CN114715997A - 一种多孔矿石滤芯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多孔矿石滤芯材料及其制备方法,试试多孔矿石滤芯材料,由以下原料制成:主料、粘合剂和造孔剂;所述主料选自以下原料:麦饭石、木鱼石、硒矿石、天青石、贝壳、硅酸盐矿石和镁矿石;所述粘合剂选自以下组分:硅酸钠、粘土、虫胶、松香、糊精和合成树脂;所述造孔剂选自以下组分:碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钙。本发明的滤芯材料用于优化饮用水矿化处理,使得出水水质中硒和锶元素能够同时达到天然矿泉水的水平;由矿物质溶出高的天然矿石二次改性加工而成,通过改性增大了材料的比表面积,提高了天然矿石的溶出性能。
Description
技术领域
本发明涉及水处理材料技术领域,具体涉及一种多孔矿石滤芯材料及其制备方法。
背景技术
水是生命之源,饮用水的安全健康关乎着整个人类的生存发展。随着时代的进步以及生 活品质的不断提高,人民对优质饮用水的需求也越发的强烈。
饮用水是作为除食物外补充人体所需元素的重要途径,水的品质也将直接影响人的健康。长 期饮用不含矿物元素的纯净水会对人体健康产生负面影响,使得人体缺乏必需的常量及微量 元素。有研究表明,长期饮用纯净水会造成骨骼发育不良、免疫力下降等健康风险。
据王占生教授表示,有机物、农药、重金属、抗生素等都是水污染的主要元凶!反渗透 技术并非不好,暂时饮用反渗透技术处理的纯水也并非不可,但纯水(几乎不含矿物质、也 无有害物质)是有缺点的,我们应该尽量保留水里的有益物质,去除有机物等有害物质。
舒为群教授:长期饮用过度处理后不含矿物质的水,不仅增加人和动物心血管疾病的发 生风险,同时还会增加机体的代谢性酸负荷,驱使机体动员骨钙入血以维持血液酸碱稳态, 长期如此将加大骨质疏松发生风险。
上述专家基本上认可饮用水中保留一定的矿物质有利于身体健康。而矿物元素与人体健 康有以下关系:
锶元素:人体所有组织中都含有锶,也是骨骼及牙齿的政党组成成份,主要浓集在骨化 旺盛的地方,可强壮骨骼。抑制钠盐吸收防止高血压高血脂和高血糖的发生,有利心血管的 正常活动,降低心血管疾病的死亡率。
硒元素:以增强人体免疫功能、抗氧化、延缓衰老,并能有效抑制肿瘤生长,对手术和 放化疗治疗后的患者有很好的辅助改善作用;
钙元素:是组成人体骨骼、牙齿的必需元素,它对幼儿及青少年的生长发育起着重要作 用,婴幼儿缺钙,易得佝偻病、软骨病。钙是神经传递和肌肉收缩所必需的元素。它能刺激 心脏和心血管活动,能激活多种酶,提高机体对传染病的抵抗能力和抗炎症作用,可保证大 脑顽强地工作,缺钙还会提高心血管病的发病率;
镁元素:是人体必需的营养元素之一,它和钙一样是人体骨骼成份的一部分。它是一种 催化剂,能激活一些酶的形成。它能调节神经活动,具有强心镇静的作用。含镁高的矿泉水 还可预防或降低高血压、动脉粥状硬化、胆囊炎的发病率,据有关资料介绍,缺镁可导致食 管癌的发生;
钠元素:是人体中不可缺少的元素之一,它的碳酸氢盐是血液中主要的缓冲剂,同是又 是一种兴奋剂,当人体过度劳累出汗过多时,补充适量的钠会很快调节细胞平衡;它还是骨 骼收缩和心脏正常跳动必不可少的元素。人体摄钠过量,易引发高血压;
钾元素:是人体中不可缺少的元素之一。是人体细胞外的阳离子,它呈离子状态存在于 血液中,具有电化学和信使功能。若体内缺钾,会经常出现手足麻木,肌肉无力,心律失常 等病症;
偏硅酸:对人体主动肪硬功夫化具有软化作用,对心脏病菌、高血压、动脉硬化、神经 功能紊乱、胃病菌及胃溃疡等都有一定的医疗保健作用。它还可强壮骨骼,促进生长发育, 对消化道系统、心血管系统疾病、关节炎和神经系统紊乱等可起到防治作用,并且有防癌搞 衰老的功能;
其中,硒、锶和偏硅酸均属于微量元素,对人体的作用极大,所以在饮用水中增添硒和 锶等微量元素对于水品质的提高具有重要意义。而在现有矿化材料中,很少能够使矿化后水 中的硒和锶元素同时达到天然矿泉水的水平,且还对水质具有一定的净化作用,能够实现的 往往又需要繁琐的制备工艺,导致成本较高。
