CN113277773B - 一种天然锌矿化滤芯及其制备方法 - Google Patents

一种天然锌矿化滤芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种天然锌矿化滤芯及其制备方法，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿5～30份，活性炭250～300份，聚乙烯胶粉30～60份。本发明的红锌矿取自天然矿物，非化学药品，对人体没有刺激作用，红锌矿与水接触后会缓慢释放出锌离子，锌元素属于人体必需的微量元素，具有促进人体生长发育的作用；同时协同活性炭作为载体，可以改善水体口感，并防止红锌矿粉体随水体流出；同时本发明采用聚乙烯胶粉作为粘结剂用于滤芯的制备，由此制备得到的锌矿化滤芯，不仅可以实现锌的缓释，以利于人体的吸收，同时还有效地克服了市场上各种补锌产品锌浓度过高的问题。

Description

一种天然锌矿化滤芯及其制备方法
技术领域
本发明属于纯水再矿化材料制备技术领域，具体涉及一种天然锌矿化滤芯及其制备方法。
背景技术
锌元素是一种人体必需的微量元素，其对人体的生长发育具有非常重要的作用。调查表明，在经济欠发达的地区，人们普遍缺乏微量元素。目前，传统的为人体补充锌元素的方式主要包括：补锌片剂，补锌口服液。然而，无论是补锌片剂还是补锌口服液，都是通过一次性补充摄入极高含量的锌元素，但这种一次性高含量的补充方式并不利于人体的吸收，因而是一种不科学的锌元素补充方式。目前市场上也出现了一些含锌元素的瓶装天然矿泉水产品，如：锌益牌天然含锌矿泉水，但其锌含量较低，而且水体也不适合长期保存。
通过饮水来补充营养元素是一种健康又便捷的方式，通常的做法是在净水器中加入矿化滤芯。目前，较为常见的矿化滤芯主要有碱性矿化滤芯、富硒矿化滤芯，然而上述现有的矿化滤芯所使用的材料都是用由化学试剂制备而成的矿化球，其不具备稳定释放微量元素的能力。因此，如何制得能够稳定释放人体所需微量营养元素的矿化滤芯成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了改善上述技术问题，本发明提供一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿5～30份，活性炭250～300份，聚乙烯胶粉30～60份。
本发明的红锌矿属于天然矿物，采自云南文山，为非化学药品，发明人意外发现其不仅生物安全性高、而且富含人体必需的微量元素锌元素，将其用于矿化滤芯的制备原料，可持久稳定的释放锌元素，以促进人体的生长发育。
根据本发明的实施方案，所述活性炭的粒径为80～200目，碘值为900～1200。
根据本发明的实施方案，所述聚乙烯胶粉的分子量为2～6万，示例性为2万、4万、6万。
根据本发明的实施方案，所述滤芯的通水量不低于1000L，优选不低于3000L，示例性为1000L、3000L、5000L、7000L、10000L；锌含量为0.2～1.0mg/L，示例性为0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L、0.5mg/L、0.6mg/L。
本发明还提供上述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括将红锌矿、活性炭和聚乙烯胶粉按上述用量比进行混合，经挤出成型，以制备得到所述天然锌矿化滤芯。
根据本发明的实施方案，所述红锌矿由如下方法制备得到：以天然红锌矿为原料，造孔后经高温煅烧处理，以制备得到所述锌矿。
根据本发明的实施方案，所述红锌矿的制备方法还包括对天然红锌矿进行前处理的步骤。
优选地，所述前处理步骤包括：将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体。
根据本发明的实施方案，所述红锌矿的制备方法还包括对前处理后的红锌矿粉体进行除杂的步骤。例如，将红锌矿粉体分散于水中，加入锌粒，并保温反应。
优选地，所述锌粒的用量为红锌矿粉体重量的1～5％，示例性为1％、3％、5％。进一步地，所述锌粒的粒径为0.5～1.5mm，示例性为1mm。
优选地，所述保温反应的温度为60～70℃，示例性为60℃、65℃、70℃。进一步地，所述保温反应的时间为8～12h，示例性为8h、10h、12h。
本发明通过向天然红锌矿中加入少量锌粒，可去除红锌矿粉体中含有的少量重金属，同时在60～70℃下保温可以增加锌粒的反应活性，且温度过高或过低都会降低锌粒的活性。
根据本发明的实施方案，所述红锌矿的造孔方法为：将上述除杂后的红锌矿粉体与氯化锌溶液混合进行反应。
优选地，所述氯化锌溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，示例性为0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L。
