專利名稱：：一種過濾介質(zhì)及制備方法、使用該過濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置和飲水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種去除水中鋁的過濾介質(zhì)及其制備方法、使用該過濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置和飲水機(jī)。
背景技術(shù)：
：工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致水資源遭到嚴(yán)重破壞，工業(yè)廢水排放到江河、湖泊中，農(nóng)藥、殺蟲劑等大量使用以及生活垃圾和生活廢水的肆意排放，這些都造成地下水和地表水的水質(zhì)變差，導(dǎo)致水中產(chǎn)生很多對人體有害的物質(zhì)。水污染越來越成為影響人們生活的嚴(yán)峻問題。鋁是人們熟悉的金屬元素，在地殼中的含量為7.45%,僅次于氧元素和硅元素，在環(huán)境中廣泛存在。過去曾認(rèn)為鋁對人體是無害的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，環(huán)保意識和自我保健意識的增強(qiáng)，人們對鋁的認(rèn)識也逐步深化，其生物毒性效應(yīng)也被人們逐漸認(rèn)識。鋁不是人體的必需元素，人體缺乏鋁時，不會給人體帶來什么損害，反之，鋁鹽能致人體中毒。早在1965年，克拉佐首次發(fā)現(xiàn)鋁中毒的兔腦內(nèi)，出現(xiàn)了老年性癡呆特有的神經(jīng)元纖維纏結(jié)病變，但當(dāng)時并未引起人們的重視。直到1973年他又根據(jù)研究結(jié)果指出貓的大腦皮層含鋁量的增多，使貓出現(xiàn)了明顯的腦功能障礙，這才使得人們對鋁中毒有了進(jìn)一步的認(rèn)識。大量的研究顯示，鋁是一種對人體健康有害的元素，可在人體內(nèi)蓄積并產(chǎn)生慢性毒性。鋁可在腦組織中蓄積，引起中樞神經(jīng)功能紊亂；鋁直接作用于骨組織，引起骨病理改變；鋁可引起紅細(xì)胞低色素性貧血，影響多種酶系統(tǒng)的活性，對造血系統(tǒng)產(chǎn)生毒性；鋁對免疫功能有明顯抑制作用；鋁還具有胚胎毒性和致畸性等等。神經(jīng)系統(tǒng)是鋁作用的主要器官，鋁鹽一旦進(jìn)入人體，首先沉積在大腦內(nèi)，可能導(dǎo)致腦損傷，造成嚴(yán)重的記憶力喪失，這是早老性癡呆癥特有的癥狀。參與這項工作的研究人員說，對老鼠的實驗表明，僅給它們喝下一杯經(jīng)鋁鹽處理的水后，它們腦中的鋁含量就達(dá)到可測量水平。對老鼠的研究發(fā)現(xiàn)，混在飲用水中的微量鋁進(jìn)入老鼠的腦中并在那里逐漸積累。研究人員對癡呆病人的研究發(fā)現(xiàn)，這類病人腦內(nèi)有30°/。新皮層區(qū)的鋁濃度大于4微克/克(干重)，患者腦部神經(jīng)元細(xì)胞核內(nèi)，鋁的含量為健康人的4倍，最大達(dá)30倍。研究人員認(rèn)為，如果隨時間推移，鋁在腦中逐漸積累，就會殺死神經(jīng)元，使人的記憶力喪失。人的一生都在喝鋁鹽凈化過的水，吃含鋁鹽的食品，因此到人類的老年期時，體內(nèi)已經(jīng)積累了很多鋁。因此早老性癡呆癥發(fā)病率在世界范圍內(nèi)普遍上升。鋁對骨有毒害作用。黃國偉等采用無血清體外培養(yǎng)方法觀察不同劑量鋁對人胚成骨細(xì)胞生長及形態(tài)影響，結(jié)果顯示高鋁組細(xì)胞成活數(shù)顯著低于對照組和低鋁組，而細(xì)胞變性壞死率則明顯高于對照組和低鋁組。說明高劑量鋁可抑制體外培養(yǎng)的人胚成骨細(xì)胞的成長發(fā)育，并對其產(chǎn)生一定的毒性作用。鋁的毒性作用還包括對免疫系統(tǒng)功能的明顯抑制。世界衛(wèi)生組織提出人體每天攝入體內(nèi)的鋁量不應(yīng)超過每千克體重1毫克，也就是說不能超過人體體重的百萬分之一，一般情況下一個人每天攝取的鋁量不會超過這個量，但是，如果經(jīng)常喝含鋁鹽量高的水，吃含鋁鹽的食物，如油條、粉絲、涼粉、油餅、易拉罐裝的飲料等，或者經(jīng)常使用鋁制炊具炒的菜，都會使人體攝入鋁的量增加，從而引發(fā)相應(yīng)的病癥。天然水中的鋁含量很低，但是若使用含鋁的混凝劑或明礬來凈化水，則會增加水中的鋁含量，高水氟地區(qū)使用鋁鹽除氟也可致水中的鋁殘留。另外，酸雨的增多也增加了土:t泉中鋁的溶出。并且飲用水中的鋁較易吸收，因為水中的鋁多為游離型，游離型鋁分子量小易于通過腸壁進(jìn)入血液，而且它的生物半衰期較長，低濃度也可以產(chǎn)生蓄積。而水是人體接觸最多的物質(zhì)，因此嚴(yán)格控制飲用水中鋁含量，對人類預(yù)防鋁的毒害有著重要意義。我國建設(shè)部出了明確少見定，即不得高于0.2mg/L。目前，常規(guī)的水處理過濾工藝對水中鋁的去除率一般在40y。左右；其中對懸浮態(tài)鋁有較好的截留，但是對溶膠態(tài)鋁去除效果并不好，特別是對溶解態(tài)鋁去除效果差，對溶解態(tài)鋁的去除率一般低于10%。