專利名稱：用于去除水中多氯聯(lián)苯的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除水中多氯聯(lián)苯的過濾介質(zhì)及其制備方法、使用該過 濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置和々大水機。
背景纟支術(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峻問題。
多氯聯(lián)苯又稱PCBs，被廣泛用作電器絕緣材料、殺蟲劑、粘合劑和塑料 增塑劑等等，是一種穩(wěn)定性極高的化學(xué)物質(zhì)，其污染范圍已極為廣泛。PCBs 在環(huán)境中不容易分解， 一般情況下極難溶于水，容易溶于有機溶劑和脂肪中。 它進入生物體內(nèi)也很穩(wěn)定， 一旦進入機體便不容易排泄，而聚集于脂肪組織、 肝和腦中，引起皮膚和肝臟的損壞。動物實驗表明，PCBs對肝臟、胃腸系統(tǒng)、 神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的病變、癌變都有誘導(dǎo)效應(yīng)。相當多的數(shù)據(jù) 表明，PCBs可能造成內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂，破壞、誘發(fā)生殖器官病變以致惡性肺 瘤。我國武漢東湖及其他城市地面水中都檢測出PCBs。因為它在環(huán)境中才及其 穩(wěn)定，半衰期約為40年，可通過生物鏈富集，屬于全球必須立即控制的高殘 留、高生物伏擊、高生物毒性的物質(zhì)。PCBs主要是通過大氣沉淀和隨工業(yè)、 城市廢水向河湖、沿岸水體排放等進入水體，由于它是一種疏水性化合物， 從而決定了它在水中的主要存在形式，除一小部分溶解外，大部分PCBs都是 附著于懸浮物顆粒上。
常規(guī)的水處理工藝很難去除PCBs。近年來出現(xiàn)的給水生物預(yù)處理對PCBs 有一定的去除效果，因為PCBs難降解，加上水力停留時間短，去除效果不理 想。目前對PCBs的去除主要集中在優(yōu)勢菌種的篩選上，比較費時，往往還達 不到目的。

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多氯聯(lián)苯, 從而達到改善水質(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多氯聯(lián)苯的過濾介質(zhì)的制 備方法。
為了達到以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種用于去除水中多氯聯(lián)苯的過濾介質(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、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的原料混合， 超高分子量聚乙烯、活性炭、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的重量比為150 - 300: 100 ~ 200: 100 ~ 200: 50 ~100;
b) 將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。 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250 ~ 400萬的聚乙烯。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^^司助劑二廠可4是供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。
活性炭是一種多孔性物質(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、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1G00平方米/克。
活性炭可以高效吸附水中的雜質(zhì)，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相 關(guān)藥品監(jiān)督標準的產(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。活性炭使用粒徑為 38 ~ 250微米的醫(yī)用活性炭去除多氯聯(lián)苯的效果更佳。蒙脫石粉的改性對于提高去除水中多氯聯(lián)苯的效果有積極的意義。優(yōu)選
使用鐵改性蒙脫石粉。 一種具體的鐵改性蒙脫石粉的方法包括如下步驟
1) 按蒙脫石蒸餾水=1: 5 ~ 30的重量比將蒙脫石在蒸餾水中浸泡24 ~ 48小時，使其在水中分散制成懸浮液，過200 ~ 400目篩后，靜置，使其沉 降20 24小時，提取15cm深度以上懸浮液，離心、干燥后得到粒度小于0. 5 ;徵米的蒙脫石；
2) 鈉基蒙脫石或鈣基蒙脫石的鈉化；
3) 制備FeCl3改性液，方法如下
① 先制備濃度為0. 2 ~ lmol/L的FeCh水溶液，
② 在不斷攪拌的情況下，將0. 5 ~ lmol/L的NaOH滴入FeCh水溶液中至 0H7Fe3+=2. 8~3. 5,將反應(yīng)溫度控制在60 ~ 90°C ，反應(yīng)終止pH為4 5,
③ 反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)攪拌2 ~ 4小時，然后在25 ~ 35。C溫度下陳化6 ~ 8天 或60 7(TC陳化1 3天，即得鐵改性液；
4) 蒙脫石改性
① 將鐵改性液在不斷攪拌下加入鈉蒙脫石，加入比例為鈉蒙脫石，鐵改 性液400g: 100~ 300ml,反應(yīng)溫度為25 ~ 35°C ,加完改性液繼續(xù)攪拌1 4 小時，然后在室溫下陳化3~7天，
