CN101767843B - 一种环保型纳米净水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于净水剂技术领域，具体涉及一种环保型纳米净水剂及其制备方法，纳米净水剂由以下质量百分比的原料组成：坡缕石50％～75％，活性炭10％～30％，硫酸铝5％～25％，脂肪酸聚乙二醇酯5％～10％，硅烷偶联剂5％～10％；制备方法为：将坡缕石放入桶中并加入分散剂脂肪酸聚乙二醇酯和水制得坡缕石矿浆，经脱水、干燥和粉碎处理后进行烘烤，烘烤后加入硅烷偶联剂混合搅拌，搅拌后再次烘烤，然后将烘烤后的坡缕石和活性炭均匀混合，并加水和硫酸铝进行造粒，最后烘干为成品。本发明处理效果好且生产制造成本低，能达到全面治理各种水源和改善水循环的目的，同时可回收重复再利用。

Description

一种环保型纳米净水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于净水剂技术领域，具体涉及一种环保型纳米净水剂及其制备方法。

背景技术

目前，世界各国的工业用水、生活用水和废水处理使用的净水剂主要包括阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、无机凝聚剂和有机絮凝剂五大类。其中，阻垢剂包括两类：一类是有机膦酸盐如HEDP(羟基亚乙基二膦酸盐)、EDTMP(乙二胺四亚甲基膦酸盐)和ATMP(氨基三亚甲基膦酸盐)等，另一类是聚羧酸如PAA(聚丙烯酸)和HPMA(聚马来酸酐)等水溶性聚合物，在水溶性聚合物中，还有一个分支，即含磷聚合物；缓蚀剂是无机盐类，其在配方中主要采用铬酸盐、磷酸盐、硫酸锌、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐和有机膦酸盐；杀菌灭藻剂主要包括两类，即氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂，其中，氧化型杀菌剂中应用最广泛的是氯及氯制品，如NaOCl、Ca(OCl)₂等，且随着ClO₂和氯胺应用的增加，臭氧和溴化物的应用也得到了提高，另一类为非氧化型杀菌剂，目前国内使用较普遍的是季铵盐如十二烷基二甲基苄基氯化铵(商品名为“1227”)，其次是二硫氰基甲烷和戊二醛；无机凝聚剂是低分子物质，主要包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)和聚合硫酸铁(PFS)，其在水处理中具有较大的市场；有机絮凝剂分为四类，即合成高分子絮凝剂、天然高分子改性絮凝剂、微生物絮凝剂和多功能水处理剂。

以上五大类水处理剂对水中污染物的清洗都有一定效果，但均是化学药剂，而化学药剂的污染大且价格昂贵，没有回收利用价值，属于一次性产品。尽管有申请号200810018218.4，公开号CN101279248的专利，公开了一种改性坡缕石净水剂及其制备方法，该净水剂是在提纯的坡缕石中加入一定量的硅烷偶联剂、烷基铵盐、水、活性炭粉末和氢氧化钠溶液，进行搅拌、烘干、研成粉末制成；经过试验该产品虽具有一定吸附、脱色和除臭能力，但是，效果不是非常理想，且使用后不能回收重复利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种处理效果好、生产制造成本低且可回收重复利用的环保型纳米净水剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种环保型纳米净水剂，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石50％～75％，活性炭10％～30％，硫酸铝5％～25％，脂肪酸聚乙二醇酯5％～10％，硅烷偶联剂5％～10％。

本发明优选的技术方案为：一种环保型纳米净水剂，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石60％，活性炭15％，硫酸铝10％，脂肪酸聚乙二醇酯7.5％，硅烷偶联剂7.5％。

本发明的另一目的是提供一种环保型纳米净水剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将坡缕石和脂肪酸聚乙二醇酯放入桶中并加水混合搅拌制得坡缕石矿浆，控制坡缕石矿浆的含水量按质量百分比计为5％～20％，水的温度为60～80℃，再经脱水、干燥和粉碎处理后制得纯净的坡缕石，然后将纯净的坡缕石在100～110℃温度条件下一次烘烤1.5～2.5h，烘烤后加入硅烷偶联剂并送入混合机混合搅拌10～15min，搅拌后将坡缕石与硅烷偶联剂的混合物取出并在100～110℃温度条件下二次烘烤1.5～2.5h，最后冷却备用；

(2)将步骤(1)中冷却备用的坡缕石与硅烷偶联剂的混合物与活性炭混合，混合均匀后加入混合料质量的3％～6％水，接着加入硫酸铝，然后在50～70℃温度条件下造粒，最后于130～230℃温度下烘干10～25min为成品。

本发明选用的坡缕石是以凹凸棒石为主要组成部分的一种具独特层链状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其在尺寸、形状和结构构造上都与纳米碳管十分相似，粒度直径仅十几至几十纳米，非常细腻，是天然纳米非金属矿物材料。该矿种呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光，土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状，吸水性强；湿时具粘性和可塑性，干燥后收缩小，水浸泡崩散，悬浮液遇电解质不絮凝沉淀。具有很强的胶体性能、吸附性能、流变性能、催化性能，以及非常大的比表面积和一定的阳离子交换性能，因此广泛用作吸附剂、催化剂载体和抗菌剂载体等。还具有很强的灭菌、除臭、去毒、杀虫能力，是较为理想的吸附剂，还可除重金属离子和致癌物质，且富含生命必需的碘、硒、铁、钼、硅、钙、镁、钾等多种微量元素，因此，坡缕石是世界上除智利碘硝石之外，另一例仅有的富含碘的固体矿物。

