專利名稱：用于去除水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過濾介質(zhì)及其制備方法、使用該過濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置和飲 水機(jī)。
背景技術(shù)：
軍團(tuán)菌病(Legionnaires’ disease)是由軍團(tuán)菌引起的急性呼吸道傳染病。1976 年在美國費(fèi)城退伍軍人大會(huì)中，軍團(tuán)菌病首次爆發(fā)，導(dǎo)致221人發(fā)病，34人死亡。1977年 Fraser等的報(bào)告中此菌被命名為嗜肺軍團(tuán)菌，由此建立了一個(gè)新的菌科——軍團(tuán)菌科，目 前包含有42個(gè)種，60多個(gè)血清型。軍團(tuán)菌普遍存在于有水的環(huán)境中，一部分以單個(gè)游離式存在于水體當(dāng)中，一部分 寄生于原生動(dòng)物內(nèi)或者與變形蟲共生存在于矩陣狀的生物膜中。到目前為止尚未開發(fā)出預(yù) 防軍團(tuán)菌感染的疫苗，因此預(yù)防軍團(tuán)病的主要方法是防止軍團(tuán)菌的生長與傳播。軍團(tuán)菌的主要傳播途徑是通過供水系統(tǒng)傳播。如果飲用水系統(tǒng)中有軍團(tuán)菌的存在 并且達(dá)到一定數(shù)量，將可能引起大規(guī)模的軍團(tuán)菌病爆發(fā)。因此去除水中存在的軍團(tuán)菌，在預(yù) 防和控制軍團(tuán)病的發(fā)生與流行中有十分重要的作用。常規(guī)的軍團(tuán)菌殺菌方法有氯氣殺菌法和臭氧殺菌法，即，水中游離氯或臭氧的濃 度達(dá)到1 2mg/L，可有效殺滅游離的軍團(tuán)菌，但是由于軍團(tuán)菌與生物膜的共生關(guān)系，使得 生物膜內(nèi)的軍團(tuán)菌可以逃過這兩種常用的殺菌方法。目前尚沒有一種方法是可以去除水中的游離軍團(tuán)菌并且同時(shí)去除生物膜中的軍 團(tuán)菌，因此尋找一種可有效去除游離軍團(tuán)菌和生物膜中共生的軍團(tuán)菌的方法是當(dāng)前亟待解 決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種去除水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)，可有效去除水中游離 軍團(tuán)菌和生物膜中共生的軍團(tuán)菌。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于去除水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)的制備方法。為了達(dá)到以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于去除水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔 劑的原料混合，載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑 的重量比為30 100 40 220 30 110 120 300 80 140 ；b)將步驟a)所得的混合物壓制，燒結(jié)，冷卻。壓制壓力優(yōu)先選擇為0. 4 1. OMPa，燒結(jié)溫度為200 300°C，燒結(jié)時(shí)間為120 180分鐘，冷卻溫度為30 50°C。更優(yōu)選的是步驟a)所述原料中載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超 高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的重量比為50 60 90 100 90 100 290 300 100 110 ；本發(fā)明所述超高分子量聚乙烯分子量為100萬 700萬。優(yōu)選使用重均分子量 為250 400萬的聚乙烯。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 士 50萬)、M-IV(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(gè)作用是粘結(jié)和形成過濾介質(zhì)骨架的作用，另外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，可以起到吸附水中雜質(zhì)的作用。優(yōu)選地，載銀活性 碳用活粒徑為65 74微米?；钚蕴际且环N多孔性物質(zhì)，它具有如蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、特異的 表面官能團(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 源不同活性碳可分為木質(zhì)活性碳，如椰殼活性碳、杏殼活性碳、木質(zhì)粉碳等；礦物質(zhì)原料活性碳，如各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性碳；其它原料制成的活性碳，如廢橡 膠、廢塑料等制成的活性碳。其中以椰殼材質(zhì)為來源的活性碳強(qiáng)度較高、吸附性能較好。優(yōu) 選活性碳的比表面積不低于500平方米/克，更優(yōu)選不低于1000平方米/克?；钚蕴伎梢愿咝剿械挠袡C(jī)物，尤其是醫(yī)用活性碳，作為通過國家相關(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)農(nóng)藥的吸附作用尤佳。選 用醫(yī)用活性碳可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理?；钚蕴际褂昧綖?4微米的醫(yī) 用活性碳去除軍團(tuán)菌的效果更佳。載銀活性碳的表面分布著微量的銀元素，由于Ag+具有較高的氧化還原電位，所以 反應(yīng)活性大(隨著其價(jià)態(tài)的升高，還原勢(shì)也升高)，能使周圍空間內(nèi)的氧分子轉(zhuǎn)變成原子態(tài) 的氧。Ag+起到催化活性中心的作用，這個(gè)活性中心能吸收環(huán)境的能量，激活吸附在活性碳 表面的空氣和水中的氧，產(chǎn)生羥自由基(·0Η)和活性氧離子((V)，這些物質(zhì)具有很強(qiáng)的氧 化能力，能破壞細(xì)菌細(xì)胞的增殖能力，實(shí)現(xiàn)抑菌或殺滅細(xì)菌的目的。優(yōu)選地，載銀活性碳用 活粒徑為65 74微米。沸石一般以天然沸石最為常用。天然沸石是含水多孔硅酸鹽的總稱，其結(jié)晶結(jié)構(gòu) 主要是由硅氧四面體構(gòu)成，其中部分四價(jià)硅離子被三價(jià)鋁離子取代，導(dǎo)致負(fù)電荷過剩，因此 結(jié)構(gòu)中有堿金屬或堿土金屬等平衡電荷的離子，同時(shí)沸石架構(gòu)中有一定孔徑的孔腔和孔 道，決定了其具有吸附、離子交換等性質(zhì)。