中國申請?zhí)枮?00610170415.9的專利申請中，茍全倫、欒云堂提出了一種去除飲用水中鋁的結(jié)構(gòu)的濾芯及其制備方法，該結(jié)構(gòu)濾芯對飲用水中鋁的去除率在85%~99%之間，取得了良好的效果，其使用的主要原料為80-120份的活性炭粉、130-250份的150萬-700萬分子量的聚乙烯粉、20-40份的硅藻土助濾劑、15-35份的海泡石粉和20-40份的發(fā)孔劑，其原料較多，制作濾芯的過程復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種過濾介質(zhì)，主要用于去除水中的鋁，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于去除水中鋁的過濾介質(zhì)的制備方法。為了達(dá)到以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于去除水中鋁的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化鐵粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化4失粉和發(fā)孔劑的重量比為150-300:100-250:200-350:20~80;b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。壓制壓力可以選擇為0.4~1.0MPa,燒結(jié)溫度為20025(TC,燒結(jié)時間為10~200分鐘，冷卻至70。C以下可以脫模。在此制作過程中，由于鐵元素是一種比較特殊的元素，它的存在經(jīng)常會發(fā)生一些難以預(yù)料的反應(yīng)，在發(fā)明人4艮多次的試—瞼之后，得出在20025(TC的范圍內(nèi)制作出的過濾介質(zhì)，過濾效果更好。所述的超高分子量聚乙烯為重均分子量大于100萬的聚乙烯，優(yōu)選使用重均分子量為250400萬的聚乙烯。超高分子量聚乙烯可從國內(nèi)生產(chǎn)廠家得到，如北京東方石油化工有限公司助劑二廠可提供M-I(分子量為150±50萬)、M-II(分子量為250±50萬)、M-III(分子量為350±50萬)、M-IV(分子量為大于400萬)等規(guī)格的產(chǎn)品。超高分子量聚乙烯的一個作用是粘結(jié)和形成過濾介質(zhì)骨架的作用，另外利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結(jié)得到的過濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以起到吸附水中雜質(zhì)的作用?；钚蕴渴且环N多孔性物質(zhì)，它具有如蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、特異的表面官能團(tuán)、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根據(jù)原料來源不同活性炭可分為木質(zhì)活性炭，如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭等；礦物質(zhì)原料活性炭，如各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如廢橡膠、廢塑料等制成的活性炭。其中以椰殼材質(zhì)為來源的活性炭強(qiáng)度較高、吸附性能較好。優(yōu)選活性炭的比表面積不低于500平方米/克，更優(yōu)選不低于1000平方米/克?；钚蕴靠梢愿咝剿械碾s質(zhì)，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相關(guān)藥品監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，表面積更大，吸附效果也更好。選用醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。活性碳使用粒徑為38~250微米的醫(yī)用活性炭去除鎘的效果更佳。氧化鐵也叫做三氧化二鐵、鐵紅、鐵丹，是鐵銹的主要成分。氧化鐵呈紅棕色粉末，不溶于水易溶于酸。粉狀的氧化鐵粉具有特別的電磁學(xué)性能和一種原料，取得了很好的效果，尤其是和醫(yī)用活性炭配合使用時，對溶膠態(tài)的鋁的去除性能良好，平均去除率達(dá)到85%以上。而傳統(tǒng)的水處理過濾工藝對水中鋁的去除率一般在40%左右，其對懸浮態(tài)鋁有較好的截留，但是對溶膠態(tài)鋁去除效果并不好，特別是對溶解態(tài)鋁去除效果差，對溶解態(tài)鋁的去除率一般低于10°/。。另外，可以使用一定的方法對氧化鐵粉進(jìn)行提純，具體包括的步驟為首先對氧化鐵粉進(jìn)行脫鹽水或純水洗滌，水洗后的氧化鐵粉混濁液經(jīng)過壓濾將其固液分離，控制濾后含水率小于等于40%,將壓濾后的氧化鐵粉加入脫鹽水混合生成氧化鐵粉料漿，將氧化鐵粉料漿進(jìn)行濕法研磨，濕法研磨后的氧化鐵粉漿液進(jìn)入離心噴霧干燥塔進(jìn)行噴霧干燥，使氧化鐵粉干燥后含水率小于0.4%,干燥后的氧化鐵粉經(jīng)冷卻后得到處理過的氧化鐵粉。