CN101569856A

CN101569856A - 用于去除水中金属铅的过滤介质及其制备方法

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Publication number: CN101569856A
Application number: CNA2008100944629A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: CN101569856B

Abstract

本发明公开了一种用于去除水中金属铅的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭和凹凸棒石粉的原料混合均匀，超高分子量聚乙烯、活性炭和凹凸棒石粉的重量比为：100－300∶50－100∶100－350；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。相对于现有技术，本发明所提出的技术方案优点在于，利用三种所述的原料强大的吸附和离子置换能力，能够高效去除水中的金属铅，去除率达到95％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低。

Description

用于去除水中金属铅的过滤介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于去除水中金属铅的过滤介质及其制备方法、使用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。

背景技术

随着人们对身体健康的重视程度的提高，饮用水的质量成为人们广泛关注的一个问题。饮用水中经常会含有多种金属元素，铅就是其中的一种。

铅是一种严重危害人体健康和儿童智力的金属元素。铅对儿童的主要危害为：(1)损伤大脑中枢及周围神经***，引起儿童多动、注意力不集中、学习困难、任性冲动、脾气暴躁；(2)破坏造血***，阻碍血红素的合成，导致贫血；(3)影响消化***功能，导致儿童厌食、味觉丧失或错乱等；(4)一直生长激素的合成与释放，使儿童发育迟缓；(5)抑制免疫***功能，使儿童体质差，感冒、感染机率增加；(6)影响身体对其他金属元素的吸收、代谢，导致铁、锌、钙等吸收少；(7)对生殖器官，尤其是对肾脏损害极大，引起肾功能障碍；(8)影响心脏正常运转，引发心肌损伤。

2004年，世界卫生组织(World Health Organization)儿童合作中心和北京儿科研究所发布的一项监测报告表明，中国15座城市的1.7万多名6岁以下儿童中，有10％的儿童体内铅含量偏高。专家表示：铅作为一种有毒重金属，特别对儿童的大脑发育有不可逆转的影响。铅污染不仅直接危害儿童健康，还危及到孕妇的胎儿，据透露，北京曾发现一个出生才一天的婴儿重度铅中毒。

人们摄取铅的途径很多，例如大气中含铅、食品中含铅和饮用水中含铅，其中饮用水中含铅或称铅污染是个全球性的问题，在发达国家也经常发生。我国的国家标准GB5749-1985规定，饮用水中金属铅的含量不能超过50μg/L(微克/升)。

目前我国使用的自来水管网大多数是含铅的镀锌管，许多使用年限都在5年以上或者更长，而使用年限超过5年的水管，铅的含量都会增加；有些家庭的饮用水为软水，因为软水偏酸性，使得水管中的铅溶出量增加。管道分质供水中有些使用黄铜管，黄铜管中流的是软水时，其PH值一般为6左右，黄铜管、龙头、焊接等处在偏酸性的条件下，铅从管件中大量溶出；我国东南部的广东、广西和浙江等省区是酸雨区，水质为软水，PH值一般为6左右，当自来水管网形成腐蚀、侵蚀时，铅的溶出量可能就比较严重；即使是近年来新发展的聚氯乙烯(PVC)塑料水管中也出现了严重的铅污染问题，原因是广泛用于聚氯乙烯塑料给水管中的热稳定剂铅盐会在管道中析出，直接铅污染饮用水。聚氯乙烯塑料中热稳定剂铅盐的常用品种有：三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO₄·H₂O)、二盐基硬脂酸铅(2PbO·Pb[OOC(CH₂)₁₆CH₃])、二盐基亚磷酸铅(2PbO·PbHPO₃·0.5H₂O)、碱式碳酸铅(铅白2PbCO₃·Pb(OH)₂)等，而此类热稳定剂的缺点就是在塑料基体中的相容性差。

目前，除铅的方法较多，例如化学沉淀法、离子交换法、液膜法、活性剂法、电解法和生物法等。其中，天津大学王榕树发明的专利号为ZL92102475的脱铅离子筛，其技术方案为：一种用于水体净化的脱铅离子筛，其特征是由硅胶、载于硅胶上的钛化物和引入的铅组成，并用如下方法制备：(1)硅胶载体的制备，具体为将市售原色硅胶用去离子水热浸洗，再用乙醇浸洗，然后置于恒温干燥箱中脱水；(2)硅胶-钛化物复合基体的制备，具体为将制得的硅胶载体放入硫酸钛酰溶液中，调PH值，煮沸使反应形成的β-钛酸沉积在硅胶上，过滤并洗涤；(3)铅的引入，具体为将制备的复合基体浸泡在乙酸铅溶液中，待吸附的铅离子达到饱和后，进行过滤；(4)热处理，具体为将吸附了铅离子的复合基体置于焙烧设备中焙烧；(5)酸洗，具体为用无机酸洗涤上述焙烧的复合基体，使吸附的铅离子出去，即制得脱铅离子筛。从上述的制备步骤可以看出，此脱铅离子筛的制备过程十分复杂，因此，成本也较高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中金属铅，从而达到改善水质的目的。

