用于去除飲用水中布洛芬與氯貝酸的過濾介質(zhì)、濾芯以及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種去除飲用水中布洛芬與氯貝酸的過濾介質(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)】
[0002] 藥品和個人護(hù)理用品（PPCPs)包括藥品、食品添加劑、個人化妝品等及其代謝轉(zhuǎn)化 產(chǎn)物在內(nèi)的一系列化學(xué)物品，如抗生素、雌激素替代物、布洛芬、漱口水、清潔劑、抗菌皂、防 曬油中遮光劑、殺蟲噴霧劑、避孕藥、消炎止痛藥、殺菌消毒劑、鎮(zhèn)靜劑、顯影劑、降壓藥、防 腐劑、保健品、洗染發(fā)劑、香精、香料、沐浴露、肥皂牙膏、護(hù)膚用品等等，多達(dá)上百種。
[0003] 大部分PPCPs是水溶性的，持續(xù)不斷地大量地進(jìn)入地下水、地表水。飲用水中。 PPCPs具有很強(qiáng)的持久性和蓄積性，對生態(tài)系統(tǒng)與人體健康造成危害。我國的長江三角洲、 珠江三角洲、上海、廣州等地的河湖水中頻繁檢測出用作消毒劑的三氯生，同時還檢測出非 類固醇類消炎藥布洛芬和氯貝酸等酸性藥物。2014年5月華南理工大學(xué)調(diào)研我國的水源中 有60種抗生素以及90種藥物殘留，濃度均比較高。
[0004] 自來水廠傳統(tǒng)的水處理工藝對布洛芬與氯貝酸的去除效果不明顯;光催化、電化 學(xué)、臭氧機(jī)超聲技術(shù)等操作繁瑣、不適合終端深度凈水用;R0膜去除效果好，但廢水費(fèi)電，成 本高，排放的濃縮液不易處理，易造成二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，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)對飲用水中的布洛芬與氯貝酸的去除率高，并且方法簡單。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)。
[0006] -種去除飲用水中布洛芬與氯貝酸的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑混合，得到 混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑的重量比為 200~300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[0008] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0009] 所述壓制壓力為0.4MPa~IMpa;所述燒結(jié)溫度為200°C~245°C;所述燒結(jié)時間為 90~150min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。
[0010] 優(yōu)選的，所述海泡石粉的為酸活化的海泡石粉。
[0011] 優(yōu)選的，所述凹凸棒石粉為酸活化的凹凸棒石粉。
[0012] 優(yōu)選的，還包括煅燒水滑石粉，所述煅燒水滑石粉與超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑的重量比為50~100:200~300:50~100:100~200:100 ~200:50~100。
[0013] 優(yōu)選的，還包括砂粒。
[0014] 優(yōu)選的，所述砂粒與超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā) 孔劑的重量比為50~100:200~300:50~100:100~200:100~200:50~100。
[0015] 本發(fā)明提供了根據(jù)上述權(quán)利要求所述的制備方法得到的用于去除飲用水中布洛 芬與氯貝酸的過濾介質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明提供了一種濾芯，由上述權(quán)利要求所述的過濾介質(zhì)構(gòu)成。
[0017] 本發(fā)明提供了一種凈水裝置，包括上述權(quán)利要求所述的過濾介質(zhì)或者上述權(quán)利要 求所述的濾芯。
[0018] 本發(fā)明提供了一種飲水機(jī)，包括上述權(quán)利要求所述的凈水裝置。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種去除飲用水中布洛芬與氯貝酸的過濾介質(zhì)的 制備方法，包括以下步驟:a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā) 孔劑混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔 劑的重量比為200~300:50~100:100~200:100~200:50~100 ;b)將步驟a)所得的混合物 在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻;所述壓制壓力為〇.4MPa~IMpa;所述燒結(jié)溫度為200°C~245°C; 所述燒結(jié)時間為90~150min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。本發(fā)明在上述原料協(xié)同作用下， 配合特定的燒結(jié)溫度、壓力和冷卻溫度，制備得到的過濾介質(zhì)對水中布洛芬與氯貝酸的去 除率高，方法簡單，適用于受其污染的飲用水，免除布洛芬與氯貝酸對人體產(chǎn)生的傷害，使 用簡便，成本低，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(jīng)檢測該過濾介質(zhì)對飲用水中布洛芬與氯貝酸的去除率在98.0%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0020] -種去除飲用水中布洛芬與氯貝酸的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0021] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑混合，得到 混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑的重量比為 200~300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[0022] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0023] 所述壓制壓力為0.4MPa~IMpa;所述燒結(jié)溫度為200°C~245°C;所述燒結(jié)時間為 90~150min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。
