CN114746368A - 用于处理饮用水的滤芯以及用于使饮用水含有硅的方法 - Google Patents
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Abstract
用于使饮用水含有硅的滤芯以及方法。使用交联的硅酸，所述硅酸可以与优选添加有氢的阳离子交换剂和/或起碱性作用的制剂和/或活性炭混合。经由硅酸可以将硅释放至水中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理饮用水的滤芯，借助于所述滤芯使饮用水含有硅和/或软化。尤其，本发明涉及一种用于餐用水过滤器、用于台下过滤器或用于处理热饮和/或冷饮的机器的滤芯。
本发明还涉及一种用于处理饮用水的方法。
背景技术
本发明涉及一种用于处理饮用水的滤芯以及涉及一种用于使饮用水含有硅的方法。
饮用水在通常情况下仅具有少量硅。硅是所谓的超微量元素，人体需要所述超微量元素并且在多种情况下超微量元素对于健康是有益的。缺硅会引起健康问题，如脱发、指甲断裂、胶原形成受干扰，皮肤和血管壁的弹性降低以及骨质疏松。一系列的病征，例如糖尿病、神经性皮炎、动脉硬化、肾结石和甲状腺肿的形成也与缺硅有关。随着年龄增加，硅的含量在一些组织，例如血管、骨骼和皮肤中会减少。
因此，重要的是，为身体提供足够量的硅。
通过添加硅，还可以改善水的味道。
已知的是含硅的制剂，例如硅土。因此，硅土也可以在饮用水中悬浮。
然而，因为硅土在水中仅是难溶的，所以鉴于在硅土中的硅的生物可用性是非常低的。因此，被接收的硅土的仅小部分的硅到达血液循环中。
还从实践中已知的是，借助于定量分配泵为水流定量分配强碱性的硅酸钠。然而，这种方法是耗费的并且不太适合于制备少量的饮用水。此外，通过添加碳酸钠提高水的pH值。因此，相应的方法首先用于尤其对工业设施的防腐蚀保护，因为尤其在使用水玻璃时形成在管路上的保护层。
发明目的
与之相应，本发明的基本目的是，提供用于处理饮用水的方法或滤芯，借助其能够以简单且有效的方式使饮用水含有硅。
发明内容
本发明的目的已经通过用于处理饮用水滤芯和通过用于处理饮用水的方法实现。
本发明的优选的实施方式和改进方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题中获知。
本发明涉及一种用于处理水的滤芯。
滤芯尤其构成为用于餐用水过滤器的滤芯、用于处理热饮和/或冷饮的机器和/或用于台下滤水器。
根据本发明，滤芯包含交联的硅酸，尤其聚硅酸。
交联的硅酸在水流过时释放硅。
在本发明的意义上，下面将硅考虑为SiO2。
作为交联的硅酸优选使用二氧化硅(SiO2)的水性、多孔、无定形改性形式的硅胶。
代替交换的硅酸和硅胶通常还使用名称“硅胶”(“Silica Gel”)、“无定形二氧化硅”、“聚硅酸”和“二氧化硅”。
已证实的是，至少在选择具有高湿度和/或高比例的硅醇基的材料时可以实现高的可溶性，使得实现足够的硅释放。
发明人怀疑，对于溶解交联的硅酸水解反应是必需的。因此，溶解速度取决于水解速度，而水解速度又取决于二氧化硅的改性。改性，尤其是具有许多Si-O-Si键的支架结构的高热二氧化硅，需要更高的能量，因为该键必须首先被分离。因此，优选使用具有高含水量和/或高灼热损耗的改性。
在交联的硅酸与水接触时，较少的聚合或未聚合的硅酸(例如一硅酸、二硅酸)分解。
例如：
硅酸是弱酸。因此，由此经处理的水的pH值和传导能力仅不明显地改变。
用于本发明的交联的硅酸例如可以如下制备。
用于交联的硅酸的可能的原材料是碱硅酸盐，优选硅酸钠的水溶液，从中通过添加酸沉淀出无定形的硅酸。
沉淀出的硅酸被滤出、洗涤和干燥。
优选地，硅酸在干燥时不加热高于250℃，因为否则硅醇基会分解。
