CN110575707B - 一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其原料组成为：紫砂矿40～50wt％、紫砂矿煅烧粒20～25wt％、竹碳10～15wt％、谷壳粉8～12wt％、杉木屑3～5wt％、腐殖酸钠1～2wt％、CMC(羧甲基纤维素钠)0.1～0.3wt％、远红外粉1.0～1.5wt％。此外，还公开了上述具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法。本发明在过滤净化水的同时，促使水质变成碱性水，实现矿化活化水的作用，并使得水质中富含多种对人体有益的微量元素，从而很好地满足了人们健康饮水的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及水净化技术领域，尤其涉及一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料及其制造方法。
背景技术
随着人民生活水平的不断提升，饮用水的健康知识已越来越普及，人们已逐步了解了饮用水水质对人体健康的影响，因而更加重视饮用水的安全问题和健康问题，为此，对饮用水有较高要求的居民乐于购置过滤净水器对自来水进行再次过滤净化。
净水器的净水功能主要通过滤芯来实现，目前净水器滤芯有多种材质，如高品质纤维、活性碳、铜-锌合金复合微晶碳、麦饭石和其它材质的复合、无机陶瓷超滤膜等，现有技术在净化水方面已完全能够达到安全饮用的要求，但在功能性如碱化水、添加对人体有益的微量元素等方面仍不能很好地满足人们的健康饮水要求。并且，目前过滤净化处理后的水质往往变成了低矿化度水，又被称做软水，和目前市场上出售的桶装水或瓶装水类似，而长期饮用这类低硬度水对人体健康也非常不利，因此一定范围内提高饮用水中钙、镁离子含量对人体是有益的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，在过滤净化水的同时，促使水质变成碱性水，实现矿化活化水的作用，并使得水质中富含多种对人体有益的微量元素，从而满足人们健康饮水的使用需求。本发明的另一目的在于提供上述具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其原料组成为：紫砂矿40～50wt％、紫砂矿煅烧粒20～25wt％、竹碳10～15wt％、谷壳粉8～12wt％、杉木屑3～5wt％、腐殖酸钠1～2wt％、CMC(羧甲基纤维素钠)0.1～0.3wt％、远红外粉1.0～1.5wt％。
上述方案中，本发明所述紫砂矿煅烧粒为所述紫砂矿经1050～1100℃煅烧后的、粒度为20～60目的颗粒。
进一步地，本发明所述竹碳的粒度为30～100目；所述谷壳粉的粒度为40～60目；所述杉木屑的粒度为20～40目。
进一步地，本发明所述紫砂矿的矿物组成为石英35～45wt％、伊利石35～48wt％、高岭石5.0～9.5wt％、赤铁矿9.5～13.2wt％、锐钛矿0.80～0.90wt％。其化学组成为SiO257～62wt％、Al2O3 18～20wt％、Fe2O3 9.5～13.2wt％、TiO2 0.80～0.90wt％、CaO 0.02～0.07wt％、MgO 0.45～0.70wt％、K2O 3.2～4.1wt％、Na2O 0.55～0.83wt％、P2O5 0.05～0.17wt％、ZrO2 0.04～0.05wt％、ZnO 0.03～0.05wt％、MnO 0.04～0.07wt％、Cr2O3 0.02～0.04wt％、烧失量(I.L.)3.1～4.7wt％。
进一步地，本发明所述远红外粉的原料组成为Fe2O3 15～20wt％、MnO2 38～42wt％、Co2O3 7～10wt％、CuO 7～10wt％、TiO2 25～30wt％。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)紫砂矿煅烧粒的制备
