專利名稱：用于去除飲用水中鉈的過濾介質及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種去除飲用水中有毒金屬鉈的過濾介質及其制備方法，由該過濾介質構成的濾芯、凈水裝置和飲水機。
背景技術：
鉈是一種劇毒金屬，以微量存在于鐵、鋅等的硫化物礦物中，廣泛應用于工業(yè)生產。鉈及其化合物的毒性很強，比氧化砷的毒性高得多，以鉈為主制備的硫酸鉈，是一種快速烈性的滅鼠藥。人如果飲用了被鉈污染的水或吸入了含鉈化合物的粉塵，就會引起鉈中毒。鉈中毒后，人會感覺下肢麻木或疼痛、腰痛、脫發(fā)、失明、頭痛、精神不安、肌肉痛、手足顫動、走路不穩(wěn)等，人的中樞神經系統(tǒng)、腸胃系統(tǒng)及腎臟等部位都會發(fā)生病變。鉈可在有機體內積蓄數年，主要通過飲水、食物從消化道進入人體被吸收；也由呼吸道吸入含鉈粉塵或蒸汽狀化合物或經皮膚接觸而被吸收；造成慢性中毒。鉈的冶煉廠、火力發(fā)電廠以及各種含鉈材料、藥劑的制造過程中會有含鉈的廢氣、 廢水、廢渣進入環(huán)境。2010年，由于廣東省一冶煉廠排污，導致北江中上游河段發(fā)現(xiàn)鉈超標現(xiàn)象。飲用水中鉈的去除方法很少見，歐美曾使用活性氧化鋁法和離子交換法，使用鋁法，在去除水中鉈的同時，會增加鋁含量，而鋁超標也具有危害；離子交換法成本高，使用麻煩，交換柱需頻繁再生處理；反滲透成本高，費水費電，排放的濃縮液不易處理。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種過濾介質及其制備方法，該過濾介質對飲用水中的鉈的去除率高，還提供了由這種過濾介質構成的濾芯、凈水裝置以及飲水機。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案—種用于去除飲用水中鉈的過濾介質的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的重量比為 200 600 80 200 100 250 100 250 50 150 ；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。作為優(yōu)選，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的重量比為250 550 100 180 120 220 120 220 80 120。壓制壓力為0. 4MPa 1. OMPa，燒結溫度為200°C 300°C，燒結時間為120分鐘 150分鐘，燒結后冷卻至40°C 60°C脫模。在此制作過程中，在發(fā)明人很多次的試驗之后， 得出在燒結溫度范圍在200°C 300°C內制作出的過濾介質，過濾效果更好?；钚蕴渴且环N多孔性炭吸附劑，它具有如蜂窩狀豐富的孔隙結構、巨大的比表面積、特異的表面官能團、穩(wěn)定的物理和化學性能，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根據原料來源不同活性炭可分為木質活性炭，如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質粉炭等；礦物質原料活性炭，如各種煤和石油及其加工產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。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斤嬎械挠袡C物、重金屬、異色異味，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相關藥品監(jiān)督標準的產品，雜質含量更低，表面積更大，吸附效果也更好，對顏色和氣味的吸附尤佳，選用醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質直接用于飲用水的處理。作為優(yōu)選，活性炭選用粒徑為74 μ m 104 μ m的醫(yī)用活性炭。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)選的粒徑為 89μπι 104μπι。超高分子量聚乙烯可從國內生產廠家得到，如北京東方石油化工有限公司助劑二廠可提供M-I型(分子量為150士50萬)、Μ-ΙΙ型(分子量為250士50萬)、Μ_ΙΙΙ 型(分子量為350士50萬)、M-IV型(分子量為大于400萬)等規(guī)格的產品。超高分子量聚乙烯的一個作用是粘結和形成過濾介質骨架的作用，因為超高分子量聚乙烯的分子量大， 熔融粘度非常高，熔融以后不能流動，所以利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結得到的過濾介質，容易形成微孔，可以起到吸附水中鉈的作用。蛭石是一種天然、無毒、層狀結構的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質礦物，在高溫作用下會膨脹。蛭石粉由生蛭石原礦經高溫焙燒、篩選、研磨加工成粉末狀。蛭石粉顆粒中含有很多毛細孔，有很大的比表面積，具有多種用途，可用作建筑材料、防火絕緣材料、土壤改良劑等，發(fā)明人經研究將其用于吸附飲用水中的亞硝酸鹽，取得了良好的效果。作為優(yōu)選，蛭石粉經過改性后再使用。蛭石的改性方法為將蛭石粉碎后，加入 0. 5mol/L 1. 5mol/L的HC1，固液比為1 15 25，浸泡24h 36h，用水沖洗后烘干，然后于400°C 500°C焙燒4h 》1，冷卻后即得改性蛭石粉。優(yōu)選使用粒徑為44 μ m 74 μ m 的改性蛭石粉。納米氧化硅是一種白色、松散、無定形、無毒、無味、無嗅的非金屬氧化物，粒徑小， 具有三維網狀結構，比表面積大，表面吸附能力強，表面能大，廣泛應用于石油化工、化妝品、噴涂材料、醫(yī)藥、催化、添加劑等各種領域。本發(fā)明將納米氧化硅用于吸附去除飲用水中的有毒金屬鉈，其龐大的比表面積具有很大的吸附容量，對鉈有很好的去除效果。由于SiA表面存在硅醇基和吸附水，使其呈親水性，影響納米氧化硅對水中鉈的吸附去除能力，因此本發(fā)明優(yōu)選使用改性納米氧化硅粉。納米氧化硅的改性方法為將納米氧化硅浸入陽離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液含陽離子表面活性劑的質量百分比為5% 15%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質量比為1 10 1 80;將混合物在 40°C 80°C下攪拌證 20h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化Ih 證，然后研磨至所需大小，制得改性納米氧化硅粉。