用于去除水中汞的过滤介质及其制备方法

专利名称：：用于去除水中汞的过滤介质及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于去除水中汞的过滤介质及其制备方法、4吏用该过滤介质的滤芯、净水装置和饮水机。
背景技术：
：随着人们对身体健康的重^L程度的提高，饮用水的质量成为人们广泛关注的一个问题。饮用水中如果含有汞，对于人体会有一定的危害。汞是唯一的液体金属元素，呈银白色，常温下即可蒸发，其蒸气无色无味，易与硫结合生成黑色固体。近年来，由于汞在工业上的应用越来越广泛，而汞的污染也给人体的健康带来了多方面的危害。在正常的天然水体中汞含量均很低，汞的含量介于0.001-0.009mg/L(毫克/升)之间。重金属汞在水体中的主要释放源是化石燃料的燃烧，采矿和冶炼也是向环境释放汞的污染源。各工业企业以废水、废渣、废气向环境中排放重金属汞。重金属汞在水体中可产生毒性效应，一般产生毒性的范围大约在0.01-0.001mg/L，而汞在水体中通过积累的毒性远大于此范围，因此汞是毒性较强的重金属。另外，很重要的一个原因是，重金属汞可在微生物作用下转化为毒性更强的金属汞化物，如汞的曱基化作用就是典型的例子，即汞在微生物作用下转化为曱基汞。而且，生物从环境中摄取汞可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高的生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入到人体，在人体的某些器官中蓄积起来，造成慢性中毒影响人的正常生活。例如震惊全世界的水俣病就是汞的富集化引起的，20世纪50年代和60年代在日本的水俣市和新潟县分别出现水俣病，经过长时间的调查和科研实验已证明，水俣病是由于含汞废水污染所造成的中枢神经汞中毒。据研究，1965年发生在新潟县的水俣病系由60公里以外的阿贺野川上游昭和电器公司排出的含汞废水污染所致。其具体污染途径是昭和电器公司的废水排入河道后，废水中的一部分汞，即为硅藻等浮游生物所吸收。硅藻是飞蛾等小昆虫的食物，于是汞便随阿贺野川的河水流出60公里到达河口，在此过程中，小昆虫尸体沉入河底，成为石斑鱼等低层鱼的诱辨，于是又随小昆虫被石斑鱼等所吞食，再次富集。鳝鱼、鲶鱼等食肉鱼类又以石斑鱼等为食，就这样经由食物链一级一级地富集，最后是鲶鱼等体内的含汞量达到10-20mg/kg(毫克/千克)，最高达50-60mg/kg,比原污染水中汞浓度高1-IO万倍，比正常鱼体的含汞量高900倍。居住在这里的人们由于长期食用这种含高浓度汞的鱼类和贝类，导致汞在体内大量积累，从而引起中枢神经的破坏。专家们发现新生儿头发中的汞含量相当高，尤其是曱基汞，甚至超过其母体中汞的含量，还发现母体中汞的含量随着怀孕时间的增加呈逐渐下降的趋势。原因在于妊娠期妇女摄入体内的甲基汞可以通过胎盘屏障进入胎体，而胎儿不能通过排尿排汗有效地把曱基汞排出体外，引起了胎儿体内汞的富集，导致新生儿汞中毒。研究发现，亲脂性的曱基汞不但能穿过细胞膜进入细胞核与各种核糖核酸相结合，沉积于神经和脊髓组织中，也能穿过血脑屏障进入大脑而产生毒性。英国专家统计，西方神经系统疾病患者数量在过去的20年中激增，这些脑病有阿尔茨海默氏症、帕金森病及各种中枢神经疾病等，尤其男性的痴呆率上升了两倍。汞对人类神经系统的危害性最大，水中的微生物可以使毒性较低的无机汞转变为毒性很高的曱基汞。鱼类吸收甲基汞的速度非常快，人类食用了被曱基汞污染的鱼类后，人体内的蛋白质和酶的生化功能^皮扰乱，神经系统特别是中枢神经损伤严重，损害最严重的是小脑和大脑。我国的浙江省、广东省等不少地方的水被汞污染，应引起各方的重视。目前，化学沉淀法、反渗透膜法、离子交换树脂法等去除汞时，对处理水中微量、痕量的汞不是很有效。
发明内容本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中的汞，从而达到改善水质的目的。本发明的另一个目的是提供一种用于去除水中汞的过滤介质的制备方法。为了达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案一种用于去除水中汞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、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的重量比为100-300:50-100:200-350:200-350;b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。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，优选使用重均分子量为250-400万的聚乙烯。本发明中，对于高分子物质而言，如果没有特别说明，提及的分子量指的是重均分子量。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^^司助剂二厂可4是供M-1(分子量为150±50万)、M-II(分子量为250±50万)、M-III(分子量为350±50万)、M-IV(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，另外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，可以起到吸附水中高氯酸盐的作用。因为超高分子量聚乙烯的熔体流动性差，在加热形成超高分子量聚乙烯熔体后不像普通的聚乙烯一样容易形成连续的流体，所以形成微孔就较为六且谷勿。活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、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。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。