根据本发明的一个优选的实施方式，交联的硅酸在1000℃下具有3％至30％，优选5％至25％，特别优选高于6％至15％，优选高于7％至10％，尤其在7％和9％之间的灼热损耗(类似FGK-AV“灼热损耗”(2012-12))。因此，仅在1000℃的略低的温度下根据FGK-AV“灼热损耗”确定灼热损耗。
灼热损耗是硅醇基的比例的量值。
硅酸包含，如上文所列举，一定比例的化学地以硅醇基形式结合的水。其通过在1000℃下的灼热损耗确定。灼热损耗可以基于原始物质确定，但也根据在105℃下或在110℃下干燥的物质计算。灼热损耗由此涉及在105℃下或在110℃下预先干燥的样品。
优选地，硅酸具有高于30％，优选高于40％，优选高于50％的干燥损耗，尤其55％至65％的干燥损耗。干燥损耗可以根据DIN EN ISO 787-2-1995-04确定。
已证实的是，硅酸可以加热至大约130℃或甚至加热至145℃并且在此被干燥，而溶解度不明显降低。
根据本发明的一个优选的实施方式，硅酸具有高于300m2/g，优选高于700m2/g，特别优选高于800m2/g，尤其在820m2/g和1000m2/g之间的比表面积。
比表面积可以根据依照DIN ISO 9277-2017-07的BET法确定。
优选使用硅酸，所述硅酸在25℃下(在去离子水中)具有高于80mg/l，优选高于100mg/l并且特别优选高于150mg/l的溶解度。尤其，溶解度在140mg/l和180mg/l之间(考虑为SiO2)。
溶解度可以通过以下方式确定，即将足够量的硅酸搅拌到25℃的热水中直至出现饱和，所述硅酸的量大至，使得其不完全溶解。
硅酸和/或阳离子交换器可以构成为颗粒材料，尤其具有0.5mm至3.0mm的平均粒度。
硅酸的内部结构由具有高含量的硅醇基的彼此连接的微观孔隙的大的网络组成，所述硅醇基可以通过物理吸附和毛细管效应吸收和保持水。由此，材料具有在水中的足够的溶解度。
这通过使用硅酸实现，所述硅酸具有高的比表面积并且具有高比例的硅醇基(特征为在1000℃下的高的灼热损耗)。
优选地，用合成二氧化硅填充滤芯。
作为硅酸尤其可以使用以CAS-Nr号码112926-00-8、7631-86-9、1343-98-2、7699-41-4、63231-67-4或10193-36-9登记的物质。
除了饮用水的硅含量外，已证实的是，由此也可以非常有效的方式实现防腐蚀保护。
因此，硅析出并且在金属线路的表面，尤其是内壁上形成保护层。
因此，尤其在饮用水管路镀锌时可以减少腐蚀。
此外，水可以用于填充加热回路或冷却回路。这尤其适用于具有由非合金和低合金的铁材料构成的线路的回路。
优选地，滤芯包含20ml至10000ml，优选80ml至200ml的交联的硅酸。优选地，硅酸是颗粒形式。
优选地，滤芯包括交联的硅酸还包括离子交换剂，尤其阳离子交换剂。
阳离子交换剂优选至少添加有氢加载，尤其以其总容量的至少10％，优选至少30％添加有氢。
此外，阳离子交换剂可以为了将镁释放至饮用水而附加地添加有镁，尤其以其总容量的至少10％添加有镁。
特别是基于DIN 54403:2009-04“离子交换剂的测试-阳离子交换剂总容量的确定”，提供本发明的意义上的离子交换材料的添加说明。
已表明的是，借助交联的硅酸能以简单的方式将硅释放到水中。
与阳离子交换剂组合地可以提供过滤器滤芯，所述过滤器滤芯将饮用水软化并且为饮用水掺入硅。
交联的硅酸和阳离子交换剂尤其可以1:10至10:1，优选1:3至3:1的体积比存在。
在本发明的范围内，将弱酸性的离子交换材料尤其理解为以下材料，如尤其在路德维希，哈廷格，在1991年在维也纳所著的，慕尼黑卡尔汉瑟出版社的，“金属制品工业的排水和回收技术手册(Handbuch der Abwasser-und Recyclingtechnik für diemetallverarbeitende Industrie)”中所说明。根据本手册第5.2.3.3章，在离子交换剂中首先对阳离子交换剂和阴离子交换剂进行了区分。阳离子交换剂能划分为强酸和弱酸而阴离子交换剂划分为强碱和弱碱性的交换树脂，其在交换反应中相应地表现为强酸或弱酸或表现为强碱或弱碱。