本發(fā)明優(yōu)選使用粒徑為50nm SOnm的改性納米氧化硅粉。本發(fā)明所述發(fā)孔劑是一類易分解產生大量氣體而引起發(fā)孔作用的物質，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。作為優(yōu)選，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。其中，食品級碳酸氫銨也稱食用級碳酸氫銨，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，不宜用作飲用水過濾介質的生產原料。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行了較為詳盡的描述，在這幾種原料的協(xié)同加合作用下，水中的鉈可以被充分吸附。在本發(fā)明中，對于混合步驟，可以認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，轉速要視混合器的類型而定，但以避免揚起粉塵為宜?；旌虾蟮姆垠w填裝入預先設計好的模具中，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相適應；模具可以由鋁、鑄鐵、鋼或任何適當的能承受相應壓力和溫度的材料制造?？梢栽谀＞邇缺砻嫱糠竺撃蛇x用硅氧烷油或任何其他的幾乎不會吸附到過濾介質上的市售脫模劑，也可以使用脫模紙。本發(fā)明還提供了以下技術方案一種由上述過濾介質構成的去除飲用水中鉈的濾
-I-H心。本發(fā)明還提供了以下技術方案一種凈水裝置，包括上述的過濾介質或者濾芯。本發(fā)明還提供了一種包括上述凈水裝置的飲水機。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于制備的過濾介質對水中鉈的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除劇毒鉈對人體產生的傷害，使用簡便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無需后續(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介質對飲用水中鉈的去除率為95%以上。
具體實施例方式為了進一步了解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。實施例1 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉80g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉300g，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型產品，其分子量為250萬；(3)將蛭石粉碎后，加入lmol/L的HC1，固液比為1 15，浸泡Mh，用水沖洗后烘干，然后于400°C焙燒6h，冷卻后研磨至44 μ m 74 μ m，稱取所制的改性蛭石粉200g ；(4)將納米氧化硅浸入氯化十六烷基吡啶(CPC)陽離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質量百分比濃度為5%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質量比為1 50;將混合物在80°C下攪拌他，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化lh，然后研磨至 50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉120g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨60g，純度達到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在IMI^a的液壓壓力下壓制，在220°C溫度下燒結140分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例2 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉150g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 μ m 104 μ m ；
(2)稱取超高分子量聚乙烯粉350g，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型產品，其分子量為350萬；(3)將蛭石粉碎后，加入0. 5mol/L的HC1，固液比為1 20，浸泡30h，用水沖洗后烘干，然后于450°C焙燒6h，冷卻后研磨至44 μ m 74 μ m，稱取所制的改性蛭石粉150g ；(4)將納米氧化硅浸入溴化十六烷基三甲基銨(CTMAB)陽離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質量百分比濃度為8%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質量比為 1 30;將混合物在40°C下攪拌20h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化池，然后研磨至50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉200g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨100g，純度達到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0. SMPa的液壓壓力下壓制，在240°C溫度下燒結120分鐘；(8)自然冷卻至60°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例3 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉180g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉450g，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型產品，其分子量為250萬；(3)將蛭石粉碎后，加入1. 