本发明涉及水净化技术领域，尤其涉及一种阻垢炭膜及其制备方法和应用，通过炭膜滤除、吸附有机物、细菌、胶体待污染物，同时释放高效能的阻垢因子，高效抑制水垢生成。
背景技术：
随着工业快速发展水体污染也越来越严重，能否喝到安全的饮用水已经成为人们高度关注的问题，因此净水行业迅速发展，除解决水中有机物、细菌、胶体等污染物外，水垢却是一直以来难以解决的问题。
水中含有钙、镁离子以及碳酸根、碳酸氢根、硫酸根等。当水达到一定温度，其中的钙、镁离子与酸根结合，生成碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等析出沉淀，从而形成水垢。
一般水中含钙离子较多，故水垢的主要成分一般为钙盐。
成分:碳酸钙(镁)。水中含碳酸氢钙(镁)，这些都是可溶的，水煮沸后，二者分解为碳酸盐沉淀。
ca(hco3)2＝caco3↓+co2↑+h2o
由于氢氧化镁比碳酸镁更难溶，因此生成的碳酸镁可转化为氢氧化镁。
mgco3+h20＝mg(oh)2↓+co2↑
水垢根据其形成原因和成形状态的不同大致可分为硬垢和软垢两种。当水中含有碳酸盐胶体、细菌和有机物等杂质时，碳酸盐类似于水泥沙浆中的沙石，而胶体、细菌和有机物等则相当于水泥沙浆中的水泥，当水中胶体、 细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐共同作用，在高温煮沸条件下则形成了和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢。而一旦胶体、细菌和有机物等粘性物质被去除后，即使水中钙、镁离子和碳酸根离子浓度很高，也只形成成洁白而松散的容易去除的碳酸盐软垢，而不会产生硬垢。
水垢通常胶结于容器或管道表面。在热水领域水垢的产生往往引起大量的问题，首先，硬垢导热性很差，会导致受热面传热情况恶化，从而浪费燃料或电力。其次，水垢如果胶结于热水器或锅炉内壁，还会由于热胀冷缩和受力不均，极大的增加了热水器和锅炉爆裂甚至爆炸的危险性。另外，水垢胶结时，也常常会附着大量重金属离子，如果该容器用于盛装饮用水，会有重金属离子过多溶于饮水的风险。水垢碎片进入胃中与盐酸反应会释放出钙镁离子和二氧化碳，前者是结石形成的必要物质，但水垢和结石没有直接关系，后者则会使人胀气、难受，胃溃疡病人还可能发生胃穿孔的危险。
另一方面，在净水行业，超滤净水技术发展多年，技术成熟，可有效过滤水体中的固体颗粒物、胶体等杂质，然而超滤净水产品一直以来则保苦于无法去除水垢以至于无法大范围的推广普及，特别是在水质条件较差的北方地区和西南地区得不到推广应用。与之对应的是，ro反渗透纯水技术在净水行业中得到大规模的应用推广，得力于它的超高过滤精度(0.0001微米)，过滤掉了所有的钙镁离子，出水不会产生水垢的问题，能适合全国范围内的各种水质条件，市场行销中检测演示具有多样性、可操作性，说服力较高所以商家也爱推广应用。然而纯水机也存在一个重要的问题，是在高硬度水质地区容易发生反渗透膜堵膜，膜寿命降低的问题，究其原因是因为，高硬度水质地区水垢晶体形成、生长于反渗透的膜孔上对膜孔进行堵塞造成反渗透膜寿命降低。
由此可见，在热水、净水等多个领域阻垢技术市场需求旺盛。然而当前没有合适的技术、产品满足这些领域的阻垢需求，工业上常用的硅磷晶等阻垢剂常因为释放过快、药剂量大从而存在使用时效短、价格昂贵、安全隐患大等诸多问题。
为此，本发明公开一种阻垢炭膜技术，以粉末活性炭为基材复合阻垢材料及其他添加剂，通过配方调配、成型工艺调节制备而成阻垢炭膜，其具有精密的过滤精度，可有效阻隔水体固体颗粒物、铁锈、泥沙、细菌、胶体等不溶物，还可吸附余氯、有机物等污染物，同时缓慢、长效释放出阻垢成分，有效解决热水、净水领域长期善待攻克的阻垢问题，在家用净水、中央净水、商用净水、热水器、暖通及太阳能热水等领域具有广泛、显著的应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够有效阻止水垢生成和具有良好的余氯去除效能的阻垢炭膜及其制备方法。
为了解决上述技术的问题，本发明采用的技术方案是：一种阻垢炭膜，按重量份数包括以下组分：
80～150目阻垢颗粒炭粉15～35份；
150～250目阻垢颗粒炭粉15～40份；
250～350目阻垢颗粒炭粉5～15份；
粘结剂10～30份。
优选的，所述阻垢炭膜，按重量份数包括以下组分：
80～150目阻垢颗粒炭粉18份；
150～250目阻垢颗粒炭粉18份；
250～350目阻垢颗粒炭粉6份；
粘结剂18份。
优选的，所述粘结剂为低密度聚乙烯ldpe、高密度聚乙烯hdpe、聚乙醇pva中的一种。
