專利名稱：用于去除水中鎳的過濾介質(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鎳的過濾介質(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^^艮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。
鎳是一種具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光，并且抗腐蝕。在化
學(xué)周期表中，鎳是第28號元素，在鐵元素和鈷元素的后邊。鎳是典型的金屬。 純鎳的顏色是銀白色，特別是新制得的鎳和磨光的鎳金屬表面還具有強(qiáng)金屬 光澤。鎳可以鍛造和拉絲?？諝庵械乃魵夂脱鯕饽軌蚴规囀ス鉂啥兊?暗淡。稀硫酸和鹽酸能夠緩慢的溶解鎳。稀硝酸比其他酸和鎳的作用快。堿 與鎳不發(fā)生反應(yīng)。鎳的大多數(shù)化合物是二價的，例如NiCl" NiS04等。鎳與 氧反應(yīng)能夠生成一種對冶金很重要的化合物Ni02,和硫生成Ni3S2，和CO生 成Ni(C0)4。
在水中的鎳主要以離子形式存在。鎳是人體必需的微量元素，在人體內(nèi) 參與細(xì)胞激素及色素的代謝、生血、激活酶和形成輔酶等。鎳缺乏時，人體 容易出現(xiàn)肝硬化、腎衰、尿毒、肝脂質(zhì)和磷脂質(zhì)代謝異常等疾病。鎳過量時， 可以使人產(chǎn)生鼻咽癌、過敏性皮炎、白血病、肝癌和骨癌等絕癥。鎳是一種 環(huán)境激素，具有強(qiáng)烈的致癌、致畸、致突變作用和環(huán)境持久性，在復(fù)雜的生 態(tài)環(huán)境中可以不斷地遷移、轉(zhuǎn)化、積累，嚴(yán)重威脅著人類的健康。以致癌作 用為例，全世界每年有500多萬人死于癌癥，世界衛(wèi)生組織(WHO )認(rèn)為，人 類的癌癥絕大部分是由環(huán)境因素引起的，鎳就是其中的一種。
鎳的污染主要來源于采礦、冶煉、電池、電鍍、印染等工業(yè)廢水的排放。 排至水體環(huán)境中的鎳不能被生物降解或者轉(zhuǎn)化為無害物，通過生物鏈富集到
3一定程度，鎳對人體會有嚴(yán)重的危害。我國已經(jīng)將鎳及其化合物列入水中優(yōu) 先控制的污染物的黑名單中。
現(xiàn)有的離子交換樹脂方法中，離子交換樹脂的制備過程繁瑣，因而成本 較高。

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鎳，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鎳的過濾介質(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^t術(shù)方案
一種用于去除水中鎳的過濾介質(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、納米X型沸石分子篩粉、凹凸棒 石粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、納米X型沸石分子 篩粉、凹凸棒石粉和發(fā)孔劑的重量比為100 - 300: 50 ~ 100: 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。 壓制壓力可以選擇為0. 4~1. 0MPa,燒結(jié)溫度為220 ~ 240°C,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，在發(fā)明人 多次的試驗之后，得出在220 24(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P艮公司助劑二廠可提供M-I型(分子量為150± 50萬)、M-II型(分子量為250 ±50萬)、M-III型(分子量為350 ±50萬)、 M-IV型(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，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(jié)得到的過濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以起到吸附水中鎳的作用。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(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。才艮據(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。
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(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^t用水的處理?；钚蕴渴褂昧綖?38 ~ 250微米的醫(yī)用活性炭去除鎳的效果更佳。
分子篩是一種具有立方晶格結(jié)構(gòu)的硅酸鹽化合物，主要由硅鋁通過氧橋 連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi) 表面積很大的空穴。此外還含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合 態(tài)的水。由于水分子在受熱過程中連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成 了許多大小相同的空腔，空腔又由許多直徑相同的微孔相連，這些微小的空 穴直徑大小均勻，能比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部，而把比孔道大 的分子排斥在外，因而能把形狀直徑大小不同的分子、極性程度不同的分子、 沸點不同的分子、飽和程度不同的分子分離開來，即具有"篩分"分子的作 用，故稱為分子篩。分子篩對于水中鎳具有強(qiáng)大的吸附和截留作用。
