CN1299781A

CN1299781A - 高效活性净水剂

Info

Publication number: CN1299781A
Application number: CN 99126536
Authority: CN
Inventors: 陈洪俊; 高齐娥; 赵青海; 金长生; 石文渊; 张学林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-20

Abstract

本发明属于饮用水的处理技术领域,是一种高效活性净水剂及制备工艺。本发明采用斜发沸石为原料,经硫酸改性后,部分脱铝,而结构骨架不变。沸石经过改性,可以用来去除饮用水中的氟、镁等,还可以软化硬水。本发明是把斜发沸石烘干粉碎过筛,使粒度为180目,含水量小于8%。同浓度为47～55%硫酸混合,在搅拌条件下改性处理10～20分钟,静置堆放反应8～12小时。再进行烘干粉碎,细度为60～100目,吸氨值为170～190mg当量/100克。本发明由于采用斜发沸石为原料,经改性具有很大的表面积,吸附能力强,可以有效地脱氟,除铁,脱色除味,软化硬水。

Description

高效活性净水剂

本发明属于饮用水的处理技术领域，涉及一种除去水中氟、铁等，降低水的硬度的活性净水剂及制备工艺。

饮用水中含有多种元素，过多或过剩都会给人类的健康带来影响，如水中含氟浓度大于1.0mg/l时，可导致氟斑牙和氟骨症等氟病，含钙、镁过多使水的硬度变大。因此，改善水质、净化饮用水，一直是人们研究的问题。目前国内外净化水的方法较多，使用的净水剂类型也不同，但这些净水剂单一功能的居多。除氟方法有混凝沉淀法，常用混凝剂有硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝等，主要通过混凝剂的双电层和网罗吸附架桥作用即物理和化学凝聚作用除氟。骨炭吸附法使用BC除氟剂，这种除氟剂为0.8～1.6颗粒，具有较大表面积，对氟有较强的吸附能力。美国50年代开始采用活性氯化铝，骨炭或磷酸氟钙等作除氟剂。近年来，中国在除氟技术中也有许多报道，使用的除氟剂种类各不相同。如1990年李新云等人用羟基磷酸钙制成一种耐高温、耐酸碱，交换容量高的SHA除氟剂，除氟等可达到80％以上；毕华银等采用磷酸钙加磷灰石和以聚丙烯酰胺作为助凝剂的除氟技术，除氟率79.2％；丁友昌等应用天然沸石经过激活作为吸附剂，再加上二氯异氯尿酸钠消毒等工艺，除氟率也达80％以上等等。综上所述各种除氟方法和技术大多数投资较大，技术难度较大，不适用于分散式给水除氯。

其次，国内外饮用水除铁技术首先是曝气法，使饮用水源的水质氧化，以达到除铁锰的目的。在含铁的水或废水中投加石灰以造成铁的絮凝沉淀而除去水中铁质。因此采用焦碳滴滤(或接触床)，可使可溶性铁被氧化并形成不溶解的絮凝物，然后通过反应池或沉淀池使形成铁絮凝物并沉淀下来，再通过慢砂过滤池，细小的铁絮物在砂石上和砂中被除去。

软化硬水的主要方法是热石灰-苏打软化和热法磷酸盐软化，一般采用投石灰(软化碳酸盐硬度)和碱灰(软化非碳酸盐硬度)以软化水；其次还有离子交换法，这是使水中离子同固体交换剂综合体部分的补偿离子发生交换作用的一种操作，导致水中Ca⁺、Mg⁺被Na⁺等离子代换，固定在交换剂上而沉淀，达到软化水的目的。

本发明的目的是提供一种即能脱氟，除铁、又能软化硬水，脱色除味的高效活性净水剂及其制备工艺。

本发明的净水剂采用天然矿物为原料，利用这种天然矿物的良好吸附能力，再加以激活。天然矿物为斜发沸石，分子式为Na₈[Al₈SiO₄O₉₆].32H₂O，激活物为硫酸H₂SO₄。

本发明所用的斜发沸石Na₈[Al₈SiO₄O₉₆].32H₂O的骨架最基本的结构是硅氧四面体和铝氧四面体。在这种四面体中，中心是硅或铝原子，每个硅或铝原子的四周有4个氧原子。四面体中氧原子都是共用的，相邻两个四面体通过共用氧原子互相联接，故称“氧桥”。几个硅(铝)氧四面体通过氧桥相互联结在一起，可以形成首尾相接的环状的多元环。这种多元环可分为4元环、5元环、6元环、8元环等。一般可简化为四边形、六边形等，表示4元环，6元环等。四边形或六边形的每个顶点代表硅或铝原子，每条边代表氧桥。多元环当中是一个孔。由于环数不同，各种多元环有不同大小直径，孔径大小不一样，聚集形成无数晶孔。各种多元环三维地联结，可形成更复杂的、中空的多面体，这些多面体再进一步排列即构成沸石的骨架结构，晶孔的孔径平均为3.5A。这种斜发沸石的硬度3-4，比重2.6。含有的主要元素为Si和Al，还有少量其它元素，以氧化物的形态存在。化学组成如下表：

