專利名稱：用于去除飲用水中人工合成麝香的過濾介質(zhì)及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除飲用水中人工合成麝香的過濾介質(zhì)及其制備方法，由該過濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水裝置和飲水機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著人民生活水平的提高，對(duì)麝香的需求逐年增加，加上人為亂捕亂殺動(dòng)物麝，導(dǎo)致了天然麝香資源的枯竭，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)的需求，為了促使對(duì)動(dòng)物麝的保護(hù)，人們已通過人工合成方法獲得了一類具有麝香氣味的化合物，即天然麝香的替代品-人工合成麝香。人工合成麝香作為一種替代型香料被廣泛應(yīng)用于日用化工行業(yè)，由于其持續(xù)不斷地輸入環(huán)境，其中的一些典型化合物如加樂麝香和吐納麝香等在水、土壤和大氣環(huán)境中的濃度日益升高，并且在動(dòng)植物和人體組織中產(chǎn)生了蓄積作用，具有遺傳毒性，還能誘導(dǎo)其它毒性物質(zhì)使其毒性增強(qiáng)，其效應(yīng)相當(dāng)于持久性有機(jī)污染物。人工合成麝香中硝基麝香的應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，麝香酮和二甲苯麝香是兩種用量最大的硝基麝香，用于化妝品、洗滌用品，在魚體和水體中都曾檢測(cè)到麝香酮和二甲苯麝香。許多研究發(fā)現(xiàn)硝基麝香化合物具有生物蓄積作用和潛在致癌性。目前多環(huán)麝香正逐步取代硝基麝香，加樂麝香(HHCB)和吐納麝香(AHTN)是多環(huán)麝香中使用量最多的兩種化合物。加拿大、瑞典、德國(guó)、荷蘭以及中國(guó)等的污水處理廠出水中都曾檢測(cè)到加樂麝香和吐納麝香。研究表明77%的人工合成麝香經(jīng)使用后進(jìn)入生活污水，通過污水系統(tǒng)進(jìn)入污水處理廠，隨著污水污泥的再利用而重新進(jìn)入環(huán)境，影響人體健康。常規(guī)的水處理工藝很難將人工合成麝香從飲用水中去除；氣浮法、氧化法等設(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
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種過濾介質(zhì)及其制備方法，該過濾介質(zhì)對(duì)飲用水中的人工合成麝香的去除率高，還提供了由這種過濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水裝置以及飲水機(jī)。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于去除飲用水中人工合成麝香的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的重量比為100 300 200 450 80 200 80 200 50 150 ；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，所述活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的重量比為150 沘0 250 400 100 180 100 180 80 120。
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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)制作出的過濾介質(zhì)，過濾效果更好?；钚蕴坷w維(ACF)，亦稱纖維狀活性炭，是性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料，是合成纖維或木質(zhì)素或木素纖維經(jīng)藥劑處理、干燥，經(jīng)水蒸汽活化等過程制得?；钚蕴坷w維的孔隙直接開口于纖維表面，超微粒子以各種方式結(jié)合在一起，形成豐富的納米空間，形成的這些空間的大小與超微粒子處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而造就了較大的比表面積，使其具有較大的吸附容量。其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)-雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)，具有極大的表面能，也造就了微孔相對(duì)孔壁分子共同作用形成強(qiáng)大的分子場(chǎng)， 提供了一個(gè)吸附態(tài)分子物理和化學(xué)變化的高壓體系，使吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比活性碳短，驅(qū)動(dòng)力大且孔徑分布集中，使得活性炭纖維比活性炭吸脫附速率更快、吸附效率更高?；钚蕴坷w維還具有耐酸堿耐腐蝕特性，已在環(huán)保、催化、醫(yī)藥、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明選用粒徑為20 μ m 30 μ m的活性炭纖維粉。所述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，可以起到吸附水中人工合成麝香的作用。納米氧化硅是一種白色、松散、無(wú)定形、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)嗅的非金屬氧化物，粒徑小， 具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，表面吸附能力強(qiáng)，表面能大，廣泛應(yīng)用于石油化工、化妝品、噴涂材料、醫(yī)藥、催化、添加劑等各種領(lǐng)域。本發(fā)明將納米氧化硅用于吸附去除飲用水中的有毒金屬鉈，其龐大的比表面積具有很大的吸附容量，對(duì)鉈有很好的去除效果。由于SiA表面存在硅醇基和吸附水，使其呈親水性，影響納米氧化硅對(duì)水中鉈的吸附去除能力，因此本發(fā)明優(yōu)選使用改性納米氧化硅粉。納米氧化硅的改性方法為將納米氧化硅浸入陽(yáng)離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液含陽(yáng)離子表面活性劑的質(zhì)量百分比為5% 15%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質(zhì)量比為1 10 1 80;將混合物在 40°C 80°C下攪拌證 20h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化Ih 證，然后研磨至所需大小，制得改性納米氧化硅粉。本發(fā)明優(yōu)選使用粒徑為50nm SOnm的改性納米氧化硅粉。氧化鋁，俗稱礬土，主要有α型和Υ型兩種變體，工業(yè)上可從鋁土礦中提取。Y 型氧化鋁是氫氧化鋁在140°C -150°C的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠，其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中。活性氧化鋁不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，將它加熱至1200°C就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁?；钚匝趸X是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米， 活性高吸附能力強(qiáng)，具有良好耐壓、耐磨損和耐熱性能，工業(yè)品常為無(wú)色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體。本發(fā)明選用粒徑為74 μ m 89 μ m的活化氧化鋁粉。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，水中的人工合成麝香可以被充分吸附。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?；旌虾蟮姆垠w填裝入預(yù)先設(shè)計(jì)好的模具中，通過加壓將其壓實(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)方案一種由上述過濾介質(zhì)構(gòu)成的去除飲用水中人工合成麝香的濾芯。