阳离子交换剂优选构成为弱酸性的离子交换剂，尤其构成为弱酸性的离子交换树脂。
这种离子交换材料例如以商用名称
S8229可购得。
如上文所描述，阳离子交换材料优选为了软化水而添加有氢。
根据本发明的一个改进方案，阳离子交换剂还添加有其他材料，尤其矿物质，例如镁、锂、钾和/或锌，优选以其总容量的至少5％，特别优选至少20％添加。
因此，为饮用水除硅外还添加其他微量元素。
硅酸和阳离子交换剂优选以混合床，尤其以经混合的颗粒材料形式存在。
在另一实施方式中，硅酸和/或阳离子交换剂也可以由彼此连接的颗粒构成的优选多孔的块或粉末形式存在。
只要经由阳离子交换剂还应添加其他微量元素，则可考虑添加阳离子交换材料，其主要，尤其完全地添加有一种或多种另外的元素。
同样可考虑的是，同一种离子交换材料部分地添加有氢并且部分地添加有其他离子类型，如钠、锂、钾或锌。
根据本发明的一个改进方案，将水经由碱化的过滤材料传导。滤芯在本发明的所述改进方案中也用碱化的过滤材料填充，尤其用至少一种下面所描述的材料填充。优选地，碱化的过滤材料的量至少为交联的硅酸的5重量％。
为此，滤芯例如可以包含以下至少一种材料或由至两种材料构成的混合物，这些材料选自白云石，
半烧白云石，
碳酸盐，尤其碳酸钙和/或碳酸镁；
氧化物，尤其金属和/或半金属氧化物，尤其氧化钙和/或氧化镁和/或氢氧化镁和/或碱土金属氢氧化物。
碱化的过滤材料可以固体和尤其以颗粒材料形式存在。
优选地，通过碱化的过滤材料，水的pH值提高至少0.05，特别优选至少0.2(相对于经由硅酸传导的没有碱化的填充材料的水的pH值)。
已证实的是，通过碱化的过滤材料，根据原水，交联的硅酸的溶解度可以提高。这改善了硅酸盐的形成。
此外，pH值的提高起减少腐蚀作用。
由此，通过同时添加硅酸盐和使水碱化产生合成作用，其增强了防腐蚀保护。
此外，碱化的饮用水也可以有利地作用于人的监控并且一些人也觉得经碱化的饮用水更好喝。
碱化的材料尤其可以作为固体添加。例如，其可以构成为颗粒材料，其尤其具有0.5mm至3.0mm的平均粒度。
本发明还涉及一种饮用水过滤器、用于处理饮料，尤其热饮和/或冷饮的机器，以及一种台下滤水器，其包括上文所描述的滤芯。
本发明还涉及一种用于处理水的方法，尤其通过使用如上文所描述那样的滤芯和/或交联的硅酸处理水的方法。
所述方法尤其借助上文所描述的介质执行。
尤其，执行用于制造饮料，尤其热饮或冷饮的方法。
此外，水也可以用于填充加热系统或冷却系统。
根据本发明，将要处理的饮用水经由交联的硅酸传导并且在此使其含有硅。
所述方法优选鉴于停留时间和离子交换材料的量方面设定为，使得为要处理的饮用水掺入1mg/l至150mg/l的硅，优选10mg/l至70mg/l的硅(硅分别考虑为SiO2)。
优选地，将要处理的饮用水同时软化，尤其借助前述的阳离子交换材料中的一种软化。
借助上述交联的硅酸，可以在停留时间多于10秒和/或低于30分钟，尤其低于5分钟，尤其在20秒至20分钟之间时，实现含有高于5mg/l，优选高于10mg/l并且特别优选高于20mg/l的硅(硅分别考虑为SiO2)。
因此，前述含量不仅在用于餐用水过滤器的滤芯中可实现，其中要处理的水的停留时间低于一分钟，而且在例如用于饮用水分配网的大的过滤器中可实现，其中停留时间最长为30分钟。
根据本发明的一个改进方案，将要处理的水在经由交联的硅酸传导之前传导经过反渗透设备。
因此，与输入水的盐含量无关地实现硅的限定的含量。因此将水首先去矿物质随后使其含有限定量的硅。
不言而喻，除硅外还可以为水添加其他矿物质，尤其镁。
附图说明
下面，根据附图图1至图5参照示意性示出的实施例详细阐述本发明的主题。