进一步的，所述阻垢颗粒炭粉由以下方法制得：将纯水与乙醇以10:1的体积比配置混合液，称取阻垢材料放入水与乙醇的混合液中，加热至70度并恒温搅拌，待其完全溶解后，将颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得。
进一步的，所述阻垢炭膜由以下方法制得：在步骤将纯水与乙醇以10:1的体积比配置混合液，称取阻垢材料放入水与乙醇的混合液中，加热至70度并恒温搅拌，待其完全溶解后，将颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得之后，还包括，称取一定量的添加剂溶于110水与乙醇的混合液(体积比10：1)，将上述颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得。
优选的，所述阻垢材料的重理含量为0.05～30％。
优选的，所述阻垢材料为有机膦酸、多元醇膦酸酯、有机膦酸盐、有机酸盐类、聚羧酸类中的一种或几种的混合物，具体的，包括有机膦酸系列：氨基三叉二膦酸(atmp)，羟基乙叉二膦酸(hedp)，乙二胺四亚甲基膦(edtmp)，多元醇膦酸酯，甘氨酸二亚甲基膦酸(gdmp)，dpsc，乙二胺四甲叉膦酸钠(edtmps)，二亚乙基三胺五甲基膦酸(dtpmpa)，dpa，乙脒基乙叉二磷(aedp)，pbtca等；有机膦酸盐：磺胺基二甲基叉膦酸(sapdp)，aapa，aaca，atmp的钠盐、钾盐，hedp的钠盐等；有机酸盐类：柠檬酸钠、海藻酸钠、草酸钠等；聚羧酸类：聚丙烯酸(paa)， 聚丙烯酸钠(paas)，水解马来酸酐(hpma)，马来酸酐-丙烯酸共聚物(ma-aa)，丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(aa/amps)，聚环氧琥珀酸(pesa)，聚天冬氨酸(pasp)，膦酰基羧酸共聚物(poca)等。
优选的，所述添加剂为抗菌抑菌剂、沸石、硅藻土粉、聚己烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、乙烯一醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯一醋酸纤维、己二酸、水杨酸、聚乙烯醇、交联聚合物、聚甲基丙烯酸酯、硅橡胶、琼脂、难溶性的高级脂肪酸或高级脂肪醇的酯、天然高分子物明胶、阿拉伯胺、蛋白质等碳水化合物的聚合物淀粉、纤维素衍生物、合成高分子物pvp、peg、多糖水凝胶中的一种或几种的混合物。
添加剂能够起到炭膜支撑、炭膜其他功能调节、炭膜精度调节、阻垢成分释放速率等参数的调节。
本发明还提供了一种制备上述阻垢炭膜的方法，具体包括以下步骤：取不同目数的阻垢颗粒炭粉与粘结剂混合均匀，通过套筒法或挤出法在120～300℃温度下烧结制备而成。
优选的，所述烧结时间为10分钟～4小时。
由上可见，应用本发明实施例的技术方案，有如下有益效果：本发明的阻垢炭膜具有精密的过滤精度，可有效阻隔水体固体颗粒物、铁锈、泥沙、细菌、胶体等不溶物，还可吸附余氯、有机物等污染物，同时发挥活性炭本身所具有的独特分子筛型的吸附功效，可缓慢、长效释放出阻垢因子，双向作用达到抑制水垢的生成，有效解决热水、净水领域长期善待攻克的阻垢问题，在家用净水、中央净水、商用净水、热水器、暖通及太阳能热水等领域具有广泛、显著的应用价值。
说明书附图
图1为本发明阻垢炭膜技术原理示意图。
具体实施方式
下面将以如下具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：阻垢颗粒炭粉的制备
将纯水与乙醇以10:1的体积比配置110毫升混合液，称取4克阻垢材料hpma放入水与乙醇的混合液中，加热至70度并恒温搅拌，待其完全溶解后，将100克颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得hpma含量为4％的阻垢颗粒炭粉ⅰ。
将纯水与乙醇以10:1的体积比配置110毫升混合液，称取4克阻垢材料pesa放入水与乙醇的混合液中，加热至70度并恒温搅拌，待其完全溶解后，将100克颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干待用，称取4克天然明胶溶于110水与乙醇的混合液(体积比10：1)，将上述颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得pesa含量为4％的阻垢颗粒炭粉ii。
将纯水与乙醇以10:1的体积比配置110毫升混合液，称取10克阻垢材料pbtca放入水与乙醇的混合液中，加热至70度并恒温搅拌，待其完全溶解后，将100克颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干待用，称取10克天然明胶溶于110水与乙醇的混合液(体积比10：1)，将上述颗粒炭粉加入其中浸泡并搅拌4小时，过滤烘干既得pbtca含量为10％的阻垢颗粒炭粉iii。
