專利名稱：用于去除飲用水中六價鉻的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于去除飲用水中六價鉻的過濾介質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
鉻是人體必需的一種微量元素，人身缺少鉻，會引發(fā)動脈粥樣硬化，還會影響機體 內(nèi)糖類和脂類的代謝。但如果過多的鉻污染水體時，鉻能在水生生物、魚體、植物體內(nèi)蓄積， 因此對于人體或動植物的危害更大。許多研究表明，鉻先以六價鉻的形式滲入細胞后，被還 原為毒性更強且易吸收的三價鉻后，三價鉻與細胞內(nèi)大分子結(jié)合，容易引發(fā)細胞的突變和 癌變，六價鉻是強致癌突變物已經(jīng)被證實。在美國、日本、俄羅斯有大量的高濃度鉻污染地面、地下水源和水井的報道。在我 國，眾多的電鍍、印染、金屬加工等鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)也使鉻污染水資源的現(xiàn)象普遍嚴重，目前有20 多個省市排放鉻渣。據(jù)報道，湖南湘江岸邊數(shù)十噸的鉻渣露天堆放，所含六價鉻被雨雪浸淋 溶出后浸入江水或地下水中，嚴重污染水源，在該污染帶內(nèi)水中六價鉻含量超過飲用水標 準數(shù)十倍！在現(xiàn)有技術(shù)中，人們熟知的活性炭技術(shù)，活性炭對鉻的吸附效果不是很明顯。電絮 凝方法需要添加絮凝劑與電解槽中，后續(xù)還要進行固液分離。在逆滲透膜技術(shù)中，除鉻有較 好的效果，但其即浪費水又耗電，且使用起來較麻煩。雙金屬(KDF)去除重金屬，需比較長 的流程和足夠的反應時間產(chǎn)生電化學反應，絕不是10多個毫米厚的薄層就會產(chǎn)生實效的， 即費時價格又太貴。中國專利文獻CN107296A公開了一種去除生活引用水中六價鉻的方法，在該方法 中將酸堿除油除銹、并經(jīng)漂白粉和酒精處理后的鐵屑或鑄鐵屑作為原料，然后與活性炭或 焦炭按照重量比20 50 1的比例混合均勻后作為填料，利用該填料表面產(chǎn)生腐蝕微電 池的內(nèi)點解原理對含有六價鉻的生活飲用水進行處理?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)中的過濾方法在去除飲用水中的六價鉻時去除率較低，需要提供 一種對飲用水中的六價鉻具有較高去除率的過濾介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種過濾介質(zhì)的制備方法，該過濾介質(zhì)對飲用 水中的六價鉻具有較高的去除率，本發(fā)明還提供一種由所述制備方法制備的過濾介質(zhì)，以 及濾芯、凈水裝置和飲水機。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于去除引用水中六價鉻的過濾介質(zhì)的 制備方法，包括步驟a)將包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的原 料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的重量比為 200 300 50 200 50 200 50 200 50 120 ；
b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻。按照本發(fā)明，采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作為制備過濾介質(zhì)的原料之一，超高分子量聚乙烯不但可以最為粘結(jié)劑還可以形成過濾骨架，此外，將超高分子量聚乙烯 與其他成分混合壓制并燒結(jié)得到的過濾介質(zhì)容易形成微孔，還可以起到吸附水中雜質(zhì)的作 用。所述超高分子量聚乙烯粉為重均分子量大于100萬的聚乙烯粉，優(yōu)選使用重均分子量 為250萬 400萬的聚乙烯。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-I (分子量為150士50萬)、M-II (分子量為250士50萬)、 M-III (分子量為350萬士50萬)、M-IV(分子量為大于400萬)等規(guī)格的產(chǎn)品。為了使超高分子量聚乙烯與其他成分達到更好的接觸，超高分子量聚乙烯的粉末 粒徑可以為50 μ m(微米) 200 μ m，優(yōu)選的，超高分子量聚乙烯的粉末粒徑為100 μ π! 150 μ m。如果粉末粒徑過大，會減小超高分子量聚乙烯粉末與其他成分的接觸面積，使其骨 架作用減小。如果粉末粒徑過效，不利于在過濾介質(zhì)內(nèi)形成合適的微孔。本發(fā)明提供的制備過濾介質(zhì)的原料中還包括活性炭?；钚蕴孔鳛橐环N多孔性物 質(zhì)，具有蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)、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(zhì)活性炭、如椰 殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉等；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。其中以椰殼 材質(zhì)為來源的活性炭強度較高、吸附性能較好。優(yōu)選的，活性炭的比表面積不低于500m2/g， 更優(yōu)選的不低于1000m2/g，最優(yōu)選的不低于1500m2/g。