本发明的另一个目的是提供一种用于去除水中金属铅的过滤介质的制备方法。

本发明还有一目的是提供一种滤芯、净水装置和饮水机。

为了达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于去除水中金属铅的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭和凹凸棒石粉的原料混合均匀，超高分子量聚乙烯、活性炭和凹凸棒石粉的重量比为：100-300∶50-100∶100-350；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

所述的超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选使用重均分子量为250-400万的聚乙烯。本发明中，对于高分子物质而言，如果没有特别说明，提及的分子量指的是重均分子量。超高分子量聚乙烯可从国内生产厂家得到，如北京东方石油化工有限公司助剂二厂可提供M-I(分子量为150±50万)、M-II(分子量为250±50万)、M-III(分子量为350±50万)、M-IV(分子量为大于400万)等规格的产品。超高分子量聚乙烯的一个作用是粘结和形成过滤介质骨架的作用，另外利用超高分子量聚乙烯通过压制，烧结得到的过滤介质，容易形成微孔，可以起到吸附水中杂质的作用。因为超高分子量聚乙烯的熔体流动性差，在加热形成超高分子量聚乙烯熔体后不像普通的聚乙烯一样容易形成连续的流体，所以形成微孔就较为容易。

活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。

活性炭可以高效吸附水中的杂质，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好。选用医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。活性炭使用粒径为38-250微米的医用活性炭去除铅的效果更佳。

凹凸棒石为单斜晶系，其理想化学式为：Mg₅(H₂O)₄[Si₄O₁₀]₂(OH)₂，化学成分理论值为MgO 23.83％，SiO₂ 56.96％，H₂O 19.21％。自然界中的凹凸棒石常有Al³⁺、Fe³⁺等类质同象置换，富Al³⁺、Fe³⁺的变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。如江苏省盱眙县龙王山产的铝凹凸棒石粉的成分为SiO₂ 58.38％，MgO 12.10％，Al₂O₃ 9.50％，CaO 0.40％，TiO₂ 0.56％，MnO 0.05％，Fe₂O₃+FeO 5.26％，Na₂O 1.10％，K₂O 1.24％。由于凹凸棒石在结构中有类似于沸石的大通道，因此具有良好的吸附性能，并且对金属铅有良好的吸附性能。凹凸棒石粉的吸附性能与矿物中SiO₂的含量有关，含量越高吸附力越强，经酸活化处理后的凹凸棒石粉的性能更好。经过活化处理的凹凸棒石粉的比表面积比没有活化的凹凸棒石粉的表面积增大了数十倍，对金属铅的吸附率相应也得到了提高，并且经过活化处理的凹凸棒石粉还有较强的阳离子交换性能，交换容量很大。

凹凸棒石粉的酸活化方法较多，有硫酸法、盐酸法、硫酸-盐酸混合法等。如申请号为90105849.1的中国发明专利申请公开了一种凹凸棒石粉的酸浸泡活化工艺，包括将小块的体积约0.5-100cm³的凹凸棒石粘土原矿，用浓度为1-15wt％(质量分数)的无机酸溶液，如硫酸、盐酸溶液等，静止浸泡2-100小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在280-350℃下活化30-50分钟，粉碎成50-100微米的脱色力为250±5的活性凹凸棒石粉。

在制备过滤介质的过程中，也可以加入适当量的发孔剂，以调节成型的过滤介质的孔隙率。发孔剂选择偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级碳酸氢铵。其中，食品级碳酸氢铵也称食用级碳酸氢铵，与工业级碳酸氢铵相区别。虽然工业级碳酸氢铵也有发孔的作用，但是它可能会含有对健康有害的杂质，不宜用作饮用水过滤介质的生产原料。发孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。

压制压力可以选择为0.4-1.0MPa，烧结温度为190-230℃，烧结时间为10-200分钟，优选20-50分钟，冷却至40℃以下脱模较佳。

虽然本发明对于上述制备方法中步骤a)中所用的几种原料进行了较为详尽的描述，但是本发明不局限于此种理论。对于在制备过程中它们之间的具体的化学变化、结构的变化尚不能确定。此几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除水中的金属铅，并且有协同作用，可以将水中的金属铅充分吸收。