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水中的杂质，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。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。活性炭使用粒径为38-250微米的医用活性炭去除汞的效果更佳。分子筛是一种具有立方晶格结构的硅酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在受热过程中连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又由许多直径相同的微孔相连，这些微小的空穴直径大小均匀，能比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子、极性程度不同的分子、沸点不同的分子、饱和程度不同的分子分离开来，即具有"筛分"分子的作用，故称为分子篩。分子筛对于水中高氯酸盐具有强大的吸附和截留作用。常用的分子筛型号有A型钾A(3A)，钠A(4A),4丐A(5A);X型钙X(IOX)，钠X(13X);Y型钠Y，钧Y。其中，钠X型分子篩粉具有更好的效果。分子筛吸湿能力极强，存放时间较长并已经吸湿的分子筛-使用前应进行再生处理。再生处理的方法^f艮多，中国专利ZL91111093中公开了一种再生处理的方法，包括以下步骤(1)将硫酸铵与废分子筛裂化催化剂^l姿照重量比为0.25-1.5:l混合均匀；(2)加热至250-600。C焙烧获得可;;容性盐；(3)焙烧产物用水浸，使可溶性盐溶于水中；(4)过滤使溶液与分子筛滤渣分离；(5)滤渣用水或稀氨水洗涤，直至洗到无S042—;(5)滤渣在50-IO(TC下干燥。如果分子筛为没有吸湿的分子筛，则可以直接使用而不需要进行再生处理。海泡石按照形成的原因可以分为热液型海泡石和沉积型海泡石两种类型，通常称为cx-型海泡石和l3-型海泡石。热液型海泡石矿由热液直接结晶而成或者由火山玻璃、含镁的矿物经低温热液蚀变而成，常产于富含4美的白云质灰岩、白云质大理岩石中；沉积型海泡石矿床常与碳酸盐岩、粘土岩共生，由沉积成岩作用生成。热液型海泡石呈长束纤维状，MgO(氧化镁)和Si02(二氧化硅)含量高，A1203(氧化铝)含量低，为富镁海泡石；沉积型海泡石呈粘土状，但在电子显^U竟下观察仍然呈纤维状，改性海泡石A1203含量高，Mg和Si02含量低，为富铝海泡石。海泡石具有大的比表面积和孔容积，有贯穿整个结构的通道和空隙，而且海泡石表面存在三类活性中心(1)硅氧四面体层中的氧原子，氧原子提供弱的电荷从而进行对吸附物的吸附；(2)在边缘部位与镁离子配位的水分子，它们可以与吸附物形成氢键；(3)在四面体的外表面，Si-O-Si4建断裂而产生的Si-OH离子团，通过一个质子或一个羟基分子来补偿剩余的电荷，这些离子团沿纤维轴以5埃的间距分布，其数量取决于纤维的大小和晶体的缺穴。这些Si-OH离子团可与被吸附在海泡石外表面上的分子相互作用，还可以与某些有机试剂形成共Y介4建。这些活性中心使得海泡石的吸附性能极好，包括吸附非极性或者弱极性的有机化合物。优选使用粒径为18-150微米的海泡石粉。粒径d、的海泡石4分比表面积大，更容易发挥吸附作用。经过活化处理的海泡石粉效果更佳，可以使用酸活化，例如使用浓度为0.1-20%的硫酸在温度20-10(TC浸泡处理1-15h(小时)。在本发明用于去除水中汞的过滤介质的制备方法中，还可以加入一定量的发孔剂。发孔剂可以选择偶氮二曱酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级^^酸氬铵。其中，食品级碳酸氬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。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。压制压力可以选才奪为0.4-1.0MPa，烧结温度为200-250°C,烧结时间为10-200分钟，冷却至70。C以下可以脱才莫。虽然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，但是本发明不局限于此种理论。对于在制备过程中它们之间的具体的化学变化、结构的变化尚不能确定。此几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除水中的汞，并且有协同作用，可以将水中的汞充分吸收。在本发明中，对于混合步骤，可以认为任何不会显著改变4分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4仑叶片的搅拌器、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l.OMPa,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，也可以使用铝箔等脱模纸。本发明还提供了以下技术方案一种使用了上述过滤介质的滤芯。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，本发明的优点在于所提出的技术方案制备的过滤介质能够去除水中的汞，去除率达到96%以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。具体实施例方式为了能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案^f故进一步的阐述和说明。实施例1(1)称取超高分子量聚乙烯粉200g(克)，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)称取医用活性炭粉70g,所述医用活性炭的粒径为38-250微米；(3)称取钠X型分子筛粉300g，所述分子筛粉为沈阳绿思创分子筛有限公司；(4)称取海泡石粉280g，所述海泡石粉的粒径为18-150微米，该海泡石粉经过酸化活化处理，具体的酸化处理工艺为使用浓度为10%的硫酸在温度60。