CN117164337B - 一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料及制备方法，包括如下重量份数的原料：含碱金属/锶/硒原料4‑60份、二氧化硅15‑40份，沸石5‑10份，石英5‑10份、粘结剂2‑10份、纳米硅粉1‑10份。通过混合制浆、喷雾造粒、混合搅拌、成型、烧结、涂敷、二次加热步骤可制备得到的缓释矿化材料能够在水中只溶出单一矿物质元素且含量能够控制在一定范围。原料中的二氧化钛、石英为缓释矿化材料的成型提供支撑骨架作用，且在水中不会溶出杂质；原料中的沸石提供丰富的微孔结构，避免骨架在烧结过程中过于致密而影响矿物质元素溶出；烧结后涂敷粒度更小的纳米硅粉填充缓释矿化材料中过大的微孔使微孔大小更加均匀，可有效防止缓释矿化材料微孔大小不均匀影响溶出精度。
Description
技术领域
本申请属于缓释矿化材料技术领域，具体涉及一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料及制备方法。
背景技术
矿物质作为人类所需的主要营养物质之一，是人体代谢的“管家”，有维持和调整机体的功能。饮用水是人体获得矿物质元素的有效途径，但随着生活水平的提高，人们的饮用水已由传统的自来水转变为净水器净化的纯净水。净水器在过滤掉水中杂质的同时，也将对人体有益的矿物质去除，人长时间饮用纯净水会带走身体中的矿物质导致亚健康状态。为了解决纯净水缺少有益矿物质的问题，现有专利CN 114369308 B公开了基于岩石和聚合物复合材料的矿化滤芯及制备方法与应用，采用聚合物、改性姜石、改性炉甘石制备的矿化滤芯可向水中大量释放锌等人体需要的元素，并据有较强的抗菌作用。虽然改善现有的滤芯过滤的水中矿物质含量较低的问题，但仍存在矿化材料中矿化元素成分种类众多，无法精准控制改性矿化材料溶出的矿物元素种类和含量的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料，能够在纯净水中只溶出碱金属/锶/硒元素且能将溶出元素的含量控制在一定范围。
本申请的另一个目的在于提供上述可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料的制备方法。
为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料，包括如下重量份的原料：含碱金属/锶/硒原料4-60份、二氧化硅15-40份，沸石5-10份，石英5-10份、粘结剂2-10份、纳米硅粉1-10份；所述含碱金属原料为含锂、钠、钾原料。
优选的，所述含锂原料为锂辉石中提纯提取的氧化锂20-40份、锂云母中提纯提取的碳酸锂2-10份；或
所述含钠原料为钠长石中提纯提取的氧化钠20-40份、白碳酸钠2-10份、硅酸钠2-10份；或
所述含钾原料为钾长石中提纯提取的氧化钾2-20份，白云石中提纯提取的硅酸钾2-10份；或
所述含锶原料为菱锶矿中提纯提取的碳酸锶20-40份，天青石中提纯提取的硫酸锶2-10份；或
所述含硒原料为食品级富硒酵母粉20-40份。
优选的，所述粘结剂为硅溶胶。
一种上述所述可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料制备方法，包括以下步骤：
步骤1、混合制浆：将含碱金属/锶/硒原料和溶剂混合磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅、沸石、石英磨成粉料后进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：在步骤3充分混合搅拌的粉料中加入粘结剂进行成型，烘干，得到成型品；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品烧结，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉，二次加热，后降至室温，得到一种可溶出碱金属/锶/硒元素的缓释矿化材料。
优选地，所述溶剂为75％体积分数酒精或水；进一步优选的所述溶剂为75％体积分数酒精；所述步骤1制浆条件为在压力罐中5个大气压下进行。
优选的，步骤2所得颗粒粒径为0.3-0.7mm，所述步骤2喷雾造粒在喷雾造粒塔中进行。
优选的，步骤3混合搅拌在混料机中进行。
优选的，所述烘干温度为80℃，步骤4在滚动型成球机中进行，步骤4所述成型品的粒径为1-15mm。
优选的，所述步骤5在真空电炉中进行烧结，步骤5所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时。
优选的，步骤6所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时。
一种矿化器，包括所述的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料或制备方法制备得到的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料。
本申请能够带来如下有益效果：
1、本申请制备的缓释矿化材料，通过对天然矿石中矿物元素的精准提纯，然后把易溶的碱金属/锶/硒元素锁在无机非金属材料的晶格中能够使其缓慢释放，达到了能够使材料在纯净水中只溶出单一矿物质元素，且生产过程中的精准配比，能够使矿物质元素的溶出量能够在一定范围内可控。
2、本申请制备的缓释矿化材料中加入二氧化硅、石英，可作骨架结构为缓释矿化材料提供支撑作用，使缓释矿化材料的形状可控；且二氧化硅、石英在水中不会溶出任何物质，可有效避免溶出矿物质元素的过程中引入杂质污染饮用水；且二氧化硅和石英混合作为缓释矿化材料骨架可有效降低产品生产成本。
