用于去除饮用水中铅的过滤介质、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铅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] 我国是世界上最大的铅生产国和消费国。铅是已知毒性最大、蓄积性毒性极强的 重金属之一。若长期积累可严重危害神经细胞和大脑。会导致高血压、心脏病、肾脏和免疫 系统疾病等众多方面。儿童对此极为敏感，会造成智商和听力下降以及一些行为障碍如多 动症，导致学习能力下降、手眼动作不协调等。使用了含铅汽油、涂料、会导致骨密度下降、 老年人认知能力下降等。
[0003] 铅污染的水用于灌溉后，我国南方矿区的大米、茶叶等都超标严重；福建省不同 地区稻米重金属含量超标率最尚的是铅，达100% ;湖南省中下游地区蔬采铅含量超标率 95.8% ;淮河流域这样的情况更是很多：如山东省小清河在沿途形成一个大的污染带，污染 土壤、地表和地下水；我国北方旱作农业区用污水灌溉农田于蔬菜十分普遍；北京的通州 区污水浇地有40年历史了。
[0004] 近几年，"血铅超标"变成集中爆发之势，陕西凤翔、甘肃微县、青海湟中、湖北武 岗、四川内江、安徽怀宁、浙江德清、台州、湖南彬州、云南鹤庆等地区陆续发生血铅超标事 件。同时，饮用水铅污染在我国普遍存在，城镇自来水输水管多是选自含铅的金属管；自来 水厂用氯作为灭菌消毒剂加速了含铅水管的侵蚀和老化；而试用期超过5年的水管中铅释 放量增加，水中的铅浓度升高。而长期饮用含铅的，铅在人体内积淀、不易排出，会导致上述 一系列问题。
[0005] 传统的砂滤、微滤水处理工艺对铅的处理效果不好，不能有效的去除铅；离子交换 方法繁琐，置换饱和后的冲洗水难以处理；反渗透法使用麻烦，费水费电，成本高，排放的浓 缩液不易处理，易造成二次污染；而沉淀法同样会出现处理难的问题。
【发明内容】
[0006] 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 质对饮用水中的铅的去除率高，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。
[0007] 本发明提供了一种去除饮用水中铅的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0008] a)将超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和发孔剂混合，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、磷灰石粉和发孔剂的重量比为 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100 ;
[0009] b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却；
[0010] 所述压制压力为0. 4MPa~IMpa ;所述烧结温度为230°C~250°C ;所述烧结时间 为90~120min ;所述冷却温度为40~60°C。
[0011] 优选的，还包括重晶石粉，所述重晶石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和发孔剂的重量比为100~150:200~300:50~100:100~ 200:100 ~200:50 ~100。
[0012] 优选的，所述活性炭粉为经过改性的活性炭粉。
[0013] 优选的，还包括浮石粉。
[0014] 优选的，所述浮石粉与所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石 粉和发孔剂的重量比为80~150:200~300:50~100:100~200:100~200:50~100。
[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铅的 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铅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、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和 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、磷灰石粉和发 孔剂的重量比为200~300:50~100:100~200:100~200:50~100 ;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 230°C~250°C;所述烧结时间为90~120min ;所述冷却温度为40~60°C。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铅的去除率高，方法简单，适用于受其污染 的饮用水，免除元素铅对人体产生的伤害，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铅的去除 率在99. 8%以上。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种去除饮用水中铅的过滤介质的制备方法，其特征在于，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、磷灰石粉和发孔剂混合，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、磷灰石粉和发孔剂的重量比为 200 ~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230°C~250°C ;所述烧结时间 为90~120min ;所述冷却温度为40~60°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、磷灰石粉和发孔剂混 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、磷灰石粉和发孔剂的重 量比为 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100 ;优选为 210 ~280:60 ~ 90:110 ~190:110 ~190:60 ~90 ;更优选为 220 ~270:65 ~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-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，可以起到吸附水中铅的作用。本发明 优选采用粒径为74~89 μ m的超高分子量聚乙烯。
[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。
[0027] 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1000 m 2/ 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。本发明优选采用粒径为74~250 μm的医用活性炭。
[0028] 本发明优选对所述活性炭进行改性处理，具体为采用十六烷基三甲基氯化铵做改 性剂对活性炭进行改性处理。经过改性后的活性炭对于铅具有较好的吸附能力。
[0029] 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 (H2O) 4 [Si4OJ 2 (OH) 2，化学成分理论值为 MgO 23. 83 %、Si0256. 96 %、Η2019· 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%、Si0258. 38%、 Al2039. 5 %, CaO 0. 4 %, TiO2O. 56 %, MnO 0. 05 %, Fe203+Fe0 5. 26 %, Na2O I. I %, K2O 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SiO 2的含 量有关，含量越高吸附能力越强。
[0030] 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，凹凸棒石粉对铅具有很好地离子交换吸附能力。
[0031] 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，更优选使用申请号为 90105849. 1的中国发明专利申请公开了一种凹凸棒石粉的酸浸泡活化工艺，包括将小块的 体积约0. 5~IOOcm3的凹凸棒石粉粘土原矿