用於去除飲用水中錳的過濾介質及其製備方法

2023-06-03 14:31:11

專利名稱：用於去除飲用水中錳的過濾介質及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種去除飲用水中錳的過濾介質及其製備方法，由該過濾介質構成的 濾芯、淨水裝置和飲水機。
背景技術：
錳是人體必須的微量元素，但錳過量攝入對人體具有慢性危害，會抑制骨骼的發 育，損傷動脈內壁和心肌，形成動脈粥樣斑塊，造成冠狀動脈窄導致冠心病；嚴重時會出現 神經精神症狀，表情呆板、動作遲緩，表現為「帕金森氏綜合症」；長期引用錳含量高的飲用 水，可能對兒童神經行為有不良影響，是神經行為改變的重要原因，還會影響兒童的智力。近年來，我國許多地區地表飲用水源，尤其是一些水庫出現錳含量超標的現象，如 上海市黃浦江源水，大部分年份出廠水中，錳含量都超標，東北地區地下水源也不容樂觀。傳統的除錳方法有接觸過濾法、生物法、氧化法、固定化生物活性炭法等，但這些 除錳工藝複雜，處理時間較長，生物法僅掛膜就要40天時間，且去除率低。

發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種過濾介質及其製備方法，該過濾介質對飲用水 中的錳的去除率高，速度快，還提供了由這種過濾介質構成的濾芯、淨水裝置以及飲水機。為解決上述問題，本發明採用以下技術方案—種用於去除飲用水中錳的過濾介質的製備方法，包括如下步驟a)將包含沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的原料混 合，所述沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的重量比為100 300 200 400 50 150 50 150 ；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。作為優選，所述沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的重量比 為150 260 250 300 60 100 100 120。壓制壓力為0. 4 1. OMPa，燒結溫度為200°C 300°C，燒結時間為120 150分 鍾，燒結後冷卻至40°C 60°C脫模。在此製作過程中，在發明人很多次的試驗之後，得出在 燒結溫度範圍在200 300°C內製作出的過濾介質，過濾效果更好。沸石分子篩是一種結晶型的鋁矽酸鹽，具有晶體的結構和特徵，表面為固體骨架， 內部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之間有孔道相互連接，分子由孔道經過。由於孔 穴的結晶性質，分子篩的孔徑分布非常均一。分子篩依據其晶體內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的分子，因而被形象地稱為" 分子篩"。沸石分子篩在化學工業中作為固體吸附劑，可用於氣體和液體的乾燥、純化、分 離和回收，被其吸附的物質可以解吸，沸石分子篩用後可以再生。商品沸石分子篩常用前綴 數碼將晶體結構不同的分子篩加以分類，其中13X沸石分子篩也叫鈉X型沸石分子篩，13X 沸石分子篩的孔徑為10入，可以吸附小於10 A任何分子，具有較高吸附容量，較快的吸附速率。作為優選，選用粒徑為74 89微米的13X沸石分子篩。所述的超高分子量聚乙烯為重均分子量大於100萬的聚乙烯，優選的粒徑為104 124微米。超高分子量聚乙烯可從國內生產廠家得到，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)、M-II型(分子量為250士50萬)、M-III 型(分子量為350士50萬)、M-IV型(分子量為大於400萬)等規格的產品。超高分子量聚 乙烯的一個作用是粘結和形成過濾介質骨架的作用，因為超高分子量聚乙烯的分子量大， 熔融粘度非常高，熔融以後不能流動，所以利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結得到的過 濾介質，容易形成微孔，可以起到吸附水中錳的作用。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構、巨大的比表面 積、特異的表面官能團、穩定的物理和化學性能，是優良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根 據原料來源不同活性炭可分為木質活性炭，如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質粉炭等；礦物 質原料活性炭，如各種煤和石油及其加工產物為原料製成的活性炭；其它原料製成的活性 炭，如廢橡膠、廢塑料等製成的活性炭。優選活性炭的比表面積不低於500平方米/克，更 優選不低於1000平方米/克。活性炭可以高效吸附飲水中的有機物、重金屬、異色異味，尤其是醫用活性炭，作 為通過國家相關藥品監督標準的產品，雜質含量更低，表面積更大，吸附效果也更好，對顏 色和氣味的吸附尤佳，選用醫用活性炭可以保證過濾介質直接用於飲用水的處理。作為優選，活性炭選用粒徑為74 89微米的醫用活性炭。本發明所述發孔劑是一類易分解產生大量氣體而引起發孔作用的物質，其中偶氮 類化合物、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、碳酸銨、磺醯腈類化合物、草酸等是其典型的代表。作為優 選，發孔劑為偶氮二甲醯胺、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，與工業級碳酸氫銨相區別。雖然工業級碳酸氫銨也有發孔的作用，但是 它可能會含有對健康有害的雜質，不宜用作飲用水過濾介質的生產原料。本發明對於上述製備方法中步驟a)中所用的幾種原料進行了較為詳盡的描述， 在這幾種原料的協同加合作用下，水中的錳可以被充分吸附。在本發明中，對於混合步驟，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，轉速要視混合器的類型而定，但以避免揚起粉塵為宜。混合後的粉體填裝入預先設計好的模具中，通過加壓將其壓實，壓力一般不大於 2MPa，且與所用模具的材質相適應；模具可以由鋁、鑄鐵、鋼或任何適當的能承受相應壓力 和溫度的材料製造。可以在模具內表面塗敷脫模劑，可選用矽氧烷油或任何其他的幾乎不 會吸附到過濾介質上的市售脫模劑，也可以使用脫模紙。本發明還提供了以下技術方案一種由上述過濾介質構成的去除飲用水中錳的濾芯。本發明還提供了以下技術方案一種淨水裝置，包括上述的過濾介質或者濾芯。本發明還提供了 一種包括上述淨水裝置的飲水機。相對於現有技術，本發明的優點在於製備的過濾介質對飲用水中錳的去除率高， 去除速度快，使用簡單，成本低，能免除錳對人體產生的傷害，另外由於使用的是濾芯，不是粉體，所以無需後續處理，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介質對飲用水中錳的去除 率為90%以上。