3、本申请制备的缓释矿化材料中加入多孔结构的沸石，可使缓释矿化材料富含微孔结构，避免骨架在烧结过程中过于致密而影响矿物质元素溶出。
4、本申请将硅溶胶作为粘结剂，其主要成分为二氧化硅，在水中不溶出任何物质，可有效避免缓释矿化材料溶出矿物质元素的过程中引入杂质污染饮用水。
5、本申请制备的缓释矿化材料涂敷纳米硅粉，粒度更小的纳米硅粉填充过大的微孔使所有的微孔大小更加均匀，可有效防止骨架烧结后在微观层面微孔大小不均匀影响溶出精度。
6、本申请制备的缓释矿化材料具有可定期更换，使用方便、成本低廉的特点。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
【实施例1】
步骤1、混合制浆：将含锶原料为菱锶矿中提纯提取的碳酸锶30份，天青石中提纯提取的硫酸锶6份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.4mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅20份、沸石7份、石英6份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入硅溶胶4份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为2mm，所述烘干温度为80℃。
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉6份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种可溶出锶元素的缓释矿化材料。
【实施例2】
步骤1、混合制浆：将含锶原料为菱锶矿中提纯提取的碳酸锶20份，天青石中提纯提取的硫酸锶3份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.45mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅15份、沸石5份、石英5份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入硅溶胶2份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为4mm，所述烘干温度80℃。
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉2份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种可溶出锶元素的缓释矿化材料。
【实施例3】
步骤1、混合制浆：将含锶原料为菱锶矿中提纯提取的碳酸锶40份，天青石中提纯提取的硫酸锶5份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.5mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅25份、沸石7份、石英6份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入硅溶胶5份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为8mm，所述烘干温度80℃。
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉4份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种可溶出锶元素的缓释矿化材料。
【实施例4】
步骤1、混合制浆：将含锂原料为锂辉石中提纯提取的氧化锂25份、锂云母中提纯提取的碳酸锂5份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.6mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅18份、沸石6份、石英6份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入硅溶胶3份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为10mm，所述烘干温度为80℃；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉4份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种可溶出锂元素的缓释矿化材料。
【实施例5】
与实施例1相比，步骤1中原料为含钠原料为钠长石中提纯提取的氧化钠25份、白碳酸钠10份、硅酸钠6份，最终，得到一种可溶出钠元素的缓释矿化材料。
【实施例6】
与实施例1相比，步骤1中原料为含钾原料为钾长石中提纯提取的氧化钾15份，白云石中提纯提取的硅酸钾8份，最终，得到一种可溶出钾元素的缓释矿化材料。
【实施例7】
与实施例1相比，步骤1中原料为含硒原料为食品级富硒酵母粉30份，最终，得到一种可溶出硒元素的缓释矿化材料。
【对比例1】
与实施例1相比，原料中无沸石。
【对比例2】
与实施例1相比，原料中无二氧化硅、石英。
【对比例3】
与实施例1相比，原料中无硅溶胶。
【对比例4】
与与实施例1相比，步骤2中所得颗粒粒径为3mm；步骤4中，成型品的粒径为30mm。
