一种模拟自来水与它的用途
【专利摘要】本发明涉及一种模拟自来水及其用途。所述的模拟自来水由聚乙烯吡咯烷酮PVP、纳米二氧化硅颗粒、纳米氧化铁颗粒、腐殖酸钠、海藻酸钠、NaHCO3、MgSO4与CaCl2组成。本发明模拟自来水测试液填补了水质评价方法的空白，建立了标准的测试液，完善了净水膜与给水膜的评价方法，避免了各地自来水水质参差不齐导致膜评价结果的差异。本发明模拟自来水测试液有助于快速评价膜性能是否适合当地的自来水，避免了在当地取水实验不易的麻烦。
【专利说明】一种模拟自来水与它的用途
【【技术领域】】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】。更具体地，本发明涉及一种模拟自来水，还涉及所述模拟自来水的用途。
【【背景技术】】
[0002]目前随着中国水污染的状况越来越严重，净水器的使用也越来越广泛，当今一线城市家庭净水器的使用率不到10%，净水器市场拥有广阔的发展前景。但是，目前净水器市场滤芯产品参差不齐，滤芯评价没有统一的标准，净水器的质量问题层出不穷，严重限制了净水器的发展。[0003]目前已经颁布的净水器国家标准实际上是工业用水处理设备的国家标准，并且也没有在净水器中所使用膜的性能评价标准。现在，现有评价膜性能的方法主要用于评价MBR工艺、超滤膜工艺以及反渗透工艺。虽然在净水滤芯中的核心滤芯使用的是超滤膜或反渗透膜，但是这两种膜用于滤芯时对各种物质的去除率，如何评价该滤芯的运行寿命和耐污染性都没有统一的标准。
[0004]各地自来水的水质差异很大，使用的膜的性能也应该不同。例如中国南方与北方水质差别很大，南方的水相对较软，杂质、微生物等比较多；石灰岩地区的水中钙、镁离子含量较高。北方地区的水质比较硬，水中钙、镁离子含量较高，泥沙、铁锈、异味较多。针对有差别的水体如何选用合适的膜处理，由于从各地取水不易，而且水质种类繁多，因此如何针对复杂的水体选用合适的膜成为净水滤芯发展亟待解决的问题。
[0005]针对现有评价滤芯的方法，一般的方法可以评价出滤芯对于某种水体的耐受性，但是缺乏统一的标准，针对不同的水质，目前一直没有有效的评价手段。
[0006]为了弥补现有滤芯评价方法的缺失，本发明人提出一种模拟自来水测试液，用以解决目前各地自来水水质差别较大，对于滤芯的性能评价难以形成统一的标准的难题。该种测试液性能稳定，制备方法简单，成本低廉，而且可以根据不同地方的水质调整某种物质的含量，可以快速评价膜的性能。
【
【发明内容】
】
[0007][要解决的技术问题]
[0008]本发明的目的是提供一种模拟自来水。
[0009]本发明的另一个目的是提供所述模拟自来水的用途。
[0010][技术方案]
[0011]本发明是通过下述技术方案实现的。
[0012]本发明涉及一种模拟自来水。
[0013]所述的模拟自来水含有0.01~1.0mg/L纳米二氧化娃、0.1~5.0mg/L腐殖酸钠、
0.01 ~2.0mg/L 海藻酸钠、0.01 ~0.3mg/L 纳米氧化铁、20 ~200mg/LCaCl2、10 ~200mg/LNaHCO3^20 ~200mg/LMgS04 与 0.2 ~3.0mg/L 聚乙烯吡咯烷酮 PVP。[0014]根据本发明的一种优选实施方式，所述纳米二氧化硅的粒径是0.05?0.40 μ m,优选地是0.10?0.30 μ m。
[0015]所述的纳米二氧化硅是按照下述制备方法得到的:
[0016]将氨水、无水乙醇与去离子水按照重量比1:9?11:9?11加到烧瓶中，再置于水浴锅中在温度68?72°C的条件下搅拌混合28?32min，接着按照正硅酸乙酯与无水乙醇的重量比1: 15加入正硅酸乙酯，在温度70°C下加热搅拌2.8?3.2h，得到一种白色透明溶液。
