CN110605099A - 一种直饮水机消除微量重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直饮水机消除微量重金属的方法，属于直饮水机重金属滤除技术领域，主要包括以下步骤：制备无机‑有机复合气凝胶颗粒，将无机‑有机复合气凝胶颗粒填装于过滤芯吸附柱中，密封，并采用常规过滤芯吸附柱封存方法封存，得复合气凝胶吸附柱；将过滤柱和复合气凝胶吸附柱正确安装到预留有吸附柱和过滤柱的安装位置的直饮水净水器内，复合气凝胶吸附柱在前，纳滤膜过滤柱在后。本发明使用无机‑有机复合气凝胶吸附水中重金属离子，同时可以对滤膜进行保护，吸附重金属后的复合气凝胶材料可以从水中分离出重金属，从安全、预防的饮水环节保护人体健康。

Description

一种直饮水机消除微量重金属的方法
技术领域
本发明属于直饮水机重金属滤除技术领域，具体涉及一种直饮水机消除微量重金属的方法。
背景技术
现有的直饮水机常采用各种商用净水机，而小区、学校、机关等也越来越多地使用各种直饮水装置来满足生活需要。但某些特定区域的自来水水质因特殊的地理环境而含有超标的微量有毒有害重金属离子，目前市场上供应的各种直饮水净水设备通常不带有专门的微量重金属离子去除功能，一是使用含有重金属离子的水源时无法消除只能截留，而使得反渗透膜频繁进行反冲洗而损害设备造成饮水机频繁更换滤芯；二是无加装反渗透膜或纳滤膜，仅用超滤膜不能有效拦截重金属对人体健康产生危害，三是普通净水机所含的活性炭过滤柱对重金属离子的吸附功能弱；四是采用离子交换柱时废弃的树脂不能被回收无害化处理且成本也比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够从安全、预防的饮水环节保护人体健康的直饮水机消除微量重金属的方法。
基于以上目的，本发明采取以下技术方案：一种直饮水机消除微量重金属的方法，包括以下步骤：
步骤S1：把5-7g天然高分子材料壳聚糖用35-55毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤得澄清液A；
步骤S2：取115-140g无机非金属材料偏硅酸钠与8-12毫升无水乙醇均匀混合，得混合液B；
步骤S3：将步骤S1制得的澄清液A缓慢加入步骤S2制得的混合液B中，并在密闭条件下水解11-13h，得水解液C；
步骤S4：向步骤S3制得的水解液C中逐滴加入0.8-1.2毫升10%的HF溶液，然后静置12-13h，得静置液D；
步骤S5：将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤2-4次，然后用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒；
步骤S6：将步骤S5制得的无机-有机复合气凝胶颗粒填装于过滤芯吸附柱中，密封，并采用常规过滤芯吸附柱封存方法封存，得复合气凝胶吸附柱；
步骤S7：将过滤柱和步骤S6制得的复合气凝胶吸附柱正确安装到预留有吸附柱和过滤柱的安装位置的直饮水净水器内，复合气凝胶吸附柱在前，纳滤膜过滤柱在后。
优选地，步骤S1中的澄清液A为由6g天然高分子材料壳聚糖用40毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤制得。
优选地，步骤S2中的混液B为由126g无机非金属材料偏硅酸钠与10毫升无水乙醇均匀混合制得。
优选地，步骤S3中的水解时间为12h。
优选地，步骤S4中静置时间为12.5h。
优选地，步骤S5中的无机-有机复合气凝胶颗粒为不规则颗粒物，对角长度为3-4mm的多面体，密度为250~500g/L。
优选地，所述过滤柱为纳滤膜过滤柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明使用纳滤膜代替反渗透膜，采用纳滤膜过滤柱与复合气凝胶吸附柱配合使用，纳滤膜可以保留水中的对人体有益的无机盐电解质成分K、Na等离子，复合气凝胶吸附柱留对人体有害的Cu2+、Cd2+、Pb2+等微量二价重金属离子，另外能够保护纳滤膜，延长纳滤膜的使用寿命，从安全、预防的饮水环节保护人体健康。
2、本发明中废气的复合气凝胶回收利用，由于废弃的复合气凝胶材料仍具有良好的保温性能，可以与废弃过滤芯处理所得的PP面纤维一起作为保温材料应用到建筑外墙保温砂浆中，环保，实现废弃资源再生利用。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的说明，显然，所描述的实施例是本发明的最佳实施例。
实施例1
一种直饮水机消除微量重金属的方法，包括以下步骤：步骤S1：把5-7g天然高分子材料壳聚糖用35-55毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤得澄清液A；
步骤S2：取115-140g无机非金属材料偏硅酸钠与8-12毫升无水乙醇均匀混合，得混合液B；
步骤S3：将步骤S1制得的澄清液A缓慢加入步骤S2制得的混合液B中，并在密闭条件下水解11-13h，得水解液C；