② 將混合液3000 4000轉(zhuǎn)離心10~20分鐘，棄去上清液，在80 90。C 溫度下干燥20~24小時，然后用蒸餾水離心洗滌3 6次后，在80 90。C干 燥得到最終鐵改性的蒙脫石粉。
改性蒙脫石粉對有機物有良好的吸附作用，蒙脫石為天然原狀粘土，結(jié) 構(gòu)呈現(xiàn)層片狀結(jié)晶體，經(jīng)活化處理后，其層片狀結(jié)構(gòu)由原先的緊密疊加變成 為松散疊加，具有較大的吸附表面，吸附能力得以加強。屬于層片狀表面吸 附。它不同于活性炭的孔狀吸附，且具有活化吸附、絮凝、生化活性等良好 的性能。
蒙脫石粉優(yōu)選使用粒徑為10 ~ 150微米的蒙脫石粉。
醫(yī)用活性炭粉和改性蒙脫石粉對微量PCBs具有優(yōu)良的孔狀吸附片狀表 面吸附，及超高分子量聚乙烯粉末的靜電吸力，再加上燒結(jié)后的精密過濾， 共同作用，使得PCBs去除率大于95%。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)孔劑為偶氮二甲酰胺或食品級碳酸氫銨。其中，食品級碳酸氫銨也 稱食用級碳酸氫銨，與工業(yè)級碳酸氬銨相區(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。
壓制壓力可以選擇為0.4~1. OMPa,燒結(jié)溫度為200 ~ 240°C,燒結(jié)時 間為10 ~ 200分鐘，冷卻至70。C以下可以脫模。
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多氯聯(lián)苯，并且有協(xié)同作用，可以 將水中的多氯聯(lián)苯充分吸收。
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(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lMPa,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?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^f莫劑，也 可以使用鋁箔等脫模紙。
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"R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。 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 多氯聯(lián)苯，去除率達到95%以上，從而達到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，
6成本^f氏，見效快。
具體實施例方式
為能進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對上述的技術(shù)方案做進一步的 闡述和i兌明。
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)用活性炭粉200g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~ 250微米； (3 )稱取鐵改性蒙脫石粉100g;
(4 )稱取食品級碳酸氫銨50g,純度達到99. 99%以上； (5 )將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻； (7 )裝填入直徑為50mm管狀模具中，在0. 7MPa的液壓壓力下壓制，在 23(TC溫度下燒結(jié)150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。 步驟(3)中所述的鐵改性蒙脫石可以通過下列方法得到
1) 按蒙脫石蒸餾水=1: 15的重量比將蒙脫石在蒸餾水中浸泡36小 時，使其在水中分散制成懸浮液，過400目篩后，靜置，使其沉降24小時， 提取15cm深度以上懸浮液，離心、干燥后得到粒度小于0. 5微米的蒙脫石；
2) 鈉基蒙脫石或鈣基蒙脫石的鈉化；
3) 制備FeCl3改性液，方法如下
① 先制備濃度為0. 6mol/L的FeCh水溶液，
② 在不斷攪拌的情況下，將0. 5mol/L的NaOH滴入FeCl3水溶液中至 0H7Fe3+=3. 0,將反應(yīng)溫度控制在7(TC,反應(yīng)終止pH為5，
③ 反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)攪拌3小時，然后在3(TC溫度下陳化7天或65。C陳化 2天，即得鐵改性液；
4) 蒙脫石改性
①將鐵改性液在不斷攪拌下加入鈉蒙脫石，加入比例為鈉蒙脫石，鐵改性液-100g: 200ml,反應(yīng)溫度為3(TC，加完改性液繼續(xù)攪拌2. 5小時，然后 在室溫下陳5天，
②將混合液3500轉(zhuǎn)離心15分鐘，棄去上清液，在85。C溫度下干燥24 小時，然后用蒸餾水離心洗滌5次后，在85。C干燥得到最終鐵改性的蒙脫石 粉。
實施例2
(1) 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(chǎn)品，其分子量為250萬；
(2) 稱取醫(yī)用活性炭粉150g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~ 250微米； (3 )稱取鐵改性蒙脫石粉120g，改性方法同實施例1;
(4 )稱取食品級碳酸氫銨70g，純度達到99. 99%以上；
(5 )將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；
