用于去除饮用水中放射性锶的过滤介质、滤芯以及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种去除饮用水中放射性锶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】
[0002] 随着核电应用的不断发展，放射性核废物的处置成了急需解决的问题，也成了核 电能不能健康发展的一个关键问题。
[0003] 放射性锶（锶89和锶90)是由235U与239Pu核裂变产生，普遍存在于放射性水体中。 2011年日本福岛核电站爆炸，致使放射性泄露，排放出大量含放射性锶的废水。因为 9<3Sr放 射性半衰期约30年，生物毒性强，集聚在人体骨骼中难以排出，是对人体危害较大的长寿命 放射性核素，它的去除一直受到人们的广泛关注。
[0004] 自来水厂常规的水处理工艺对放射性锶的去除效果不明显；化学沉淀法、离子交 换法、蒸发浓缩发使用起来麻烦;R0膜去除效果好，但耗能大、废水费电，成本高，排放的浓 缩液不易处理，易造成二次污染。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，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 质对饮用水中的放射性锶的去除率高，并且方法简单。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。
[0006] 本发明提供了一种去除饮用水中放射性锶的过滤介质的制备方法，包括以下步 骤：
[0007] a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂的重量比为100~ 300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[0008] b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；
[0009] 所述压制压力为0.4MPa~IMpa;所述烧结温度为200°C~245°C;所述烧结时间为 90~120min;所述冷却温度为40°C~60°C。
[0010] 优选的，所述凹凸棒石粉为酸活化的凹凸棒石粉。
[0011] 优选的，所述沸石粉为改性沸石粉。
[0012] 优选的，还包括改性膨润土粉，所述改性膨润土粉与超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂的重量比为50~100:100~300:50~100:100~200:100~ 200:50~100。
[0013]优选的，还包括酸处理粉煤灰。
[0014] 优选的，所述酸处理粉煤灰与与超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸 石粉和发孔剂的重量比为50~100:100~300:50~100:100~200:100~200:50~100。
[0015] 本发明提供了根据上述权利要求所述的制备方法得到的用于去除饮用水中放射 性锶的过滤介质。
[0016] 本发明提供了一种滤芯，由上述权利要求所述的过滤介质构成。
[0017] 本发明提供了一种净水装置，包括上述权利要求所述的过滤介质或者上述权利要 求所述的滤芯。
[0018] 本发明提供了一种饮水机，包括上述权利要求所述的净水装置。
[0019] 与现有技术相比，本发明提供了一种去除饮用水中放射性锶的过滤介质的制备方 法，包括以下步骤:a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂的重量 比为100~300:50~100:100~200:100~200:50~100 ;b)将步骤a)所得的混合物在模具中 压制、烧结、冷却;所述压制压力为〇.4MPa~IMpa;所述烧结温度为200°C~245°C;所述烧结 时间为90~120min;所述冷却温度为40°C~60°C。本发明在上述原料协同作用下，配合特定 的烧结温度、压力和冷却温度，制备得到的过滤介质对水中放射性锶的去除率高，方法简 单，适用于受其污染的饮用水，免除放射性锶对人体产生的伤害，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 质对饮用水中放射性锶的去除率在98.8 %以上。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种去除饮用水中放射性锶的过滤介质的制备方法，包括以下步 骤：
[0021] a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂的重量比为100~ 300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[0022] b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；
[0023] 所述压制压力为0.4MPa~IMpa;所述烧结温度为200°C~245°C;所述烧结时间为 90~120min;所述冷却温度为40°C~60°C。
[0024]本发明首先将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和发孔剂的重量 比为 100~300: 50~100:100~200:100~200: 50~100;优选为 110~290:60~90:110~ 190:110 ~190:60 ~90;更优选为 120 ~280:65 ~85:120 ~180:120 ~180:65 ~85。
[0025] 在本发明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量优选为100万~700万，更优选 为200万~600万，最优选为250万~400万。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-Ι型（分子量为150±50万）、M-II型（分子量为 250±50万）、M-III型（分子量为350±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，可以起到吸附水中放射性锶的作用。本发明优选采用 粒径为89~104μηι的超高分子量聚乙稀，更优选采用粒径为91~104μηι的超高分子量聚乙 稀。
[0026]在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面 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 据原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性 炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭;所述矿物质原料 活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭;其他原料制成的活性炭 优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。本发明优选使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强 度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭 的比表面积优选不低于500m 2/g，更优选不低于1000m2/g。活性炭可以高效的吸附水中的有 机物、尤其是医用活性炭，作为用过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更 大，吸附效果也更好，并且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。 [0027]本发明优选采用粒径为74~84μπι的医用活性炭。
[0028]在本发明中，所述凹凸棒石为单斜晶系，其理想化学式为为Mg5(H20)4[Si 4010]2 (0H)2,化学成分理论值为MgO 23.83%、Si0256.96%、H20 19.21%;自然界中的凹凸棒石常 有Al3+、Fe3+等类质同象置换，富含Al 3+、Fe3+变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。如江苏省盱 眙县龙王山产的铝凹凸棒石的称为为MgO 12.10%、Si02 58.38%、Al2〇3 9.5%、Ca0 0.4%、Ti〇2 0·56%、Μη0 0.05%、Fe2〇3+FeO 5.26%、Na20 1·1%、Κ20 1.24%。由于凹凸棒 石在结构中类似于沸石粉的大通道，因此具有良好的吸附和脱色性能，对分解的有机和硫 化氢等都有良好的吸附性能，凹凸棒石粉的吸附性能与矿物中Si0 2的含量有关，含量越高 吸附能力越强。
[0029]凹凸棒石粘土具有链层状结构，在晶体结构中存在一系列晶体孔道，比表面积大， 有很强的物理吸附能力。由于晶体中类质同象置换，存在晶体缺陷和空位，使凹凸棒石带有 层面负电荷，并依靠层间吸附的阳离子以使电荷平衡。由于晶体层间吸附的阳离子具有可 交换性。凹凸棒石粘土具有较强的离子交换吸附能力，对重金属离子的吸附主要是通过上 述吸附机理达到效果的。本发明人发现，凹凸棒石粉对水中放射性锶的具有很好地离子交 换吸附能力。
[0030]在本发明中，优选对凹凸棒石粉经过酸活化。酸活化的方法优选包括硫酸法、盐酸 法、硫酸-盐酸混合法。本发明优选使用盐酸活化改性的凹凸棒石粉，更优选为:将小块的体 积月0.5~100cm3的凹凸棒石粉粘土原矿，用浓度为1~15wt %的无机酸溶液(如硫酸、盐酸 溶液等）浸泡2~100小时，过滤挤压成片，用转筒干燥器在280°C~350°C下活化30~50分 钟，粉碎成50mi~100μπι的脱色力为250±5的活性凹凸棒石粉。
[0031]在本发明中，优选的，凹凸棒石粉经过酸活化处理后的粒径为74μπι~104μπ