本發(fā)明屬于飲用水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凈水器用的顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

飲用水安全與人們的身體健康密切相關(guān)，凈水器的出現(xiàn)與發(fā)展是社會進(jìn)步的必然產(chǎn)物，隨著凈水技術(shù)的創(chuàng)新凈水器已經(jīng)成為大眾化消費(fèi)品，進(jìn)入普通百姓家庭。濾芯做為凈水器的核心部件，其所用材料的性能直接決定了凈水水質(zhì)和凈水器使用壽命，影響凈水器核心功能。目前凈水器的濾芯材料種類繁多，有活性炭、壓縮碳、反滲透膜、超濾膜、樹脂、pp棉、陶瓷等材料，反滲透膜的污染物截留能力最好，能夠去除水中有機(jī)物、重金屬等不同類型污染物，水質(zhì)凈化徹底，但其在凈化水質(zhì)的同時也將對人體有益的元素去除，使得凈化出水不宜人們長期飲用，另外該凈水材料使用時需要排放大量污水，廣受人們詬病。除了反滲透膜之外的其他材料都很難同時滿足高效凈化有機(jī)物和重金屬等不同類型污染物的功能要求，所以必須將不同的濾芯進(jìn)行組合才能達(dá)到凈水目標(biāo)，這使得凈水器組件繁多，增加了維護(hù)、使用成本。大量的文獻(xiàn)已經(jīng)證明納米鐵具有有效去除水中微量有機(jī)物和重金屬的能力，而且釋放出的鐵對人體無害，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚磉m宜作為凈水器濾芯的材料。

活性炭負(fù)載納米鐵能夠有效解決納米材料團(tuán)聚、分離回收等難題，專利文獻(xiàn)（公開號：cn101708457a）以硼氫化鈉或者硼氫化鉀為還原劑，采用液相還原法制備了活性炭負(fù)載納米鐵材料，制備過程中，均是將含鐵鹽的溶液吸附活性炭后直接在混合液中滴加還原劑，不但使負(fù)載的鐵離子被還原為納米鐵，而且溶液中的鐵離子也會被還原沉積在活性炭表面，由于缺少必要的負(fù)載鍵合力，液相還原沉積的納米鐵容易從活性炭表面脫離，而且暴露空氣中容易被氧化從而在活性炭表面形成氧化鐵層，阻礙進(jìn)一步的反應(yīng)，降低除污能力。另外，活性炭表面氧化鐵層的高價鐵離子容易進(jìn)入水體帶來異味，不適合用于凈水器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種適用于凈水器，特別是家用凈水器使用的水質(zhì)凈化復(fù)合濾芯材料，該濾芯材料是采用液相吸附-氣相還原法制備的顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合材料，顯著降低鐵離子釋放，具備同時去除水中微量有機(jī)物和重金屬離子能力，吸附余氯改善自來水口感的功能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：顆?；钚蕴拷?jīng)過預(yù)處理去除浮灰、增加多孔性和表面官能團(tuán)，然后采用液相吸附法在顆?；钚蕴績?nèi)部負(fù)載二價或三價鐵離子，分離溶液后再用氫氣熱還原法將顆?；钚蕴績?nèi)部的鐵離子還原成納米鐵，制得內(nèi)載型納米鐵-顆粒碳復(fù)合濾芯材料。通過調(diào)控氫氣流量、熱還原溫度和反應(yīng)時間保證零價鐵的粒徑在100納米以下。在顆粒活性炭預(yù)處理過程中,采用蒸餾水漂洗去除浮灰，堿性雙氧水熱氧化法擴(kuò)充顆?；钚蕴績?nèi)部多孔結(jié)構(gòu)，增加孔道內(nèi)外羥基、羧基等活性官能團(tuán)數(shù)量，提升顆?；钚蕴績?nèi)部負(fù)載二價或三價鐵離子能力。預(yù)處理過的顆?；钚蕴孔鳛槲讲牧?采用超聲振蕩輔助溶液吸附法，加速鐵離子從液相進(jìn)入顆?；钚蕴績?nèi)部的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，提高顆?；钚蕴績?nèi)部鐵離子吸附量。達(dá)到鐵離子飽和吸附的顆?；钚蕴繌娜芤褐蟹蛛x出來后用蒸餾水漂洗去除表面非鍵合鐵離子，避免還原反應(yīng)時表面單質(zhì)鐵沉積和釋放。烘干后的負(fù)載鐵離子顆?；钚蕴吭诟邷叵峦ㄈ霘錃膺M(jìn)行熱還原反應(yīng)，通過控制氫氣流量、熱還原溫度和反應(yīng)時間得到粒徑小于100nm、高度分散的零價鐵負(fù)載顆粒活性炭復(fù)合濾芯材料。該材料能夠減少納米鐵與空氣接觸氧化，延長納米鐵保存時效，減少鐵離子溶出，氧化后的鐵離子進(jìn)一步吸附在活性炭上，提高納米鐵去污能力等。