将所述紫砂矿进行球磨、造粒，取10～60目颗粒置于高温炉中于1050～1100℃温度下进行煅烧，保温时间为10～20min，自然冷却后，破碎、过筛，取20～60目颗粒，即得到紫砂矿煅烧粒；
(2)紫砂过滤材料的制备
(2-1)将所述紫砂矿、腐殖酸钠、CMC和远红外粉按照所述原料组成配比称料混合后进行一段湿法球磨，至250目筛余≤0.3％；然后继续加入紫砂矿煅烧粒、竹碳、谷壳粉和杉木屑，进行二段湿法球磨混匀后，得到滤芯浆料；
(2-2)将所述滤芯浆料注浆成型，得到滤芯坯体；
(2-3)所述滤芯坯体干燥、修坏后，在1080～1120℃温度下进行煅烧，保温0.5～1h，冷却后即制得具有矿化净水功能的紫砂过滤材料。
上述方案中，本发明所述远红外粉的制备方法为，按照所述远红外粉的组成比例称量配料，湿法球磨过筛后干燥、造粒，然后在还原焰气氛下于1180～1200℃温度下进行煅烧，保温1～2h，随后立即水淬冷却，经细碎过筛、干燥，而得到远红外粉。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的紫砂过滤材料以紫砂矿为主要原料制作而成，其中，一部分紫砂矿经高温煅烧制成了20～60目小颗粒做为骨架，再添加大量的竹碳、谷壳粉和木屑作为复合造孔剂，经高温煅烧后获得了多孔材料，其抗折强度为8.0～15.0MPa、显气孔率为40～52％，孔径分布均匀，平均孔径2.5～3.2μm，孔径分布范围较窄，95％的孔径集中在0.5～10μm之间。
(2)本发明的紫砂过滤材料，因原料组成中的造孔剂(竹碳、谷壳粉和木屑)在烧成过程中烧失，因而过滤材料中紫砂的组成占95％以上。紫砂富含人体所需的多种元素，如铁、锰、锌、铬、硒、铜、碘、硅、钒、锡、钴等微量元素，其含量比其它陶瓷材料高出数十倍，且水经过多孔的紫砂过滤材料渗出，充分与紫砂接触，这些微量元素的溶出率更高，使水质中增加了这些对人体有益的微量元素；另外，紫砂中还含有钙和镁元素，可少量溶出使过滤水的总硬度增加10～20mg/L。
(3)本发明的紫砂矿过滤材料，不但对水有过滤净化作用，而且还可以使过滤的水由大分子水变为小分子水，起到矿化水的作用；同时，原料组成中加入了少量的远红外粉，可使紫砂过滤材料在8～14μm波长范围内的的远红外发射率为0.86～0.90，从而进一步使水质微碱性化，从而达到将水进一步矿化活化的目的，普通自来水通过本发明紫砂矿过滤材料过滤净化后，pH值上升了0.6～1.0。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例制得的具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的扫瞄电镜(SEM)照片。
具体实施方式
实施例一：
1、本实施例一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其原料组成为：紫砂矿46wt％、紫砂矿煅烧粒(平均粒度40目，粒度范围20～60目)24wt％、竹碳(平均粒度60目，粒度范围30～100目)13wt％、谷壳粉(平均粒度50目，粒度范围40～60目)10wt％、杉木屑(平均粒度30目，粒度范围20～40目)4wt％、腐殖酸钠1.5wt％、CMC 0.2wt％、远红外粉1.3wt％。其中：
紫砂矿产自江西省景德镇市，其矿物组成为石英42.5wt％、伊利石39.2wt％、高岭石5.7wt％、赤铁矿11.8wt％、锐钛矿0.80wt％。
远红外粉的原料组成为Fe2O3 15wt％、MnO2 40wt％、Co2O3 10wt％、CuO 10wt％、TiO2 25wt％。其制备方法为，按照上述原料组成比例称量配料，湿法球磨后过250目筛，加入适量CMC水溶液搅拌均匀后，干燥至含水率为6～8％，过筛造粒，然后在还原焰气氛下以5℃/min升温煅烧，在600℃、950℃各保温0.5h，升温至1200℃温度，保温1h，随后立即水淬冷却，经细碎过250目筛、干燥，而得到远红外粉。