常用的分子篩型號有
A型鉀A ( 3A ),鈉A ( 4A )，釣A ( 5A );
X型4丐X (10X),鈉X (13X);
Y型鈉Y, 4丐Y。
分子篩吸濕能力極強(qiáng)，存放時間較長并已經(jīng)吸濕的分子篩使用前應(yīng)進(jìn)行 再生處理。再生處理的方法^f艮多，中國專利ZL91111093中^^開了一種再生處 理的方法，包括以下步驟(1)將硫酸銨與廢分子篩裂化催化劑按照重量比 為0.25-1.5: l混合均勻；(2 )加熱至250 ~ 600。C焙燒獲得可溶性鹽；(3) 焙燒產(chǎn)物用水浸，使可溶性鹽溶于水中；(4)過濾使溶液與分子篩濾渣分離；(5)濾渣用水或稀氨水洗滌，直至洗到無S0 —; (6)濾渣在50 100。C下干 燥。如果分子篩為沒有吸濕的分子篩，則可以直接使用而不需要進(jìn)行再生處 理。本發(fā)明中所使用的分子篩粉為納米X型沸石分子篩粉，此類型的分子篩 粉相對于其他類型的沸石分子篩粉，具有更好的去除水中鎳的作用。
凹凸棒石為單斜晶系，其理想化學(xué)式為Mg5 (H20) 4 [Si401Q] 2 (OH) 2，化學(xué)成分 理^侖值為MgO 23.83%， Si02 56. 96%, H20 19.21%。自然界中的凹凸棒石常有 Al3+、 Fe"等類質(zhì)同象置換，富Al3+、 Fe^的變種稱為鋁凹凸棒石和鐵凹凸棒石。 如江蘇省盱眙縣龍王山產(chǎn)的鋁凹凸棒石4分的成分為Si0258. 38%, MgO 12. 10%, Al2039. 50%， CaO 0. 40%, TiO20. 56%， MnO 0. 05%, Fe203+FeO 5. 26%, Na20 1. 10%, K20 1. 24%。由于凹凸棒石在結(jié)構(gòu)中有類似于沸石的大通道，因此具有良好的 吸附性能，并且對金屬鎳有良好的吸附性能。凹凸棒石粉的吸附性能與礦物 中Si02的含量有關(guān)，含量越高吸附力越強(qiáng)，經(jīng)酸活化處理后的凹凸棒石粉的性
表面積增大了數(shù)十倍，對金屬鎳的吸附率相應(yīng)也得到了提高，并且經(jīng)過活化 處理的凹凸棒石粉還有較強(qiáng)的陽離子交換性能，交換容量;f艮大。
凹凸棒石粉的酸活化方法較多，有硫酸法、鹽酸法、硫酸-鹽酸混合法等。 如申請?zhí)枮?0105849.1的中國發(fā)明專利申請公開了一種凹凸棒石粉的酸浸 泡活化工藝，包括將小塊的體積約0. 5 100cr^的凹凸纟奉石粘土原礦，用濃 度為l~15wt% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的無機(jī)酸溶液，如硫酸、鹽酸溶液等，靜止浸 泡2-100小時，過濾才齊壓成片，用轉(zhuǎn)筒干燥器在280 350。C下活化30 50 分鐘，粉碎成50 100微米的脫色力為250 ±5的活性凹凸棒石粉。
更為優(yōu)選的方案是，納米X型沸石分子篩粉和經(jīng)過熱活化處理的凹凸棒 石粉相配合，此時它們具有更大的比表面積，對鎳有更強(qiáng)的去除效果，并且 吸附容量更大。在pH為6 8的條件下，去除率高于其他條件，達(dá)到93%以 上。所述凹凸棒的熱活化處理的具體工藝是在溫度為300 500。C時焙燒凹凸 才奉石4分0. 5~ 3小時。
上述的用于去除水中鎳的過濾介質(zhì)的制備方法，步驟a)中的原料需要 加入適當(dāng)量的發(fā)孔劑，所述發(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氬銨。其中，食品級碳酸氬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(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鎳，并且有協(xié)同作用，可以將水中 的鎳充分吸收。
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 鎳，去除率達(dá)到90%以上，從而達(dá)到改善7jc質(zhì)的目的，并且方法簡單，成本 低，見效快。
具體實施例方式
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120g,所述超高分子量聚乙烯為北京東 方石油化工有P艮^^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100g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~ 250微米； (3 )稱取納米X型沸石分子篩粉200g,所述納米X型沸石分子篩粉的
粒徑為13~124;徵米；
(4)稱取凹凸棒石粉130g,所述凹凸棒石粉的粒徑為10~178微米；
(5 )稱取食品級碳酸氫銨60g,純度達(dá)到99. 99°/。以上；
(6 )將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌15分鐘混合均勻；
(7) 裝填入管狀模具中，在0. 7MPa的液壓壓力下壓制，在24(TC溫度 下燒結(jié)150分鐘。
(8) 自然冷卻至5(TC然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。 制備的濾芯的直徑為50隨，長度為8mm。
實施例2
(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^^司助劑二廠的M-ni型產(chǎn)品，其分子量為350萬；
(2) 稱取醫(yī)用活性炭粉50g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為78 - 250微米；
(3 )稱取納米X型沸石分子篩粉120g,所述納米X型沸石分子篩粉的 粒徑為78 124孩i米；
(4)稱取凹凸棒石粉170g,所述凹凸棒石粉的粒徑為10 150孩i米；
(5 )稱取食品級碳酸氫銨50g,純度達(dá)到99. 99°/。以上；