本發(fā)明的制備方法包括如下步驟

（1）取顆粒大小均勻的椰殼顆?；钚蕴?，置于盛裝容器中，用大量蒸餾水漂洗至出水不再變黑為止，將活性炭置于濾網(wǎng)上瀝干水份，然后放入可加熱容器里，向該容器里加入雙氧水堿性水溶液直到完全淹沒顆?；钚蕴繛橹?，再將該容器水浴加熱一段時間，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆?；钚蕴恐钡较礈斐鏊@中性為止，最后將該顆?；钚蕴恐糜诠娘L(fēng)干燥箱中于100℃-105℃烘干備用；

（2）取適量步驟（1）得到的顆粒活性炭裝入燒杯中，向燒杯里加入一定量的鐵離子水溶液，然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，一段時間后關(guān)閉電源，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止；分離出來的顆?；钚蕴繛r干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中100℃-105℃烘干備用；

（3）取適量步驟（2）得到的顆粒活性炭，裝入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量，開啟管式爐電源通過升溫程序控溫加熱，進(jìn)行熱還原反應(yīng)，顆粒活性炭負(fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，通過調(diào)控氫氣流量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間控制零價鐵的粒徑大小，從而制得顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合材料。

本發(fā)明中所述的椰殼顆粒活性炭為顆粒大小6-25目，其它指標(biāo)達(dá)到凈水用顆?；钚蕴抠|(zhì)量要求的任何一種市售顆?；钚蕴俊?/p>

本發(fā)明中所述的雙氧水堿性水溶液為ph在8-12，雙氧水濃度在5%-20%。

本發(fā)明中所述的水浴加熱溫度為80℃-100℃，水浴加熱時間為30分鐘-90分鐘。

本發(fā)明中所述的鐵離子水溶液是這樣配制的，將二價鐵鹽或三價鐵鹽溶解在蒸餾水中，然后再添加少量維生素c,此溶液中鐵離子濃度為0.1mol/l-0.5mol/l，在此溶液中維生素c的含量為0.05%-0.1%，鐵離子溶液用量是顆?；钚蕴抠|(zhì)量的2倍。

本發(fā)明中所述的超聲振蕩吸附時間為30分鐘-120分鐘本發(fā)明中所述的氫氣流量為0.5l/min-3l/min；反應(yīng)溫度為350℃-500℃；反應(yīng)時間為3min-10min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)

（1）本發(fā)明采用超聲輔助液相吸附法+氣相熱還原法的組合工藝，在顆粒活性炭內(nèi)部負(fù)載零價納米鐵，避免了液相還原法存在的弊端，超聲輔助液相吸附法加速了鐵離子向顆粒活性炭內(nèi)部轉(zhuǎn)移負(fù)載，氣相熱還原法使復(fù)合材料表面沉積的零價納米鐵大大減少，解決了復(fù)合材料凈水使用時鐵離子溶出帶來出水異味的問題。而且，本發(fā)明制備的納米鐵是負(fù)載在顆?；钚蕴績?nèi)部，納米鐵分散性好,粒徑分布更為均勻，顯著減緩納米鐵空氣接觸氧化速度，有利于復(fù)合材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸和保存。

（2）本發(fā)明提出的顆粒活性炭負(fù)載納米鐵制備方法，不引入表面活性劑、零價納米鐵保護(hù)劑、分散劑、硼化物等化學(xué)試劑，使用的試劑均無毒無害，沒有健康風(fēng)險，確保制得的復(fù)合材料可作為凈水材料安全使用。

（3）相對于其他種類濾芯材料單一種類污染物去除能力，本發(fā)明制備的顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵濾芯材料，能夠同時去除水中殺蟲劑等微量有機(jī)物和重金屬離子，也可以去除自來水中余氯改善飲用水口感，具有多種類污染物去除能力。

（4）本發(fā)明彌補(bǔ)了現(xiàn)有凈水器濾芯材料處理污染物種類單一的缺陷，便于維護(hù)和使用，為每個家庭提供無害的飲用水給予技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中預(yù)處理后的顆?；钚蕴浚╝c）和所制備活性炭負(fù)載納米鐵復(fù)合材料（ac-fe⁰）的x射線單晶衍射圖（xrd圖）。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備活性炭負(fù)載納米鐵復(fù)合材料（ac-fe⁰）的掃描電鏡圖（sem圖）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