2、本实施例上述具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法，其步骤如下：
(1)紫砂矿煅烧粒的制备
将上述紫砂矿按照重量比料∶球∶水＝1∶2∶1球磨24h后，将球磨所得浆料过250目筛，干燥至含水率为6～8％，采用过筛造粒或造粒机造粒后，取10～60目粉体颗粒置于高温炉中进行煅烧，煅烧温度为1100℃，保温时间为20min，自然冷却至室温后，破碎、过筛，取20～60目颗粒，即得到紫砂矿煅烧粒；
(2)紫砂过滤材料的制备
(2-1)将上述紫砂矿、腐殖酸钠、CMC和远红外粉按照上述原料组成配比称料混合后，以重量比料∶球∶水＝1∶2∶1进行一段湿法球磨，至250目筛余≤0.3％；然后继续加入上述紫砂矿煅烧粒、竹碳、谷壳粉和杉木屑，按照重量比料∶水＝1∶1加入补加水进行二段湿法球磨混匀，其球磨时间为一段湿法球磨的十分之一，得到滤芯浆料；
(2-2)将上述滤芯浆料倒入滤芯形状的石膏模具中成型，得到滤芯坯体；
(2-3)上述滤芯坯体干燥、修坏后，放入窑炉中进行煅烧，升温速度为5℃/min，煅烧温度为1100℃，保温时间为1h，随炉冷却后即制得具有矿化净水功能的紫砂过滤材料。
实施例二：
本实施例一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料及其制造方法，与实施例一不同之处在于：
1、本实施例一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其原料组成为：紫砂矿44wt％、紫砂矿煅烧粒23wt％、竹碳15wt％、谷壳粉12wt％、杉木屑3.5wt％、腐殖酸钠1.3wt％、CMC 0.2wt％、远红外粉1.0wt％。其中，
远红外粉的组成为Fe2O3 20wt％、MnO2 38wt％、Co2O3 7wt％、CuO 8wt％、TiO227wt％。
2、本实施例制造方法步骤(1)紫砂矿煅烧粒的制备，其煅烧温度为1080℃，保温时间为15min；步骤(2-3)中煅烧温度为1080℃，保温时间为0.5h。
实施例三：
本实施例一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料及其制造方法，与实施例一不同之处在于：
1、本实施例一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其原料组成为：紫砂矿50wt％、紫砂矿煅烧粒25wt％、竹碳10wt％、谷壳粉8wt％、杉木屑3.3wt％、腐殖酸钠2wt％、CMC 0.2wt％、远红外粉1.5wt％。
其中，远红外粉的组成为Fe2O3 18wt％、MnO2 38wt％、Co2O3 8wt％、CuO 8wt％、TiO2 28wt％。
2、本实施例制造方法步骤(2-3)中煅烧温度为1120℃。
本发明实施例制备得到的具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，具有多孔结构(见图1)，适用于各种净水装置，其性能测试如下：
采用微机电子万能试验机(WDW，西安力创材料检测技术有限公司)测量紫砂过滤净水材料样品的抗折强度；采用压汞仪(Autopore 9500，美国麦克公司)测试样品的孔径及其分布；采用双波段发射率测量仪(IR-2型，上海技术物理研究所)测量样品在常温下、8～14μm的远红外发射率；将过滤滤芯制成50ml的小杯子，装上40mL水后，测量20min过滤水的体积，计算过滤水速率(mL/h)，同时收集过滤水，测量过滤前后水的pH值(PHSJ-5型，上海仪电科学仪器股份有限公司)和水中所含部分常量、微量元素的含量，其中钙硬度和镁硬度用化学容量分析法测试，钾、钠用火焰光度法进行测试，其它微量元素采用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测试。
本发明各实施例制得的紫砂过滤材料的性能，如表1所示。
表1本发明各实施例制得的紫砂过滤材料的性能