在本发明中，对于混合步骤，可以认为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器都是适用的，比如具有钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等，转速要视混合器的类型而定，但以避免扬起粉尘为宜。

混合后的粉体填装入预先设计好的模具中，通过加压将其压实，压力一般不大于1.0MPa，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铝、铸铁、钢或任何适当的能承受相应压力和温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油或任何其他的几乎不会吸附到过滤介质上的市售脱模剂，也可以使用铝箔等脱模纸。

本发明还提供了以下技术方案：一种使用了上述过滤介质的滤芯。通过使用现有技术中的制作滤芯的方法，利用上述过滤介质来制作滤芯。

本发明还提供了以下技术方案：一种净水装置，包括上述的过滤介质或者滤芯。通过使用现有技术中的制作净水装置的方法，利用上述的过滤介质或者滤芯来制作净水装置。

本发明还提供了一种包括上述净水装置的饮水机。通过使用现有技术中的制作饮水机的方法，利用上述的净水装置来制作饮水机。

相对于现有技术，本发明所提出的技术方案优点在于，利用三种所述的原料强大的吸附和离子置换能力，能够高效去除水中的金属铅，去除率达到95％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

实施例1

本实施例按照如下步骤进行：

(1)称取超高分子量聚乙烯粉120g(克)，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取凹凸棒石粉260g，所述凹凸棒石粉的制备方法为：将小块凹凸棒石粘土原矿，用浓度为10wt％的硫酸溶液静止浸泡48小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在300℃下活化40分钟，粉碎成50-100微米活性凹凸棒石粉；

(4)称取食品级碳酸氢铵5g，纯度达到99.99％以上；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)装填入直径为50毫米管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结32分钟。

(7)自然冷却至30℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例2

本实施例按照如下步骤进行：

(1)称取超高分子量聚乙烯粉180g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；

(2)称取医用活性炭粉90g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取凹凸棒石粉320g，所述凹凸棒石粉的制备方法和实施例1步骤(3)中的方法相同；

(4)称取食品级碳酸氢铵10g，纯度达到99.99％以上；

其余步骤和实施例1相同。

实施例3

本实施例按照如下步骤进行：

(1)称取超高分子量聚乙烯粉150g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；

(2)称取医用活性炭粉55g，所述医用活性炭的粒径为89-178微米；

(3)称取凹凸棒石粉140g，所述凹凸棒石粉的制备方法和实施例1步骤(3)中的方法相同；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌20分钟混合均匀；

(5)装填入直径为50毫米管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结25分钟。

(6)自然冷却至25℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。

实施例4

本实施例按照如下步骤进行：

(1)称取超高分子量聚乙烯粉110g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有限公司助剂二厂的M-I型产品，其分子量为150万；

(2)称取医用活性炭粉60g，所述医用活性炭的粒径为38-250微米；

(3)称取凹凸棒石粉130g，所述凹凸棒石粉的制备方法为：将小块凹凸棒石粘土原矿，用浓度为5wt％的盐酸溶液静止浸泡48小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在260℃下活化30分钟，粉碎成50-100微米活性凹凸棒石粉；

(4)称取草酸5g，其纯度达到分析纯；

其余步骤和实施例1相同。

实施例5

取实施例1-4所得多微细孔的管状滤芯1，2，3，4，内衬两层无纺布，外包两层无纺布，再在外层裹上聚丙烯多孔网，滤芯两端粘接上连接端盖，放置于不锈钢或塑料壳体内，用于处理饮用水，经检测，该结构滤芯对饮用水中的金属铅的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。

表1使用滤芯处理前后的水，测试方法采用GB5750-1985单位：μg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的金属铅取得了很好的效果。

以上对本发明所提供的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1、一种用于去除水中金属铅的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为250-400万。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为医用活性炭，其粒径为38-250微米。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒石粉为经过酸活化处理的凹凸棒石粉。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制的温度为190-230℃。

6、根据权利要求5所述的制备方式，其特征在于，所述冷却为冷却至40℃以下。

7、根据权利要求1-6任意一项所述的制备方法得到的过滤介质。

8、使用权利要求7所述过滤介质的滤芯。

9、一种净水装置，包括使用权利要求7所述的过滤介质或者权利要求8所述的滤芯。

10、一种饮水机，包括权利要求9所述的净水装置。