优选地，所述除杂后的红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:(3-8)，示例性为1:3、1:5、1:8。
优选地，所述红锌矿的造孔方法的反应温度为70～90℃，示例性为70℃、80℃、85℃、90℃。进一步地，所述反应的时间为2～4h，示例性为2h、3h、4h。
根据本发明的实施方案，所述高温煅烧的温度为200～600℃，示例性为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃。进一步地，所述高温煅烧的时间为2～4h，示例性为2h、3h、4h。
本发明对天然锌矿化滤芯制备方法中的挤出成型条件不做特别限定，本领域技术人员可以选用已知常规的挤出设备在常规条件下进行挤出。
根据本发明的实施方案，所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体；
(2)将步骤(1)制得的红锌矿粉体分散于水中，加入锌粒，然后于60～70℃下保温8～12h；
(3)取出红锌矿粉体，水洗，然后置于0.1～0.5mol/L的氯化锌溶液中，并于70～90℃下保温2～4h，然后取出红锌矿粉体水洗后放入200～600℃的真空炉中煅烧2～4h；(氯化锌的作用在于腐蚀红锌矿粉体的表面，以扩大内部孔隙结构，并通过煅烧处理进一步扩大红锌矿的孔隙结构)；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供的天然锌矿化滤芯采用天然矿石为原料，通过造孔和高温煅烧活化加工改性处理，并通过挤出成型工艺，制得了生物安全性高、且能稳定释放锌元素的天然锌矿化滤芯材料，同时本发明的原料天然，安全无毒；且挤出成型工艺的生产效率显著高于烧结成型，因而具备广阔的应用前景。
(2)本发明的天然锌矿化滤芯采用富含锌元素的天然矿石为原料，能够补充人体必需的微量元素锌元素，以促进人体的生长发育。
(3)缓释：本发明提供的天然锌矿化滤芯可持久稳定的释放锌元素，有利于人体吸收，而采用化学含锌材料制备的矿化滤芯则会很快失去释放锌离子的能力。
(4)高效生产：本发明采用挤出成型工艺生产滤芯材料，每分钟即可生产出一支大T尺寸(45*20*195mm)的滤芯，而烧结成型工艺则需2h才能完成一次制作工艺。本发明的挤出成型工艺具有生产效率高，便于大规模生产等优点。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
本发明中，除非另有指明，否则份数和“％”均基于质量/重量计。
实施例1
一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿10份，活性炭250份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)；
其中：红锌矿采自云南文山，纯度不低于95％；活性炭的粒径为80～200目，碘值900～1200；聚乙烯胶粉的分子量为4万。
所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体；
(2)将红锌矿粉体置于装有去离子水的玻璃容器中，红锌矿粉体与水的质量比为1:5，加入3％重量分数的锌粒，锌粒直径1mm，然后放入70℃烘箱中保温8h；
(3)取出红锌矿粉体，用去离子水冲洗后放入0.1mol/L的氯化锌溶液中，红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:5，在85℃烘箱中保温3h，然后取出红锌矿粉体用去离子水冲洗后放入400℃的真空炉中煅烧3h；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉按照上述重量份通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
将实施例1制得的标准大T(45*20*195mm)滤芯装在纯水机末端进行连续通水测试，出水流速为1.0L/min，过水量达到1000L、3000L、5000L、7000L、10000L时分别取水样测试锌元素浓度，并与《GB 8537-2018饮用天然矿泉水》进行比对。
实施例2
一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿10份，活性炭250份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)；
其中红锌矿采自云南文山，纯度不低于95％；活性炭的粒径为80～200目，碘值900～1200；聚乙烯胶粉的分子量为4万。
所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80-120目的粉体；
(2)将红锌矿粉体置于装有去离子水中的玻璃容器中，红锌矿粉体与水的质量比为1:5，加入红锌矿粉体用量3％的锌粒，锌粒直径1mm，然后放入70℃烘箱中保温8h；
