本发明涉及污染离子过滤技术领域，具体涉及铁、镉、砷离子过滤柱及其制备方法。
背景技术：
水是人类的生命之源，它是自然界和人类生存发展过程中不可或缺的重要因素。随着全球经济的迅速发展，人类对水资源需求量越来越大，但同时水资源的污染问题也日益严重。水中的污染离子主要来自于工业废水、冶金、耐火材料、化工、电镀、冶炼、制革印染等工业污染。水中的污染离子通过消化、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体。经过消化道侵入时引起呕吐、腹疼；经过皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。
目前对于水中金属离子的处理方法主要有吸附法、絮凝沉淀法、膜分离技术等。传统方法一般采用吸附法和絮凝沉淀法，其中吸附法是利用金属离子吸附剂活性表面对金属离子的吸引来除去金属离子，吸附法中的关键材料是吸附剂，金属离子吸附剂很多，既有天然矿物，如沸石、高岭石等无机材料，也有天然高聚物如丹宁类、木质素类、壳聚糖类等，还有人工合成的或改性的聚合物，如聚苯乙烯基树脂、硅胶基树脂等。纤维素本身具有一定的吸附功能，但吸附容量小。
离子交换柱也称混床，是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。按再生方式分可分为体内再生混床、体外再生混床、阴树脂外移再生混床三种。离子交换柱技术在水处理领域中有广泛的应用，如水质软化、除盐、高纯水制取、工业废水处理、重金属及贵重金属回收等。水质软化过程在锅炉等方面的得到广泛的应用。现有的离子交换柱存在交换过程分布不均匀，离子交换树脂使用率低的缺陷，并且造价高，运输安装不方便。
果壳活性炭主要以果壳和木屑为原料，经炭化、活化、精制加工而成。具有比表面积大、强度高、粒度均匀、孔隙节构发达、吸附性能强等特点。果壳活性炭能有效吸附水中的游离氯、酚、硫、油、胶质、农药残留物和其他有机污染。果壳活性炭被广泛应用于饮用水、工业用水和废水的深度净化，如电厂、石化、炼油厂、食品饮料、医药、电子、海运等行业水质净化处理，能有效吸附水中的游离氯、酚、硫和其它有机污染物，特别是致突变物(thm)的前驱物质，达到净化除杂去异味。果壳活性炭脱色、净化、去味、提纯、除杂能力也要优于一般活性炭产品，尤其是对于重金属的吸附作用非常强。对于危害人类生存，破坏环境的汞、铅、砷等多数重金属有良好的吸附作用。
pp棉，是由聚丙烯纤维进行人造而制化学纤维，棉弹性好，膨松度强，广泛应用于净水设备等行业。其用于净水器设备中主要用途是前置净化，过滤自来水中直径大于5微米的胶体杂质、微泥、铁锈、虫卵及有机污染矿物质杂物等。
发明人在研究中已证实，牡丹花中之所以重金属含量比较高，是因为牡丹花中的某些成分具有吸附重金属的能力，经过检测，牡丹花制备的吸附剂对铁、砷、镉离子有很强的吸附作用。
本发明提供了一种离子交换柱过滤介质，该介质具有一定的强度，但重量轻，介质内容物分布均匀，造价低，运输方便，可应用于常见工业废水的净化处理，有一定的市场前景。
技术实现要素：
为了解决我们生活水源中经常出现的铁、镉、砷离子超标的问题，本发明提供一种铁、镉、砷离子过滤柱及其制备方法，其中，本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱自上而下分别由pp棉上层、处理后的牡丹花渣层、活性炭层和pp棉下层组成；其中，所述处理后的牡丹花渣是牡丹花渣依次经过乙醇溶液、乙醚和四氯化碳浸泡得到的。
进一步，所述pp棉上层的填充体积占总填充物的5～20％，所述处理后的牡丹花渣层的填充体积占总填充物的20～60％，所述果壳活性炭层的填充体积占总填充物的30～50％，所述pp棉下层的填充体积占总填充物的5～25％。
进一步，所述pp棉上层和pp棉下层采用的pp棉是过滤精度为5～20微米的pp棉滤芯。
进一步，所述果壳活性炭层采用的果壳活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果壳活性炭。
同时，本发明还提供了一种铁、镉、砷离子过滤柱的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：将pp棉、果壳活性炭、处理后的牡丹花渣和pp棉装入上下设有滤网的过滤柱中，压实，得到所述铁、镉、砷离子过滤柱；其中，所述处理后的牡丹花渣是将牡丹花渣依次经过乙醇溶液、乙醚和四氯化碳浸泡得到的。
其中，所述处理后的牡丹花渣的制备方法具体为：
1)将新鲜的牡丹花采用传统压榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣；
2)将牡丹花渣置于25～70％乙醇溶液中浸泡6～18h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于70～100℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣；
3)将用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡过的牡丹花渣；
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡过的牡丹花渣2～4h，再用30～75％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗涤，得到处理过的牡丹花渣。
有益效果
发明人在研究中发现，牡丹花中的金属离子含量较高，远远超出其他部位的金属离子含量，因此，考虑牡丹花中是否有一种成分能够吸附金属离子，并通过实验初步认定了牡丹花中含有吸附金属离子的物质。但是牡丹花是一种很软的纤维状物质，含有很多易腐败成分，很难作为吸附剂的原料，因此申请人将过滤柱和有机溶剂处理的牡丹花相结合，不仅能够发挥牡丹花渣的吸附离子功能，而且能够使得牡丹花不会腐烂变质，得到了本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱。本发明提供的铁、镉、砷离子过滤柱的对铁、镉、砷离子的过滤能力很强，经过过滤后的污染水样符合饮用水卫生标准，对铁、镉、砷离子有很好的过滤效果。
本发明提出的铁、镉、砷离子过滤柱的制备方法简单，制备成本低，使用方便，吸附效果好，同时吸附剂具有稳定性强，性质稳定，不会腐败等特点，可以用于净水器滤芯。本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱不会引入新的污染，具有良好的市场前景。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，原料采用新鲜的牡丹花，市售果壳活性炭、市售pp棉。
其他化学试剂均为分析纯。
