本发明涉及一种去除饮用水中石棉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：
石棉是6种具有商业用途的天然纤维矿物的总称，是彼此平行排列的细小管状纤维集合体，其直径可以小到0.1微米以下。目前，石棉制品及含有石棉的制品有近3000种。1000g石棉约含100万根元纤维，在水中可悬浮几天，十几天，持续的造成污染。美国使用含石棉的水泥管输送自来水，95％的自来水中都检出石棉。石棉细小的粉末进入人体则会造成疾病乃至癌变。美国职业安全与健康协会作的测试，每进行一次常规性摩擦实验，汽车刹车就会产生数百万之多的石棉纤维进入空气中，最终还是落在土壤和水体中。
石棉对身体健康的危害会在10年～40年之后才爆发出来。得到1980～2003年间，石棉相关病症造成1.2万人死亡；法国每年因石棉致死2000人；美国1990～1999年报告了20000名石棉沉着病例。
美国1971年限制石棉使用，1992年全面禁止生产与使用石棉。韩国和日本2008、2009年全面禁用石棉制品。目前，包括欧洲、美国、澳洲等在内的55国已经禁止汽车零部件使用石棉。在中国，石棉类的汽车零部件仍在被广泛使用。
现有技术去除饮用水石棉有很多方法。高级化学氧化法可以去除部分石棉，但使用过于繁琐；纳滤膜、ro膜去除效果好，但费水费电，成本高，排放的浓缩液不易处理，易造成二次污染。
技术实现要素：
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，该过滤介质饮用水中石棉的去除率高，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。
本发明提供了一种去除饮用水中石棉的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为100～300:50～90:210～300:100～150:50～100；
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0.4mpa～1mpa；所述烧结温度为200℃～245℃；所述烧结时间为90～150min；所述冷却温度为40℃～60℃。
优选的，所述埃洛石为管状埃洛石。
优选的，还包括蛋白石粉。
优选的，所述蛋白石粉与超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为50～100:100～300:50～90:210～300:100～150:50～100。
优选的，还包括膨胀珍珠岩。
优选的，所述膨胀珍珠岩与超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为50～100:100～300:50～90:210～300:100～150:50～100。
本发明提供了上述技术方案所述的制备方法得到的用于去除饮用水中石棉的过滤介质。
本发明提供了一种滤芯，由上述技术方案所述的过滤介质构成。
本发明提供了一种净水装置，上述技术方案所述的过滤介质或者上述技术方案所述的滤芯。
本发明提供了一种饮水机，上述技术方案所述的净水装置。
与现有技术相比，本发明提供了一种去除饮用水中石棉的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为100～300:50～90:210～300:100～150:50～100；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0.4mpa～1mpa；所述烧结温度为200℃～245℃；所述烧结时间为90～150min；所述冷却温度为40℃～60℃。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石棉的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除石棉对人体产生的伤害，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石棉的去除率在99％以上。
具体实施方式
本发明提供了一种去除饮用水中石棉的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为100～300:50～90:210～300:100～150:50～100；
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0.4mpa～1mpa；所述烧结温度为200℃～245℃；所述烧结时间为90～150min；所述冷却温度为40℃～60℃。
本发明首先将超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为100～300:50～90:210～300:100～150:50～100；优选为110～280:60～90:220～290:110～145:60～90；更优选为120～270:65～85：230～280:120～140:65～85。
在本发明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量优选为100万～400万，更优选为250万～400万，最优选为250万～350万。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-i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，可以起到吸附水中石棉的作用。本发明优选采用粒径为74～89μm，更优选为76～85μm的超高分子量聚乙烯。
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500m2/g，更优选不低于1000m2/g。活性炭可以高效吸附饮用水中的重金属、有机物、异色异味，尤其是医用活性炭，作为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。
本发明优选采用粒径为74～84μm的医用活性炭；更优选采用75～80μm的医用活性炭。
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的失去，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空穴的内部，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，故称为分子筛。
常用的分子筛型号有：
a型：钾a(3a)，钠a(4a)，钙a(5a)；
x型：钙x(10x)，钠x(13x)；
y型：钠y，钙y。
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。再生处理的方法很多，中国专利zl91111093中公开了一种再生处理的方法，包括以下步骤：将硫酸铵与废分子筛裂化催化剂按照重量比为0.25～1.5:1混合均匀；加热至250～600℃焙烧获得可溶性盐；焙烧产物用水浸，使可溶性盐溶于水中；过滤使溶液与分子筛滤渣分离；滤渣用水或稀氨水洗涤，直至洗到无so；滤渣在50～100℃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。
本发明使用的分子筛粉为纳米x型沸石分子筛。此类型的分子筛相对于其余分子筛具有更好的去除水中石棉的效果。
