CN110156129B - 一种快速改变水pH的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速改变水pH的方法，将一定量的颗粒状矿物材料加入水中进行搅拌，使水的pH升高，所述矿物材料不溶于水，其主要成分为方解石和白云石，粒径为微米级级别至纳米级别。本发明利用天然易得的矿物材料可使自来水的pH快速提升至9左右，最后达到一个平衡状态，见效明显，成本低廉，且安全无毒，有利于大规模范围推广和应用。本发明快速改变水pH的方法可广泛应用于工业领域，例如对酸性废水进行前期处理。

Description

一种快速改变水pH的方法

技术领域

本发明涉及对水pH值的改善方法，属于矿物与功能材料性质研究以及水处理技术领域，尤其涉及一种利用功能材料对水pH值快速改变的方法。

背景技术

水，被称为人类生命的源泉，包括天然水(河流、湖泊、大气水、海水、地下水等)、蒸馏水、人工制水(通过化学反应使氢氧原子结合得到的水)。水作为地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分，在生命演化中起到了重要作用。随着人们生产水平的提高，对饮水质量要求也越来越高。大量研究显示，自来水厂现有传统水处理工艺较难有效根除水中存在的有毒有害物质，更难做到调节自来水至人体需要的最佳pH值。由于纯净水的pH值大多都在5.0～6.0之间，呈明显的弱酸性，而饮水的pH对人体健康有很大的影响，人体血液pH值呈中性7，当血液的pH偏差0.5时，就有可能导致死亡，并且长期饮用弱酸性水可诱发多种消化道疾病，为此，寻求一种可以快速调节水质pH的方法是十分重要的。由于在水的生产工艺中绝对禁止使用化学添加剂，因此我们把方向指向了无机矿物材料。

基于矿物材料的基本定义，即矿物材料是指可直接利用其物理、化学性能的天然矿物岩石或以天然矿物岩石为主要原料加工、制备而成，而且组成、结构、性能和使用效能与天然矿物岩石原料存在直接继承关系的材料，若能在此原材料制备的基础上，在实验中达到快速改变水pH的目的将会给工业生产带来诸多好处。目前为止，改变水pH的方法多采用实验试剂，例如氢氧化钠等强碱或者碳酸钠、碳酸氢钠等可水解的强碱弱酸盐，但这些均属于可溶性的物质，某些还具有强烈的腐蚀性，无疑大大增加了实验风险。若能利用相关的矿物材料作为原料，基于其安全无毒无害的优点，将会对于水pH的调节具有重大的意义。此外，工业上，矿山开采导致的酸性废水不利于环境保护，改善水的pH到合适的范围将有利于环境保护和人体健康。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以快速改变水pH的方法，利用矿物功能材料实现快速安全、无毒无害的水pH改变。

本发明的技术方案如下：

一种快速改变水pH的方法，将一定量的颗粒状矿物材料加入水中进行搅拌，所述矿物材料不溶于水，其主要成分为方解石和白云石，粒径为微米级级别至纳米级别。

上述快速改变水pH的方法中，优选的，所述矿物材料主要成分为质量比为3:1的方解石和白云石。更优选的，所述矿物材料为天然矿物材料，其中包含质量分数为72％～78％的方解石和20％～25％的白云石，以及质量分数≤5％的石英和铁锰氧化物。

在本发明的实施例中，所述矿物材料选自天然矿物材料，主要成分为方解石和白云石，二者的质量比为3:1。根据X射线衍射谱图，位于30.9o、41.1o和51.0o的3个最强峰，分别对应了三方晶系白云石的(104)、(11-3)、(11-6)面网(JCPDS 84-1208)，半定量分析结果为75％；位于29.4o，48.5°和47.5o的3个最强衍射峰，分别对应(104)、(116)和(018)面网，指示样品属于三方晶系方解石(JCPDS 81-2027)，半定量分析结果为25％。次要成分为石英和少量铁锰氧化物，次要成分所占质量百分含量不到5％；微量元素组成中以Mn、Ti含量最多。

所述矿物材料为颗粒状，粒径小，平均粒径在微米级别至纳米级别。优选的，所述矿物材料的颗粒粒径为1～200微米，优选为1～76微米，更优选为1～30微米。

上述快速改变水pH的方法中，每100mL水中可加入0.5～5g所述矿物材料进行搅拌，搅拌时间1～30min，然后过滤除去矿物材料，得到pH上升的水。

上述快速改变水pH的方法通常在室温下进行，将所述矿物材料加入水中后，边搅拌边检测水的pH值，达到所需pH值后将水和矿物材料分离。

本发明提供的快速改变水pH的方法，作用快速，在短时间内就能取得明显的效果，性能优异，节约时间成本。其中矿物材料属于非水溶性的无机物质，原料来源方便，成本低廉，无毒无害，安全环保可靠，有利于大规模范围推广和应用。本发明快速改变水pH的方法可广泛应用于工业领域，例如对一些酸性废水进行前期处理。

