专利名称：用于去除饮用水中消毒副产物的过滤介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种去除饮用水中消毒副产物溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸的过滤介质及其制备方法，由该过滤介质构成的滤芯、净水装置和饮水机。
背景技术：
自然水体中存在少量的溴化物，随着海水入侵和油田含盐水的排放，工业污废水及汽油添加剂二溴甲烷、农药溴代甲烷杀虫剂等，都会使水中的溴化物浓度增加。通常水体中溴化物含量很小，其本身对人体的危害不是很大，但在饮用水杀菌消毒过程中溴化物会与消毒剂发生化学反应生成多种消毒副产物，对人体健康构成潜在的威胁，挥发性三卤甲烷(THMs)和难挥发性卤乙酸(HAAs)是两大类主要消毒副产物，其中溴代三卤甲烷(溴代 THMs)与溴代卤乙酸(溴代HAAs)，比氯代三卤甲烷和氯代卤乙酸的危害更大，具有明显的致畸、致癌、致突变作用和遗传毒性，其在饮用水中的限制应引起足够的重视。以淡化海水或海滨城市地下水作水源的自来水厂在海水上溯期间，其出厂水中氯代THMs比平时增加几倍，而溴代THMs会增加上万倍，例如英国伦敦、中东地区和澳洲一些地区、我国沧州黄骅地区、上海崇明地区、中山市、澳门、珠海市等。用O3氧化法可以降低三卤甲烷的产生，但O3会把溴离子氧化，增大溴代三卤甲烷的产生；混凝过程可以吸附THMs的前体有机物，但去除溴化物的效果不很理想，也会使消毒副产物中溴代三卤化物的比例增加；反渗透反渗透成本较高，需要大量的电能和水，浓缩液难以处理，易产生二次污染。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种过滤介质及其制备方法，该过滤介质对饮用水中的消毒副产物的去除率高，还提供了由这种过滤介质构成的滤芯、净水装置以及饮水机。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案—种用于去除饮用水中消毒副产物的过滤介质的制备方法，包括如下步骤a)将包含载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的原料混合，所述载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的重量比为80 300 100 400 60 200 50 150 ；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。作为优选，所述载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的重量比为120 250 200 300 100 180 80 120。压制压力为0. 4MPa 1. OMPa，烧结温度为200°C 300°C，烧结时间为120分钟 150分钟，烧结后冷却至40°C 60°C脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后， 得出在烧结温度范围在200°C 300°C内制作出的过滤介质，过滤效果更好。活性炭是一种多孔性炭吸附剂，它具有如蜂窝状丰富的孔隙结构、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。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。载银活性炭将银离子交换进活性炭的微孔，结合活性炭的吸附能力和银的氧化性，不仅对水中污染物有吸附作用，还具有氧化的作用，能够杀菌抑菌、去除水中异味、分解溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸等有毒有害物质。作为优选，载银活性炭粉粒径为74μπι 104 μ m0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，优选的粒径为 89μπι 104μπι。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型(分子量为150士50万)、Μ-ΙΙ型(分子量为250士50万)、Μ_ΙΙΙ 型(分子量为350士50万)、M-IV型(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，因为超高分子量聚乙烯的分子量大， 熔融粘度非常高，熔融以后不能流动，所以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，可以起到吸附水中消毒副产物的作用。天然沸石是含水多孔硅酸盐的总称，其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价铝离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属或碱土金属等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。天然沸石可以通过酸处理加工工艺进行活化处理将天然沸石粉碎至5 80目， 用浓度为4 IOwt %的盐酸或硫酸浸渍处理10 20小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤， 再水煮30 60分钟；将煮沸后的沸石干燥，在350 580°C温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。还可以通过煅烧工艺，将天然沸石焙烧到温度足够高时，用水骤冷，然后干燥、粉碎得到活化沸石粉。此外，天然沸石还可以改性成为Na型沸石粉、H型沸石粉、P型沸石粉、NH4型沸石粉或八面沸石粉等。如P型沸石粉的制备，是将10 20目的沸石矿放入NaOH溶液中，然后在95士5°C 下加热70小时。又如H型沸石粉的制备，是将天然沸石用稀无机酸处理，可以是盐酸、硫酸、硝酸、 高氯酸，使H+交换率至少在20%以上，成形后在90 110°C干燥，最后以350 600°C温度加热活化。再如Na型沸石粉的制备，将沸石用过量的钠盐处理，如氯化钠，硫酸钠，硝酸钠等，使Na+的交换率至少在75%以上，成形后在90 110°C干燥，最后以350 600°C温度加热活化。天然沸石经活化处理后，可以除去矿物中所含的杂质和可溶物，在矿物结构中刻蚀出丰富的孔隙和孔腔，增大其接触面积，从而提高沸石的吸附、离子交换等性质。作为优选，所述活性沸石粉为经过酸处理的天然斜发沸石粉。作为优选，所述活性沸石粉为选自Na型沸石粉、H型沸石粉、P型沸石粉、NH4型沸石粉或八面沸石粉中的一种或几种。作为优选，所述活性沸石粉的粒径为104 μ m 150 μ m。本发明所述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。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。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。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， 在这几种原料的协同加合作用下，水中的消毒副产物溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸可以被充分吸附。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 2MPa，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，也可以使用脱模纸。本发明还提供了以下技术方案一种由上述过滤介质构成的去除饮用水中消毒副产物的滤芯。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。本发明还提供了一种包括上述净水装置的饮水机。