選用粒徑為11~420微米的氧化鐵去除水中鋁的效果更好。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在制備上述的過濾介質(zhì)的過程中，其中的氧化鐵粉的重量如果大于活性炭的重量，可以取得更加好的去除水中鋁的效果，具體的原因或原理尚不能確定。發(fā)孔劑選擇偶氮二曱酰胺、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。作為.優(yōu)選，發(fā)孔劑為偶氮二曱酰胺或食品級碳酸氫銨。其中，食品級碳酸氬銨也稱食用級碳酸氬銨，與工業(yè)級碳酸氫銨相區(qū)別。雖然工業(yè)級碳酸氫銨也有發(fā)孔的作用，但是它可能會含有對健康有害的雜質(zhì)，不宜用作飲用水過濾介質(zhì)的生產(chǎn)原料。發(fā)孔劑是一類易分解產(chǎn)生大量氣體而引起發(fā)孔作用的物質(zhì)，其中偶氮類化合物、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、碳酸銨、磺酰腈類化合物、草酸等是其典型的代表。雖然本發(fā)明對于上述制備方法中步驟a)中所用的幾種原料進(jìn)行了較為詳盡的描述，但是本發(fā)明不局限于此種理論。對于在制備過程中它們之間的具體的化學(xué)變化、結(jié)構(gòu)的變化尚不能確定。此幾種原料經(jīng)過上述的工藝處理制備出的過濾介質(zhì)，可以有效去除水中的鋁，并且有協(xié)同作用，可以將水中的鋁充分吸收。在本發(fā)明中，對于混合步驟，可以認(rèn)為任何不會顯著改變粉體粒徑和粒度分布的低剪切混合器或攪拌器都是適用的，比如具有鈍的葉輪葉片的攪拌器、滾筒式混合器、螺旋式攪拌器等，轉(zhuǎn)速要視混合器的類型而定，但以避免揚起粉塵為宜。混合后的粉體填裝入預(yù)先設(shè)計好的模具中，通過加壓將其壓實，壓力一般不大于2MPa,且與所用模具的材質(zhì)相適應(yīng)；模具可以由鋁、鑄鐵、鋼或任何適當(dāng)?shù)哪艹惺芟鄳?yīng)壓力和溫度的材料制造?？梢栽谀＞邇?nèi)表面涂敷脫模劑，可選用硅氧烷油或任何其他的幾乎不會吸附到過濾介質(zhì)上的市售脫模劑，也可以使用脫模紙。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種使用了上述過濾介質(zhì)的濾芯。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種凈水裝置，包括上述的過濾介質(zhì)或者濾芯。本發(fā)明還提供了一種包括上述凈水裝置的飲水機(jī)。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的鋁，去除率達(dá)到85°/。以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，成本低，見效快。具體實施方式為能進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對上述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述和說明。實施例1(1)稱取超高分子量聚乙烯粉220g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-III型產(chǎn)品，其分子量為350萬；(2)稱取醫(yī)用活性碳粉220g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米；(3)稱取氧化鐵粉300g,所述氧化鐵粉的含水率低于0.2%,粒徑為11~250微米。(4)稱取食品級碳酸氫銨60克，純度達(dá)到99.99%以上；(5)將上述四種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)裝填入管狀才莫具中，在0.7MPa的液壓壓力下壓制，在240。C溫度下燒結(jié)180分鐘。(7)自然冷卻至50。C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。實施例2(1)稱取超高分子量聚乙烯粉220g,所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-III型產(chǎn)品，其分子量為350萬；(2)稱取醫(yī)用活性碳粉220g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米；(3)稱取氧化鐵粉200g，所述氧化鐵粉的含水率低于0.2%,粒徑為11~250微米。(4)稱取食品級碳酸氫銨60克，純度達(dá)到99.99%以上；其余步驟和實施例l相同。實施例3(1)稱取超高分子量聚乙烯粉290g,所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性碳粉120g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89~250微米;(3)稱取氧化鐵粉300g，所述氧化鐵粉的含水率低于0.2%，粒徑為11~78微米。