一种铁、镉、砷离子过滤柱，所述离子过滤柱自上而下分别是：pp棉上层、处理后的牡丹花渣层、活性炭层和pp棉下层，以上四种过滤层自上而下填充，其中，pp棉上层的填充体积占10％，处理后的牡丹花渣层的填充体积占60％，果壳活性炭层的填充体积占25％，pp棉下层的填充体积占5％。
上述铁、镉、砷离子过滤柱的制备方法如下：
取一个上下均有带孔滤网的离子交换柱，按照填充物的比例，依次将pp棉、果壳活性炭、处理后的牡丹花渣和pp棉装入离子交换柱中，压实，固定，得到了本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱。
其中，所述处理后的牡丹花渣层填充物的制备方法如下：
1)将新鲜的牡丹花采用传统压榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)将牡丹花渣置于50％乙醇溶液中浸泡12h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于80℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)将用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡过的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡过的牡丹花渣2～4h，再用50％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗涤，得到处理过的牡丹花渣。
所述果壳活性炭层采用的果壳活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果壳活性炭。
所述pp棉上层和pp棉下层采用的pp棉是过滤精度为5微米的pp棉滤芯。
本发明制备的离子交换过滤介质对铁、镉、砷、汞、游离氯、酚、胶质等有机化合物以及直径大于5微米的胶体杂质、微泥、铁锈、细菌病毒等有较好的吸附能力。
其中，本发明的铁的检测方法见gb11911-1989，砷的检测方法见sl327.1-2005，铅的检测方法见sl327.4-2005，汞的检测方法见sl327.2-2005，硒的检测方法见sl327.3-2005，游离氯的方法见gb/t5750.11-2006。
发明人用相应的离子配制模拟污染水源，在吸附前制备不同污染的混合水，并测定其各污染离子的含量，结果见表1。
表1，吸附前各水样的检测结果
将上述有污染的水以1ml/s的速度通过本发明实施例1所制备的铁、镉、砷离子过滤柱，并用同样的方法测定过滤后水样的各污染离子含量。
表2，吸附后各水样的检测结果
根据gb5749-2006记载的生活饮用水卫生标准，砷不得高于0.01mg/l，铁不得高于0.3mg/l，镉不得高于0.005mg/l，硒不得高于0.01mg/l，铅不得高于0.01mg/l，游离氯不得高于0.05mg/l。由此可以看出，经过本过滤介质吸附后砷、铁、镉、游离氯的吸附效果是满足饮用水卫生标准的，但对于硒、铅的吸附效果较差，不能满足生活饮用水卫生标准。
实施例2
本实施例中，原料采用新鲜的牡丹花，市售果壳活性炭、市售pp棉。
其他化学试剂均为分析纯。
一种铁、镉、砷离子过滤柱，所述离子过滤柱自上而下分别是：pp棉上层、处理后的牡丹花渣层、活性炭层和pp棉下层，以上四种过滤层自上而下填充，其中，pp棉上层的填充体积占20％，处理后的牡丹花渣层的填充体积占30％，果壳活性炭层的填充体积占40％，pp棉下层的填充体积占10％。
上述铁、砷离子过滤柱的制备方法如下：
取一个离子交换柱，按照填充物的比例，依次将pp棉、果壳活性炭、处理后的牡丹花渣和pp棉装入离子交换柱中，压实，固定，得到了本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱。
其中，所述处理后的牡丹花渣层填充物的制备方法如下：
1)将新鲜的牡丹花采用传统压榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)将牡丹花渣置于70％乙醇溶液中浸泡6h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于95℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)将用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣2～4h，得到乙醚浸泡过的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡过的牡丹花渣2～4h，再用75％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗涤，得到处理过的牡丹花渣。
所述果壳活性炭层采用的果壳活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果壳活性炭。
所述pp棉上层和pp棉下层采用的pp棉是过滤精度为20微米的pp棉滤芯。
实施例3
本实施例中，原料采用新鲜的牡丹花，市售果壳活性炭、市售pp棉。
其他化学试剂均为分析纯。
一种铁、镉、砷离子过滤柱，所述离子过滤柱自上而下分别是：pp棉上层、处理后的牡丹花渣层、活性炭层和pp棉下层，以上四种过滤层自上而下填充，其中，pp棉上层的填充体积占5％，处理后的牡丹花渣层的填充体积占20％，果壳活性炭层的填充体积占50％，pp棉下层的填充体积占25％。
上述铁、镉、砷离子过滤柱的制备方法如下：
取一个离子交换柱，按照填充物的比例，依次将pp棉、果壳活性炭、处理后的牡丹花渣和pp棉装入离子交换柱中，压实，固定，得到了本发明所述的铁、镉、砷离子过滤柱。
其中，所述处理后的牡丹花渣层填充物的制备方法如下：
1)将新鲜的牡丹花采用传统压榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)将牡丹花渣置于25％乙醇溶液中浸泡18h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于70℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)将用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡过的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡过的牡丹花渣2～4h，再用30％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗涤，得到处理过的牡丹花渣。
所述果壳活性炭层采用的果壳活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果壳活性炭。
所述pp棉上层和pp棉下层采用的pp棉是过滤精度为10微米的pp棉滤芯。