图1示出餐用水的立体视图。
图2示出具有离子交换材料的滤芯的剖开的视图。
图3示出滤烛。
图4示意地示出装入用于处理饮料的机器的储罐中的滤芯。
图5借助图表示出在过滤器滤芯的使用寿命内的饮用水的Si含量。
具体实施方式
图1以立体视图示出餐用水过滤器1。
在此涉及重力驱动的水处理设备，所述水处理设备尤其在家庭中使用。
餐用水过滤器1包括过滤器滤芯2，所述过滤器旅行装入漏斗3中，所述漏斗本身装入壶4中。
经由填入开口6可以将饮用水填入漏斗3中，所述饮用水随后经过滤芯2并且在蓄水腔5中聚集。
图2示出图1中示出的滤芯2的剖开的视图。
滤芯2包括壳体7，所述壳体包括至少一个腔室9，所述腔室用离子交换材料和铰链的硅酸8填充。
滤芯2的填充物尤其是颗粒材料，所述颗粒材料构成为具有加载有氢离子的弱酸性的离子交换剂以及交联的硅酸和可选的碱性过滤材料的混合床。
此外，腔室9还可以用其他水处理介质，尤其用活性炭(未示出)填充。
在运行中，水经由流入开口10流入腔室9中，经过填充材料8并且经由流出口11离开滤芯2。
不言而喻，沿流动方向在填充物8上游和/或下游还可以设有过滤器或网络(未示出)以去除悬浮物质和/或用于保留填充材料8。
图3示出用于处理水的设备的一个替选的实施方式，所述设备构成为滤烛12。
这种滤烛12与之前所描述的滤芯不同不由于重力而被穿流，而是经由适合的适配器连接在饮用水管路上。
为此，滤烛包括具有螺纹13的头部14。
头部14包括流入口和流出口。经由螺纹13可以将滤烛12略微拧入。这种滤烛的基本构造是本领域技术人员已知的。
图4示意地示出用于处理饮料的机器，尤其用于处理咖啡的自动装置的储罐15。
储罐15包括抽吸接管16，经由所述抽吸接管经由泵将水输送给机器。
在抽吸接管16中插入有过滤器滤芯17，所述过滤器滤芯用离子交换材料和交联的硅酸8填充。离子交换材料根据相应上文所描述的实施方式用氢加载。
参照根据图5的图表，应当详细阐述饮用水的硅含量。
针对所述测量系列，将120ml的交联的硅酸填充到滤芯中。将过滤床随后用去离子水冲洗并且用于测量系列，其中使用具有26°dH的总硬度的无硅的水以及17°dH的硬度的碳酸盐。在渗滤液中确定硅含量。
在图表中，在x轴上记录经过滤的水量而在y轴上记录渗滤液中的硅含量。
可见的是，硅以足够的浓度进入溶液中并且在20mg/l至30mg/l的SiO2的情况下构成高地。
混入弱酸性的阳离子交换材料，可以使用在此示出的颗粒材料，以便在过滤器滤芯的整个使用寿命之内使水含有硅并且同时软化。
附图标记列表
1 餐用水过滤器
2 滤芯
3 漏斗
4 壶
5 蓄水腔
6 填入开口
7 壳体
8 填充材料(由离子交换材料和二氧化硅构成的混合物)
9 腔室
10 流入开口
11 流出口
12 滤烛
13 螺纹
14 头部
15 储罐
16 抽吸接管
17 过滤器滤芯
Claims (18)
1.一种滤芯，用于处理水，尤其饮用水，所述滤芯包括交联硅酸。
2.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述滤芯包含活性炭。
3.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述滤芯包含离子交换材料，尤其阳离子交换剂。
4.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述滤芯包含碱性过滤材料，所述碱性过滤材料尤其包括至少一种材料或至少两种材料的混合物，所述材料选自白云石、半烧白云石、碳酸盐，尤其是碳酸钙和/或碳酸镁、氧化物，尤其是金属氧化物和/或半金属氧化物，尤其是氧化钙和/或氧化镁和/或氢氧化镁和/或碱土金属氢氧化物。
5.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述滤芯构成用于压力驱动或重力驱动的过滤设施。