[0017]所述的氨水是分析纯的，是目前市场上销售的化工产品，例如由北京化工厂销售的氨水。所述的氨水浓度是以质量计25?28%。
[0018]本发明使用的正硅酸乙酯是目前市场上销售的化工产品，例如由北京化工厂销售的正硅酸乙酯。
[0019]然后，对所述的白色透明溶液进行减压蒸馏，去除所述白色透明溶液中的水分与乙醇，得到一种凝胶态残留物。
[0020]所述的白色透明溶液在压力0.04?0.1OMPa与温度50?60°C的条件下进行减压蒸馏。在本发明中，减压蒸馏所使用的设备是目前市场上销售的设备，例如由北京世纪予华仪器有限公司销售的RE-2000A型旋转蒸发仪。
[0021]所述的凝胶态残留物的水含量是以质量计30%以下，乙醇含量是以质量计15%以下。
[0022]所述的水含量是根据费休氏法方法使用梅特勒-托利多容量法卡尔费休水分仪V30测定得到的。
[0023]所述的乙醇含量是根据折光法使用上海精科顶级制造阿贝折光仪测定得到的。
[0024]接着，让所述的残留物在烘箱中在温度104?106°C的条件下干燥0.9?1.1h,然后在马弗炉中在温度580?620°C的条件下焙烧2?3h，再冷却至室温，得到所述的纳米二
氧化硅。
[0025]在本发明中，所述制得的纳米二氧化硅粒径分布及平均粒径的测定采用英国马尔文Mastersizer3000超高速智能粒度仪测定。
[0026]在本发明中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是目前市场上销售的产品，例如由上海里特化工科技有限公司以销售的PVP-K15聚乙烯吡咯烷酮均聚物。
[0027]本发明使用的纳米氧化铁是目前市场上销售的产品，例如由浙江万景新材料有限公司销售的纳米氧化铁。
[0028]所述的腐殖酸钠、海藻酸钠、CaCl2、NaHCO3或MgSO4都是本【技术领域】里通常使用的
化学产品。
[0029]本发明模拟自来水的配制方法如下:按照前面描述的模拟自来水化学组成，依次将聚乙烯吡咯烷酮均聚物PVP-K15、纳米二氧化硅颗粒、纳米氧化铁颗粒、腐殖酸、海藻酸钠、NaHCO3、硫酸镁、CaCl2溶于水中，搅拌混合均匀，再超声处理30分钟得到所述的模拟自来水。
[0030]所述的模拟自来水可以采用T0C、浊度与SDI值表征水质。术语TOC(总有机碳)是以碳含量表示水体中有机物质总量的综合指标。在本发明中，TOC是根据标准HJ501-2009，采用燃烧氧化-非分散红外吸收法测定得到的。本发明模拟自来水的TOC是0.5?5ppm。[0031]术语浊度表示在水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。在本发明中，浊度是使用HACH2100N浊度仪采用常规散射法测定得到的。本发明模拟自来水的浊度小于INTU。
[0032]术语SDI (污染指数)表示水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。在本发明中，SDI是按照标准ASTMD4189-95使用SDI测定仪测定得到的。本发明模拟自来水的SDI值是3~6。
[0033]本发明还涉及所述的模拟自来水在评价净水滤芯的性能中的用途。
[0034]使用本发明模拟自来水评价净水滤芯性能的步骤如下:
[0035]A、根据滤芯运行需要，配制一定量的测试液。测定配制好的测试液的水质指标(T0C、浊度、SDI 值)；[0036]B、将测试液作为运行的水体，滤芯在该种水体中恒压0.2MPa运行，每隔半小时记录出水通量、流量以及过水量，并计算滤芯的衰减率。