本发明选用的活性炭是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，它平均PH值为5.0～5.5，使用活性炭可以保持水的PH值，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气体、液体中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。活性炭吸附是一个物理过程，因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附，并使其恢复原有之活性，以达到重复使用的目的，具有明显的经济效益。

本发明选用的硫酸铝能在水的净化中，使杂质凝结，更容易沉淀和过滤。当硫酸铝溶解于大量中性或微碱性的水中时，产生胶体沉淀氢氧化铝，还可用来调节土壤PH值，因为它水解生成氢氧化铝的同时产生少量的硫酸稀溶液。

本发明选用的脂肪酸聚乙二醇酯作为分散剂，使得坡缕石能很好溶解于水中制的坡缕石矿浆，进而得到纯净的坡缕石。

本发明选用的硅烷偶联剂作为粘接剂，使得净水剂易于胶结造粒。

本发明是将以上五种物质有机结合起来，加以科学技术及特殊工艺生产出的净水机可以全面供给处理净化污水，其中含有碘、硒、硅、镁、钾、硼、锌、铜、钼、铁、锰、钇等元素。提高了本产品的重复利用率，同时具有活化净化水后水域中土壤及水域中土壤中磷素，当磷充足时可抑制吸收；当磷素缺失时可促进体内磷素的移动，减少投资，降低生产成本，调节水质，使用本产品可以有效改良水质，提高水净化率，促进水中有机质的分解和转化、抑制水中传病菌的传播。能有效解决水质中长期净化不彻底，且经济效益可观。同时，本产品置于水中会形成无数个纳米级吸管，从而有效吸收水中的激素、有机物、农药、病毒、毒素、重金属离子和致癌物质，使水质达到饮用水安全要求。还具有很强的吸附性，能吸附激素、有机物、农药、病毒、毒素、重金属离子和致癌物质，还可灭菌、脱色、除臭、去毒、硬水软化、水澄清、漂白、杀虫能力，加快了净水处理速度，且使用后可作为有机肥料二次销售，对节约资源，环境保护，人类健康，自然和谐发展有着举足轻重的作用。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)提高水质改善水循环，降低成本；

(2)消除水体毒素致癌物质及重金属残留，水中无任何有害残留；

(3)提高水利用率；

(4)全面治理各种水源，保证水经物理处理后符合生活饮用水标准；

(5)净水剂净水后废料利用率高；

(6)不改变水分子的结构构成，不会给水中添加任何物质，符合生态平衡要求；

(7)应用领域广，可广泛用于工业、农业、生活、家庭用水处理及室内空气治理。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石60％，活性炭15％，硫酸铝10％，脂肪酸聚乙二醇酯7.5％，硅烷偶联剂7.5％。

本实施例的制备方法为：

(1)将坡缕石和脂肪酸聚乙二醇酯放入桶中并加水混合搅拌制得坡缕石矿浆，控制坡缕石矿浆的含水量按质量百分比计为15％，水的温度为70℃，再经脱水、干燥和粉碎处理后制得纯净的坡缕石，然后将纯净的坡缕石在105℃温度条件下一次烘烤2h，烘烤后加入硅烷偶联剂并送入混合机混合搅拌12min，搅拌后将坡缕石与硅烷偶联剂的混合物取出并在105℃温度条件下二次烘烤2h，最后冷却备用；

(2)将步骤(1)中冷却备用的坡缕石与硅烷偶联剂的混合物与活性炭混合，混合均匀后加入混合料质量的4.5％水，接着加入硫酸铝，然后在60℃温度条件下造粒，最后于180℃温度下烘干12min为成品。

实施例2

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石50％，活性炭30％，硫酸铝10％，脂肪酸聚乙二醇酯5％，硅烷偶联剂5％。

本实施例的制备方法为：

(1)坡缕石矿浆的含水量为5％，水的温度为80℃，一次烘烤温度为100℃，一次烘烤时间为1.5h，混合搅拌时间为10min，二次烘烤温度为110℃，二次烘烤时间为1.5h；

(2)混合料的含水量为3％，造粒温度为50℃，烘干温度为130℃，烘干时间为10min；

(3)其它步骤同实施例1。

实施例3

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石75％，活性炭10％，硫酸铝5％，脂肪酸聚乙二醇酯5％，硅烷偶联剂5％。

本实施例的制备方法为：

(1)坡缕石矿浆的含水量为20％，水的温度为60℃，一次烘烤温度为110℃，一次烘烤时间为2.5h，混合搅拌时间为15min，二次烘烤温度为104℃，二次烘烤时间为2.5h；