(3)取出红锌矿粉体，用去离子水冲洗后放入0.3mol/L的氯化锌溶液中，红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:5，在85℃烘箱中保温3h，然后取出红锌矿粉体用去离子水冲洗后放入400℃的真空炉中煅烧3h；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉按照上述重量份通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
将实施例2制得的标准大T(45*20*195mm)滤芯装在纯水机末端进行连续通水测试，出水流速为1.0L/min，过水量达到1000L、3000L、5000L、7000L、10000L时分别取水样测试锌元素浓度，并与《GB 8537-2018饮用天然矿泉水》进行比对。
实施例3
一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿10份，活性炭250份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)；
其中红锌矿采自云南文山，纯度不低于95％；活性炭的粒径为80～200目，碘值900～1200；聚乙烯胶粉的分子量为4万。
所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80-120目的粉体；
(2)将红锌矿粉体置于装有去离子水中的玻璃容器中，红锌矿粉体与水的质量比为1:5，加入3％重量分数的锌粒，锌粒直径1mm，然后放入70℃烘箱中保温8h；
(3)取出红锌矿粉体，用去离子水冲洗后放入0.5mol/L的氯化锌溶液中，红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:5，在85℃烘箱中保温3h，然后取出红锌矿粉体用去离子水冲洗后放入400℃的真空炉中煅烧3h；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉按照上述重量份通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
将实施例3制得的标准大T(45*20*195mm)滤芯装在纯水机末端进行连续通水测试，出水流速为1.0L/min，过水量达到1000L、3000L、5000L、7000L、10000L时分别取水样测试锌元素浓度，并与《GB 8537-2018饮用天然矿泉水》进行比对。
表1为实施例1、实施例2、实施例3制得的天然锌矿化滤芯的通水锌含量测试结果。
表1
Figure BDA0003047109310000071
由表1结果可知：改变天然锌矿化滤芯制备过程中氯化锌浓度，会对矿化滤芯的出水锌含量产生影响。
表2为实施例1、实施例2、实施例3制得的红锌矿粉体的孔隙率。
表2
原矿石 实施例1 实施例2 实施例3
氯化锌浓度/mol/L - 0.1 0.3 0.5
煅烧温度/℃ - 400 400 400
孔隙率 0.18％ 2.44％ 4.35％ 2.73％
由表2结果可知：改变天然锌矿化滤芯制备过程中氯化锌浓度，会对红锌矿粉体的孔隙率产生影响。
实施例4
一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿10份，活性炭250份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)；
其中红锌矿采自云南文山，纯度不低于95％；活性炭的粒径为80～200目，碘值900～1200；聚乙烯胶粉的分子量为4万。
所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体；
(2)将红锌矿粉体置于装有去离子水中的玻璃容器中，红锌矿粉体与水的质量比为1:5，加入3％重量分数的锌粒，锌粒直径1mm，然后放入70℃烘箱中保温8h；
(3)取出红锌矿粉体，用去离子水冲洗后放入0.3mol/L的氯化锌溶液中，红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:5，在85℃烘箱中保温3h，然后取出红锌矿粉体用去离子水冲洗后放入200℃的真空炉中煅烧3h；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
将实施例4制得的标准大T(45*20*195mm)滤芯装在纯水机末端进行连续通水测试，出水流速为1.0L/min，过水量达到1000L、3000L、5000L、7000L、10000L时分别取水样测试锌元素浓度，并与《GB 8537-2018饮用天然矿泉水》进行比对。
实施例5
一种天然锌矿化滤芯，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿10份，活性炭250份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)；