取500g顆粒大小為6-10目的椰殼顆?；钚蕴?，置于1000ml燒杯中，用蒸餾水漂洗5次，此時出水不再變黑，如果變黑繼續(xù)漂洗3次，然后將顆粒活性炭置于尼龍濾網(wǎng)上瀝干水份，放入2000ml燒杯里，再向燒杯里加入800mlph為8的雙氧水堿性水溶液（雙氧水含量為5%），剛好完全淹沒顆?；钚蕴?，將2000ml燒杯放入水浴鍋中，在80℃水浴條件下加熱90分鐘，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆粒活性炭直到洗滌出水顯中性為止，最后將顆?；钚蕴恐糜诠娘L(fēng)干燥箱中于100℃烘干。烘干后的顆?；钚蕴坑洖閍c，將ac裝入2000ml燒杯中，向燒杯里加入1000ml二價鐵離子濃度為0.2mol/l的鐵離子水溶液（含0.1%維生素c），然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，60分鐘后關(guān)閉電源停止超聲波振蕩吸附，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止。分離出來的顆?；钚蕴繛r干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中105℃烘干。負(fù)載鐵離子的顆?；钚蕴亢娓珊笱b入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量為2l/min，開啟管式爐電源以5℃/min升溫速率加熱，溫度達(dá)到400℃后保溫8分鐘，再以5℃/min降溫速率冷卻至室溫，顆粒活性炭負(fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，從而制得一種顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合材料，該復(fù)合材料記為ac-fe⁰。運(yùn)用x射線單晶衍射儀對ac和制備的ac-fe⁰復(fù)合材料進(jìn)行表征，結(jié)果見圖1，圖1中的a曲線為預(yù)處理后的顆?；钚蕴浚╝c）的xrd圖，b曲線為所制備活性炭負(fù)載納米鐵復(fù)合材料（ac-fe⁰）的xrd圖,兩條曲線對比發(fā)現(xiàn)，顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合材料明顯出現(xiàn)了零價鐵（fe⁰）的衍射峰（44.7°），說明零價鐵負(fù)載到了活性炭上。用掃描電鏡觀察了活性炭負(fù)載納米鐵復(fù)合材料表面形貌（見圖2），零價鐵呈球形顆粒負(fù)載在顆?；钚蕴績?nèi)部孔洞中，顆粒大小在10-30nm之間，進(jìn)一步證明納米零價鐵已經(jīng)負(fù)載到顆?；钚蕴可?，制得了活性炭負(fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料。

實(shí)施例2：

取800g顆粒大小為10-20目的椰殼顆粒活性炭，置于2000ml燒杯中，用蒸餾水漂洗5次，此時出水不再變黑，如果變黑繼續(xù)漂洗3次，然后將顆粒活性炭置于尼龍濾網(wǎng)上瀝干水份，放入2000ml燒杯里，再向燒杯里加入1000mlph為10的雙氧水堿性水溶液（雙氧水含量為10%），剛好完全淹沒顆?；钚蕴浚瑢?000ml燒杯放入水浴鍋中，在9℃水浴條件下加熱80分鐘，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆?；钚蕴恐钡较礈斐鏊@中性為止，最后將顆?；钚蕴恐糜诠娘L(fēng)干燥箱中于100℃烘干。烘干后的顆?；钚蕴垦b入2000ml燒杯中，向燒杯里加入1600ml二價鐵離子濃度為0.3mol/l的鐵離子水溶液（含0.05%維生素c），然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，50分鐘后關(guān)閉電源停止超聲波振蕩吸附，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止。分離出來的顆粒活性炭瀝干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中105℃烘干。負(fù)載鐵離子的顆?；钚蕴亢娓珊笱b入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量為3l/min，開啟管式爐電源以5℃/min升溫速率加熱，溫度達(dá)到450℃后保溫5分鐘，再以5℃/min降溫速率冷卻至室溫，顆粒活性炭負(fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，從而制得一種顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料。

