專利名稱：一種過濾介質(zhì)及其制備方法以及使用該過濾介質(zhì)的濾芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過濾介質(zhì)及其制備方法，還涉及使用該過濾介質(zhì)的濾芯。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，我國的水資源遭到了嚴(yán)重破壞，越來越多的工業(yè)廢水排放到江河、湖泊中，破壞了我們的生態(tài)環(huán)境。農(nóng)藥、殺蟲劑的大量應(yīng)用以及生活垃圾的肆意排放造成地下水的水質(zhì)變差，并且導(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。
現(xiàn)階段，隨著生活水平的提高，人們的健康保健意識越來越強(qiáng)，對飲用水的要求也越來越高，僅僅經(jīng)過自來水廠消毒的水源已經(jīng)不能滿足人們的正常飲用和其它使用，飲用健康、安全的水，已成為大多數(shù)居民的基本需求。市場上出現(xiàn)的各種凈水器裝置就是在這種條件下應(yīng)運(yùn)而生。
對于凈水器，其工作的心臟部分是濾芯。當(dāng)進(jìn)行飲用水凈化時，自來水或井水經(jīng)過管道進(jìn)入凈水器的濾芯，通過過濾、吸附或化學(xué)反應(yīng)等作用，將水中的有害物質(zhì)去除，從而凈化供人們飲用。每種濾芯都有一定期限的使用壽命，當(dāng)達(dá)到其使用壽命的時候，其凈化作用就會達(dá)到飽和，不僅不能在濾除水中的有害物質(zhì)，而且其上附著的雜質(zhì)還會進(jìn)一步惡化水質(zhì)，起不到凈化水的作用，此時就需要即時更換新的濾芯。而替換下來的濾芯無法再使用，成為廢棄品。傳統(tǒng)的PP棉濾芯、蜂房纏繞式濾芯以及超濾膜、RO膜、微濾膜和壓縮或燒結(jié)活性炭棒等濾芯都無一例外的使用了不可降解的高分子聚合物材料，將濾芯廢棄物燃燒時會產(chǎn)生有毒有害的氣體，丟棄于自然界后細(xì)小的纖維會進(jìn)入地表水或地下水中，對環(huán)境造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種環(huán)保、可降解、不會產(chǎn)生污染的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種過濾介質(zhì)的制備方法，包括將水玻璃用水稀釋，加入膨潤土粉、活性炭、水玻璃和高嶺土粉混合，干燥。
作為優(yōu)選，膨潤土粉、活性炭、水玻璃和高嶺土粉的重量比為，活性膨潤土粉∶活性炭∶水玻璃∶高嶺土粉＝8～20∶5～15∶3～8∶1。
作為優(yōu)選，水玻璃為鈉水玻璃和鉀水玻璃中的一種或者其組合，水玻璃的模數(shù)為1～40。
作為優(yōu)選，膨潤土粉選用氫鋁基膨潤土粉。
作為優(yōu)選，膨潤土粉選用鈉基膨潤土粉。
作為優(yōu)選，活性炭選用醫(yī)用活性炭。
膨潤土(Bentonite)又稱斑脫巖、膨土巖等，是以蒙脫石為主要成分的粘土巖-蒙脫石粘土巖，常含少量伊利石、高嶺石及沸石、長石、方解石等，其中蒙脫石為少量堿金屬及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)式為Nax(H2O)4{(Al2～xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。
膨潤土具有很強(qiáng)的吸濕性、膨脹性和較強(qiáng)的陽離子交換能力，對各種氣體、液體、有機(jī)物質(zhì)有一定的吸附能力，最大吸附量可達(dá)5倍于自身的重量。膨潤土還有良好的粘結(jié)性。
由于蒙脫石層間水和層間可交換陽離子的存在，按蒙脫石所含可交換陽離子種類、含量和結(jié)晶化學(xué)性質(zhì)等，可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(或稱堿性土)、鈣基膨潤土(或稱堿土性土)和氫鋁基膨潤土(也稱活性白土、漂白土或酸性土)三種，其中鈣基膨潤土又包括鈣鈉基膨潤土和鈣鎂基膨潤土等。
鈉基膨潤土的主要交換陽離子為Na+和/或K+，堿性系數(shù)大于或等于1。氫鋁基膨潤土的主要交換陽離子為H+或/和Al3+離子。膨潤土的離子交換的順序大致是Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+＞H+。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選采用鈉基膨潤土或氫鋁基膨潤土，可以去除水中Ca2+、Mg2+離子，降低飲用水的硬度。