天然沸石經(jīng)過改性以后效果吸附效果更好。天 然沸石的改性可以采用下述方法先將天然沸石粉用去離子水清洗干凈，烘干，稱取一定質(zhì) 量的沸石，浸泡在一定濃度的改性劑溶液中，充分?jǐn)嚢璨簧儆?小時(shí)，中和后過濾，用去離 子水清洗干凈，烘干備用。改性劑可以為0.05 0.30mol/L (摩爾/升)的HCl，0.01 0. 05mol/L&H2S04，0. 2 1. Omol/L 的 NaCl，0. 05 0. 25mol/L 的 NaOH，或0. 03 0. 15mol/ L的HCl與0. 2 1. Omol/L的NaCl的混合溶液。當(dāng)改性劑為HCl和NaCl混合溶液時(shí)，最 佳濃度NaCl為0. 8mol/L，HCl為0. 09mol/L，采用改性劑對(duì)沸石進(jìn)行改性處理的時(shí)間通常應(yīng) 不少于2小時(shí)，最好不少于4小時(shí)，此時(shí)可改性充分完全。天然沸石還可以通過如下工藝進(jìn) 行改性處理將天然沸石粉碎至5 80目，用質(zhì)量濃度為4 10%的鹽酸或硫酸浸漬處理 10 20小時(shí)，經(jīng)碳酸鈉或苛性堿中和后洗滌，再水煮30 60分鐘；將煮沸后的沸石干燥， 然后在350 580°C溫度下焙燒，然后粉碎至所需要的粒度。沸石經(jīng)改性處理后，可去除礦 物中所含的雜質(zhì)和可溶物，在礦物結(jié)構(gòu)中刻蝕出豐富的孔隙和孔腔，增大其接觸面積，從而提高沸石的吸附、離子交換等性質(zhì)。載鋅沸石粉的制備方法可以為利用聚合氯化鋅的稀溶 液，濃度在5%以下較為合適，浸泡沸石粉，然后加熱蒸干溶劑水，即可得到表面附著有聚合 氯化鋅的沸石粉。作為優(yōu)選，載鋅沸石粉粒徑可以選擇74 ym(微米)以下。發(fā)孔劑選擇偶氮二甲酰胺、食品級(jí)碳酸氫銨、草酸中的至少一種。作為優(yōu)選，發(fā)孔 劑為偶氮二甲酰胺或食品級(jí)碳酸氫銨。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。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。超高分子量聚乙烯的強(qiáng)力靜電吸附和活性碳粉的表面吸附可有效過濾游離軍團(tuán) 菌和生物膜，而銀離子和鋅離子的協(xié)同作用，可進(jìn)一步殺滅軍團(tuán)菌，使得軍團(tuán)菌的去除率達(dá) 到95%以上，表現(xiàn)出良好的過濾及殺菌效果。雖然本發(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，但是本發(fā)明不局限于此種理論。對(duì)于在制備過程中它們之間的具體的化學(xué)變化、結(jié)構(gòu)的 變化尚不能確定。此幾種原料經(jīng)過上述的工藝處理制備出的過濾介質(zhì)，可以有效解決水中
軍團(tuán)菌殘留。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。混合后的粉體一般在0. 4 IMPa的壓力下進(jìn)行壓制。優(yōu)先選擇填裝入預(yù)先設(shè)計(jì) 好的模具中通過加壓壓制，壓力與所用模具的材質(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。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(huì)吸附到過濾介質(zhì)上的市售脫模劑，也可以使用脫模紙。利用上述方法制備的過濾介質(zhì)，絕對(duì)孔徑小于0. 2微米，可有效過濾游離軍團(tuán)菌 和生物膜中共生的軍團(tuán)菌，去除率在95%以上。本發(fā)明還提供一種使用了上述過濾介質(zhì)的濾芯。本發(fā)明還提供了 一種包括上述過濾介質(zhì)或者濾芯的凈水裝置。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)在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中游離軍團(tuán)菌 和生物膜中共生的軍團(tuán)菌，去除率達(dá)到95 %以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡 單，成本低，見效快。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)上述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述和說 明。實(shí)施例1(1)稱取超高分子量聚乙烯粉200g，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；(2)稱取購自南京林大活性碳有限公司的載銀活性碳粉30g，所述載銀活性碳的粒徑為65 74微米；(3)稱取醫(yī)用活性碳粉130g，所述醫(yī)用活性碳的粒徑為74微米以下；(4)稱取載鋅沸石粉110g，所述載鋅沸石粉的粒徑為74微米以下；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨90克，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)將混合后的粉體在0. 7MPa的液壓壓力下壓制，在200°C溫度下燒結(jié)150分鐘。(8)自然冷卻至40°C，即得多微細(xì)孔的過濾介質(zhì)。本實(shí)施例制備的過濾介質(zhì)的孔徑為0. 18微米。若步驟(7)在管狀模具中進(jìn)行壓 制，則可得到含該過濾介質(zhì)的濾芯。實(shí)施例2(1)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-I型產(chǎn)品，其分子量為150萬；(2)稱取購自南京林大活性碳有限公司的載銀活性碳粉80g，所述載銀活性碳的 粒徑為65 74微米；(3)稱取醫(yī)用活性碳粉220g，所述醫(yī)用活性碳的粒徑為74微米以下；(4)稱取載鋅沸石粉100g，所述載鋅沸石粉的粒徑為74微米以下；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨140克，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)將混合后的粉體裝填入模具中，在0. 5MPa的液壓壓力下壓制，在280°C溫度下 燒結(jié)130分鐘。(8)自然冷卻至30°C后脫模，即得由多微細(xì)孔的過濾介質(zhì)組成的濾芯。本實(shí)施例制備的濾芯的孔徑為0. 12微米。