相对于现有技术，本发明的优点在于制备的过滤介质对水中消毒副产物的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸对人体产生的伤害，使用简便，成本低，另外由于使用的是滤芯，不是粉体，所以无需后续处理，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对饮用水中溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸的去除率为95%以上。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。实施例1 (1)称取载银活性炭粉200g，所述载银活性炭的粒径为74 μ m 104 μ m，产自广州五环活性炭厂；(2)称取超高分子量聚乙烯粉300g，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；(3)将天然沸石粉碎至5 80目，用浓度为8wt%的盐酸浸渍处理15小时，经碳酸钠中和后洗涤，再水煮40分钟；将煮沸后的沸石干燥，在400°C温度下焙烧，然后粉碎至 104 μ m 150 μ m,称取所制的活化沸石粉150g ；(4)称取食品级碳酸氢铵80g，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分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. SMI^a的液压压力下压制，在220°C温度下烧结130分钟；(7)自然冷却至50°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例2 (1)称取载银活性炭粉100g，所述载银活性炭的粒径为74 μ m 104 μ m，产自巩义市玉林活性炭厂家；(2)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-III型产品，其分子量为350万；(3)将沸石用过量的氯化钠处理，成形后在100°C干燥，最后以500°C温度加热活化，制得Na型沸石粉，然后粉碎至104 μ m 150 μ m,称取所制的Na型沸石粉80g ；(4)称取食品级碳酸氢铵120g，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分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 7MPa的液压压力下压制，在250°C温度下烧结120分钟；(7)自然冷却至60°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例3 (1)称取载银活性炭粉250g，所述载银活性炭的粒径为74 μ m 104 μ m，产自巩义市玉林活性炭厂家；(2)称取超高分子量聚乙烯粉350g，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；(3)将10 20目的沸石矿放入NaOH溶液中，然后在95°C下加热70小时，制得P 型沸石粉，冷却后粉碎至104 μ m 150 μ m,称取所制的P型沸石粉160g ；(4)称取偶氮二甲酰胺100g，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分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 6MPa的液压压力下压制，在280°C温度下烧结130分钟；(7)自然冷却至50°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例4 (1)称取载银活性炭粉300g，所述载银活性炭的粒径为74 μ m 104 μ m，产自广州五环活性炭厂；(2)称取超高分子量聚乙烯粉380g，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；(3)将天然沸石用盐酸处理，成形后在100°C干燥，最后以450°C温度加热活化，制得H型沸石粉，冷却后粉碎至104 μ m 150 μ m,称取所制的H型沸石粉180g ；(4)称取草酸150g，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分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 9MPa的液压压力下压制，在220°C温度下烧结150分钟；(7)自然冷却至40°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。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消毒副产物的去除效果好。如表1 所示，为采用实施例1 4提供的滤芯对饮用水处理前后的三溴甲烷的含量。表1使用滤芯处理前后水中的三溴甲烷含量，单位mg/L
权利要求
1.一种用于去除饮用水中消毒副产物的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤a)将包含载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的原料混合，所述载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的重量比为80 300 100 400 60 200 50 150 ；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，所述载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的重量比为120 250 200 300 100 180 80 120。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述载银活性炭粉粒径为 74μ m ~ 104 μ m。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉的粒径力 89ym 104ym。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活化沸石粉为经过酸处理的天然斜发沸石粉、Na型沸石粉、H型沸石粉、P型沸石粉、NH4型沸石粉或八面沸石粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中消毒副产物的过滤介质。
8.—种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述的过滤介质构成。
9.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求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，其特征在于，包括权利要求9所述的净水装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于去除饮用水中消毒副产物的过滤介质的制备方法，包括如下步骤a)将包含载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的原料混合，所述载银活性炭粉、超高分子量聚乙烯粉、活化沸石粉和发孔剂的重量比为80～300∶100～400∶60～200∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。制备的过滤介质对水中消毒副产物的去除率高，适用于受其污染的饮用水，免除消毒副产物对人体产生的伤害，使用简便，成本低，另外由于使用的是滤芯，不是粉体，所以无需后续处理，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对饮用水中消毒副产物的去除率为95％以上。
文档编号C02F1/50GK102294148SQ20111016257
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者周奇迪, 栾云堂 申请人:奇迪电器集团有限公司