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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