專利名稱：用于去除飲用水中PPCPs的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除飲用水中PPCPs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。
背景技術(shù)：
藥品禾口個人護理用品(Pharmaceuticals and Personal Care Products, PPCPs) 是指包括藥品、食品添加劑、化妝品等及其代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在內(nèi)的一系列化學(xué)物質(zhì)，如抗生素、雌激素、消毒止痛藥、殺菌消毒劑、防腐劑、合成麝香物質(zhì)、類固醇等藥物、保健品、清潔劑、洗發(fā)劑、牙膏、肥皂、香精香料、化妝品、天然性激素等。PPCPs與人類生活密切相關(guān)，持續(xù)進入地下水、地表水、飲用水中，持久性的普遍存在于水環(huán)境中，對水生態(tài)系統(tǒng)安全造成隱患，目前在各種水體中都有檢出。我國珠江三角洲、廣州等地的河水中普遍、頻繁的檢出用作消毒劑的三氯生和洗滌劑代謝物壬其酚等 PPCPs物質(zhì)，其濃度非常高，同時還檢測出非類固醇類消炎藥布洛芬和水楊酸及降脂藥物。 專家指出，被PPCPs污染的水進入人體，等于吞吃了副作用不明的藥物，各種化學(xué)物質(zhì)在人體內(nèi)交互反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這種危害首先體現(xiàn)在對人體生殖系統(tǒng)的嚴重傷害，造成子宮內(nèi)膜異位和精子數(shù)量質(zhì)量降低等一系列生殖疾患。研究表明，常規(guī)的水處理工藝很難將PPCPs從飲用水中去除，因為這類物質(zhì)大多分子量較低、親水性強、極性強、不易揮發(fā)；氣浮法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超聲波法等設(shè)備復(fù)雜，使用不便；反滲透成本較高，且浪費水，產(chǎn)生的濃縮液更不好處理，容易產(chǎn)生二次污染。

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)對飲用水中的鹵化硝基甲烷的去除率高，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。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PPCPs的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100 250 250 350 50 100 80 110 ；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，所述木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為150 200 280 320 60 80 90 100。壓制壓力為0. 4MPa 1. OMPa，燒結(jié)溫度為200°C 300°C，燒結(jié)時間為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。
活性炭是一種多孔性炭吸附劑，它具有如蜂窩狀豐富的孔隙結(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(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)粉炭等；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。優(yōu)選活性炭的比表面積不低于1100平方米/克，較大的比表面積對PPCPs有良好的吸附效果。本發(fā)明使用木質(zhì)活性炭，木質(zhì)活性炭較煤質(zhì)類活性炭比重小，具有更多的中孔。活性炭可以高效吸附飲水中的有機物、重金屬、異色異味，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相關(guān)藥品監(jiān)督標準的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，表面積更大，吸附效果也更好，對顏色和氣味的吸附尤佳，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。作為優(yōu)選，本發(fā)明的木質(zhì)活性炭粉為粒徑為89μπι IM μ m的木質(zhì)醫(yī)用活性炭粉，具有很快的吸收速度和很大的吸附容量，能夠吸附去除水中的PPCPS。所述的超高分子量聚乙烯為重均分子量大于100萬的聚乙烯，優(yōu)選的粒徑為 89μπι 104μπι。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型(分子量為150士50萬)、Μ-ΙΙ型(分子量為250士50萬)、Μ_ΙΙΙ 型(分子量為350士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，因為超高分子量聚乙烯的分子量大， 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PPCPs的作用。分子篩是一種結(jié)晶型的鋁硅酸鹽，具有晶體的結(jié)構(gòu)和特征，表面為固體骨架，內(nèi)部的孔穴可起到吸附分子的作用?？籽ㄖg有孔道相互連接，分子由孔道經(jīng)過。由于孔穴的結(jié)晶性質(zhì)，分子篩的孔徑分布非常均一。分子篩依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小對分子進行選擇性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥較大物質(zhì)的分子，因而被形象地稱為"分子篩"。沸石分子篩在化學(xué)工業(yè)中作為固體吸附劑，可用于氣體和液體的干燥、純化、分離和回收，被其吸附的物質(zhì)可以解吸，沸石分子篩用后可以再生?？讖浇橛?nm 50nm的分子篩稱為介孔分子篩，孔徑介于微孔與大孔之間，具有巨大表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)，孔道結(jié)構(gòu)高度有序，孔徑單一分布，孔徑尺寸可在較寬范圍內(nèi)變化，具有優(yōu)異的吸附性能和較高的熱穩(wěn)定性，在催化、吸附、分離等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值。本發(fā)明的中孔分子篩粉的孔徑優(yōu)選為IOnm 50nm，對殘留在水中的四環(huán)素、抗生素類的物理化學(xué)吸附作用效果好。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、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。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。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， 在這幾種原料的協(xié)同加合作用下，水中的PPCPs可以被充分吸附。在本發(fā)明中，對于混合步驟，可以認為任何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，但以避免揚起粉塵為宜?；旌虾蟮姆垠w填裝入預(yù)先設(shè)計好的模具中，通過加壓將其壓實，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?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PPCPs 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。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)對水中PPCPs的去除率高， 適用于受其污染的飲用水，免除PPCPs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PPCPs的去除率為93%以上。