天然的膨潤土很多是鈣鈉基或鈣鎂基膨潤土，在使用時可將其改型處理為鈉基膨潤土。以河南信陽上天梯產(chǎn)的膨潤土為例，其礦物成分為鈣質(zhì)蒙脫石55～60wt％，α-方石英25～30wt％，珍珠巖2～5wt％，水云母和高嶺土等礦物2～5wt％，可以通過如下工藝進(jìn)行改型處理原礦-破碎-干法改型-攪拌-分級-過濾-烘干。改型處理后的活性膨潤土中蒙脫石的含量可達(dá)90wt％以上，產(chǎn)品的粒度在5微米以下的可達(dá)98wt％，Na+離子交換量ENa+可達(dá)100毫摩爾/100克以上，產(chǎn)品也由鈣基膨潤土變成優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土。
氫鋁基膨潤土的理想分子式為H2Al2(SiO3)4·nH2O，是一種具有微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、比表面積很大的多孔型白色-灰白色粉末，具有很強(qiáng)的吸附性。天然的膨潤土可通過濕法酸活化改型工藝得到氫鋁基膨潤土。
濕法酸活化反應(yīng)實(shí)際是一個溶解雜質(zhì)、離子交換以及部分結(jié)構(gòu)破壞的過程。在酸活化反應(yīng)過程中，一些如碳酸鹽類的可被酸溶解的雜質(zhì)礦物溶解后，提高了原料中蒙脫石的含量；小半徑高活性的H+取代蒙脫石層間的可交換性陽離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，改變蒙脫石礦物晶體的表面電位，增加其吸附性能；在不改變蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)骨架的情況下，強(qiáng)酸將蒙脫石八面體層邊緣的部分Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+以及四面體中邊緣部分的Si4+溶出，使蒙脫石晶格松解，晶體層兩端孔道增大，其比表面積可從原土的80平方米/克增加至200～400平方米/克。因此，經(jīng)酸活化處理的氫鋁基膨潤土具有較強(qiáng)的化學(xué)活性和吸附性。
活性炭是一種多孔性炭吸附劑，它具有如蜂窩狀豐富的孔隙結(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。
活性炭可以高效吸附飲水中的有機(jī)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(guān)藥監(jiān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，吸附效果更好，對顏色和氣味的吸附尤佳。優(yōu)選醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。
水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽，又稱泡花堿。水玻璃可根據(jù)堿金屬的種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃，其分子式分別為Na2O.nSiO2和K2O.nSiO2。式中的系數(shù)n稱為水玻璃模數(shù)，是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比(或摩爾比)。
在本發(fā)明中，更優(yōu)選模數(shù)為5～15的市售鈉水玻璃，用2～10倍重量份的水稀釋，然后，再加入膨潤土粉、活性炭和高嶺土粉混合。所加入水的量視過濾介質(zhì)的原料組分而定，以原料能充分混合為宜。市售的水玻璃一般采用氫氧化鈉與硅藻土反應(yīng)制得。
水玻璃在硬化過程中析出的硅酸凝膠具有很強(qiáng)的粘附性，因而水玻璃有良好的粘結(jié)能力。在本發(fā)明中，水玻璃是起粘結(jié)的作用。
高嶺土是一種以高嶺石族粘土礦物為主要成分的細(xì)粒粘土，其理想結(jié)構(gòu)是化學(xué)式為Al4[Si4O10](OH)8的1∶1型層狀結(jié)構(gòu)，層間由氫鍵連結(jié)，其化學(xué)組成包括Al2O3、SiO2、H2O及少量的Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、SO3、MnO等。在本發(fā)明中，高嶺土主要起粘結(jié)劑的作用。高嶺土無毒無害，在自然界中可以降解，不會對環(huán)境造成任何污染。
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(yáng)起粉塵為宜。
混合后的粉體填裝入所希望的形狀的模具中，干燥即可得到濾芯。可以在模具內(nèi)表面涂敷脫模劑，可選用硅氧烷油、鋁箔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。
本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案用上述的方法制備過濾介質(zhì)，此過濾介質(zhì)用于濾芯；過濾介質(zhì)和濾芯應(yīng)用于水凈化裝置中。