實(shí)施例3：

取1000g顆粒大小為16-24目的椰殼顆?；钚蕴?，置于2000ml燒杯中，用蒸餾水漂洗5次，此時出水不再變黑，如果變黑繼續(xù)漂洗3次，然后將顆粒活性炭置于尼龍濾網(wǎng)上瀝干水份，放入2000ml燒杯里，再向燒杯里加入1000mlph為10的雙氧水堿性水溶液（雙氧水含量為20%），剛好完全淹沒顆?；钚蕴?，將2000ml燒杯放入水浴鍋中，在100℃水浴條件下加熱60分鐘，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆?；钚蕴恐钡较礈斐鏊@中性為止，最后將顆粒活性炭置于鼓風(fēng)干燥箱中于100℃烘干。烘干后的顆粒活性炭裝入5000ml燒杯中，向燒杯里加入2000ml二價鐵離子濃度為0.5mol/l的鐵離子水溶液（含0.05%維生素c），然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，120分鐘后關(guān)閉電源停止超聲波振蕩吸附，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止。分離出來的顆?；钚蕴繛r干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中105℃烘干。負(fù)載鐵離子的顆?；钚蕴亢娓珊笱b入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量為3l/min，開啟管式爐電源以5℃/min升溫速率加熱，溫度達(dá)到450℃后保溫5分鐘，再以5℃/min降溫速率冷卻至室溫，顆?；钚蕴控?fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，從而制得一種顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料。

實(shí)施例4：

取500g顆粒大小為10-16目的椰殼顆?；钚蕴浚糜?000ml燒杯中，用蒸餾水漂洗5次，此時出水不再變黑，如果變黑繼續(xù)漂洗3次，然后將顆?；钚蕴恐糜谀猃垶V網(wǎng)上瀝干水份，放入2000ml燒杯里，再向燒杯里加入800mlph為12的雙氧水堿性水溶液（雙氧水含量為15%），剛好完全淹沒顆?；钚蕴浚瑢?000ml燒杯放入水浴鍋中，在100℃水浴條件下加熱60分鐘，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆?；钚蕴恐钡较礈斐鏊@中性為止，最后將顆?；钚蕴恐糜诠娘L(fēng)干燥箱中于100℃烘干。烘干后的顆?；钚蕴垦b入2000ml燒杯中，向燒杯里加入1000ml三價鐵離子濃度為0.5mol/l的鐵離子水溶液（含0.1%維生素c），然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，120分鐘后關(guān)閉電源停止超聲波振蕩吸附，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止。分離出來的顆?；钚蕴繛r干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中105℃烘干。負(fù)載鐵離子的顆粒活性炭烘干后裝入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量為1l/min，開啟管式爐電源以5℃/min升溫速率加熱，溫度達(dá)到400℃后保溫10分鐘，再以5℃/min降溫速率冷卻至室溫，顆?；钚蕴控?fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，從而制得一種顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料。

實(shí)施例5：

取500g顆粒大小為16-24目的椰殼顆?；钚蕴?，置于1000ml燒杯中，用蒸餾水漂洗5次，此時出水不再變黑，如果變黑繼續(xù)漂洗3次，然后將顆?；钚蕴恐糜谀猃垶V網(wǎng)上瀝干水份，放入2000ml燒杯里，再向燒杯里加入800mlph為10的雙氧水堿性水溶液（雙氧水含量為20%），剛好完全淹沒顆?；钚蕴?，將2000ml燒杯放入水浴鍋中，在90℃水浴條件下加熱120分鐘，瀝干水溶液并用大量蒸餾水洗滌顆?；钚蕴恐钡较礈斐鏊@中性為止，最后將顆?；钚蕴恐糜诠娘L(fēng)干燥箱中于100℃烘干。烘干后的顆?；钚蕴垦b入2000ml燒杯中，向燒杯里加入1000ml三價鐵離子濃度為0.4mol/l的鐵離子水溶液（含0.08%維生素c），然后將燒杯置于超聲波清洗槽中，開啟電源進(jìn)行超聲波振蕩吸附，90分鐘后關(guān)閉電源停止超聲波振蕩吸附，取出燒杯過濾除去多余的鐵離子溶液，再用蒸餾水漂洗直至出水無色為止。分離出來的顆?；钚蕴繛r干水份，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中105℃烘干。負(fù)載鐵離子的顆?；钚蕴亢娓珊笱b入管式爐中，先通入氬氣趕走管內(nèi)空氣，然后通入氫氣，利用流量計調(diào)節(jié)通入氫氣流量為2l/min，開啟管式爐電源以5℃/min升溫速率加熱，溫度達(dá)到450℃后保溫5分鐘，再以5℃/min降溫速率冷卻至室溫，顆?；钚蕴控?fù)載的鐵離子被還原為零價鐵，從而制得一種顆?；钚蕴控?fù)載納米鐵復(fù)合濾芯材料。