專利名稱：用于去除飲用水中氨氮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氨氮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：
氨氮是指水中以游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)形式存在的氮。人們生活與工農業(yè)生產如化工、冶金、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業(yè)廢水會致使大量含氨氮污水進入水體，致使自來水廠源水中氨氮含量日益增多。氨氮會與水中的有機鹵化物等發(fā)生反應， 降低殺菌效果；有的水廠深度處理自來水，氨能在活性炭濾床中微生物膜的作用下經硝化與反硝化作用生成具有致癌作用的亞硝酸鹽；還會導致產生大量的氯消毒副產物以及影響水廠出水的生物穩(wěn)定性，使供水管網中細菌微生物繁殖滋生，飲水有異味；導致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象產生，水生生物特別是藻類將大量繁殖，破壞水體的生態(tài)平衡，使水質惡化，對魚類及某些水生生物有毒害，不僅污染了我國緊缺的淡水資源，還影響了漁業(yè)的發(fā)展，直接危害人類的健康。水廠常規(guī)水處理工藝去除氨氮效果不理想；吹脫法系統(tǒng)復雜，成本高；高濃度氨氮對微生物有抑制作用，生物硝化與反硝化處理高濃度氨氮廢水有局限性；反滲透法需要耗費大量電和水，成本高，設備復雜；離子交換樹脂交換容量低，選擇性吸附能力差。

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氨氮的去除率高，速度快，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一種用于去除飲用水中氨氮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、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的重量比為200 400 80 300 80 200 80 250 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、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的重量比為250 300 100 洸0 100 180 100 200 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。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 ΙΜμπι。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，可以起到吸附水中氨氮的作用。沸石分子篩是一種結晶型的鋁硅酸鹽，具有晶體的結構和特征，表面為固體骨架， 內部的孔穴可起到吸附分子的作用?？籽ㄖg有孔道相互連接，分子由孔道經過。由于孔穴的結晶性質，分子篩的孔徑分布非常均一。分子篩依據(jù)其晶體內部孔穴的大小對分子進行選擇性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥較大物質的分子，因而被形象地稱為“分子篩”。沸石分子篩在化學工業(yè)中作為固體吸附劑，可用于氣體和液體的干燥、純化、分離和回收，被其吸附的物質可以解吸，沸石分子篩用后可以再生，且熱穩(wěn)定性強。按孔道大小劃分，孔道尺寸小于2nm、2 50nm和大于50nm的分子篩分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。另外商品沸石分子篩常用前綴數(shù)碼將晶體結構不同的分子篩加以分類，其中13X沸石分子篩也叫鈉X型沸石分子篩，13X沸石分子篩的孔徑為10A,可以吸附小于10 A任何分子，具有較高吸附容量，較快的吸附速率。作為優(yōu)選，本發(fā)明的沸石分子篩粉為微孔分子篩粉，更優(yōu)選為13X微孔分子篩粉。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(jù)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，活性炭粉選用粒徑為74 μ m 89 μ m的醫(yī)用活性炭粉?；钚园淄潦怯谜惩翞樵?，經無機酸化處理，再經水漂洗、干燥制成，無臭、無味、 無毒，不溶于水、有機溶劑和各種油類，吸附性能很強，用途極廣，在動植物油精制工業(yè)用于脫色和凈化；在石油工業(yè)，用于石油樹脂，石蠟，石蠟油，煤油的脫色和凈化；造紙工業(yè)用于復寫紙的染色劑、填油料、染料；在林業(yè)和水土保護方面用作滅火器的粉末，消除水中油的粘潔劑；在化學工業(yè)用作催化劑和催化載體，殺蟲劑、農藥和殺菌劑的載體，橡膠和塑料填充劑、干燥劑和過濾劑，放射廢物的吸附劑，經發(fā)明人研究其可用于吸附飲用水中的氨氮。 作為優(yōu)選，本發(fā)明活性白土粉的粒徑為61 μ m 89 μ m。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，水中的錳可以被充分吸附。
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?shù)哪艹惺芟鄳獕毫蜏囟鹊牟牧现圃?。可以在模具內表面涂敷脫模劑，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氨氮的濾芯。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飲用水中氨氮的去除率高，去除速度快，使用簡單，成本低，能免除氨氮對人體產生的傷害，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氨氮的去除率為98%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-II型產品，其分子量為250萬；(2)稱取13X微孔分子篩粉120g，產自萍鄉(xiāng)市富達化工填料有限公司；(3)稱取醫(yī)用活性炭粉180g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74μπι 89μπι ；(4)稱取活性白土粉200g，產自內蒙古潤隆化工有限責任公司；(5)稱取食品級碳酸氫銨100克，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. 的液壓壓力下壓制，在250°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-III型產品，其分子量為350萬；(2)稱取13X微孔分子篩粉200g，產自上海分子篩有限公司；(3)稱取醫(yī)用活性炭粉100g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74μπι 89μπι ；(4)稱取活性白土粉120g，產自鞏義市超潔凈水材料廠；(5)稱取食品級碳酸氫銨80克，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-II型產品，其分子量為250萬；(2)稱取13X微孔分子篩粉250g，產自萍鄉(xiāng)市環(huán)球化工填料有限公司；(3)稱取醫(yī)用活性炭粉200g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74μπι 89μπι ；(4)稱取活性白土粉220g，產自東莞活性白土干燥劑拓森化工有限公司；(5)稱取偶氮二甲酰胺120克，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220°C溫度下燒結130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4(1)稱取超高分子量聚乙烯粉380g，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；(2)稱取13X微孔分子篩粉^0g，產自鞏義市泰誠凈水材料廠；(3)稱取醫(yī)用活性炭粉220g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 89微米；(4)稱取活性白土粉180g，產自南京亞東奧土礦業(yè)有限公司；(5)稱取草酸150克，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. 4MPa的液壓壓力下壓制，在300°C溫度下燒結120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氨氮的去除效果好。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氨氮的含量。
表1使用濾芯處理前后水中的氨氮含量，單位mg/L
權利要求
1.一種用于去除飲用水中氨氮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、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的重量比為200 400 80 300 80 200 80 250 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(jù)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、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的重量比為250 300 100 沈0 100 180 100 200 80 120。
3.根據(jù)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為 89μπι 124μπι0
4.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述沸石分子篩粉為微孔分子篩粉。
5.根據(jù)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74μπι 89 μ m的醫(yī)用活性炭粉。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述活性白土粉的粒徑為 61 μ m 89 μ m0
7.根據(jù)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氨氮的過濾介質。
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氨氮的過濾介質及其制備方法，還涉及由該過濾介質構成的濾芯、凈水裝置和飲水機。過濾介質的制備包括a)將包含超高分子量聚乙烯粉、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子篩粉、活性炭粉、活性白土粉和發(fā)孔劑的重量比為200～400∶80～300∶80～200∶80～250∶50～150；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。本發(fā)明提供的過濾介質對水中氨氮的去除率高，去除速度快，使用簡單，成本低，無需后續(xù)處理，能免除氨氮對人體產生的傷害，適合家庭終端飲水處理，對飲用水中氨氮的去除率為98％以上。
文檔編號B01D29/31GK102266691SQ201110162569
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請人:奇迪電器集團有限公司