具體實施例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(yīng)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)稱取醫(yī)用活性炭粉100g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 μ m 104 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；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉80g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取食品級碳酸氫銨80g，純度達到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)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220°C溫度下燒結(jié)120分鐘；(7)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例2 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉150g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 μ m 104 μ m ；(2)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；(3)稱取SBA-15介孔分子篩粉70g，平均孔徑12nm ；(4)稱取食品級碳酸氫銨100g，純度達到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)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280°C溫度下燒結(jié)130分鐘；(7)自然冷卻至60°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。
制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例3 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉180g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 μ m 104 μ m ；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉320g，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；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉65g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取偶氮二甲酰胺90g，純度達到99. 99%以上；(5)將上述四種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)將混合后的粉末裝填入管狀模具中，在0.6MI^的液壓壓力下壓制，在沈01溫度下燒結(jié)150分鐘；(7)自然冷卻至40°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例4 (1)稱取醫(yī)用活性炭粉220g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為89 μ m 104 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-I型產(chǎn)品，其分子量為150萬；(3)稱取MCM-41介孔分子篩粉100g，平均孔徑IOnm ；(4)稱取草酸110g，純度達到99. 99%以上；(5)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(6)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300°C溫度下燒結(jié)120分鐘；(7)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。制備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例5 取實施例1 4所得多微細孔的管狀濾芯1，2，3，4，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，該結(jié)構(gòu)濾芯對飲用水中的幾種PPCPs的去除效果好，如曾在飲用水中檢出的雙氯芬酸、氯貝酸，曾在地表水中被檢出的環(huán)丙沙星、三氯生。以下是利用實施例1 4提供的濾芯對飲用水進行處理后，幾種PPCPs的去除效果表1使用濾芯處理前后水中的雙氯芬酸含量，單位μ g/L
權(quán)利要求
1.一種用于去除飲用水中PPCPs的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100 250 250 350 50 100 80 110 ；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，所述木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為150 200 280 320 60 80 90 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)活性炭粉為粒徑為 89 μ m 124 μ m的木質(zhì)醫(yī)用活性炭粉。
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 ^ 89 μ m ~ 104 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述介孔分子篩的孔徑為 IOnm 50nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的制備方法得到的用于去除飲用水中PPCPs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，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PPCPs的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含木質(zhì)活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的原料混合，所述活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、介孔分子篩粉和發(fā)孔劑的重量比為100～250∶250～350∶50～100∶80～110；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)對水中PPCPs的去除率高，適用于受其污染的飲用水，免除PPCPs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PPCPs的去除率為93％以上。
文檔編號B01J20/30GK102309893SQ201110162749
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請人:奇迪電器集團有限公司