实施例2：阻垢炭膜b1的制备
分别将90克80-150目、90克150-250目、30克的250-350目复合阻垢颗粒炭粉(由惠州市银嘉环保科技有限公司生产，阻垢材料hpma重量含量为4％的阻垢颗粒炭粉ⅰ)及90克ldpe粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在170℃下烘烤2小时，脱模切割既得阻垢炭膜b1(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
对比例2：普通炭膜a1的制备
分别将90克80-150目、90克150-250目、30克的250-350目普通活性炭粉及90克ldpe粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在170℃下烘烤2小时，脱模切割既得普通炭膜a1(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
实施例3：阻垢炭膜b2的制备
分别将90克80-150目、110克150-250目、40克的250-350目复合阻垢颗粒炭粉(由惠州市银嘉环保科技有限公司生产，阻垢材料pesa重量含量为4％的阻垢颗粒炭粉ii)及60克ldpe高分子粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在190℃下烘烤2小时，脱模切割既得阻垢炭膜b2(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
对比例3：普通炭膜a2的制备
分别将90克80-150目、110克150-250目、40克的250-350目普通活性炭粉及60克ldpe高分子粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在190℃下烘烤2小时，脱模切割既得普通炭膜a2(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
实施例4：阻垢炭膜b3的制备
分别将100克80-150目、130克150-250目、40克的250-350目复合阻垢颗粒炭粉(由惠州市银嘉环保科技有限公司生产，阻垢材料pbtca重量含量为10％阻垢颗粒炭粉iii)及30克ldpe高分子粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在190℃下烘烤2小时，脱模切割既得阻垢炭膜b3(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
对比例4：普通炭膜a3的制备
分别将100克80-150目、130克150-250目、40克的250-350目普通活性炭粉及30克ldpe高分子粘结剂置入混料缸中搅拌混匀，将此混合料粉加入磨具中通过压实机压实，在190℃下烘烤2小时，脱模切割既得普通炭膜a3(尺寸：外径＝63mm，内径＝35mm，长＝240mm)。
实施例5：a1、a2、a3及b1、b2、b3对固体颗粒物、胶体等不溶物的去除效能
以地下水为源水，在2.0bar的压力下通过已封装的普通炭膜a1、a2、a3及阻垢b1、b2、b3，采集数据，分别获得固体颗粒物、胶体等不溶物的去除效能。
表一：活性炭棒对固体颗粒物、胶体等不溶物的去除效能检测对比
以上数据可以看出，普通炭膜可有效阻隔水体固体颗粒物、铁锈、泥沙、细菌、胶体等不溶物，添加了阻垢材料的阻垢炭膜对固体颗粒物、铁锈、泥沙、细菌、胶体等不溶物的具有同等的去除功效。
实施例6：a1、a2、a3及b1、b2、b3的阻垢功效测试
在配置硬水tds630模拟实地使用环境，进行间断式通水5t(每流10l水停5分钟)，流量恒定(4l/min)，使用阻垢炭膜与普通碳膜通水，取水样烧开后分别检测0l、1000l、2000l、3000l、4000l、5000l的阻垢效率。
硬水配置方法：24.3g氯化钙+11.12g氯化镁+24.3g碳酸氢钠+80l自来水；
硬水水质：钙值：110ppm；总碱度：3.5mmol/l；tds:630ppm；电导率：1530us/cm。
表二：不同炭膜阻垢测试对比
以上数据可以看出，阻垢炭膜可有效抑制水垢的形成，并可缓慢、长效释放阻垢因子，达到长效阻垢的功效，大大提高阻垢炭膜的阻垢寿命。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。