步骤S4：向步骤S3制得的水解液C中逐滴加入0.8-1.2毫升10%的HF溶液，然后静置12-13h，得静置液D；
步骤S5：将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤2-4次，然后采用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒；无机-有机复合气凝胶颗粒为不规则颗粒物，对角长度为3-4mm的多面体，密度为250~500g/L；
步骤S6：将步骤S5制得的无机-有机复合气凝胶颗粒填装于过滤芯吸附柱中，密封，并采用常规过滤芯吸附柱封存方法封存，得复合气凝胶吸附柱；
步骤S7：将过滤柱和步骤S6制得的复合气凝胶吸附柱正确安装到预留有吸附柱和过滤柱的安装位置的直饮水净水器内，复合气凝胶吸附柱在前，纳滤膜过滤柱在后。
步骤S5：采用溶胶-凝胶法在常压干燥制得壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶，经扫描电镜（SEM）、小角X射线散射（SAXS）、氮气吸附-脱附、傅里叶变化红外光谱（FTIR）、元素分析表征结果表明，所制符合气凝胶材料保留了硅气凝胶典型的介孔结构，氨基改性后的复合气凝胶Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）离子的吸附强，其中对Pb（Ⅱ）离子的饱和吸附量由改性前的10.3mg/g提高到42.5mg/g。
本实施例中的过滤柱为纳滤膜过滤柱。
纳滤膜是一种先进的纳米材料，对过滤水中微量重金属有独特的作用，比反渗透先进的地方在于：纳滤膜截留二价重金属离子而保留了电解质一价的K、Na等离子。
使用时，水先经过复合气凝胶吸附柱，再流经纳滤膜过滤柱，前置一个复合气凝胶吸附柱，复合气凝胶材料就会吸附水中重金属离子，从而减少纳滤膜的反冲洗次数，延长纳滤膜使用寿命，同时，经过一段时间复合气凝胶吸附柱更换，水中的重金属离子相当于被分离出去，正常情况下，被截留的重金属离子积累到一定程度后就会堵塞过滤膜膜孔，需要纯净的好水反冲洗后才能继续使用，而经常反冲洗会损失过滤膜，过滤膜寿命降低，同时，若水中重金属离子积累到一定程度必须更换过滤膜，但是被截留的重金属不会凭空消失，再排出也会污染其它水源，不能彻底解决问题。
本发明使用无机-有机复合气凝胶吸附水中重金属离子，同时可以对纳滤膜进行保护，吸附重金属后的复合气凝胶材料可以从水中分离出重金属，从安全、预防的饮水环节保护人体健康。
与现有的直饮水净水器相比，本实施例中的直饮水净水器对品牌型号无特殊要求，本实施例中的直饮水净水器为本身结构中在过滤柱的位置处为预留有用于安装纳滤膜过滤柱和复合气凝胶吸附柱的位置的直饮水净水器。
并且，本发明中的复合气凝胶还可以用于吸附重金属污染的地表水和地下水的修复。
另外，为了更好的吸附水中重金属离子，本发明中的复合气凝胶吸附柱使用一段时间可以更换，更换时间一般是按照饮水机的使用流量（用过了多少立方水）来计算的，与水质好坏也有关系，对一般家庭3口人使用市政自来水做水源的饮水机来说，使用寿命（即更换新柱的时间）通常在2~3年。
由于使用后的复合气凝胶材料接近或吸附饱和后，因含有重金属而不能随意丢弃，一方面可以将更换的废弃复合气凝胶用药剂清洗3次左右（处理再生含重金属废除）后，复合气凝胶回用；另外，废弃复合气凝胶还可以加入建筑保温材料保温砂浆中使用（二氧化硅气凝胶是一种先进的保温材料，应用很广泛，吸附重金属离子后的废弃复合气凝胶类似廉价或无价值原料，试验证明，添加后，比不添加二氧化硅气凝胶相比，大大提高保温性能），具体应用为：将更换下来的废弃吸附柱打开，倒出其内填装的复合气凝胶颗粒，干燥处理。将处理干燥的废弃复合气凝胶颗粒计量称重，依照配方规定比例添加到建筑用外墙保温砂浆料的搅拌机中，再加入废弃水过滤滤芯回收得到的PP棉纤维和水泥等材料，按照建筑行业外墙保温砂浆的工序，即可制得非常实用且具有广阔市场空间的建筑保温材料。废弃复合气凝胶材料还可以用于制造建筑外墙保温板。
外墙保温抹面砂浆主要成分按重量份计：普通硅酸盐42.5水泥300-500Kg、硅砂500-700Kg、高分子纳米胶粉8-13Kg、废复合气凝胶吸附材料6-10Kg、回收废过滤芯得到的PP棉纤维6-10Kg。其中，硅砂采用80-120目，高分子纳米胶粉采用柔韧Ⅰ型的高分子纳米胶粉。
重金属离子吸附原理为：1、天然高分子壳聚糖和无机非金属材料偏硅酸钠插层常压干燥形成复合气凝胶；2、无机-有机复合气凝胶的溶胶-凝胶反应；3、介孔结构材料对二价重金属离子的吸附，包括静电吸附、离子交换吸附、螯合等作用；4、三维气凝胶纳米孔阻碍空气分子热运动（平均自由程大于50nm）而绝热。
实施例2