其中红锌矿采自云南文山，纯度不低于95％；活性炭的粒径为80～200目，碘值900～1200；聚乙烯胶粉的分子量为4万。
所述天然锌矿化滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体；
(2)将红锌矿粉体置于装有去离子水中的玻璃容器中，红锌矿粉体与水的质量比为1:5，加入3％重量分数的锌粒，锌粒直径1mm，然后放入70℃烘箱中保温8h；
(3)取出红锌矿粉体，用去离子水冲洗后放入0.3mol/L的氯化锌溶液中，所述红锌矿粉体与氯化锌溶液的红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1:5，在85℃烘箱中保温3h，然后取出红锌矿粉体用去离子水冲洗后放入600℃的真空炉中煅烧3h；
(4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
将实施例5制得的标准大T(45*20*195mm)滤芯装在纯水机末端进行连续通水测试，出水流速为1.0L/min，过水量达到1000L、3000L、5000L、7000L、10000L时分别取水样测试锌元素浓度，并与《GB 8537-2018饮用天然矿泉水》进行比对。
表3为实施例2、实施例4、实施例5制得的天然锌矿化滤芯的通水锌含量测试结果。
表3
Figure BDA0003047109310000101
由表3结果可知：改变天然锌矿化滤芯制备过程中煅烧温度，会对矿化滤芯的出水锌含量产生影响。
表4为实施例2、实施例4、实施例5制得的红锌矿粉体的孔隙率。
表4
原矿石 实施例2 实施例4 实施例5
氯化锌浓度/mol/L - 0.3 0.3 0.3
煅烧温度/℃ - 400 200 600
孔隙率 0.18％ 4.35％ 2.56％ 2.64％
由表4结果可知：改变天然锌矿化滤芯制备过程中煅烧温度，会对红锌矿粉体的孔隙率产生影响。
实施例6
一种天然锌矿化滤芯，与实施例2相比，不同之处在于：所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿5份，活性炭300份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)。
其余与实施例2均相同。
实施例7
一种天然锌矿化滤芯，与实施例2相比，不同之处在于：所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿30份，活性炭280份，聚乙烯胶粉60份(每一份为1g)。
其余与实施例2均相同。
对比例1
一种天然锌矿化滤芯，与实施例2相比，不同之处在于：所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿3份，活性炭250份，聚乙烯胶粉37份(每一份为1g)。
其余与实施例2均相同。
对比例2
一种天然锌矿化滤芯，与实施例2相比，不同之处在于：所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿35份，活性炭225份，聚乙烯胶粉30份(每一份为1g)。
其余与实施例2均相同。
表3为实施例2、实施例6、实施例7及对比例1、对比例2制得的天然锌矿化滤芯的通水锌含量测试结果。
表5
Figure BDA0003047109310000111
由表5结果可知：改变配方中原料的相对比例，会对矿化滤芯的出水锌含量产生影响。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种天然锌矿化滤芯，其特征在于，所述滤芯由包括如下重量份的原料组分制备得到：红锌矿5～30份，活性炭250～300份，聚乙烯胶粉30～60份；
所述活性炭的粒径为80～200目，碘值为900～1200，所述聚乙烯胶粉的分子量为2～6万；
包括如下步骤：
1)将天然红锌矿进行破碎、筛分、清洗、烘干处理，得到80～120目的粉体；
2)将步骤(1)制得的红锌矿粉体溶于水中，加入锌粒，并保温反应，得到除杂后的红锌矿粉体，所述锌粒的用量为红锌矿粉体重量的1～5％，所述保温反应的温度为60～70℃，所述保温反应的时间为8～12h；
3)取出红锌矿粉体，水洗，然后置于0.1～0.5mol/L的氯化锌溶液中，并于70～90℃下保温2～4h，然后取出红锌矿粉体水洗后放入200～600℃的真空炉中煅烧2～4h；其中，所述氯化锌溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，除杂后的红锌矿粉体与氯化锌溶液的质量比为1：(3～8)；
4)将煅烧后的红锌矿粉体和活性炭、聚乙烯胶粉按上述用量比通过搅拌机混合均匀，然后通过挤出机挤出成型，即可得到天然锌矿化滤芯。
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