆的困扰，占世界痴呆症总数的20％。
饮水是长期和稳定的人体锂的重要来源。含锂天然水的形成主要靠地表水、地下水等流经天然岩石，通过溶滤作用，将天然岩石中的含锂化合物溶解进入地表或地下水中。我国饮用天然矿泉水标准中规定锂含量达到0.2mg/L以上的水可称之为锂矿泉水。我国大部分地区自来水中锂含量大致在0～10μg/L之间，少部分地区自来水中锂含量在10μg/L以上。以武汉市为例，自来水中的锂元素含量大概在2～8μg/L之间；山东枣庄、天津饮用水中锂含量分别为0～0.20μg/L、4.8μg/L；在重庆，以嘉陵江为水源的自来水经活性炭过滤后为11μg/L；在南京，以长江为水源的自来水在活性炭过滤后为2.6μg/L。国内市售瓶装水中有少部分天然矿泉水标注了锂的含量，最高者标注为200～850μg/L，一进口品牌矿泉水标注为1300μg/L。
但是，近年来，由于水污染的持续加重，越来越多的家庭选择安装带有RO反渗透技术的纯水净水器，随着此类净水器的大量普及，这种几乎不含任何矿物质的饮用水对人体产生的健康问题日益显现。如此一来，将本来就较低的饮水锂摄入水平降为零，无疑会对人体健康产生非常大的风险，因此，对纯水进行天然锂矿化，增加饮水中锂的含量，显得尤为重要。
目前市面上对于纯水再矿化的研究主要集中在水的pH、TDS(Totaldissolvedsolids，总溶解固体)、钙、镁、锌、锶等常量和微量元素矿化上，对锂矿化的研究尚处于空白。在此背景下，研究对纯水的锂矿化尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯，本发明提供的滤芯能够对纯水进行锂矿化，增加纯水中的锂含量，满足人体所需；本发明还提供了一种工艺简单的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，本发明的制备方法通过对天然岩石进行改性，同时通过各种岩石材料的合理配比，制得安全有效的滤芯，能够稳定释放出锂元素，对纯水进行再矿化。
本发明提供一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
S1，改性：对天然锂辉石、天然蛇纹石、天然锂云母和天然绿沸石分别进行改性处理，得到改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母和改性绿沸石；
S2，混合：称取改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母、改性绿沸石、活性炭和粘结剂混合均匀，得到固体混合物；
S3，烧制：对步骤S2的固体混合物进行烧结，即得到活性炭滤芯。
进一步地，所述改性锂辉石通过以下方法制备：将天然锂辉石破碎，清洗，然后用去离子水超声洗涤，恒温烘干、焙烧，冷却后研磨过筛，即得到改性锂辉石。
进一步地，所述改性蛇纹石通过以下方法制备：将天然蛇纹石破碎，清洗，然后球磨粉碎、过筛，加入淀粉絮凝液，超声分散，得到固体沉淀物，对固体沉淀物进行过滤、干燥，即得到改性蛇纹石。
进一步地，所述淀粉絮凝液由淀粉溶液与NaOH混合得到，所述淀粉絮凝液的pH值为11～12。
进一步地，所述改性锂云母通过以下方法制备：将天然锂云母破碎，清洗、烘干，加入石灰石，充分研磨，焙烧，然后加入去离子水恒温搅拌，再用去离子水超声洗涤，干燥，即得到改性锂云母。
进一步地，所述改性绿沸石通过以下方法制备：将天然绿沸石破碎，清洗，干燥，加入稀盐酸溶液进行离心，得到沉淀物，对沉淀物进行超声洗涤，然后破碎过筛，即得到改性绿沸石。
进一步地，所述活性炭选用粒径为80～325目的椰壳活性炭；所述粘结剂选用食品级高分子聚乙烯。
进一步地，步骤S4中，烧结的温度为80～300℃，压力为0.8～15MPa。
本发明还提供一种利用上述制备方法制得的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯，包括以下质量份的原料：主料：改性锂辉石60～80份，改性蛇纹石5～10份，改性锂云母10～20份，改性绿沸石40～50份，辅料：活性炭80～110份，粘结剂70～90份。
进一步地，包括以下质量份的原料：主料：改性锂辉石65份，改性蛇纹石8份，改性锂云母15份，改性绿沸石45份，辅料：活性炭90份，粘结剂75份。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的活性炭滤芯可控制出水锂含量在10～100μg/L之间，稳定增加饮水中锂元素含量，补充人体日常所需，避免水中锂含量过低对人体健康造成不良影响；本发明提供的活性炭滤芯能够广泛用于家庭净水器、小型供水设备、海水淡化处理等，尤其针对带有反渗透功能的家用净水器；本发明提供的制备方法工艺简单。
附图说明