本发明是把上述结构和组分含量的斜发沸石粉，进行烘干粉碎过筛，使水分含量≤8％。沸石粉中含有一定数量水分，要在过筛180目，烘干，使水分在8％以下，达到最佳吸附效果。

把经过上述处理后的斜发沸石粉，同工业硫酸混合对斜发沸石进行改性。当斜发沸石粉为100份时，使用47％～55％浓度的硫酸38～40份。在搅拌条件下，改性处理10～20分钟，静置堆放反应8～12小时。然后烘干粉碎，产品细度60～100目。改性后的斜发沸石吸氨值为170～190mg当量/100克。

附图为本发明的工艺流程图。

改性处理的斜发沸石结构特点是硅铝比值较高为6～10，故其耐酸性较强，加入硫酸后一般情况下不破坏其骨架结构，并且发现部分脱铝现象。使水中铝盐增加，且水解致使H₂CO₃分解成CO₂和H₂O，同时生成Al(OH)₃和AlF₃、AlF₄等。Al(OH)₃呈胶体状态，在沉淀过程中吸附水中AlF₃、AlF₄等，使水中F-离子浓度降低，其反应式如下：

或者

当水质不同时，如水硬度较低时，由于沸石骨架结构中铝氧四面体与硅氧四面体不同，铝原子为三价(Si为4价)，所以铝氧四面体中有一个氧原子的价电子没有得到中和，这样就使整个铝氧四面体带一个负电荷，为了保持平衡，在铝氧四面体中必须有一个带正电荷的阳离子(M)来抵销它的负电荷，一般情况下沸石骨架中都带一个阳离子(如Na、Ca等阳离子)，其结构可用下面形式表示：

斜发沸石是网硅酸盐类的一族，它的主要特征是由其硅铝酸盐阴离子骨架结构所决定的，这种硅(铝)氧骨架结构是非常空旷的，具有许多排列整齐的晶穴、晶孔和孔道，金属阳离子就在其中，水分子可以充满整个空旷的骨架，沸石中阳离子可被其它阳离所交换。如果用较大的阳离子交换其中阳离子，由于这些阳离子中的一部分位于晶孔附近，则可使一些原来可进入晶穴内部的分子不能进入；反过来，如果用较小阳离子交换骨架中阳离子，则可使一些原来不能进入晶穴内部的分子可进入，即所谓“离子效应”。由于阳离子的大小不同，以及在晶穴中位置的改变，可以影响斜发沸石的孔径发生变化。另外，由于沸石中不同离子所产生的局部静电场不同，水合阳离子的离解度也不同，因而对吸附物质分子的极化能等影响也不同，从而影响了沸石筛分分子的作用和吸附，催化性能，所以沸石改性处理，可影响和促进沸石的离子交换作用。

沸石具有大量均匀的微孔，其孔径与一般物质的分子大小的数量级相当，其晶穴体积约为总体积40-50％，与其它多孔物质相比较，沸石具有很大表面积，这些表面积主要存在于晶穴内部，如斜发沸石表面积可达440米²/克。由此可见，斜发沸石既具有离子代换作用又具有很强吸附特性，特别是加热脱水后，将会激活沸石骨架晶穴，增强吸附特性和离子交换作用，不仅有降氟作用，而且能吸附水中有机物(大分子)，起到脱色，除臭作用。同时由于水中铝盐增加，增强混凝沉淀作用。水中OH^-增加与Fe³⁺离子形成Fe(OH)₃，胶体混浊沉淀，降低水中Fe浓度，使之具有除铁作用。另外铁离子经过沸石骨架时，也可代换其它阳离子，将铁进入骨架中再沉淀下去。

改性斜发沸石也具有软化硬水作用，其重要机理在于水中Ca、Mg可代换晶穴骨架中Na等其它离子，从而使Ca、Mg离子进入晶穴中被吸附。另外斜发沸石经过硫酸改性处理后，形成Al₂(SO₄)₃，经水解后形成Al(OH)₃+SO^2- ₄，硫酸根与水中过剩的Ca、Mg结合，形成不溶或难溶性硫酸钙或硫酸镁而沉淀，于是降低水中Ca、Mg的浓度，因此具有软化硬水的作用。