(2)混合料的含水量为6％，造粒温度为70℃，烘干温度为230℃，烘干时间为25min；

(3)其它步骤同实施例1。

实施例4

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石50％，活性炭10％，硫酸铝25％，脂肪酸聚乙二醇酯8％，硅烷偶联剂7％。

本实施例的制备方法为：

(1)坡缕石矿浆的含水量为10％，水的温度为70℃，一次烘烤温度为102℃，一次烘烤时间为2.2h，混合搅拌时间为14min，二次烘烤温度为100℃，二次烘烤时间为1.6h；

(2)混合料的含水量为5％，造粒温度为66℃，烘干温度为150℃，烘干时间为20min；

(3)其它步骤同实施例1。

实施例5

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石50％，活性炭10％，硫酸铝20％，脂肪酸聚乙二醇酯10％，硅烷偶联剂10％。

本实施例的制备方法为：

(1)坡缕石矿浆的含水量为12％，水的温度为66℃，一次烘烤温度为108℃，一次烘烤时间为1.6h，混合搅拌时间为11min，二次烘烤温度为106℃，二次烘烤时间为1.8h；

(2)混合料的含水量为4％，造粒温度为54℃，烘干温度为200℃，烘干时间为22min；

(3)其它步骤同实施例1。

实施例6

本实施例主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石55％，活性炭18％，硫酸铝15％，脂肪酸聚乙二醇酯6％，硅烷偶联剂6％。

本实施例的制备方法为：

(1)坡缕石矿浆的含水量为16％，水的温度为76℃，一次烘烤温度为106℃，一次烘烤时间为1.8h，混合搅拌时间为13min，二次烘烤温度为108℃，二次烘烤时间为2.2h；

(2)混合料的含水量为4.5％，造粒温度为58℃，烘干温度为160℃，烘干时间为16min；

(3)其它步骤同实施例1。

下面通过具体试验数据对本发明的有益效果做进一步说明：

试验1

本试验于2007、2008年每年4月～9月，在西安护城河污染最严重段的朝阳门进行试验，该区域污水浓度大、有害物质多、水体臭味大，试验前采集水样测得的原水质基本情况如下。

表1试验前采集原水样基本情况

项目	COD	NH3-N	TN	TP	SS
						浓度	200～512	15～32	25～46	2～10	150～200

对本发明的实验效果分时间段进行观察，并与中国专利公开号为CN101279248的产品效果进行对比，其中，2、3、4号为本发明，1号是公开号为CN101279248的中国专利。

表2为除COD效果的统计对比表

其中，测得四个桶的MLSS值依次为2700mg/L、2400mg/L、2500mg/L、2400mg/L，对比可见，2、3号桶与1、4照桶相比，COD去除率提高了近20％。

表3为除TP效果的统计对比表

从表3可以看出，第一阶段2h后，2、3、4号桶的释磷量与1号桶相比均有明显提高。

表4为脱NH3-N效果的统计对比表

从表4可以看出，在曝气2h后(12:00)时，2、3、4号桶NH3-N的浓度均低于8mg/L，其对NH3-N的去除率比1号桶分别高25.1％、35.1％、24％。

表5为除TN效果的统计对比表

指标	1号桶	2号桶	3号桶	4号桶
					进水TN(mg/L)	26.50	26.50	26.50	26.50
出水TN(mg/L)	8.15	6.40	5.49	3.15
					去除率(％)	69.2	75.8	79.2	88.1

表6为除SS的最终效果统计表

油类

氨氮

磷酸盐

铜

铅

砷

锌

镉

汞

硫化物

进行阶段

0.015mg/l

0.0025mg/l

1号桶

0.008mg/l

2号桶

0.0001mg/l

3号桶

0.00

4号桶

0.002g/l

从表5和6可以看出，本发明的环保型纳米净水剂在对TN的去除效果、和对SS的去除效果匀高于1号桶。

Claims (2)

1.一种环保型纳米净水剂，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石50％～75％，活性炭10％～30％，硫酸铝5％～25％，脂肪酸聚乙二醇酯5％～10％，硅烷偶联剂5％～10％；

制备方法包括以下步骤：

(1)将坡缕石和脂肪酸聚乙二醇酯放入桶中并加水混合搅拌制得坡缕石矿浆，控制坡缕石矿浆的含水量按质量百分比计为5％～20％，水的温度为60～80℃，再经脱水、干燥和粉碎处理后制得纯净的坡缕石，然后将纯净的坡缕石在100～110℃温度条件下一次烘烤1.5～2.5h，烘烤后加入硅烷偶联剂并送入混合机混合搅拌10～15min，搅拌后将坡缕石与硅烷偶联剂的混合物取出并在100～110℃温度条件下二次烘烤1.5～2.5h，最后冷却备用；

(2)将步骤(1)中冷却备用的坡缕石与硅烷偶联剂的混合物与活性炭混合，混合均匀后加入混合料质量的3％～6％水，接着加入硫酸铝，然后在50～70℃温度条件下造粒，最后于130～230℃温度下烘干10～25min为成品。

2.按照权利要求1所述的一种环保型纳米净水剂，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料组成：

坡缕石60％，活性炭15％，硫酸铝10％，脂肪酸聚乙二醇酯7.5％，硅烷偶联剂7.5％。