实施例2与实施例1的技术方案基本相同，其不同之处在于：实施例2中的澄清液A为由5g天然高分子材料壳聚糖用35毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤制得；混液B为由115g无机非金属材料偏硅酸钠与8毫升无水乙醇均匀混合制得；步骤S3中的水解时间为12h；步骤S4中静置时间为12.5h，，制得静置液D，将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤2次，然后采用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒。
实施例2中的废弃复合气凝胶的回收利用中，外墙保温抹面砂浆主要成分按重量份计：普通硅酸盐42.5水泥400Kg、硅砂600Kg、高分子纳米胶粉10Kg、废复合气凝胶吸附材料8Kg、回收废过滤芯得到的PP棉纤维8Kg。
实施例3
实施例3与实施例1的技术方案基本相同，其不同之处在于：实施例2中的澄清液A为由7g天然高分子材料壳聚糖用55毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤制得；混液B为由140g无机非金属材料偏硅酸钠与12毫升无水乙醇均匀混合制得；步骤S3中的水解时间为12.5h；步骤S4中静置时间为13h，制得静置液D，将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤3次，然后采用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒。经试验对比重金属吸附效果得，实施例3制得的无机-有机复合气凝胶颗粒吸附重金属离子的效果优于实施例2。
实施例4
实施例4与实施例1的技术方案基本相同，其不同之处在于：实施例2中的澄清液A为由6g天然高分子材料壳聚糖用40毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤制得；混液B为由126g无机非金属材料偏硅酸钠与10毫升无水乙醇均匀混合制得；步骤S3中的水解时间为12h；步骤S4中静置时间为12.5h，制得静置液D，将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤3次，然后采用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒。经试验对比重金属吸附效果得，实施例4制得的无机-有机复合气凝胶颗粒吸附重金属离子的效果优于实施例3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)

1.一种直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于 ，包括以下步骤：
步骤S1：把5-7g天然高分子材料壳聚糖用35-55毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤得澄清液A；
步骤S2：取115-140g无机非金属材料偏硅酸钠与8-12毫升无水乙醇均匀混合，得混合液B；
步骤S3：将步骤S1制得的澄清液A缓慢加入步骤S2制得的混合液B中，并在密闭条件下水解11-13h，得水解液C；
步骤S4：向步骤S3制得的水解液C中逐滴加入0.8-1.2毫升10%的HF溶液，然后静置12-13h，得静置液D；
步骤S5：将步骤S4制得的静置液D用无水乙醇洗涤2-4次，然后用溶胶-凝胶常压干燥制得无机-有机复合气凝胶颗粒；
步骤S6：将步骤S5制得的无机-有机复合气凝胶颗粒填装于过滤芯吸附柱中，密封，并采用常规过滤芯吸附柱封存方法封存，得复合气凝胶吸附柱；
步骤S7：将过滤柱和步骤S6制得的复合气凝胶吸附柱正确安装到预留有吸附柱和过滤柱的安装位置的直饮水净水器内，复合气凝胶吸附柱在前，纳滤膜过滤柱在后。
2.如权利要求1所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：步骤S1中的澄清液A为由6g天然高分子材料壳聚糖用40毫升0.15M稀HCL溶解，抽滤制得。
3.如权利要求2所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：步骤S2中的混液B为由126g无机非金属材料偏硅酸钠与10毫升无水乙醇均匀混合制得。
4.如权利要求3所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：步骤S3中的水解时间为12h。
5.如权利要求4所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：步骤S4中静置时间为12.5h。
6.如权利要求5所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：步骤S5中的无机-有机复合气凝胶颗粒为不规则颗粒物，对角长度为3-4mm的多面体，密度为250~500g/L。
7.如权利要求1-6任一所述的直饮水机消除微量重金属的方法，其特征在于：所述过滤柱为纳滤膜过滤柱。
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