[0024]本發(fā)明首先將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、海泡石粉和發(fā)孔劑的重 量比為 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100;優(yōu)選為 210 ~290:60 ~90:110 ~ 190:110 ~190:60 ~90;更優(yōu)選為 220 ~280:65 ~85:120 ~180:120 ~180:65 ~85。
[0025] 在本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量優(yōu)選為100萬~700萬，更優(yōu)選 為200萬~600萬，最優(yōu)選為250萬~400萬。超高分子量聚乙烯可從國內(nèi)生產(chǎn)廠家得到，如北 京東方石油化工有限公司助劑二廠可提供M-Ι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?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁?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，可以起到吸附水中布洛芬與氯貝酸的作用。本發(fā)明優(yōu) 選采用粒徑為74~89μηι的超高分子量聚乙稀。
[0026]在本發(fā)明中，活性炭是一種多孔性物質(zhì)，具有蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面 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)原料來源的不同活性炭優(yōu)選分為木質(zhì)活性炭、礦物質(zhì)原料活性炭和其他原料制成的活性 炭等。其中，所述木質(zhì)活性炭優(yōu)選包括椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭;所述礦物質(zhì)原料 活性炭優(yōu)選包括各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭;其他原料制成的活性炭 優(yōu)選包括廢橡膠、廢塑料制成的活性炭。本發(fā)明優(yōu)選使用以椰殼材質(zhì)為來源的活性炭，其強(qiáng) 度較高、吸附性能好，更優(yōu)選為以椰殼材質(zhì)為來源的醫(yī)用活性炭。在本發(fā)明中，所述活性炭 的比表面積優(yōu)選不低于500m 2/g，更優(yōu)選不低于1000m2/g?；钚蕴靠梢愿咝У奈剿械挠?機(jī)物、尤其是醫(yī)用活性炭，作為用過國家相關(guān)藥品監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量低，表面積更 大，吸附效果也更好，并且選用醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。 [0027]本發(fā)明優(yōu)選采用粒徑為74~250μπι的醫(yī)用活性炭。
[0028]海泡石是一種具層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物。斜方晶系或單斜晶系， 一般呈塊狀、土狀或纖維狀集合體。海泡石按照行程的原因分為熱液型海泡石和沉積型海 泡石兩種類型，通常稱為α-海泡石和β海泡石。熱液型海泡石由熱液直接結(jié)晶而成或由火山 玻璃、含鎂的礦物經(jīng)低溫?zé)嵋何g變而成，常產(chǎn)于富鎂的白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)大理巖石中；沉 積型海泡石礦床常與碳酸鹽、粘土巖共生，由沉積成巖作用生成。熱液型海泡石呈長束纖維 狀，氧化鎂和二氧化硅含量高，氧化鋁含量低，為富鎂海泡石;沉積型海泡石呈粘土狀，但在 顯微鏡下任然呈纖維狀，氧化鋁含量高，Mg和二氧化硅含量低，為富鋁海泡石。
[0029] 海泡石具有大的比表面積和孔容積，有貫穿整個結(jié)構(gòu)的通道和孔隙，而且海泡石 表面存在三類活性中心：（1)硅氧四面體層中的氧原子，氧原子提供弱的電荷從而進(jìn)行對吸 附物的吸附；（2)在邊緣部位與鎂離子配位的水分子，可以與吸附物形成氫鍵；（3)在四面體 表面，Si-o-Si鍵斷裂而產(chǎn)生的Si-ΟΗ離子團(tuán)，通過一個質(zhì)子或一個羥基分子來補(bǔ)償剩余的 電荷，這些離子團(tuán)沿纖維軸以5埃的間距分布，其數(shù)量取決于纖維的大小和晶體的缺穴。這 些Si-ΟΗ離子團(tuán)可以與被吸附在海泡石外表面上的分子相互作用，還可以與某些有機(jī)試劑 形成共價鍵。這些活性中心使得海泡石的吸附性能很好，包括吸附非極性或者弱極性的有 機(jī)化合物。
[0030] 在本發(fā)明中，優(yōu)選使用粒徑為18~150μηι的海泡石粉，更優(yōu)選使用18~100μπι。其中 粒徑小的海泡石粉比表面積大，更容易發(fā)揮吸附作用。
[0031] 本發(fā)明優(yōu)選將所述海泡石粉活化處理，更優(yōu)選經(jīng)過酸活化。具體為：使用濃度為 0.1~20 %的硫酸在溫度為20~100°C浸泡處理1~15h。
[0032]在本發(fā)明中，所述凹凸棒