在選用活性炭時，優(yōu)選醫(yī)用活性炭，所述醫(yī)用活性炭指符合國家相關(guān)藥品監(jiān)督標 準的產(chǎn)品，由于醫(yī)用活性炭雜質(zhì)含量更低、表面積更大，因此具備更加優(yōu)良的吸附效果。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。按照本發(fā)明，為了使活性炭與過 濾介質(zhì)中的其他成分達到更有效的接觸并達到更好的吸附效果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當選用為 50 μ m 180 μ m的活性炭時，過濾介質(zhì)對六價鉻具有較好的吸附效果，優(yōu)選的，選用粒徑為 100 μ m 150 μ m的活性炭時，過濾介質(zhì)吸附活性炭的效果更佳。按照本發(fā)明，在制備過濾介質(zhì)的原料中還包括膨潤土粉(Bentonite)，所述膨潤土 粉為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的膨潤土，又稱斑脫巖或膨土巖，主要礦物成分是蒙脫石，含量在 85重量％ 90重量％之間，膨潤土的性質(zhì)也是由蒙脫石所決定的。膨潤土有吸附性和陽離 子交換性能，可以用于廢水處理、去除水中特定的陰陽離子的作用，而且具有很好的粘結(jié)性 能，對于過濾介質(zhì)的成型也有作用。優(yōu)選的，本發(fā)明選擇改性膨潤土粉，所述改性膨潤土粉指現(xiàn)有技術(shù)中公知的將膨 潤土采用酸、堿或有機物加以處理后得到的膨潤土。膨潤土經(jīng)過改性后，使分散的膨潤土單 晶片形成層柱狀結(jié)構(gòu)，在締合顆粒之間形成較大的空間，改變膨潤土在水中的分散狀態(tài)以 及性能，提高了其吸附能力和離子交換能力，它可以在較寬的PH值范圍內(nèi)對六價鉻有較好 的吸附效果。作為優(yōu)選的，可以選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的酸活化膨潤土、有機膨潤土、無機陽 離子改性膨潤土。所述酸化膨潤土指用酸對膨潤土進行改性處理，將膨潤土中的可交換 的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽離子交換成H+，酸活化處理膨潤土時，由于可以促使膨潤土中可 溶性雜質(zhì)溶解以及促進膨潤土中的鋁氧八面體的部分溶解，可以進一步提高膨潤土的純度和吸附能力。所述有機膨潤土包括陽離子、陰-陽離子、非離子、陽離子-非離子組合改性 有機膨潤土，例如采用中國專利CN1263132、CN1356270、CN85106842、CN1250067、美國專利 USP4391637、美國USP4351753中公開的方法進行過有機改性處理過的膨潤土。所述無機陽 離子改性膨潤土是指以 K+、Na2+、Li2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+、Fe3+、Al3+、Cr3+、Zr4\ Ti4+ 等可溶 性鹽類對天然膨潤土進行了離子交換改性處理過的膨潤土。優(yōu)選的，改性膨潤土粉的粒徑為50 μ m 150 μ m,更優(yōu)選的，改性膨潤土粉的粒徑 力 55 μ m 85 μ m。
在本發(fā)明提供的制備過濾介質(zhì)的原料中，還包括氫氧化鎂粉。由于氫氧化鎂粉具 有比較大的比表面積，吸附力強，特別容易從被污染的水中吸附六價鉻。作為優(yōu)選，本發(fā)明 選擇粒度為為50μπι 150μπι的氫氧化鎂粉，更優(yōu)選的，氫氧化鎂粉的粒徑為50μπι 80 μ m。優(yōu)選使用純度為98重量％或更高的氫氧化鎂粉，更優(yōu)選的，氫氧化鎂粉的純度為 99. 99重量％或更高。按照本發(fā)明，所述發(fā)孔劑選擇偶氮二甲酰胺、食品級碳酸氫銨、草酸中的一種或多 種。優(yōu)選的，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺或食品級碳酸氫銨。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(zhì)，不宜用作飲用水過濾介質(zhì)的生產(chǎn)原料。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。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， 在所述的超高分子量聚乙烯粉、膨潤土粉、氫氧化鎂粉和活性炭粉協(xié)同加合作用下，使得過 濾介質(zhì)可以有效地去除水中的六價鉻。在步驟a)中，需要將幾種原料混合均勻，對于混合方法，本發(fā)明無特別限制，可以 采用人工混料，也可以采用機械混料。采用機械混料時，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的不 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，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，但以避免揚起粉塵為宜。將幾種原料混合均勻后，將混合物放在模具中進行成型，成型壓力優(yōu)選不大于 2MPa，優(yōu)選的，成型壓力為0.4 IMPa。對于模具本發(fā)明無特別限制，可以為鋁及其合金、鐵 及其合金等本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的材質(zhì)。另外，成型時可以在模具內(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吸附到過濾介質(zhì)上的市售脫模劑，也可以使用脫模紙。