专利名称：用于去除饮用水中氨氮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氨氮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：
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮。人们生活与工农业生产如化工、冶金、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水会致使大量含氨氮污水进入水体，致使自来水厂源水中氨氮含量日益增多。氨氮会与水中的有机卤化物等发生反应， 降低杀菌效果；有的水厂深度处理自来水，氨能在活性炭滤床中微生物膜的作用下经硝化与反硝化作用生成具有致癌作用的亚硝酸盐；还会导致产生大量的氯消毒副产物以及影响水厂出水的生物稳定性，使供水管网中细菌微生物繁殖滋生，饮水有异味；导致水体富营养化现象产生，水生生物特别是藻类将大量繁殖，破坏水体的生态平衡，使水质恶化，对鱼类及某些水生生物有毒害，不仅污染了我国紧缺的淡水资源，还影响了渔业的发展，直接危害人类的健康。水厂常规水处理工艺去除氨氮效果不理想；吹脱法系统复杂，成本高；高浓度氨氮对微生物有抑制作用，生物硝化与反硝化处理高浓度氨氮废水有局限性；反渗透法需要耗费大量电和水，成本高，设备复杂；离子交换树脂交换容量低，选择性吸附能力差。
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氨氮的去除率高，速度快，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一种用于去除饮用水中氨氮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粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的重量比为200 400 80 300 80 200 80 250 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，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的重量比为250 300 100 洸0 100 180 100 200 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。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 ΙΜμπι。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，可以起到吸附水中氨氮的作用。沸石分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架， 内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔穴的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为“分子筛”。沸石分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，可用于气体和液体的干燥、纯化、分离和回收，被其吸附的物质可以解吸，沸石分子筛用后可以再生，且热稳定性强。按孔道大小划分，孔道尺寸小于2nm、2 50nm和大于50nm的分子筛分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。另外商品沸石分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，其中13X沸石分子筛也叫钠X型沸石分子筛，13X沸石分子筛的孔径为10A,可以吸附小于10 A任何分子，具有较高吸附容量，较快的吸附速率。作为优选，本发明的沸石分子筛粉为微孔分子筛粉，更优选为13X微孔分子筛粉。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。活性炭可以高效吸附饮水中的有机物、重金属、异色异味，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，对颜色和气味的吸附尤佳，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。作为优选，活性炭粉选用粒径为74 μ m 89 μ m的医用活性炭粉。活性白土是用粘土为原料，经无机酸化处理，再经水漂洗、干燥制成，无臭、无味、 无毒，不溶于水、有机溶剂和各种油类，吸附性能很强，用途极广，在动植物油精制工业用于脱色和净化；在石油工业，用于石油树脂，石蜡，石蜡油，煤油的脱色和净化；造纸工业用于复写纸的染色剂、填油料、染料；在林业和水土保护方面用作灭火器的粉末，消除水中油的粘洁剂；在化学工业用作催化剂和催化载体，杀虫剂、农药和杀菌剂的载体，橡胶和塑料填充剂、干燥剂和过滤剂，放射废物的吸附剂，经发明人研究其可用于吸附饮用水中的氨氮。 作为优选，本发明活性白土粉的粒径为61 μ m 89 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，水中的锰可以被充分吸附。
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氨氮的滤芯。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饮用水中氨氮的去除率高，去除速度快，使用简单，成本低，能免除氨氮对人体产生的伤害，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氨氮的去除率为98%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)称取超高分子量聚乙烯粉220g，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13X微孔分子筛粉120g，产自萍乡市富达化工填料有限公司；(3)称取医用活性炭粉180g，所述医用活性炭的粒径为74μπι 89μπι ；(4)称取活性白土粉200g，产自内蒙古润隆化工有限责任公司；(5)称取食品级碳酸氢铵100克，纯度达到99. 99%以上；(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 的液压压力下压制，在250°C温度下烧结140分钟；(8)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-III型产品，其分子量为350万；(2)称取13X微孔分子筛粉200g，产自上海分子筛有限公司；(3)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的粒径为74μπι 89μπι ；(4)称取活性白土粉120g，产自巩义市超洁净水材料厂；(5)称取食品级碳酸氢铵80克，纯度达到99. 99%以上；
(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(7)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；(8)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；(2)称取13X微孔分子筛粉250g，产自萍乡市环球化工填料有限公司；(3)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的粒径为74μπι 89μπι ；(4)称取活性白土粉220g，产自东莞活性白土干燥剂拓森化工有限公司；(5)称取偶氮二甲酰胺120克，纯度达到99. 99%以上；(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. SMPa的液压压力下压制，在220°C温度下烧结130分钟；(8)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4(1)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；(2)称取13X微孔分子筛粉^0g，产自巩义市泰诚净水材料厂；(3)称取医用活性炭粉220g，所述医用活性炭的粒径为74 89微米；(4)称取活性白土粉180g，产自南京亚东奥土矿业有限公司；(5)称取草酸150克，纯度达到99. 99%以上；(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 4MPa的液压压力下压制，在300°C温度下烧结120分钟；(8)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氨氮的去除效果好。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氨氮的含量。
表1使用滤芯处理前后水中的氨氮含量，单位mg/L
权利要求
1.一种用于去除饮用水中氨氮的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤a)将包含超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的重量比为200 400 80 300 80 200 80 250 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，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的重量比为250 300 100 沈0 100 180 100 200 80 120。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉的粒径为 89μπι 124μπι0
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述沸石分子筛粉为微孔分子筛粉。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉为粒径74μπι 89 μ m的医用活性炭粉。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述活性白土粉的粒径为 61 μ m 89 μ m0
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氨氮的过滤介质。
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氨氮的过滤介质及其制备方法，还涉及由该过滤介质构成的滤芯、净水装置和饮水机。过滤介质的制备包括a)将包含超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的原料混合，所述超高分子量聚乙烯粉、沸石分子筛粉、活性炭粉、活性白土粉和发孔剂的重量比为200～400∶80～300∶80～200∶80～250∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明提供的过滤介质对水中氨氮的去除率高，去除速度快，使用简单，成本低，无需后续处理，能免除氨氮对人体产生的伤害，适合家庭终端饮水处理，对饮用水中氨氮的去除率为98％以上。
文档编号B01D29/31GK102266691SQ201110162569
公开日2011年12月7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