因此急需一种多孔矿石滤芯材料,用于优化饮用水矿化处理,实现饮用水中矿物元素的 均衡。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种多孔矿石滤芯材料,用于优化饮用水 矿化处理,使得出水水质中硒和锶元素能够同时达到天然矿泉水的水平;由矿物质溶出高的 天然矿石二次改性加工而成,通过改性增大了材料的比表面积,提高了天然矿石的溶出性能。 经本发明制备的多孔矿石滤芯置于矿化水装置中,利用多孔矿石材料的过滤和溶出等过程, 实现饮用水高效矿化的效果;另外,多孔矿石滤芯材料还具备净化水质的能力,可有效吸附 水中的嗅味物质及过滤悬浮物。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明提供一种多孔矿石滤芯材料,由以下原料制成:主料、粘合剂和造孔剂。
进一步地,所述主料选自以下原料:麦饭石、木鱼石、硒矿石、天青石、贝壳、硅酸盐矿石和镁矿石。
进一步地,所述主料选自以下重量份的原料:麦饭石10~150份、木鱼石10~20份、硒 矿石10~100份、天青石5~200份、贝壳1~20份、硅酸盐矿石1~5份、镁矿石0.1~10份。进一步地,所述粘合剂选自以下组分:硅酸钠、粘土、虫胶、松香、糊精和合成树脂。
进一步地,所述粘合剂选自以下重量份组分:硅酸钠5~20份、粘土5~50份、虫胶5~20 份、松香5~20份、糊精5~20份、合成树脂5~20份。
进一步地,所述造孔剂选自以下组分:碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钙。
进一步地,所述造孔剂选自以下重量份组分:碳酸氢铵1~10份、碳酸氢钠1~10份、碳 酸钠1~10份、碳酸钙1~10份。
进一步地,所述多孔矿石滤芯材料,选自由以下原料制成的配方:
1)麦饭石25份,硒矿石50份,天青石5.5份,镁矿石2.5份,粘土25份,碳酸氢 钠5份;
2)麦饭石25份,硒矿石70份,天青石10份,贝壳15份,镁矿石10份,粘土19 份,碳酸氢铵4.8份;
3)硒矿石70份,木鱼石16份,天青石18份,镁矿石7.5份,粘土19份,碳酸氢铵 4.8份;
4)麦饭石10.94份,天青石18份,贝壳6.5份,镁矿石0.5份,粘土26份,碳酸氢 铵6.4份。
一方面,本发明提供一种多孔矿石滤芯材料的制备方法,包括以下步骤: S1磨粉:将主料混合后磨成矿石粉末,过筛;
S2混合:将矿石粉末、粘合剂、造孔剂搅拌混合得到固体混合物;
S3成品:将固体混合物混合造粒,筛出成型颗粒,干燥,焙烧,冷却,得多孔的滤芯材料。
进一步地,步骤S1:将主料混合后在搅拌机中打磨成矿石粉末,打磨2min,过250目筛。
进一步地,所述造粒过程为:将固体混合物在圆盘造粒机中混合造粒。
进一步地,所述造粒过程为:将固体混合物在圆盘造粒机中中混合造粒,转速为10r/min, 倾角为45°,在造粒过程中,以喷淋的方式喷入水。
进一步地,所述颗粒的粒径为6~12mm。
进一步地,所述干燥过程为:将成型颗粒置于恒温干燥箱中干燥。
进一步地,所述干燥过程中的温度为60℃,干燥时间为25~30min。
进一步地,所述焙烧过程为:将干燥的颗粒放入马弗炉中,以50℃/min的速度升温至 500~800℃,保温时间1~5h;以20℃/min的速度升温至1000~1200℃,保温时间1~5h;以 10℃/min的速度升温至1500℃-1600℃,保温时间为1~5h。通过阶梯式焙烧,将颗粒中的 密集微孔逐步扩大为中孔和大孔,利于后续过滤饮用水和吸附水体中的杂质,增加净化和溶 出微量元素的效果。
进一步地,所述冷却过程为:将焙烧完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至 500~800℃,保温时间30~60min;以20℃/min的速度降温至100~120℃,保温时间30~150min; 取出颗粒自然降温至室温;送入冷冻设备在零下20℃环境下冷冻5~60min。通过阶梯式降温, 增加无机矿物活性组分,利于后续微量元素的溶出。
本发明制备的多孔矿石滤芯材料经过抗压强度及孔隙率的测试,多孔滤芯材料的抗压强 度在2.96MPa~15.08MPa之间,孔隙率在66%~74%之间。
除去阶梯式焙烧步骤,其余步骤与本申请一致,制备的多孔矿石滤芯材料的孔隙率在 56~60%之间,微量元素溶出率明显降低15%。
除去阶梯式冷却步骤,其余步骤与本申请一致,制备的多孔矿石滤芯材料的微量元素溶 出率明显降低40~50%。
本发明的制备工艺简单,制备的材料的强度较高,还具备高孔隙率。
采用本发明制备的矿化滤芯材料所得矿化饮用水,微量元素硒和锶元素的溶出量能够同 时达到天然矿泉水的水平,人体健康所必须的钙、镁、钠、钾四种常量元素和铁、钒、钼、 锡等微量元素皆有溶出。由于滤芯材料具有多孔结构,能够对水体中的嗅味物质及悬浮物具 有一定的吸附作用,达到净化水质的目的。