[0037]C、在运行4个小时后，取出水，测定T0C、浊度、SDI值，考察滤芯的去除率。
[0038]D、当滤芯的运行通衰减到规定通量后，停止运行。
[0039]本发明模拟自来水测试液适用于评价微滤膜、超滤膜与反渗透膜，主要测试该种膜是否适合净水滤芯和给水工程。
[0040][有益效果]
[0041]本发明的有益效果是:与现有方法对比，现有方法中对于评价微滤、超滤膜、反渗透膜是否适合与净水滤芯以及给水工程，目前没有统一标准，而且业内也没有建立完善的评价方法，只是初步对膜的通量、泡点和拉伸强度、截留率等方面进行了测试。本发明模拟自来水测试液填补了评价方法的空白，建立了标准的测试液，完善了净水膜与给水膜的评价方法，避免了各地自来水水质参差不齐导致膜评价结果的差异。本发明模拟自来水测试液有助于快速评价膜性能是否适合当地的自来水，避免了在当地取水实验不易的麻烦。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0042]图1表示三种组件在实施例1制备的测试液中恒压运行，记录时间与通量的关系。
[0043]图2表示采用同种膜在该两种模拟自来水中以流量阶梯式递增方式运行时观察压力的变化趋势。
【【具体实施方式】】
[0044]通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
[0045]实施例1:
[0046]该实施例的实施步骤如下:
[0047]A、制备纳米二氧化硅:
[0048]将以含量25-28%氨水、无水乙醇与去离子水按照重量比1:9:11加到烧瓶中，再置于水浴锅中在温度68°C的条件下搅拌混合28min，接着按照正硅酸乙酯与无水乙醇的重量比1:15加入正硅酸乙酯，在温度68°C下加热搅拌2.8h，得到一种白色透明溶液；
[0049]然后，对所述的白色透明溶液在压力-0.06MPa与温度50°C的条件下进行减压蒸馏，去除所述白色透明溶液中的水分与乙醇，得到一种凝胶态残留物，采用本说明书描述的方法测定，它的水含量是以质量计28%，乙醇含量是以质量计14% ；
[0050]接着，让所述的残留物在烘箱中在温度104°C的条件下干燥0.9h，然后在马弗炉中在温度620°C的条件下焙烧2h，再冷却至室温，得到所述的纳米二氧化硅；
[0051]采用本说明书中描述的方法测定纳米二氧化硅的平均粒径为200nm
[0052]B、制备模拟自来水:
[0053]按照0.2mg/L聚乙烯吡咯烷酮PVP_K15、0.01mg/L前面制备的纳米二氧化硅颗粒、
0.0lmg/L由浙江万景新材料有限公司销售的纳米氧化铁、0.lmg/L腐殖酸钠、0.0lmg/L海藻酸钠、200mg/LNaHC03、200mg/L硫酸镁、200mg/LCaCl2分别依次将它们溶于水中，搅拌混合均匀，再在频率40KHz下超声处理30分钟得到所述的模拟自来水。
[0054]采用本说明书描述的方法测定TOC是0.5ppm、浊度小于1NTU、SDI值是3。
[0055]使用本实施例制备的模拟自来水评价净水滤芯的耐污染的性能。采用三种组件在该种测试液中恒压运行，记录时间与通量的关系。其测试结果如附图1所示。其中A膜组件是PVDF改性膜；B膜组件是PVDF未改性膜；C膜组件是PES膜。
[0056]附图1的结果显示，在该种测试液中，不同滤芯的运行性能有所差别，B滤芯的性能优于A、C两种滤芯，由此可以判断滤芯耐污染性的差异。
[0057]实施例2:
[0058]该实施例的实施步骤如下:
[0059]按照实施例1描述的方法制备纳米二氧化硅颗粒，使用这种纳米二氧化硅颗粒制备两种模拟自来水:
[0060]A、按照0.5mg/L聚乙烯吡咯烷酮PVP_K15、0.5mg/L前面制备的纳米二氧化硅颗粒、0.2mg/L由浙江万景新材料有限公司销售的纳米氧化铁、lmg/L腐殖酸钠、0.lmg/L海藻酸钠、80mg/LNaHC03、30mg/L硫酸镁、80mg/LCaCl2分别依次将它们溶于纯水中，搅拌混合均匀，再在频率40KHz下超声处理30分钟得到所述的模拟自来水
[0061]B、按照0.2mg/L聚乙烯吡咯烷酮PVP_K15、0.5mg/L前面制备的纳米二氧化硅颗粒、0.2mg/L由浙江万景新材料有限公司销售的纳米级氧化铁、2mg/L腐殖酸钠、0.2mg/L海藻酸钠、80mg/LNaHC03、30mg/L硫酸镁、80mg/LCaCl2分别依次将它们溶于纯水中，搅拌混合均匀，再在频率40KHz下超声处理30分钟得到所述的模拟自来水
[0062]采用本说明书描述的方法测定A种模拟自来水的TOC是2ppm、浊度小于1NTU、SDI值是3 ；B种模拟自来水的TOC是3.2ppm、浊度小于1NTU、SDI值是4.5。
[0063]使用本实施例制备的两种模拟自来水评价净水滤芯对有机物的耐受性。具体方法是采用同种膜在该两种水体中运行，运行方式采用流量阶梯式递增的方式，观察压力的变化趋势，试验结果见附图2。
[0064]附图2的数据表明，增加有机物的量对该种膜运行压力影响较大，说明此种膜不适合在有机物含量较高(T0C>3.2ppm)的水体中运行。
[0065]实施例3:
[0066]该实施例的实施步骤如下:
[0067]A、制备纳米二氧化硅:
[0068]将以含量25-28%氨水、无水乙醇与去离子水按照重量比1:11:10加到烧瓶中，再置于水浴锅中在温度70°C的条件下搅拌混合32min，接着按照正硅酸乙酯与无水乙醇的重量比1:15加入正硅酸乙酯，在温度70°C下加热搅拌2.8h，得到一种白色透明溶液；
[0069]然后，对所述的白色透明溶液在压力-0.1MPa与温度55°C的条件下进行减压蒸馏，去除所述白色透明溶液中的水分与乙醇，得到一种凝胶态残留物，采用本说明书描述的方法测定，它的水含量是以质量计25%以下，乙醇含量是以质量计12%以下；
[0070]接着，让所述的残留物在烘箱中在温度106°C的条件下干燥1.lh，然后在马弗炉中在温度580°C的条件下焙烧3h，再冷却至室温，得到所述的纳米二氧化硅；
[0071]采用本说明书描述的方法测定纳米二氧化硅的平均粒径是lOOnm。
[0072]B、制备模拟自来水:
[0073]按照1.5mg/L聚乙烯吡咯烷酮均聚物PVP、0.5mg/L前面制备的纳米二氧化硅颗粒、0.2mg/L由浙江万景新材料有限公司销售的纳米氧化铁、1.0mg/L腐殖酸钠、0.8mg/L海藻酸钠、80mg/LNaHC03、50mg/L硫酸镁、80mg/LCaCl2分别依次将它们溶于水中，搅拌混合均匀，再在频率40KHz下超声处理30分钟得到所述的模拟自来水
[0074]采用本说明书描述的方法测定TOC是2.5ppm、浊度小于1NTU、SDI值是4.5。
[0075]使用本实施例制备的模拟自来水评价净水滤芯对小颗粒有机物的耐受性。
[0076]实施例4:
[0077]该实施例的实施步骤如下:
[0078]A、制备纳米二氧化硅:
[0079]将以含量25-28%氨水、无水乙醇与去离子水按照重量比1:11:9加到烧瓶中，再置于水浴锅中在温度72°C的条件下搅拌混合30min，接着按照正硅酸乙酯与无水乙醇的重量比1:15加入正硅酸乙酯，在温度72°C下加热搅拌3.2h，得到一种白色透明溶液；