成型后，對成型體進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度優(yōu)選為200°C 300°C，更優(yōu)選的燒結(jié)溫度 為220°C 280°C。燒結(jié)時間優(yōu)選為100 180分鐘，更優(yōu)選的，燒結(jié)時間優(yōu)選為100 150 分鐘，對于燒結(jié)壓力本發(fā)明亦無特別限制，可以常壓燒結(jié)，也可以為加壓燒結(jié)，優(yōu)選常壓燒 結(jié)。燒結(jié)后，優(yōu)選冷卻至40°C 60°C脫模，得到過濾介質(zhì)。按照本發(fā)明，制備濾芯時，可以 采用將燒結(jié)得到的過濾介質(zhì)機加工成濾芯，也可以直接選用濾芯模具作為混合原料的成型 模具，均可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。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。本發(fā)明提供一種制備過濾介質(zhì)的方法。本發(fā)明采用超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑作為過濾介質(zhì)的原料，由于超高分子量聚乙烯不但可以作為過濾介質(zhì)的骨架，而且具備很好的吸附能力，此外氫氧化鎂粉和膨潤土對于吸附六價 鉻具有很好的效果，在幾種原料的協(xié)同加和作用下，本發(fā)明制備的過濾介質(zhì)能夠高效、迅速 的去除飲用水中的六價鉻，并且，本發(fā)明提供的過濾介質(zhì)使用簡便，適合家庭終端飲水處 理，經(jīng)檢測該過濾介質(zhì)對飲用水中六價鉻的去除率可達95% 99%。
具體實施方式
為了進一步了解本發(fā)明，下面結(jié)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(quán)利要求的 限制。實施例1(1)稱取超高分子量聚乙烯粉275g，該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，重均分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉75g，所述醫(yī)用活性炭粉的粒徑為94μπι 115μπι，比表面 積大于1400m2/g ；(3)稱取氫氧化鎂粉90g，所述氫氧化鎂粉的粒徑為65μπι 85μπι，純度大于 99. 99 重量 ％ ；(4)將天然膨潤土加水攪拌制成漿料，向漿料內(nèi)加入草酸控制漿液的PH值在約 6. 5左右，攪拌10小時，然后將漿料過濾出來、干燥，粉碎得到粒徑為55 μ m 75 μ m的改性 膨潤土粉，稱取該改性膨潤土粉75g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨95g，所述食品級碳酸氫銨的純度大于99. 99% ；(6)將以上五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將步驟(6)中混合均勻的粉末裝填入濾芯模具中，加壓成型，成型壓力為 0. 9MPa ；(8)將步驟(7)得到的成型體在260°C溫度下常溫燒結(jié)140分鐘，然后自然冷卻至 50°C后脫模，即得到多微細孔的內(nèi)徑為25mm、外徑為50mm的濾芯1。實施例2(1)稱取超高分子量聚乙烯粉290g，該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，重均分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉70g，所述醫(yī)用活性炭粉的粒徑為94 μ m 115 μ m微米，比 表面積大于1400m2/g ；(3)稱取氫氧化鎂粉85g，所述氫氧化鎂粉的粒徑為65μπι 85μπι，純度大于 99. 99 重量 ％ ；(4)稱取實施例1的第⑷步中制備的改性膨潤土粉75g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨110g，所述食品級碳酸氫銨的純度大于99. 99% ；(6)將以上五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將步驟(6)中混合均勻的粉末裝填入濾芯模具中，加壓成型，成型壓力為 0. 9MPa ；(8)將步驟(7)得到的成型體在270°C溫度下常溫燒結(jié)140分鐘，然后自然冷卻至 50°C后脫模，即得到多微細孔的內(nèi)徑為25mm、外徑為50mm的濾芯2。
實施例3(1)稱取超高分子量聚乙烯粉260g，該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，重均分子量為250萬；
(2)稱取醫(yī)用活性炭粉90g，所述醫(yī)用活性炭粉的粒徑為94 μ m 115 μ m，比表面 積大于1400m2/g ；(3)稱取氫氧化鎂粉100g，所述氫氧化鎂粉的粒徑為65 μ m 85 μ m，純度大于 99. 99 重量 ％ ；(4)將天然膨潤土加水攪拌制成漿料，向漿料內(nèi)加入氫氧化鈉控制漿液的PH值在 約7. 5左右，攪拌10小時，然后將漿料過濾出來、干燥，粉碎得到粒徑為55μπι 75μπι的 改性膨潤土粉，稱取該改性膨潤土粉68g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨105g，所述食品級碳酸氫銨的純度大于99. 99% ；(6)將以上五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)將步驟(6)中混合均勻的粉末裝填入模具中，加壓成型，成型壓力為0. 