有益效果:
(1)本发明经过原料选择和配比的优化,以及焙烧温度和时间的调控,使本发明的多 孔滤芯材料获得了稳定的结构,同时抗压强度大、孔隙率高、比表面积大。
(2)本发明提供了一种溶出性能高效的多孔滤芯材料,其卫生安全性符合《生活饮用 水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)的要求;
(3)经本发明提供的多孔滤芯材料改善后的水质pH值可以稳定在7.0~8.5之间,且水 中含有钙、镁、钠、钾等常量元素以及偏硅酸、锶和硒等微量元素,可以为人体补充日常所 需的矿物元素;
(4)本发明提供的多孔滤芯材料具备净化水质的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于 本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的 附图。
图1实施例1制备的具有多孔结构的矿化滤芯材料的孔洞结构示意图;
图2实施例1制备的具有多孔结构的矿化滤芯材料的扫描电镜图;
从图1和图2可以看出本发明制备的滤芯材料的孔隙率高,孔径大,在净化饮用水过程 中接触的比表面积大,利于微量元素的溶出,也可吸附水体的中杂质等物质。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制 本发明的范围。
实施例1
多孔矿石滤芯材料的制备过程如下:
原料准备:麦饭石109.4g,天青石180g,贝壳65g,镁矿石5g,粘土260g,碳酸氢铵64g。
制备方法:首先将原料在搅拌机打磨成粉并过250目筛,然后在造粒机中增湿造粒,造 粒材料的粒径控制在6~10mm,接着转移至60℃恒温干燥箱中干燥处理30min左右,再 将材料置于马弗炉中,以50℃/min的速度升温至500℃,保温时间2h;以20℃/min的速度升温至1000℃,保温时间5h;以10℃/min的速度升温至1500℃℃,保温时间为1h;将焙 烧完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至800℃,保温时间30min;以20℃/min的 速度降温至120℃,保温时间150min;取出颗粒自然降温至室温;送入冷冻设备在零下20℃ 环境下冷冻60min;具有多孔的滤芯材料完成。
本实施例制备的多孔滤芯材料可以直接用于直饮纯净水的矿化处理,调节纯净水流量使 纯净水每小时通过矿化滤芯的质量与矿化滤芯的质量比为6.6~18.8,水的pH值稳定在7.0~ 8.0之间,矿泉水的硬度为2.6~5.5mg/L,微量元素锶的溶出量为2.75~3.5mg/L;其他矿物 元素的溶出情况见表一。多孔滤芯材料能够将浊度为5NTU的水净化至0.3NTU以下。
表一麦饭石-天青石-镁矿石多孔滤芯材料在不同滤速下的出水水质范围
实施例2:多孔矿石滤芯材料的制备过程如下:
原料准备:硒矿石700g,木鱼石160g,天青石180g,镁矿石75g,粘土190g,碳酸氢铵48g。
制备方法:首先将原料在搅拌机打磨成粉并过250目筛,然后在造粒机中增湿造粒,造 粒材料的粒径控制在8~12mm,接着转移至60℃恒温干燥箱中干燥处理25min左右,再 将材料置于马弗炉中,以50℃/min的速度升温至800℃,保温时间5h;以20℃/min的速度升温至1000℃,保温时间1h;以10℃/min的速度升温至1600℃,保温时间为5h,将焙烧 完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至500℃,保温时间60min;以20℃/min的速 度降温至100℃,保温时间150min;取出颗粒自然降温至室温;送入冷冻设备在零下20℃ 环境下冷冻60min;具有多孔的滤芯材料完成。
本实施例制备的多孔滤芯材料可以直接用于直饮纯净水的矿化处理,调节纯净水流量使 纯净水每小时通过矿化滤芯的质量与矿化滤芯的质量比为7.1~19,水的pH值稳定在7.5~8.5 之间,矿泉水的硬度为3.7~7.6mg/L,微量元素锶和硒的溶出量分别为2.95~3.7mg/L、 0.038~0.055mg/L;其他矿物元素的溶出情况见表二。多孔滤芯材料能够将浊度为5NTU的 水净化至0.2NTU以下。
表二硒矿石-天青石-镁矿石多孔滤芯材料在不同滤速下的出水水质范围
实施例3:多孔矿石滤芯材料的制备过程如下:
原料准备:麦饭石250g,硒矿石700g,天青石100g,贝壳150g,镁矿石100g,粘土190g,碳酸氢铵48g。
制备方法:首先将原料在搅拌机打磨成粉并过250目筛,然后在造粒机中增湿造粒,造 粒材料的粒径控制在8~12mm,接着转移至60℃恒温干燥箱中干燥处理25min左右,再 将材料置于马弗炉中,以50℃/min的速度升温至600℃,保温时间2h;以20℃/min的速度升温至1200℃,保温时间3h;以10℃/min的速度升温至1600℃,保温时间为1h;将焙烧 完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至700℃,保温时间40min;以20℃/min的速 度降温至110℃,保温时间60min;取出颗粒自然降温至室温;送入冷冻设备在零下20℃环 境下冷冻30min;具有多孔的滤芯材料完成。
本实施例制备的多孔滤芯材料可以直接用于直饮纯净水的矿化处理,调节纯净水流量使 纯净水每小时通过矿化滤芯的质量与矿化滤芯的质量比为4.3~17.6,水的pH值稳定在7.0~ 8.5之间,矿泉水的硬度为5.6~10.2mg/L,微量元素锶和硒的溶出量分别为1.76~2.54mg/L、 0.026~0.041 mg/L;其他矿物元素的溶出情况见表三。多孔滤芯材料能够将浊度为5NTU的 水净化至0.2NTU以下。
表三硒矿石-天青石-镁矿石多孔滤芯材料在不同滤速下的出水水质范围
指标 | 水质范围 |
Ca | 12.5~20.7mg/L |
Mg | 2.55~4.03mg/L |
Na | 0.09~0.42mg/L |
K | 0.036~0.071 mg/L |
Si | 6.02~7.56mg/L |
Al | 0.021~0.06mg/L |
V | 0.01~0.05mg/L |
Fe | 0.8~5.6ug/L |
Mo | 3~17ug/L |
Sn | 0.31~1.9ug/L |
实施例4:多孔矿石滤芯材料的制备过程如下:
原料准备:麦饭石250g,硒矿石500g,天青石55g,镁矿石25g,粘土250g,碳酸氢 钠50g。
制备方法:首先将原料在搅拌机打磨成粉并过250目筛,然后在造粒机中增湿造粒,造 粒材料的粒径控制在8~10mm,接着转移至60℃恒温干燥箱中干燥处理25min左右,再 将材料置于马弗炉中,将干燥的颗粒放入马弗炉中,以50℃/min的速度升温至600℃,保温时间4h;以20℃/min的速度升温至1000℃,保温时间3h;以10℃/min的速度升温至 1550℃,保温时间为3h;将焙烧完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至800℃,保 温时间30min;以20℃/min的速度降温至100℃,保温时间150min;取出颗粒自然降温至 室温;送入冷冻设备在零下20℃环境下冷冻10min,具有多孔的滤芯材料完成。
本实施例制备的多孔滤芯材料可以直接用于直饮纯净水的矿化处理,调节纯净水流量使 纯净水每小时通过矿化滤芯的质量与矿化滤芯的质量比为5.1~16.7,水的pH值稳定在7.0~ 8.5之间,矿泉水的硬度为5.6~10.2mg/L,微量元素锶和硒的溶出量分别为1.73~2.52mg/L、 0.024~0.039mg/L;其他矿物元素的溶出情况见表三。多孔滤芯材料能够将浊度为5NTU的 水净化至0.2NTU以下。
表三硒矿石-天青石-镁矿石多孔滤芯材料在不同滤速下的出水水质范围
指标 | 水质范围 |
Ca | 12.3~20.6mg/L |
Mg | 2.53~4.07mg/L |
Na | 0.10~0.43mg/L |
K | 0.032~0.075mg/L |
Si | 6.01~7.53mg/L |
Al | 0.022~0.06mg/L |
V | 0.01~0.05mg/L |
Fe | 0.82~5.63ug/L |
Mo | 3~16ug/L |
Sn | 0.32~1.93ug/L |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对 本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种多孔矿石滤芯材料,其特征在于,由以下原料制成:主料、粘合剂和造孔剂;
所述主料选自以下原料:麦饭石、木鱼石、硒矿石、天青石、贝壳、硅酸盐矿石和镁矿石;