【对比例5】
实施例1相比，原料中无纳米硅粉。
【对比例6】
与实施例1相比，步骤5中烧结的具体步骤为：在1800℃下真空烧结，保温2h，降至室温；步骤6中二次加热的具体步骤为：加热至1500℃，保温2h，降至室温。
对实施例、对比例方法制备得到的缓释矿化材料进行性能测试，详见表1和2。表1浸泡实验方法为：室温下，取10g样品放入100mL纯水中，静置20h，取浸泡液测试。表2实验方法为：室温下，取200g样品进行通水测试，通水时，纯水流速为1.5L/min，当通水量达到500L、1000L、2000L、3000L和4000L时分别取水样进行测试。
表1各实施例及对比例制备的富锶缓释矿化材料性能测试结果
根据表1可以得出如下结论：实施例1-3中锶元素的含量明显高于对比例1-6以及纯水的含量，表明制备得到的产品能够进行矿化使纯水中的矿物质元素锶含量增加；与纯水相比，实施例1-2中除锶元素含量增加，其他元素不变，表明本申请制备的产品能够在纯水中能够精准控制溶出的元素只有锶元素；实施例1-3以及对比例4、6中锶元素的含量不同，表明原料的配比、喷雾造粒的粒径、成型品的粒径以及温度对产品中锶元素的溶出量有影响；对比例1与实施例1相比，由于原料中无沸石，导致产品中料无微孔结构，且使骨架在烧结过程中过于致密，富锶原料不能与水体充分接触影响锶元素溶出；对比例2与实施例1相比，由于原料中无二氧化硅和石英，产品中无起支撑作用的骨架结构，使其形状不可控影响锶元素溶出的含量；对比例3与实施例1相比，由于原料中无硅溶胶，富锶原料与沸石、二氧化硅、石英无法粘结在一起形成具有形状的多孔结构，导致溶出的锶元素含量降低；对比例4与实施例1相比，由于原料的粒径较大，最终富锶原料与水体的接触面积降低，导致水中锶元素含量降低；对比例5与实施例1相比，由于无纳米硅粉对产品孔径进行调控，导致产品在水中溶出锶元素的速率不同，进而影响水中锶元素的含量；对比例6与实施例1相比，由于温度过高，产品中的骨架架构熔化致密，导致富锶原料不能与水体充分接触使锶元素含量降低；实施例4-7与纯水相比，水中锂、钠、钾、硒元素分别明显增加，表明本申请制备的产品能够控制溶出单一元素。
表2实施例1制备的富锶缓释矿化材料性能测试结果
由表2可以得出如下结论：实施例1制备得到的产品在通水量逐渐增大的过程中锶元素的含量稳定降低，表明本申请制备的产品溶出锶元素含量较稳定，且随着通水量的增大钙元素的含量不变也能表明本申请制备的产品只溶出锶元素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：含碱金属/锶/硒原料4-60份、二氧化硅15-40份，沸石5-10份，石英5-10份、粘结剂2-10份、纳米硅粉1-10份；所述含碱金属原料为含锂/钠/钾原料；所述含锂原料为锂辉石中提纯提取的氧化锂20-40份、锂云母中提纯提取的碳酸锂2-10份；或所述含钠原料为钠长石中提纯提取的氧化钠20-40份、白碳酸钠2-10份、硅酸钠2-10份；或所述含钾原料为钾长石中提纯提取的氧化钾2-20份，白云石中提纯提取的硅酸钾2-10份；或所述含锶原料为菱锶矿中提纯提取的碳酸锶20-40份，天青石中提纯提取的硫酸锶2-10份；或所述含硒原料为食品级富硒酵母粉20-40份；所述粘结剂为硅溶胶。
2.根据权利要求1所述可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、混合制浆：将含碱金属/锶/硒原料和溶剂混合后磨成浆料；步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒；步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅，沸石、石英磨成粉料后进行均匀混合和充分搅拌；步骤4、成型：在步骤3充分混合搅拌的粉料中加入粘结剂进行成型，烘干，得到成型品；步骤5、烧结：将步骤4所述成型品烧结，后降至室温，得到半成品；步骤6、涂敷、二次加热：在所述半成品上涂敷纳米硅粉，二次加热，后降至室温，得到一种可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料；步骤5所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时；步骤6所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时。
3.根据权利要求2所述的一种可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为75％体积分数酒精或水。
4.根据权利要求3所述的一种可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为75％体积分数酒精。
5.根据权利要求2所述的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料的制备方法，步骤2所得颗粒粒径为0.3-0.7mm。
6.根据权利要求4所述的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料的制备方法，步骤4所述成型品的粒径为1-15mm。
7.一种矿化器，其特征在于，包括如权利要求1所述的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料或权利要求2-6任一项制备方法制备得到的可溶出碱金属/锶/硒元素缓释矿化材料。
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