9MPa ；(8)將步驟(7)得到的成型體在270°C溫度下常溫燒結(jié)140分鐘，然后自然冷卻至 50°C后脫模，即得到多微細孔的內(nèi)徑為25mm、外徑為50mm的濾芯3。實施例4(1)稱取超高分子量聚乙烯粉320g，該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，重均分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉65g，所述醫(yī)用活性炭粉的粒徑為94 μ m 115 μ m，，比表面 積大于1400m2/g ；(3)稱取氫氧化鎂粉85g，所述氫氧化鎂粉的粒徑為65μπι 85μπι，純度大于 99. 99 重量 ％ ；(4)稱取實施例3的第(4)步中制備的改性膨潤土粉75g ；(5)稱取食品級碳酸氫銨80g，所述食品級碳酸氫銨的純度大于99. 99% ；(6)將以上五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10混合均勻；(7)將步驟(6)中混合均勻的粉末裝填入濾芯模具中，等靜壓成型，成型壓力為 0. 9MPa ；(8)將步驟(7)得到的成型體在260°C溫度下常溫燒結(jié)140分鐘，然后自然冷卻至 50°C后脫模，即得到多微細孔的內(nèi)徑為25mm、外徑為50mm的濾芯4。實施例5取實施例1 4制得的多微細孔的濾芯1、濾芯2、濾芯3、濾芯4，內(nèi)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(wǎng)，濾芯兩端粘結(jié)上連接端蓋形成構(gòu)造濾芯，放 置于不銹鋼塑料殼體內(nèi)，用于處理飲用水，并分別對飲用水在過濾前和過濾后的六價鉻含 量進行測試，結(jié)果見表1。參見表1，可見本發(fā)明提供的濾芯對于去除飲用水中的六價鉻具 有良好的效果，非常適合家庭終端飲用水處理的需要。表1使用濾芯處理前后的水中的六價鉻含量，單位mg/L 從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯去除水中的六價鉻取得了很好的效果。以上對本發(fā)明所提供的制備過濾介質(zhì)的方法、過濾介質(zhì)、濾芯、凈水裝置、凈水機 進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實 施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾， 這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于去除飲用水中六價鉻的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括步驟a)將包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的重量比為200～300∶50～200∶50～200∶50～200∶50～120；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，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的重量比為290 300 60 70 80 90 70 80 100 120。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量 為250萬 400萬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭粉為粒徑是50μ m 180 μ m的活性炭粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鎂粉的粒徑為 50 μ m 150 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉的粒徑 力 50 μ m 200 μ m。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的制備方法制得的過濾介質(zhì)。
8.—種濾芯，其特征在于，使用權(quán)利要求7所述過濾介質(zhì)的濾芯。
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)或權(quán)利要求8所述的濾心。
10.一種飲水機，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)明公開一種用于去除水中六價鉻的過濾介質(zhì)的制備方法，包括步驟a)將包括超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、氫氧化鎂粉、膨潤土粉和發(fā)孔劑的重量比為200～300∶50～200∶50～200∶50～120；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻得到過濾介質(zhì)。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于制備的過濾介質(zhì)能夠高效、迅速的去除飲用水中的六價鉻，并且，本發(fā)明提供的過濾介質(zhì)使用簡便，適合家庭終端飲水處理，檢測結(jié)果表明，本發(fā)明制備的過濾介質(zhì)對飲用水中六價鉻的去除率可達95％～99％。
文檔編號B01J20/20GK101844004SQ20091013172
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者周奇迪 申請人:周奇迪