埃洛石是一种硅酸盐矿物，一般为白色，蜡状或油脂光泽。贝壳状断口。比重为2:1，失水后可增高到2.6左右。埃洛石是一种主要的粘土矿物，是典型的风化作用产物。中国四川叙永、贵州习水一带和山西阳泉等地风化壳中均有产出，并因产地而又得名为叙永石。它也产于金属硫化物矿床的氧化带中，有时也少量产于现代沉积物中。
晶体属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物，也属1:1型结构单元层的二八面体型结构，但结构单元层之间有层间水存在，故也称多水高岭石。在50～90℃失去大部层间水，成为变埃洛石，与高岭石构成同质多象。埃洛石通常呈致密块状或土状；在电子显微镜下可见晶体呈直的或弯曲的管状形态。中纬埃洛石粘土的化学成分如下：sio245.8％、al2o337.3％、fe2o30.5％、k2o0.11％、tio20.39％、caomgo低微、烧失量14.50％、白色或桃红色、耐火度1730℃、结合力高。
本发明埃洛石优选为管状埃洛石，更优选为粒径为10～80μm的管状埃洛石。
本发明经过反复试验发现，虽然埃洛石和高岭石晶体结构类似，但是微观结构差别很大，高岭石为很多细小的假六方片状，埃洛石则常呈细长空心管状。而且相对于高岭石，埃洛石有序度差，比重小。其对于石棉的吸附大大优于高岭石。
本发明所述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。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。其中，食品级碳酸氢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。
现有技术公开的对于饮用水中石棉的去除大都为90％左右，再提高就比较困难。本发明人创造性的发现，超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂烧结后，形成的网状结及电荷性质增强了石棉的吸附作用。通过这五种原料的相互配合和相互作用，共同使得对于饮用水中的石棉的去除率高，效果好。
在本发明中，还包括蛋白石粉。
蛋白石是二氧化硅的水合物，成分为sio2·nh2o，是非晶质结构，所以无一定的外形，断口为贝壳状，主要是二氧化硅的胶体沉淀形成的，如果沉淀在生物遗骸中，则形成“树化玉”；沉淀在海螺遗骸中，则形成"螺化玉"，螺化玉目前仅在海南少有发现，当地人称为螺化石或海玉。蛋白石是天然的硬化的二氧化硅胶凝体，含5～10％的水分。蛋白石与多数宝石不同，属于非晶质，会由于宝石中的水分流失，逐渐变干并出现裂缝。蛋白石在矿物学中属蛋白石类，是具有变彩效应的宝石，是一种含水的非晶质的二氧化硅。无固定外形，常为致密块状、粒状、土状、钟乳状、结核状、多孔状等。
在本发明中，所述蛋白石粉与超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、活化凹凸棒石粉、纳米分子筛和发孔剂的重量比优选为50～100:100～300:50～90:210～300:100～150:50～100，更优选为60～90：110～280:60～90:220～290:110～145:60～90，最优选为65～85:120～270:65～85：230～280:120～140:65～85。
本发明人创造性的发现，经过上述蛋白石粉与超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂经烧结后，形成相互协同作用，大大增强了对水中石棉的吸附作用。
在本发明中，优选还包括膨胀珍珠岩。所述膨胀珍珠岩与超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂的重量比为50～100:100～300:50～90:210～300:100～150:50～100，更优选为60～90：110～280:60～90:220～290:110～145:60～90，最优选为65～85:120～270:65～85：230～280:120～140:65～85。
膨胀珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩非金属矿产，包括珍珠岩、松脂岩和黑曜岩，三者只是结晶水含量不同。由于在1000～1300℃高温条件下其体积迅速膨胀4～30倍，故统称为膨胀珍珠岩。一般要求膨胀倍数>7～10倍(黑曜岩>3倍，可用)，二氧化硅70％左右。均为露天开采。不用选矿，只需破碎，筛分即可。
本发明人创造性的发现上述膨胀珍珠岩和上述超高分子量聚乙烯粉、木质医用活性炭粉、沸石分子筛、埃洛石和发孔剂具有协同作用，特别对于水中石棉去除率高，效果好。
在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。
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，在这几种原料的协同加合作用下，水中的石棉可以被充分吸附。
在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。
将上述原料混合后，将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。
具体为，将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，压力优选不大于2mpa，更优选为0.4～1.0mpa，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铁、锰、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，也可以使用脱模纸。烧结温度为200℃～245℃，更优选为220℃～240℃；烧结时间为90分钟～150分钟，更优选为100分钟～120分钟；烧结后冷却至40℃～60℃脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后，得出在上述烧结温度和时间范围内制作出的过滤介质，过滤效果更好。
本发明还提供了以下技术方案：有上述技术方案所述的制备方法得到的用于去除饮用水中石棉的过滤介质。
本发明还提供了以下技术方案：一种由上述过滤介质构成的去除饮用水中石棉的滤芯。
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。
本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对水中石棉的去除率高，方法简单，适用于受其污染的饮用水，免除石棉对人体产生的伤害，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石棉的去除率在99％以上。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的去除饮用水石棉的过滤介质进行详细描述。
实施例1
(1)称取粒径为76μm超高分子量聚乙烯粉100g，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-i型产品，其分子量为250万；
(2)称取粒径为75μm的医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的比表面积为800m2/g；
