專利名稱：用于去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法，由該過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水裝置和飲水機(jī)。
背景技術(shù)：
藥品禾口個(gè)人護(hù)理用品(Pharmaceuticals and Personal Care Products, PPCPs) 是指包括藥品、食品添加劑、化妝品等及其代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在內(nèi)的一系列化學(xué)物質(zhì)，如抗生素、雌激素、消毒止痛藥、殺菌消毒劑、防腐劑、合成麝香物質(zhì)、類固醇等藥物、保健品、清潔劑、洗發(fā)劑、牙膏、肥皂、香精香料、化妝品、天然性激素等。PPCPs與人類生活密切相關(guān)，持續(xù)進(jìn)入地下水、地表水、飲用水中，持久性的普遍存在于水環(huán)境中，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全造成隱患，目前在各種水體中都有檢出。我國(guó)珠江三角洲、廣州等地的河水中普遍、頻繁的檢出用作消毒劑的三氯生和洗滌劑代謝物壬其酚等 PPCPs物質(zhì)，其濃度非常高，同時(shí)還檢測(cè)出非類固醇類消炎藥布洛芬和水楊酸及降脂藥物。 專家指出，被PPCPs污染的水進(jìn)入人體，等于吞吃了副作用不明的藥物，各種化學(xué)物質(zhì)在人體內(nèi)交互反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這種危害首先體現(xiàn)在對(duì)人體生殖系統(tǒng)的嚴(yán)重傷害，造成子宮內(nèi)膜異位和精子數(shù)量質(zhì)量降低等一系列生殖疾患。研究表明，常規(guī)的水處理工藝很難將PPCPs從飲用水中去除，因?yàn)檫@類物質(zhì)大多分子量較低、親水性強(qiáng)、極性強(qiáng)、不易揮發(fā)；氣浮法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超聲波法等設(shè)備復(fù)雜，使用不便；反滲透成本較高，且浪費(fèi)水，產(chǎn)生的濃縮液更不好處理，容易產(chǎn)生二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法，該過(guò)濾介質(zhì)對(duì)飲用水中的鹵化硝基甲烷的去除率高，還提供了由這種過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水裝置以及飲水機(jī)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100 250 250 350 50 100 80 110 ；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。作為優(yōu)選，所述木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為150 200 280 320 60 80 90 100。壓制壓力為0. 4MPa 1. OMPa，燒結(jié)溫度為200°C 300°C，燒結(jié)時(shí)間為120分鐘 150分鐘，燒結(jié)后冷卻至40°C 60°C脫模。在此制作過(guò)程中，在發(fā)明人很多次的試驗(yàn)之后， 得出在燒結(jié)溫度范圍在200°C 300°C內(nèi)制作出的過(guò)濾介質(zhì)，過(guò)濾效果更好。
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(lái)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。優(yōu)選活性炭的比表面積不低于1100平方米/克，較大的比表面積對(duì)PPCPs有良好的吸附效果。本發(fā)明使用木質(zhì)活性炭，木質(zhì)活性炭較煤質(zhì)類活性炭比重小，具有更多的中孔?；钚蕴靠梢愿咝斤嬎械挠袡C(jī)物、重金屬、異色異味，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過(guò)國(guó)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，對(duì)顏色和氣味的吸附尤佳，選用醫(yī)用活性炭可以保證過(guò)濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。作為優(yōu)選，本發(fā)明的木質(zhì)活性炭粉為粒徑為89μπι IM μ m的木質(zhì)醫(yī)用活性炭粉，具有很快的吸收速度和很大的吸附容量，能夠吸附去除水中的PPCPS。所述的超高分子量聚乙烯為重均分子量大于100萬(wàn)的聚乙烯，優(yōu)選的粒徑為 89μπι 104μπι。超高分子量聚乙烯可從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(wàn))、Μ-ΙΙ型(分子量為250士50萬(wàn))、Μ_ΙΙΙ 型(分子量為350士50萬(wàn))、M-IV型(分子量為大于400萬(wàn))等規(guī)格的產(chǎn)品。超高分子量聚乙烯的一個(gè)作用是粘結(jié)和形成過(guò)濾介質(zhì)骨架的作用，因?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁┑姆肿恿看螅?熔融粘度非常高，熔融以后不能流動(dòng)，所以利用超高分子量聚乙烯通過(guò)壓制，燒結(jié)得到的過(guò)濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以起到吸附水中PPCPs的作用。分子篩是一種結(jié)晶型的鋁硅酸鹽，具有晶體的結(jié)構(gòu)和特征，表面為固體骨架，內(nèi)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(jīng)過(guò)。由于孔穴的結(jié)晶性質(zhì)，分子篩的孔徑分布非常均一。分子篩依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小對(duì)分子進(jìn)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(zhì)的分子，因而被形象地稱為"分子篩"。沸石分子篩在化學(xué)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(zhì)可以解吸，沸石分子篩用后可以再生?？讖浇橛?nm 50nm的分子篩稱為介孔分子篩，孔徑介于微孔與大孔之間，具有巨大表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)，孔道結(jié)構(gòu)高度有序，孔徑單一分布，孔徑尺寸可在較寬范圍內(nèi)變化，具有優(yōu)異的吸附性能和較高的熱穩(wěn)定性，在催化、吸附、分離等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的中孔分子篩粉的孔徑優(yōu)選為IOnm 50nm，對(duì)殘留在水中的四環(huán)素、抗生素類的物理化學(xué)吸附作用效果好。本發(fā)明所述發(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。作為優(yōu)選，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級(jí)碳酸氫銨、草酸中的至少一種。其中，食品級(jí)碳酸氫銨也稱食用級(jí)碳酸氫銨，與工業(yè)級(jí)碳酸氫銨相區(qū)別。雖然工業(yè)級(jí)碳酸氫銨也有發(fā)孔的作用，但是它可能會(huì)含有對(duì)健康有害的雜質(zhì)，不宜用作飲用水過(guò)濾介質(zhì)的生產(chǎn)原料。本發(fā)明對(duì)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， 在這幾種原料的協(xié)同加合作用下，水中的PPCPs可以被充分吸附。在本發(fā)明中，對(duì)于混合步驟，可以認(rèn)為任何不會(huì)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預(yù)先設(shè)計(jì)好的模具中，通過(guò)加壓將其壓實(shí)，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(huì)吸附到過(guò)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)方案一種由上述過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成的去除飲用水中PPCPs 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(guò)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(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備的過(guò)濾介質(zhì)對(duì)水中PPCPs的去除率高， 適用于受其污染的飲用水，免除PPCPs對(duì)人體產(chǎn)生的傷害，使用簡(jiǎn)便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無(wú)需后續(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經(jīng)檢測(cè)該過(guò)濾介質(zhì)對(duì)飲用水中PPCPs的去除率為93%以上。