6.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述交联硅酸在1000℃下具有3％至30％，优选5％至25％，特别优选高于6％至15％，优选高于7％至10％，尤其在7％和9％之间的灼热损耗(类似FGK-AV“灼热损耗”(2012-12))。
7.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述交联的硅酸具有高于30％，优选高于40％，优选高于50％的干燥损耗，尤其55％至65％的干燥损耗。
8.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述交联的硅酸具有高于300m2/g，优选高于700m2/g，特别优选高于800m2/g，尤其在820m2/g和1000m2/g之间的比表面积(根据DIN ISO 9277-2017-07的BET法)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述交联的硅酸在25℃下具有高于80mg/l，优选高于100mg/l并且特别优选高于150mg/l的溶解度。
10.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述交联的硅酸和/或所述阳离子交换剂构成为颗粒材料，其尤其具有0.5mm至3.0mm的平均粒度。
11.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述阳离子交换剂至少添加有氢，尤其以其总容量的至少10％，优选至少30％添加有氢和/或所述容量用交联的硅酸填充，所述硅酸，基于干物质计算，具有至少50％，优选至少90％，特别优选至少95％的SiO2含量，和/或所述交联的硅酸和阳离子交换剂以1:10至10:1，优选1:3至3:1的体积比存在和/或所述阳离子交换剂构成为弱酸性的阳离子交换树脂。
12.根据上述权利要求中任一项所述的滤芯，其特征在于，所述阳离子交换剂，优选以其总容量的至少5％，添加有镁、钠、锂、锌和/或钾，
和/或所述滤芯构成为用于餐用水过滤器、台下滤水器或用于处理饮料的机器的一次性滤芯，
和/或所述滤芯包含20ml至10000l，优选80ml至200ml的介质。
13.一种餐用水过滤器、用于处理饮料的机器或台下滤水器，其包括上述权利要求中任一项所述的滤芯。
14.一种用于处理水，尤其饮用水的方法，所述方法尤其通过使用根据上述权利要求中任一项所述的滤芯实现，并且所述方法尤其用于制造饮料，其中将要处理的水传导经过交联的硅酸并且在此使所述要处理的水含有硅。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述要处理的水含有1mg/l至150mg/l，优选10mg/l至70mg/l的硅，
和/或在20秒至20分钟的停留时间内实现含有高于5mg/l，优选高于10mg/l并且特别优选高于20mg/l的硅。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述要处理的水在传导经过所述交联的硅酸之前，传导经过反渗透设备。
17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述要处理的水用阳离子交换剂软化。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述水用于填充加热系统或冷却系统。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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