實(shí)施例3(1)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；(2)稱取購自南京林大活性碳有限公司的載銀活性碳粉55g，所述載銀活性碳的 粒徑為65 74微米；(3)稱取醫(yī)用活性碳粉100g，所述醫(yī)用活性碳的粒徑為74微米以下；(4)稱取載鋅沸石粉90g，所述載鋅沸石粉的粒徑為74微米以下；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨110克，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)將混合后的粉體裝填入模具中，在IMPa的液壓壓力下壓制，在300°C溫度下燒 結(jié)180分鐘。(8)自然冷卻至45°C后脫模，即得由多微細(xì)孔的過濾介質(zhì)組成的濾芯。本實(shí)施例制備的濾芯的孔徑為0. 10微米。實(shí)施例4(1)稱取超高分子量聚乙烯粉120g，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；(2)稱取購自南京林大活性碳有限公司的載銀活性碳粉100g，所述載銀活性碳的粒徑為65 74微米；(3)稱取醫(yī)用活性碳粉40g，所述醫(yī)用活性碳的粒徑為74微米以下；(4)稱取載鋅沸石粉30g，所述載鋅沸石粉的粒徑為74微米以下；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨80克，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)將混合后的粉體裝填入模具中，在0. 4MPa的液壓壓力下壓制，在220°C溫度下 燒結(jié)120分鐘。(8)自然冷卻至50°C后脫模，即得由多微細(xì)孔的過濾介質(zhì)組成的濾芯。本實(shí)施例制備的濾芯的孔徑為0. 15微米。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(所用模具為相同的管狀模 具)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)，該濾芯對(duì)飲用水中軍團(tuán)菌的 去除效果好，如表1所示。本發(fā)明所述濾芯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(單位cfu/ml) 表1中使用的測(cè)試方法參照國際標(biāo)準(zhǔn)IS011731-1998，用氣相色譜法對(duì)每個(gè)濾芯 過濾前后的水分別進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其中軍團(tuán)菌的含量并計(jì)數(shù)。從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進(jìn)行去除水中軍團(tuán)菌取得了很好的效果。以上對(duì)本發(fā)明所提供的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯進(jìn) 行了詳細(xì)介紹。本說明書中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，對(duì) 于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上在實(shí)施過程中 的任何改變應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本說明書記載的內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本 發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種用于去除水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的原料混合，載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的重量比為30～100∶40～220∶30～110∶120～300∶80～140；b)將步驟a)所得的混合物壓制，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，所述載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、 載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的重量比為50 60 90 100 90 100 290 300 100 110。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述載銀活性碳用活粒徑為65 74 微米。
4.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的粒徑為 65 74微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述載鋅沸石粉粒徑小于74微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述發(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 6中任一項(xiàng)所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。
8.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，包括使用權(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)，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水中軍團(tuán)菌的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的原料混合，載銀活性碳粉、醫(yī)用活性碳粉、載鋅沸石粉、超高分子量聚乙烯粉和發(fā)孔劑的重量比為30～100∶40～220∶30～110∶120～300∶80～140；b)將步驟a)所得的混合物壓制，燒結(jié)，冷卻。本發(fā)明還提供由上述方法制備的過濾介質(zhì)以及使用該過濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置及飲水機(jī)。本發(fā)明提供的過濾介質(zhì)能夠去除水中軍團(tuán)菌，去除率達(dá)到95％以上，其制備方法簡單，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J20/20GK101844010SQ20091013172
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:周奇迪