C浸泡处理12h,然后用去离子水洗涤干净，并在30(TC下焙烧3h;(5)称取食品级碳酸氢铵60g,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分钟混合均匀；(7)装填入直径为50mm(毫米)管状模具中，在0.65MPa的液压压力下压制，在240。C温度下烧结60分钟。(8)自然冷却至5(TC然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。实施例2(1)称取超高分子量聚乙烯粉120g,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-in型产品，其分子量为350万；(2)称取医用活性炭粉95g,所述医用活性炭的粒径为38-250微米；(3)称取钠X型分子筛粉340g,所述分子筛粉为沈阳绿思创分子筛有限公司；(4)称取海泡石粉215g，所述海泡石粉的粒径为18-150樣i米，该海泡石粉经过酸化活化处理，具体的酸化处理工艺为使用浓度为10y。的碌J吏在温度60。C浸泡处理12h，然后用去离子水洗涤干净，并在300。C下焙烧3h;(5)称取食品级碳酸氢铵50g,纯度达到99.99%以上；其余步骤和实施例1相同。实施例3(1)称取超高分子量聚乙烯粉195g,所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有P艮公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；(2)称取医用活性炭粉50g,所述医用活性炭的粒径为89-178微米；(3)称取钠X型分子筛粉200g，所述分子筛粉为沈阳绿思创分子筛有限公司；(4)称取海泡石粉350g,所述海泡石粉的粒径为18-150微米，该海泡石粉经过酸化活化处理，具体的酸化处理工艺为使用浓度为11°/。的硫酸在温度50。C浸泡处理10h，然后用去离子水洗涤干净，并在200。C下焙烧4h;(5)称取偶氮二曱酰胺80g,其纯度达到分析纯；其余步骤和实施例l相同。实施例4(1)称取超高分子量聚乙埽粉150g,所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工有P艮^^司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；(2)称取医用活性炭粉60g,所述医用活性炭的粒径为89-178微米；(3)称取钠X型分子筛粉240g,所述分子篩粉为沈阳绿思创分子筛有限公司；(4)称取海泡石粉260g，所述海泡石粉的粒径为18-150樣i米，该海泡石粉经过酸化活化处理，具体的酸化处理工艺为使用浓度为15%的硫酸在温度70。C浸泡处理7h,然后用去离子水洗涤千净，并在260。C下焙烧3.5h;(5)称取草酸70克，其纯度达到分析纯；其余步骤和实施例1相同。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，该结构滤芯对々欠用水中的汞的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。表l使用滤芯处理前后的水，测试方法参照GB5749-2006单位jug/L<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的汞取得了4艮好的效果。以上对本发明所提供的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。权利要求1、一种用于去除水中汞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、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的重量比为100-300∶50-100∶200-350∶200-350；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的分子量为250-400万。3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为医用活性炭，其粒径为38-250微米。4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛粉为钠X型分子筛粉。5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海泡石粉为经过酸化处理的海泡石粉。6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压制的温度为200-250。C。7、根据权利要求1-6任意一项所述的制备方法得到的过滤介质。8、使用权利要求7所述过滤介质的滤芯。9、一种净水装置，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，包括权利要求9所述的净水装置。全文摘要本发明公开一种用于去除水中汞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、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、分子筛粉和海泡石粉的重量比为100-300∶50-100∶200-350∶200-350；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。相对于现有技术，利用本发明所述的过滤介质能够去除水中的汞，去除率达到96％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。文档编号C02F1/62GK101584980SQ20081009326公开日2009年11月25日申请日期2008年5月19日优先权日2008年5月19日发明者周奇迪申请人:周奇迪