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。實(shí)施例1 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉100g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉250g，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(wàn)；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉80g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取食品級(jí)碳酸氫銨80g，純度達(dá)到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)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220°C溫度下燒結(jié)120分鐘；(7)自然冷卻至50°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(zhǎng)度為200mm。實(shí)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89 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉290g，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(wàn)；(3)稱取SBA-15介孔分子篩粉70g，平均孔徑12nm ；(4)稱取食品級(jí)碳酸氫銨100g，純度達(dá)到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0. 9MPa的液壓壓力下壓制，在280°C溫度下燒結(jié)130分鐘；(7)自然冷卻至60°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(zhǎng)度為200mm。實(shí)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89 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉320g，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(wàn)；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉65g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取偶氮二甲酰胺90g，純度達(dá)到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0.6MI^的液壓壓力下壓制，在沈01溫度下燒結(jié)150分鐘；(7)自然冷卻至40°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(zhǎng)度為200mm。實(shí)施例4 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉220g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 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-I型產(chǎn)品，其分子量為150萬(wàn)；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉100g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取草酸110g，純度達(dá)到99. 99%以上；(5)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；(6)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300°C溫度下燒結(jié)120分鐘；(7)自然冷卻至50°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(zhǎng)度為200mm。實(shí)施例5 取實(shí)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(wú)紡布，外包兩層無(wú)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(cè)，該結(jié)構(gòu)濾芯對(duì)飲用水中的幾種PPCPs的去除效果好，如曾在飲用水中檢出的雙氯芬酸、氯貝酸，曾在地表水中被檢出的環(huán)丙沙星、三氯生。以下是利用實(shí)施例1 4提供的濾芯對(duì)飲用水進(jìn)行處理后，幾種PPCPs的去除效果表1使用濾芯處理前后水中的雙氯芬酸含量，單位μ g/L
權(quán)利要求
1.一種用于去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100 250 250 350 50 100 80 110 ；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，所述木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為150 200 280 320 60 80 90 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)活性炭粉為粒徑為 89 μ m 124 μ m的木質(zhì)醫(yī)用活性炭粉。
4.根據(jù)權(quán)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 ^ 89 μ m ~ 104 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩的孔徑為 IOnm 50nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級(jí)碳酸氫銨、草酸中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制備方法得到的用于去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)。
8.—種濾芯，其特征在于，由權(quán)利要求7所述的過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成。
9.一種凈水裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求7所述的過(guò)濾介質(zhì)或者權(quán)利要求8所述的濾芯。
10.一種飲水機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的凈水裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于去除飲用水中PPCPs的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100～250∶250～350∶50～100∶80～110；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。制備的過(guò)濾介質(zhì)對(duì)水中PPCPs的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除PPCPs對(duì)人體產(chǎn)生的傷害，使用簡(jiǎn)便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無(wú)需后續(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經(jīng)檢測(cè)該過(guò)濾介質(zhì)對(duì)飲用水中PPCPs的去除率為93％以上。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102309893SQ201110162749
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請(qǐng)人:奇迪電器集團(tuán)有限公司