图1是本发明一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭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了一种基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯，包括以下质量份的原料：主料：改性锂辉石60～80份，改性蛇纹石5～10份，改性锂云母10～20份，改性绿沸石40～50份，辅料：活性炭80～110份，粘结剂70～90份；其中，所有主料和辅料的粒径为80～400目；活性炭选用粒径为80～325目的椰壳活性炭，粘结剂选用食品级高分子聚乙烯。
上述原料中，改性锂辉石的制备过程为：将天然锂辉石进行破碎筛分，然后用去离子水反复冲洗至水澄清无杂质，再用去离子水在超声波清洗仪中洗涤1个小时，之后120℃恒温烘干；将烘干后的锂辉石放进马弗炉，在1150±50℃条件下焙烧3小时，自然冷却后取出；锂辉石的晶型发生改变，具有更加疏松多孔的特点；焙烧后的锂辉石粉会有些许胶结结块，将结块的锂辉石粉重新充分研磨，过80目和200目筛，即得到80～200目的改性锂辉石。
改性蛇纹石的制备过程为：将天然蛇纹石破碎，用自来水反复冲洗至无杂质，然后进行球磨粉碎，过200目和400目筛；将去离子水煮沸20min，边加入淀粉边搅拌，再煮沸，配置得到200mg/L的淀粉溶液，加入NaOH调节淀粉溶液的pH至11～12，得到淀粉絮凝液；将淀粉絮凝液分2次缓慢加入到蛇纹石粉中，每次加入后充分混合搅拌，然后超声波处理60s使其分散，沉淀30min后，吸出上清液，保留固体沉淀物，用滤纸过滤固体沉淀物，然后进行干燥，即得到改性蛇纹石；通过絮凝法可以除掉蛇纹石中混有的大部分铁、铬等重金属化合物。
改性锂云母的制备过程为：将天然锂云母进行破碎筛分，用去离子水反复冲洗至水澄清无杂质，然后105℃恒温烘干，再加入石灰石进行混合，锂云母与石灰石的质量比为1:3，随后充分研磨，在温度为1150～1200℃的条件下进行焙烧；焙烧完成后取出，加入去离子水，放入60℃恒温水浴中，匀速搅拌1h，然后用去离子水在超声波清洗仪中洗涤2个小时，取出后在100℃循环式烘箱中充分干燥，即得到改性锂云母。
改性绿沸石的制备过程为：将天然绿沸石破碎，用自来水反复冲洗至无杂质，放进烘干箱110℃烘干2h；然后放入离心管中，加稀盐酸溶液搅拌30min，放入离心机中离心1h；离心完成后滤去上清液，取沉淀物，将沉淀物放入超声波清洗仪中用去离子水洗涤1个小时，然后破碎，过80目和200目筛，即得到改性绿沸石。
参考图1，本发明的实施例还提供了上述基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性：按照上述工艺对天然锂辉石、天然蛇纹石、天然锂云母和天然绿沸石分别进行改性处理，得到改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母和改性绿沸石；
步骤S2，混合：按质量份计，称取改性锂辉石60～80份，改性蛇纹石5～10份，改性锂云母10～20份，改性绿沸石40～50份；80～325目的椰壳活性炭80～110份，食品级高分子聚乙烯70～90份充分混合均匀，得到固体混合物；
步骤S3，烧制：将固体混合物装填入不锈钢模具中，利用液压烧结设备在温度为80～300℃、压力为0.8～15MPa的条件下进行烧结，制作成不同规格(小T、大T、十寸)的活性炭滤芯。
下面结合实施例对本发明提供的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯及其制备方法进行详细说明。
以下实施例中，锂辉石采自四川呷基卡锂辉石矿区，蛇纹石产自辽宁省岫岩县；锂云母产自江西宜春花岗伟晶岩脉；绿沸石产自河北灵寿县。
按照上述工艺对锂辉石、蛇纹石、锂云母、绿沸石分别进行改性处理，得到改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母和改性绿沸石，用于实施例1-实施例4中。
实施例1：
称取改性锂辉石65g，改性蛇纹石8g，改性锂云母15g，改性绿沸石45g，80～325目的椰壳活性炭90g，食品级高分子聚乙烯75g均匀混合；将混合后的原料放入液压模具中，在温度为200℃、压力为15MPa的条件下烧结40分钟；冷却脱膜，得到锂矿化复合烧结活性炭大T滤芯。
将此大T滤芯安装在800G反渗透净水器纯水出水口，控制出水流速在1.0L/min，先通水10min进行冲洗，冲洗完成后再通水1h，然后关闭滤芯进出水口，浸泡30min后依次打开滤芯进出水口，取500mL水样进行常规指标及锂含量的测试，测得水样中锂含量为30μg/L。
实施例1中，每1g为一份。
实施例2：
称取改性锂辉石70g，改性蛇纹石6g，改性锂云母12g，改性绿沸石42g，80～325目的椰壳活性炭85g，食品级高分子聚乙烯72g均匀混合；将混合后的原料放入液压模具中，在温度为150℃、压力为10MPa的条件下烧结40分钟；冷却脱膜，得到锂矿化复合烧结活性炭小T滤芯。