[0080]然后，对所述的白色透明溶液在压力-0.04MPa与温度60°C的条件下进行减压蒸馏，去除所述乳白色溶液中的水分与乙醇，得到一种凝胶态残留物，采用本说明书描述的方法测定，它的水含量是以质量计30%，乙醇含量是以质量计15% ；
[0081]接着，让所述的残留物在烘箱中在温度105°C的条件下干燥l.0h，然后在马弗炉中在温度600°C的条件下焙烧2.4h，再冷却至室温，得到所述的纳米二氧化硅；
[0082]B、制备模拟自来水:
[0083]按照3.0mg/L聚乙烯吡咯烷酮均聚物PVP-K30、1.0mg/L前面制备的纳米二氧化硅颗粒、0.3mg/L由浙江万景新材料有限公司销售的纳米氧化铁、5.0mg/L腐殖酸钠、2.0mg/L海藻酸钠、10mg/LNaHC03、20mg/L硫酸镁、20mg/LCaCl2分别依次将它们溶于水中，搅拌混合均匀，再在频率40KHz下超声处理30分钟得到所述的模拟自来水。
[0084]采用本说明书描述的方法测定TOC是5ppm、浊度小于1NTU、SDI值是6。
[0085]使用本实施例制备的模拟自来水评价净水滤芯对与污染严重水体的耐受性。
【权利要求】
1.一种模拟自来水，其特征在于所述的模拟自来水含有0.0l?1.0mg/L纳米二氧化娃、0.1?5.0mg/L腐殖酸钠、0.01?2.0mg/L海藻酸钠、0.01?0.3mg/L纳米氧化铁、20?200mg/LCaCl2、10 ?200mg/LNaHC03、20 ?200mg/LMgS04 与 0.2 ?3.0mg/L 聚乙烯吡咯烷酮PVP。
2.根据权利要求1所述的模拟自来水，其特征在于所述纳米二氧化硅的粒径是0.05?0.40 μ m。
3.根据权利要求1所述的模拟自来水，其特征在于所述的纳米二氧化硅是按照下述制备方法得到的: 将氨水、无水乙醇与去离子水按照重量比1:9?11:9?11加到烧瓶中，再置于水浴锅中在温度68?72°C的条件下搅拌混合28?32min，接着按照正硅酸乙酯与无水乙醇的重量比1:15加入正硅酸乙酯，在温度70°C下加热搅拌2.8?3.2h，得到一种白色透明溶液。 然后，对所述的白色透明溶液进行减压蒸馏，去除所述乳白色溶液中的水分与乙醇，得到一种凝胶态残留物； 接着，让所述的残留物在烘箱中在温度104?106°C的条件下干燥0.9?1.1h,然后在马弗炉中在温度580?620°C的条件下焙烧2?3h，再冷却至室温，得到所述的纳米二氧化硅。
4.根据权利要求2所述的模拟自来水，其特征在于所述的氨水浓度是以质量计25?28%。
5.根据权利要求3所述的模拟自来水，其特征在于所述的白色透明溶液在压力0.04?0.1OMPa与温度50?60°C的条件下进行减压蒸馏。
6.根据权利要求3所述的模拟自来水，其特征在于所述残留物的水含量是以质量计30%以下，乙醇含量是以质量计15%以下。
7.根据权利要求1所述的模拟自来水，其特征在于根据HJ501-2009标准测定的TOC是0.5?5ppm，采用常规散射法使用HACH2100N浊度仪测定的浊度小于1NTU，按照ASTMD4189-95标准测定的SDI值是3?6。
8.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的模拟自来水在评价净水滤芯的性能中的用途。
【文档编号】C01B33/113GK103877862SQ201410125475
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】陈亦力, 李天玉, 郭莎莎, 刘德祥, 李新涛, 王力 申请人:北京碧水源膜科技有限公司