所述粘合剂选自以下组分:硅酸钠、粘土、虫胶、松香、糊精和合成树脂;
所述造孔剂选自以下组分:碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钙。
2.根据权利要求1所述多孔矿石滤芯材料,其特征在于,所述主料选自以下重量份的原料:麦饭石10~150份、木鱼石10~20份、硒矿石10~100份、天青石5~200份、贝壳1~20份、硅酸盐矿石1~5份、镁矿石0.1~10份;
所述粘合剂选自以下重量份组分:硅酸钠5~20份、粘土5~50份、虫胶5~20份、松香5~20份、糊精5~20份、合成树脂5~20份;
所述造孔剂选自以下重量份组分:碳酸氢铵1~10份、碳酸氢钠1~10份、碳酸钠1~10份、碳酸钙1~10份。
3.根据权利要求1所述多孔矿石滤芯材料,其特征在于,所述多孔矿石滤芯材料,选自由以下原料的配方制成:
1)麦饭石25份,硒矿石50份,天青石5.5份,镁矿石2.5份,粘土25份,碳酸氢钠5份;
或2)麦饭石25份,硒矿石70份,天青石10份,贝壳15份,镁矿石10份,粘土19份,碳酸氢铵4.8份;
或3)硒矿石70份,木鱼石16份,天青石18份,镁矿石7.5份,粘土19份,碳酸氢铵4.8份;
或4)麦饭石10.94份,天青石18份,贝壳6.5份,镁矿石0.5份,粘土26份,碳酸氢铵6.4份。
4.一种权利要求1~3任一项所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1磨粉:将主料混合后磨成矿石粉末,过筛;
S2混合:将矿石粉末、粘合剂、造孔剂搅拌混合得到固体混合物;
S3成品:将固体混合物混合造粒,筛出成型颗粒,干燥,焙烧,冷却,得多孔的滤芯材料。
5.根据权利要求4所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,步骤S1:将主料混合后在搅拌机中打磨成矿石粉末,打磨2min,过250目筛。
6.根据权利要求4所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,所述造粒过程为:将固体混合物在圆盘造粒机中混合造粒。
7.根据权利要求6所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,所述造粒过程为:将固体混合物在圆盘造粒机中中混合造粒,转速为10r/min,倾角为45°,在造粒过程中,以喷淋的方式喷入水;所述颗粒的粒径为6~12mm。
8.根据权利要求4所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,所述干燥过程为:将成型颗粒置于恒温干燥箱中干燥;温度为60℃,干燥时间为25~30min。
9.根据权利要求4所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,所述焙烧过程为:将干燥的颗粒放入马弗炉中,以50℃/min的速度升温至500~800℃,保温时间1~5h;以20℃/min的速度升温至1000~1200℃,保温时间1~5h;以10℃/min的速度升温至1500℃-1600℃,保温时间为1~5h。
10.根据权利要求4所述多孔矿石滤芯材料的制备方法,其特征在于,所述冷却过程为:将焙烧完成的颗粒在马弗炉以50℃/min的速度降温至500~800℃,保温时间30~60min;以20℃/min的速度降温至100~120℃,保温时间30~150min;取出颗粒自然降温至室温;送入冷冻设备在零下20℃环境下冷冻5~60min。
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CN117164337A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-12-05 | 山东鑫永恒新材料有限公司 | 一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料及制备方法 |
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- 2022-02-25 CN CN202210183257.XA patent/CN114715997A/zh active Pending
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