(7) 裝填入直徑為50mm管狀^t具中，在0. 6MPa的液壓壓力下壓制，在 22(TC溫度下燒結(jié)100分鐘；
(8) 自然冷卻至室溫然后脫才莫，即得多微細孔的管狀濾芯。 實施例3
(1)稱取超高分子量聚乙烯粉150g,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)用活性炭粉180g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38 ~ 250微米；
(3 )稱取鐵改性蒙脫石粉200g,改性方法同實施例1;
(4 )稱取食品級碳酸氫銨100g,純度達到99. 99°/。以上；
(5 )將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；
(7) 裝填入直徑為50隱管狀模具中，在0. 9MPa的液壓壓力下壓制，在 200。C溫度下燒結(jié)160分鐘；
(8) 自然冷卻至室溫然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。 實施例4
(1) 稱取超高分子量聚乙烯粉180g,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)用活性炭粉100g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~ 250微米；
8(3 )稱取鐵改性蒙脫石粉160g,改性方法同實施例1;
(4 )稱取草酸80g,純度達到99, 99%以上；
(5 )將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；
(7 )裝填入直徑為50mm管狀沖莫具中，在0. 5MPa的液壓壓力下壓制，在 240。C溫度下燒結(jié)170分鐘；
(8)自然冷卻至室溫然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。 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(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);險測，該結(jié)構(gòu)濾芯對飲用 水中的多氯聯(lián)苯的去除效果好，如表1所示。非常適合家庭終端^:用水處理 的需要。
表l使用濾芯處理前后的水單位mg/L
^^^^^測試項目處理前的多氯聯(lián)處理后的多氯聯(lián)
使用濾芯^^^^^苯苯
濾芯10. 6070. 020
濾芯20. 6070. 016
濾芯30. 6070. 017
濾芯40. 6070. 019
從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進行去除水中的多氯聯(lián)苯取得了很 好的效果。
濾芯進行了詳細介紹。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、一種用于去除水中多氯聯(lián)苯的過濾介質(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、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的重量比為150～300∶100～200∶100～200∶50～100；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，超高分子量聚乙烯的 分子量為250 - 400萬。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1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38 ~ 25(M鼓米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述蒙脫石粉的粒徑 為10~ 150孩￡米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述蒙脫石粉為鐵改 性蒙脫石粉。
6、 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、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 6中任一項所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。
8、 使用權(quán)利要求7所述過濾介質(zhì)的濾芯。
9、 一種凈水裝置，包括使用權(quán)利要求7所述的過濾介質(zhì)或者權(quán)利要求8 所述的濾芯。
10、 一種飲水機，包括權(quán)利要求9所述的凈水裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于去除水中多氯聯(lián)苯的過濾介質(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、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、蒙脫石粉和發(fā)孔劑的重量比為150～300∶100～200∶100～200∶50～100；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。利用此方法制備的過濾介質(zhì)去除水中的多氯聯(lián)苯，去除率達到95％以上，并且方法簡單，成本低，見效快。
文檔編號B01J20/30GK101628229SQ20081013254
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者周奇迪 申請人:周奇迪