在本發(fā)明中，所有的原料，包括膨潤土粉、活性炭、水玻璃和高嶺土粉，均為無毒無害、與環(huán)境友好的礦物質(zhì)材料，制成的過濾介質(zhì)或?yàn)V芯達(dá)到使用壽命后即可丟棄，在自然界中可以降解，克服了以往高分子材料等非環(huán)保型材料的弊端，在凈化飲用水的同時有效防止了對環(huán)境造成的二次污染。
具體實(shí)施例方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)特征與內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例對濾芯的制備進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1稱取市售的模數(shù)為10的鈉水玻璃150克，用1500克水稀釋，在機(jī)械攪拌器中攪拌1小時，加入醫(yī)用活性炭100克、氫鋁基膨潤土粉400克、高嶺土粉30克，然后再攪拌2小時，取出部分裝入管狀模具中，在不高于150℃的溫度下干燥，冷卻至40℃脫模，可得成多微細(xì)孔的管狀濾芯。
實(shí)施例2稱取市售的模數(shù)為15的鈉水玻璃240克，用3000克水稀釋，在機(jī)械攪拌器中攪拌1小時，加入醫(yī)用活性炭100克、鈉基膨潤土粉600克、高嶺土粉30克，然后再攪拌2小時，取出部分裝入管狀模具中，在不高于150℃的溫度下干燥，冷卻至40℃脫模，可得成多微細(xì)孔的管狀濾芯。
實(shí)施例3稱取市售的模數(shù)為5的鈉水玻璃240克，用1200克水稀釋，在機(jī)械攪拌器中攪拌1小時，加入醫(yī)用活性炭180克、鈉基膨潤土粉600克、高嶺土粉30克，然后再攪拌2小時，取出部分裝入管狀模具中，在不高于150℃的溫度下干燥，冷卻至40℃脫模，可得成多微細(xì)孔的管狀濾芯。
實(shí)施例4稱取市售的模數(shù)為10的鈉水玻璃150克，用750克水稀釋，在機(jī)械攪拌器中攪拌1小時，加入醫(yī)用活性炭200克、鈉基膨潤土粉400克、高嶺土粉30克，然后再攪拌2小時，取出部分裝入管狀模具中，在不高于150℃的溫度下干燥，冷卻至40℃脫模，可得成多微細(xì)孔的管狀濾芯。
以上對本發(fā)明所提供的過濾介質(zhì)及其制備方法、以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)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(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上可能在實(shí)施過程中會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種過濾介質(zhì)的制備方法，包括將水玻璃用水稀釋，加入膨潤土粉、活性炭和高嶺土粉混合，干燥。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中膨潤土粉、活性炭、水玻璃和高嶺土粉的重量比為，活性膨潤土粉∶活性炭∶水玻璃∶高嶺土粉＝8～20∶5～15∶3～8∶1。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中水玻璃為鈉水玻璃和鉀水玻璃中的一種或者其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中水玻璃的模數(shù)為1～40。
5.如權(quán)利要求1的所述制備方法，其中膨潤土粉為氫鋁基膨潤土粉。
6.如權(quán)利要求1的所述制備方法，其中膨潤土粉為鈉基膨潤土粉。
7.如權(quán)利要求1的所述制備方法，其中活性炭為醫(yī)用活性炭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。
9.使用權(quán)利要求8所述的過濾介質(zhì)的濾芯。
10.一種水凈化裝置，包括如權(quán)利要求9所述的濾芯。
全文摘要
一種過濾介質(zhì)及其制備方法以及使用該過濾介質(zhì)的濾芯，涉及一種過濾介質(zhì)及其制備方法，還涉及使用該過濾介質(zhì)的濾芯，包括將水玻璃用水稀釋，加入膨潤土粉、活性炭和高嶺土粉混合，干燥。在本發(fā)明中，所有的原料，包括膨潤土粉、活性炭、水玻璃和高嶺土粉，均為無毒無害、與環(huán)境友好的礦物質(zhì)材料，制成的過濾介質(zhì)或?yàn)V芯達(dá)到使用壽命后即可丟棄，克服了以往高分子材料等非環(huán)保型不可降解材料的弊端，在凈化飲用水的同時有效防止對環(huán)境造成二次污染。
文檔編號B01D39/20GK101081345SQ20071013764
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請人:奇迪電器集團(tuán)有限公司