(6 )將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌12分鐘混合均勻；
(7) 裝填入管狀模具中，在0.9MPa的液壓壓力下壓制，在23(TC溫度 下燒結(jié)180分鐘。
(8) 自然冷卻至5(TC然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。 制備的濾芯的直徑為50mm,長度為8mm。實施例3
(1) 稱取超高分子量聚乙烯粉160g，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70g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89~ 250微米；
(3) 稱取納米X型沸石分子篩粉180g,所述納米X型沸石分子篩粉的 粒徑為10~124《效米；
(4) 稱取凹凸棒石粉160g，所述凹凸才奉石粉的粒徑為10 15(M敖米； (5 )稱取草酸80g,純度達(dá)到99. 99%以上；
(7) 裝填入管狀才莫具中，在0. 6MPa的液壓壓力下壓制，在230。C溫度 下燒結(jié)150分鐘。
(8) 自然冷卻至25。C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。 制備的濾芯的直徑為50mm,長度為8mm。
實施例4
(1) 稱取超高分子量聚乙烯粉160g,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70g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89~ 250微米；
(3) 稱取納米X型沸石分子篩粉180g,所述納米X型沸石分子篩粉的 粒徑為10~ 124孩支米；
(4) 稱取凹凸棒石粉160g，所述凹凸棒石粉的粒徑為10 15(M敖米， 此凹凸棒石粉經(jīng)過溫度為500°C、時間為2小時的焙燒處理；
(5 )稱取草酸80g，純度達(dá)到99. 99%以上；
(6 )將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；
(7) 裝填入管狀^^莫具中，在0. 6MPa的液壓壓力下壓制，在230。C溫度 下燒結(jié)150分鐘。
(8) 自然冷卻至25。C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。 制備的濾芯的直徑為50mm，長度為8mm。
9實施例5
取實施例1~4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 水中的鎳的去除效果好，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，單位jug/L(微克/升)
^^^^[試項目 使用濾芯^^^^^鎳 (處理前)鎳 (處理后)
濾芯117. 50. 17
濾芯217. 50. 16
濾芯317. 50. 17
濾芯417. 50. 12
從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進(jìn)行去除水中的鎳取得了很好的效
果。利用焙燒過的凹凸棒石粉的濾芯4的去除效果相對于濾芯3更好。
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、一種用于去除水中鎳的過濾介質(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、納米X型沸石分子篩粉、凹凸棒石粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、納米X型沸石分子篩粉、凹凸棒石粉和發(fā)孔劑的重量比為100～300∶50～100∶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，所述燒結(jié)的溫度為22 0 ~ 240°C。
3、 根據(jù)權(quán)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 烯的分子量為250 ~ 400萬。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭為醫(yī)用活 性炭，其粒徑為38~ 250微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述凹凸棒石粉為經(jīng) 過酸化處理的凹凸棒石粉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述的原 料還包括發(fā)孔劑，所述發(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(jī)，包括權(quán)利要求9所述的凈水裝置。
全文摘要
一種用于去除水中鎳的過濾介質(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、納米X型沸石分子篩粉、凹凸棒石粉和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、納米X型沸石分子篩粉、凹凸棒石粉和發(fā)孔劑的重量比為100～300∶50～100∶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。本發(fā)明還公開了一種利用此制備方法得到的過濾介質(zhì)、濾芯、以及利用該過濾介質(zhì)或者濾芯的凈水裝置和飲水機(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鎳，去除率達(dá)到90％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B01J20/30GK101628230SQ20081013254
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