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(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備的過濾介質(zhì)對(duì)水中人工合成麝香的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除人工合成麝香對(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)該過濾介質(zhì)對(duì)飲用水中人工合成麝香的去除率為96%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)稱取活性炭纖維粉100g，粒徑為20 μ m 30 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)將納米氧化硅浸入氯化十二烷基三甲基銨陽(yáng)離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質(zhì)量百分比濃度為10%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質(zhì)量比為1 30;將混合物在60°C下攪拌20h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化lh，然后研磨至 50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉120g ；(4)稱取活性氧化鋁粉150g，粒徑為7 89 μ m ；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨100g，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)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250°C溫度下燒結(jié)130分鐘；(8)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)稱取活性炭纖維粉250g，粒徑為20 μ m 30 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-III型產(chǎn)品，其分子量為350萬(wàn)；(3)將納米氧化硅浸入溴化十六烷基三甲基銨(CTMAB)陽(yáng)離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質(zhì)量百分比濃度為8%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質(zhì)量比為 1 20;將混合物在80°C下攪拌他，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化池，然后研磨至50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉150g ；(4)稱取活性氧化鋁粉120g，粒徑為74 μ m 89 μ m ；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨120g，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)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230°C溫度下燒結(jié)140分鐘；(8)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)稱取活性炭纖維粉150g，粒徑為20 μ m 30 μ m ；(2)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(wàn)；(3)將納米氧化硅浸入溴化十六烷基吡啶陽(yáng)離子表面活性劑溶液中，表面活性劑溶液質(zhì)量百分比濃度為5%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質(zhì)量比為1 60;將混合物在 40°C下攪拌15h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化池，然后研磨至50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉180g ；(4)稱取活性氧化鋁粉100g，粒徑為74 μ m 89 μ m ；
(5)稱取偶氮二甲酰胺150g，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)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260°C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(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)稱取活性炭纖維粉300g，粒徑為20 μ m 30 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉400g，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)將納米氧化硅浸入氯化十六烷基吡啶(CPC)陽(yáng)離子表面活性劑溶液中，表面
6活性劑溶液質(zhì)量百分比濃度為12%，納米氧化硅與表面活性劑溶液質(zhì)量比為1 10;將混合物在70°C下攪拌10h，過濾，洗滌；將過濾的固體烘干，在105°C下活化lh，然后研磨至 50nm 80nm，稱取所制的改性納米氧化硅粉150g ；(4)稱取活性氧化鋁粉200g，粒徑為74 μ m 89 μ m ；(5)稱取草酸120g，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)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300°C溫度下燒結(jié)120分鐘；(8)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，以加樂麝香、吐納麝香為例，經(jīng)檢測(cè)，該結(jié)構(gòu)濾芯對(duì)飲用水中的人工合成麝香的去除效果好。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，兩種人工合成麝香的去除效果表1使用濾芯處理前后水中的加樂麝香含量，單位μ g/L
權(quán)利要求
1.一種用于去除飲用水中人工合成麝香的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟a)將包含活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的重量比為100 300 200 450 80 200 80 200 50 150 ；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，所述活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的重量比為150 觀0 250 400 100 180 100 180 80 120。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭纖維粉的粒徑為 20 μ m 30 μ m。
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力 89ym 104ym。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述納米氧化硅粉為粒徑為 50nm 80nm的改性納米氧化硅粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活化氧化鋁粉的粒徑為 74 μ m 89 μ m。
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人工合成麝香的過濾介質(zhì)。
8.—種濾芯，其特征在于，由權(quán)利要求7所述的過濾介質(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人工合成麝香的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭纖維粉、超高分子量聚乙烯粉、納米氧化硅粉、活性氧化鋁粉和發(fā)孔劑的重量比為100～300∶200～450∶80～200∶80～200∶50～150；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。制備的過濾介質(zhì)對(duì)水中人工合成麝香的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除人工合成麝香對(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)該過濾介質(zhì)對(duì)飲用水中人工合成麝香的去除率為95％以上。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102350323SQ20111023781
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請(qǐng)人:周奇迪