如果这个阳离子是Ca离子，这种沸石粉溶于水中，Ca离子很容易被其它阳离子(如Na⁺)所代换下来，与水中F^-离子形成CaF₂沉淀下来，可以降低水氟离子浓度。

沸石经过硫酸改性后，发生部分脱铝，使其硅铝比值增加，沸石的酸碱度由中性变为弱酸性。沸石本身具有很强的亲水性能，烘干脱水后使沸石水份≤8％，增加沸石的吸水性，吸附能力增强。由于沸石酸性处理发生部分脱铝，使水中铝盐水解，形成胶体(Al(OH)₃)增强胶体絮凝作用，再有OH^-离子与Fe形成Fe(OH)₃胶体，而起到除铁作用。同时增强对氟离子吸附，促进阳离子代换作用。沸石是多微孔物质，表面积大(如斜发沸石表面积440m²/克)因此在沸石颗粒表面及晶穴都极易形成生物膜，增加吸附能力，特别是对大分子有机物质具有极大吸附作用，因此使水质净化、脱色除臭能力增强。

本发明采用斜发沸石为原料，经过硫酸的改性，可以除去水中氟铁等，软化硬水。

除氟效果：

取0.5-1.0％净水剂投入含氟浓度分别为2.0、3.0、5.0、7.0mg/l的水中，混匀后，静置4小时后含氟浓度降为0.3、0.5、1.20、1.40mg/l，吸附率为76-85％，静置24小时后吸附率80-85％。

除铁效果：

取1.0‰净水剂投入含铁浓度分别为1.083mg/l、2.340mg/l饮用水中，混匀后静置4小时含铁浓度降为0.385mg/l、0.28mg/l，吸附率64.4％-86.6％。

软化硬度的效果

取净水剂10％加入含硬度350.35mg/l的水中，混匀后，静置4小时，总硬度降为140.24mg/l，软化率可达60％。

实施例

除氟实施例：

1、吉林省农安县氟中毒重病区取手压管井水，含氟量1.3-5.0mg/l，加入净水剂1g(饮水1000ml)，静置4小时后测定结果，含氟浓度为0.4-1.2mg/l，基本达到国家饮用水标准(GB5789-85)

2、吉林省大安市叉干镇氟中毒重病区取手压管井水，含氟量分别为1.0-1.8mg/l，PH值偏碱性(7.3-8.3)，加入净水剂1.0g(饮用水1000ml)，静置4小时后含氟浓度降为0.1-1.2mg/l，PH值由弱碱性变为中性(6.2-7.2)。

3、吉林省大安市叉干镇刘家村氟中毒重病区，取浅层地下饮用水，氟浓度为1.8mg/l，PH值7.6，感观性状不好，混浊。取2000ml水加入净水剂2g，混匀，静置4小时后，测定氟浓度降为0.3mg/l。PH为7.0，水质变清透明。

除铁实施例：

l、吉林省桦树皮厂镇东风村

水质不好，混浊；做饭发黑，有腥味，原水含铁为1.083mg/l，加入净水剂后，含铁浓度降为0.385mg/l，清彻透明，做饭发白，好吃。

2、该村还有小吃部，井水水质不好，混浊，原水含铁浓度为2.340mg/l，加入净水剂后含铁浓度降为0.287mg/l，水质透明、无味，符合标准。

软化硬水实施例：

吉林省农安县桦家镇边岗村

水质较硬，原水硬度为350.35mg/l，加入净水剂后，总硬度降为140.24mg/l。

Claims

1、一种高效活性净水剂及制备工艺，其特征是所述的净水剂为斜发沸石径激活剂硫酸改性，脱去部分铝，使硅铝比值为6～10，由中性变为弱酸性；细度为60～100目，吸氨值为170～190mg/100克，含水量为8％以下；含量100份斜发沸石，加入43～38份47～55％浓度的硫酸。

2、根据权利要求1所述的高效活性净水剂及制备工艺，其特征是所述的净水剂的制备工艺如下：

a．将斜发沸石粉碎过筛烘干，使斜发沸石含水量小于8％，粒度180目；

b．在搅拌条件下，斜发沸石粉加入硫酸，进行改性反应，反应时间10～20分钟，斜发沸石和硫酸的量为，100份斜发沸石，使用47～55％浓度的硫酸38～43份；

c．静置反应8～12小时；

d．粉碎烘干，含水量小于8％，粉碎粒度60～100目。