| 性能名称 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 抗折强度/MPa | 10.0 | 8.2 | 13.5 |
| 显气孔率/％ | 45.6 | 50.3％ | 40.5％ |
| 平均孔径/μm | 2.9 | 3.2 | 2.5 |
| 95％孔径分布范围/μm | 0.5～9.5 | 0.5～10 | 0.5～9 |
| 过滤水速率/(mL/h) | 20.7 | 25.3 | 15.8 |
| 远红外发射率 | 0.88 | 0.86 | 0.86 |
本发明各实施例制得的紫砂过滤材料用于过滤水，其过滤水的pH值和过滤水中常量元素、部分微量元素的含量，如表2所示。
表2本发明各实施例过滤水的pH值和常量元素、微量元素的含量
Claims (3)
1.一种具有矿化净水功能的紫砂过滤材料，其特征在于原料组成为：紫砂矿40～50wt%、紫砂矿煅烧粒20～25 wt%、竹碳10～15 wt%、谷壳粉8～12 wt%、杉木屑3～5 wt%、腐殖酸钠1～2 wt%、CMC 0.1～0.3 wt%、远红外粉1.0～1.5 wt%；其中，
所述紫砂矿的矿物组成为石英35～45 wt%、伊利石35～48 wt%、高岭石5.0～9.5 wt%、赤铁矿9.5～13.2 wt%、锐钛矿0.80～0.90 wt%；其化学组成为SiO2 57～62 wt%、Al2O3 18～20 wt%、Fe2O3 9.5～13.2 wt%、TiO2 0.80～0.90 wt%、CaO 0.02～0.07 wt%、MgO 0.45～0.70 wt%、K2O 3.2～4.1 wt%、Na2O 0.55～0.83 wt%、P2O5 0.05～0.17 wt%、ZrO2 0.04～0.05 wt%、ZnO 0.03～0.05 wt%、MnO 0.04～0.07 wt%、Cr2O3 0.02～0.04 wt%、烧失量3.1～4.7 wt%；
所述紫砂矿煅烧粒为所述紫砂矿经1050～1100℃煅烧且保温10～20 min后的、粒度为20～60目的颗粒；所述竹碳的粒度为30～100目；所述谷壳粉的粒度为40～60目；所述杉木屑的粒度为20～40目；
所述远红外粉的原料组成为Fe2O3 15～20 wt%、MnO2 38～42 wt%、Co2O3 7～10 wt%、CuO7～10 wt%、TiO2 25～30 wt%；
经1080～1120℃温度煅烧后得到的所述过滤材料，其紫砂的组成占95%以上，其在8～14 µm波长范围内的远红外发射率为0.86～0.90；净化后的过滤水其总硬度增加了10～20mg/L，pH值上升了0.6～1.0。
2.权利要求1所述具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 紫砂矿煅烧粒的制备
将所述紫砂矿进行球磨、造粒，取10～60目颗粒置于高温炉中于1050～1100℃温度下进行煅烧，保温时间为10～20 min，自然冷却后，破碎、过筛，取20～60目颗粒，即得到紫砂矿煅烧粒；
(2) 紫砂过滤材料的制备
(2-1) 将所述紫砂矿、腐殖酸钠、CMC和远红外粉按照所述原料组成配比称料混合后进行一段湿法球磨，至250目筛余≤0.3%；然后继续加入紫砂矿煅烧粒、竹碳、谷壳粉和杉木屑，进行二段湿法球磨混匀后，得到滤芯浆料；
(2-2) 将所述滤芯浆料注浆成型，得到滤芯坯体；
(2-3) 所述滤芯坯体干燥、修坏后，在1080～1120℃温度下进行煅烧，保温0.5～1 h，冷却后即制得具有矿化净水功能的紫砂过滤材料。
3.根据权利要求2所述的具有矿化净水功能的紫砂过滤材料的制造方法，其特征在于：所述远红外粉的制备方法为，按照所述远红外粉的组成比例称量配料，湿法球磨过筛后干燥、造粒，然后在还原焰气氛下于1180～1200℃温度下进行煅烧，保温1～2 h，随后立即水淬冷却，经细碎过筛、干燥，而得到远红外粉。
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