5mol/L的HCl,固液比為1 18，浸泡25h，用水沖洗后烘干，然后于500°C焙燒5h，冷卻后研磨至44 μ m 74 μ m，稱取所制的改性蛭石粉180g ；(4)將納米氧化硅浸入溴化十六烷基吡啶陽離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質量百分比濃度為10%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質量比為1 20;將混合物在 60°C下攪拌15h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化池，然后研磨至50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉180g ；(5)稱取偶氮二甲酰胺150g，純度達到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0. 6MPa的液壓壓力下壓制，在280°C溫度下燒結130分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例4 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉200g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉550g，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-I型產品，其分子量為150萬；(3)將蛭石粉碎后，加入lmol/L的HC1，固液比為1 16，浸泡30h，用水沖洗后烘干，然后于450°C焙燒5h，冷卻后研磨至44 μ m 74 μ m，稱取所制的改性蛭石粉250g ；(4)將納米氧化硅浸入氯化十二烷基三甲基銨陽離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質量百分比濃度為15%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質量比為1 10;將混合物在70°C下攪拌10h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化lh，然后研磨至50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉150g ；(5)稱取草酸120g，純度達到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0.9MI^的液壓壓力下壓制，在220°C溫度下燒結150分鐘；(8)自然冷卻至40°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例5 取實施例1 4所得多微細孔的管狀濾芯1，2，3，4，內襯兩層無紡布，外包兩層無紡布，再在外層裹上聚丙烯多孔網，濾芯兩端粘接上連接端蓋，放置于不銹鋼或塑料殼體內，用于處理飲用水，經檢測，該結構濾芯對飲用水中的有毒金屬鉈的去除效果好。如表1 所示，為采用實施例1 4提供的濾芯對飲用水處理前后的鉈的含量。表1使用濾芯處理前后水中的鉈含量，單位μ g/L
權利要求
1.一種用于去除飲用水中鉈的過濾介質的制備方法，其特征在于，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的重量比為 200 600 80 200 100 250 100 250 50 150 ；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的重量比為250 550 100 180 120 220 120 220 80 120。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭粉為粒徑為74μ m 104 μ m的醫(yī)用活性炭粉。
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉的粒徑力 89ym 104ym。
5.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述蛭石粉為粒徑為44μ m 74 μ m的改性蛭石粉。
6.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述納米氧化硅粉為粒徑為 50nm 80nm的改性納米氧化硅粉。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的制備方法得到的用于去除飲用水中鉈的過濾介質。
8.—種濾芯，其特征在于，由權利要求7所述的過濾介質構成。
9.一種凈水裝置，其特征在于，包括權利要求7所述的過濾介質或者權利要求8所述的濾芯。
10.一種飲水機，其特征在于，包括權利要求9所述的凈水裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于去除飲用水中鉈的過濾介質的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、蛭石粉、納米氧化硅粉和發(fā)孔劑的重量比為200～600∶80～200∶100～250∶100～250∶50～150；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。制備的過濾介質對水中鉈的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除鉈對人體產生的傷害，使用簡便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無需后續(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介質對飲用水中鉈的去除率為95％以上。
文檔編號C02F1/28GK102295317SQ201110234698
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權日2011年8月16日
發(fā)明者孫淑軍, 岑占波, 方幼平, 欒云堂, 浦堅 申請人:岑占波