将此小T滤芯安装在800G反渗透净水器纯水出水口，控制出水流速在1.0L/min，先通水10min进行冲洗，冲洗完成后再通水1h，然后关闭滤芯进出水口，浸泡30min后依次打开滤芯进出水口，取500mL水样进行常规指标及锂含量的测试，水样中锂含量为42μg/L。
实施例2中，每1g为一份。
实施例3：
称取改性锂辉石78g，改性蛇纹石9g，改性锂云母16g，改性绿沸石47g，80～325目的椰壳活性炭106g，食品级高分子聚乙烯86g均匀混合；将混合后的原料放入液压模具中，在温度为180℃、压力为12MPa的条件下烧结40分钟；冷却脱膜，得到锂矿化复合烧结活性炭十寸滤芯。
将此十寸滤芯安装在800G反渗透净水器纯水出水口，控制出水流速在1.0L/min，先通水10min进行冲洗，冲洗完成后再通水1h，然后关闭滤芯进出水口，浸泡30min后依次打开滤芯进出水口，取500mL水样进行常规指标及锂含量的测试，水样中锂含量为60μg/L。
实施例3中，每1g为一份。
实施例4：
称取改性锂辉石60g，改性蛇纹石10g，改性锂云母18g，改性绿沸石40g，80～325目的椰壳活性炭90g，食品级高分子聚乙烯80g均匀混合；将混合后的原料放入液压模具中，在温度为220℃、压力为8MPa的条件下烧结40分钟；冷却脱膜，得到锂矿化复合烧结活性炭大T滤芯。
将此大T滤芯安装在800G反渗透净水器纯水出水口，控制出水流速在1.0L/min，先通水10min进行冲洗，冲洗完成后再通水1h，然后关闭滤芯进出水口，浸泡30min后依次打开滤芯进出水口，取500mL水样进行常规指标及锂含量的测试，水样中锂含量为38μg/L。
实施例4中，每1g为一份。
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的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，改性：对天然锂辉石、天然蛇纹石、天然锂云母和天然绿沸石分别进行改性处理，得到改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母和改性绿沸石；
S2，混合：称取改性锂辉石、改性蛇纹石、改性锂云母、改性绿沸石、活性炭和粘结剂混合均匀，得到固体混合物；
S3，烧制：对步骤S2的固体混合物进行烧结，即得到活性炭滤芯。
2.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性锂辉石通过以下方法制备：将天然锂辉石破碎，清洗，然后用去离子水超声洗涤，恒温烘干、焙烧，冷却后研磨过筛，即得到改性锂辉石。
3.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性蛇纹石通过以下方法制备：将天然蛇纹石破碎，清洗，然后球磨粉碎、过筛，加入淀粉絮凝液，超声分散，得到固体沉淀物，对固体沉淀物进行过滤、干燥，即得到改性蛇纹石。
4.根据权利要求3所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述淀粉絮凝液由淀粉溶液与NaOH混合得到，所述淀粉絮凝液的pH值为11～12。
5.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性锂云母通过以下方法制备：将天然锂云母破碎，清洗、烘干，加入石灰石，充分研磨，焙烧，然后加入去离子水恒温搅拌，再用去离子水超声洗涤，干燥，即得到改性锂云母。
6.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述改性绿沸石通过以下方法制备：将天然绿沸石破碎，清洗，干燥，加入稀盐酸溶液进行离心，得到沉淀物，对沉淀物进行超声洗涤，然后破碎过筛，即得到改性绿沸石。
7.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，所述活性炭选用粒径为80～325目的椰壳活性炭；所述粘结剂选用食品级高分子聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯的制备方法，其特征在于，步骤S4中，烧结的温度为80～300℃，压力为0.8～15MPa。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯，其特征在于，包括以下质量份的原料：主料：改性锂辉石60～80份，改性蛇纹石5～10份，改性锂云母10～20份，改性绿沸石40～50份；辅料：活性炭80～110份，粘结剂70～90份。
10.根据权利要求8所述的基于天然岩石的锂矿化复合烧结活性炭滤芯，其特征在于，包括以下质量份的原料：主料：改性锂辉石65份，改性蛇纹石8份，改性锂云母15份，改性绿沸石45份，辅料：活性炭90份，粘结剂75份。
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