具體實施例方式為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明優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明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的 限制。實施例1(1)稱取13X沸石分子篩粉110g，所述13X沸石分子篩粉的粒徑為74 89微米；(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型產品，其分子量為250萬；(3)稱取醫用活性炭粉55g，所述醫用活性炭的粒徑為74 89微米；(4)稱取食品級碳酸氫銨70克，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)將混合後的粉末裝填入管狀模具中，在0. 9MPa的液壓壓力下壓制，在250°C溫 度下燒結140分鐘；(7)自然冷卻至50°C然後脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。製備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例2(1)稱取13X沸石分子篩粉150g，所述13X沸石分子篩粉的粒徑為74 89微米；(2)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-III型產品，其分子量為350萬；(3)稱取醫用活性炭粉70g，所述醫用活性炭的粒徑為74 89微米；(4)稱取食品級碳酸氫銨115克，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)將混合後的粉末裝填入管狀模具中，在0. SMPa的液壓壓力下壓制，在280°C溫 度下燒結130分鐘；(7)自然冷卻至60°C然後脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。製備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例3(1)稱取13X沸石分子篩粉200g，所述13X沸石分子篩粉的粒徑為74 89微米；(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型產品，其分子量為250萬；(3)稱取醫用活性炭粉100g，所述醫用活性炭的粒徑為74 89微米；(4)稱取偶氮二甲醯胺130克，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)將混合後的粉末裝填入管狀模具中，在0.6MPa的液壓壓力下壓制，在220°C溫 度下燒結150分鐘；(7)自然冷卻至40°C然後脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。
製備的濾芯的直徑為50mm，長度為200mm。實施例4(1)稱取13X沸石分子篩粉280g，所述13X沸石分子篩粉的粒徑為74 89微米；(2)稱取超高分子量聚乙烯粉370g，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型產品，其分子量為150萬；(3)稱取醫用活性炭粉145g，所述醫用活性炭的粒徑為74 89微米；(4)稱取草酸150克，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)將混合後的粉末裝填入管狀模具中，在0. 4MPa的液壓壓力下壓制，在300°C溫 度下燒結120分鐘；(7)自然冷卻至40°C然後脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。製備的濾芯的直徑為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，濾芯兩端粘接上連接端蓋，放置於不鏽鋼或塑料殼體 內，用於處理飲用水，經檢測，該結構濾芯對飲用水中的錳的去除效果好。如表1所示，為採 用實施例1 4提供的濾芯對飲用水處理前後的錳的含量，結果表明本發明提供的濾芯非 常適合家庭終端飲用水處理的需要。表1使用濾芯處理前後水中的錳含量，單位mg/L
彳試項目錳錳
使用濾(處理前)(處理後)J^i__MZ_A0I3_
濾芯 2__087__0.067_
濾芯 3__087__0.060_
濾芯 4_ 0.87_ 0.054_從表1可以看出，利用本發明的濾芯去除水中的錳取得了很好的效果。以上對本發明所提供的用於去除飲用水中錳的過濾介質及其製備方法以及由該 過濾介質構成的濾芯進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發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於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出， 對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進 行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
權利要求
一種用於去除飲用水中錳的過濾介質的製備方法，包括如下步驟a)將包含沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的原料混合，所述沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的重量比為100～300∶200～400∶50～150∶50～150；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述沸石分子篩粉、超高分子量聚乙 烯粉、活性炭粉和發孔劑的重量比為150 260 250 300 60 100 100 120。
3.根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於，所述沸石分子篩粉為粒徑為 74 89微米的13X沸石分子篩粉，
4.根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於，所述超高分子量聚乙烯粉的粒徑 為104 124微米。
5.根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於，所述活性炭粉為粒徑74 89微 米的醫用活性炭粉。
6.根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述發孔劑為偶氮二甲醯胺、食品 級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的製備方法得到的用於去除飲用水中錳的過濾介質。
8.—種濾芯，其特徵在於，由權利要求7所述的過濾介質構成。
9.一種淨水裝置，其特徵在於，包括權利要求7所述的過濾介質或者權利要求8所述的 濾芯。
10.一種飲水機，其特徵在於，包括權利要求9所述的淨水裝置。
全文摘要
本發明公開了一種用於去除飲用水中錳的過濾介質及其製備方法，還涉及由該過濾介質構成的濾芯、淨水裝置和飲水機。過濾介質的製備包括a)將包含沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的原料混合，所述沸石分子篩粉、超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉和發孔劑的重量比為100～300∶200～400∶50～150∶50～150；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結，冷卻。本發明提供的過濾介質對水中的錳的去除率高，去除速度快，使用簡單，成本低，無需後續處理，能免除錳對人體產生的傷害，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介質對飲用水中錳的去除率為90％以上。
文檔編號C02F1/28GK101817582SQ20101017092
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者周奇迪, 欒雲堂 申請人:奇迪電器集團有限公司