附图说明

图1是实施例一所述天然矿物材料的拉曼光谱特征图，其中(a)白云石的拉曼光谱特征；(b)方解石的拉曼光谱特征；(c)针铁矿和白云石的拉曼光谱特征；(d)赤铁矿和石英的拉曼光谱特征。

图2是实施例一所述天然矿物材料的扫描电镜图。

图3是实施例二不同重量的矿物材料处理纯水，pH随时间的变化图。

图4是实施例三不同粒径的矿物材料处理纯水，pH随时间的变化图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明的实施过程和结果进行详细描述。

实施例一

采集天然矿物材料并利用基本的表征技术对其进行物相鉴定、形貌分析和元素分析。所述天然矿物材料来自于滨海和浅海环境下具有微晶结构、粉晶结构的灰岩，其主要成分为方解石和白云石，次要成分为石英和少量铁氧化物，在水中不溶解。通过X-射线衍射和拉曼光谱分析(参见图1)显示，该矿物材料的物相组成包括方解石和白云石，半定量分析结果分别约为75％和25％(质量分数)，还含有少量的石英和铁锰氧化物(不足5％)。

扫描电镜结果显示矿物颗粒直径在微米甚至纳米级别，粒径多集中在2～5微米，如图2所示。

对该天然矿物材料进行元素分析，结果如表1所示，可以看到微量元素组成中Ti和Mn的含量最高。

表1.天然矿物材料的元素分析结果

实施例二

利用实施例一的矿物材料快速改变水的pH值，具体操作步骤如下：

A1、选料：称取研磨过筛后76μm的粒径，取不同重量份的所述矿物材料：0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3g；

A2、取250mL烧杯，洗净后装入100mL高纯水，置于磁力搅拌器上进行搅拌，边搅拌边测高纯水的pH，

A3、将0.5g的矿物材料加入烧杯中，记录溶液0～30min内pH的变化；

A4、不同重量的矿物材料重复上述操作，进行数据的记录。

实验结果如图3所示，可以看出随着矿物材料的加入，纯水的pH急剧变大，可在1分钟内使水的pH快速提升至9左右，最后达到一个平衡状态，维持在9.5左右。随着矿粉重量的增多，水的pH改变的幅度越快，最后维持的pH值也相对较大；由于反应太过迅速，不同重量的矿粉在加入的前30s差别不大。

实施例三

利用不同粒度的实施例一所述矿物材料快速改变水pH值，包括以下步骤：

B1、选料：称取不同粒径的相同重量份的该材料1g，平均粒径分别为75微米、32微米和7微米；

B2、取250mL烧杯，洗净后装入100mL高纯水，置于磁力搅拌器上进行搅拌，边搅拌边测高纯水的pH；

B3、将平均粒径为75微米质量为1g的矿物材料加入烧杯中，记录溶液0～30min内pH的变化；

B4、不同平均粒径的矿物材料重复上述操作，进行数据的记录。

结果如图4所示，可以看出不同粒径的矿物材料对纯水pH的变化快慢显示出了一定的差异性，粒径越小，水的pH改变的速度越快，最后维持的pH值也相对较高，矿物粒径越大，最后维持的平衡pH值越小，但是在最初反应的前30s并没有显著的差别，不同粒径下对水的改变速度几乎相当。

从上述实施例可以看出，利用矿物材料快速改变水pH的方法至少具有以下优点：

1、在短时间内取得显著的效果，节约时间成本，并且该方法涉及的原料属于非水溶性的无机物质，来源简单，无毒无害，安全环保，无副作用，有利于大规模范围推广和应用；

2、该方法可以快速改变水的pH，实用功能性增强，实现了水质的快速有效处理；

3、将该矿物材料在工业上用于酸性废水的处理，可节约成本。

最后需要注意的是，公布具体实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及舒服的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种快速改变水pH的方法，将一定量的颗粒状矿物材料加入水中进行搅拌，其特征在于，所述矿物材料不溶于水，为天然矿物材料，其中包含质量分数为72%~78%的方解石和20%~25%的白云石，以及质量分数≤5%的石英和铁锰氧化物，粒径为微米级级别至纳米级别。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿物材料的颗粒粒径为1~200微米。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矿物材料的颗粒粒径为1~76微米。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述矿物材料的颗粒粒径为1~30微米。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每100 mL水中加入0.5~5 g所述矿物材料进行搅拌，搅拌时间1~30 min，然后过滤除去矿物材料，得到pH上升的水。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在室温下将所述矿物材料加入水中，然后边搅拌边检测水的pH值，达到所需pH值后将水和矿物材料分离。

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