(3)称取210g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为20μm的埃洛石粉100g；
(5)称取碳酸氢铵发孔剂50g；
(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)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.7mpa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结120分钟；
(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
实施例2
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取260g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为50μm的埃洛石粉130g；
(5)称取发孔剂75g；
(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)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
实施例3
(1)称取粒径为85μm超高分子量聚乙烯粉240g，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-iv型产品，其分子量为400万；
(2)称取粒径为80μm的医用活性炭粉90g，所述医用活性炭的比表面积为1200m2/g；
(3)称取280g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为70μm的埃洛石粉150g；
(5)称取发孔剂100g；
(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)在混合后的粉末中取300g装填入管状模具中，在0.9mpa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结90分钟；
(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
实施例4
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取260g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为50μm的埃洛石粉130g；
(5)称取发孔剂75g；
(6)称蛋白石粉75g；
(7)将上述六种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(8)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(9)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
实施例5
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取260g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为50μm的埃洛石粉130g；
(5)称取发孔剂75g；
(6)称膨胀珍珠岩75g；
(7)将上述六种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(8)在混合后的粉末中取300g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(9)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
比较例1
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取粒径为50μm的埃洛石粉130g；
(4)称取发孔剂75g；
(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(6)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
比较例2
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取260g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取发孔剂75g；
(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(6)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
比较例3
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉130g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取150g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取发孔剂75g；
(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(6)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
比较例4
(1)称取粒径为80μm超高分子量聚乙烯粉150g，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300万；
(2)称取粒径为78μm的医用活性炭粉70g，所述医用活性炭的比表面积为1500m2/g；
(3)称取260g纳米x型沸石分子筛；
(4)称取粒径为50μm的蒙脱石粉130g；
(5)称取发孔剂75g；
(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)在混合后的粉末中取400g装填入管状模具中，在0.6mpa的液压压力下压制，在220℃温度下烧结100分钟；
(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。
实施例6
取实施例1～5以及比较例1～4所得的滤芯，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，该结构滤芯对饮用水中的石棉的去除效果好。如表1所示，为采用实施1～5以及比较例1～4提供的滤芯对饮用水处理前后的几种石棉含量。
表1使用滤芯处理前后水中的石棉含量，单位：μg/l
从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的石棉取得了很好的效果，该滤芯非常适合家庭终端饮用水处理的需要。
以上对本发明所提供的用于去除饮用水中石棉的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质构成的滤芯进行了详细介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。