(4)稱取偶氮二甲酰胺70克，其純度達(dá)到分析純；其余步驟和實施例l相同。.實施例4(1)稱取超高分子量聚乙烯粉280g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-1型產(chǎn)品，其分子量為150萬；(2)稱取醫(yī)用活性碳粉250g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為11~250微米；(3)稱取氧化鐵粉320g,所述氧化鐵粉的含水率低于0.2%,粒徑為250~420微米。(4)稱取草酸30克，其純度達(dá)到分析純；其余步驟和實施例l相同。實施例5取實施例14所得多微細(xì)孔的管狀濾芯1，2，3,4，內(nèi)襯兩層無紡布，外包兩層無紡布，再在外層裹上聚丙烯多孔網(wǎng)，濾芯兩端粘接上連接端蓋，放置于不銹鋼或塑料殼體內(nèi)，用于處理飲用水，經(jīng)檢測，該結(jié)構(gòu)濾芯對飲用水中的鋁的去除效果好，如表1所示。非常適合家庭終端飲用水處理的需要。表l-使用濾芯處理前后的水，測試方法采用ASTMD857-1995，此測試方法為美國材料與試驗協(xié)會制定單位mg/L<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進(jìn)行去除水中的鋁取得了很好的效果c以上？t恭及明尸/r更快的遼〉愿力、y^夂共鄰'j脊萬汰"夂田i褒遼》愿外濾芯進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本說明書中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想在具體實施方式及應(yīng)用范圍上可能在實施過程中會有改變之處。因此，本說明書記載的內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。權(quán)利要求1、一種用于去除水中鋁的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化鐵粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化鐵粉和發(fā)孔劑的重量比為150～300∶100～250∶200～350∶20～80；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于燒結(jié)的溫度為200~250°C。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于超高分子量聚乙烯的分子量為250~400萬。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于活性炭為醫(yī)用活性炭，其粒徑為3825(U效米。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于氧化鐵粉的粒徑為11~420微米。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于氧化鐵粉的重量大于活性炭的重量。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于發(fā)孔劑為偶氮二曱酰胺、食品級碳酸氪銨、草酸中的至少一種。8、根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。9、使用權(quán)利要求8所述過濾介質(zhì)的濾芯。10、一種凈水裝置，包括使用權(quán)利要求8所述的過濾介質(zhì)或者權(quán)利要求9所述的濾芯。11、一種飲水機(jī)，包括權(quán)利要求IO所述的凈水裝置。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于去除水中鋁的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化鐵粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、氧化鐵粉和發(fā)孔劑的重量比為150～300∶100～250∶200～350∶20～80；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。本發(fā)明的優(yōu)點在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的鋁，去除率達(dá)到85％以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，成本低，見效快。文檔編號C02F1/58GK101234273SQ200810007329公開日2008年8月6日申請日期2008年3月4日優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日發(fā)明者周奇迪申請人:周奇迪