一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法。由于本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯、二氧化鈦、亞硫酸鈣、聚烯烴納米復(fù)合材料和改性粘土均對(duì)銅有很強(qiáng)的吸附作用，因此，在上述原料的協(xié)同加合作用下，利用本發(fā)明提供的過濾介質(zhì)制備得到的濾芯可以有效去除待處理水中的銅。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的濾芯對(duì)銅的去除率較高，適用于家庭終端應(yīng)用水處理的需要。
【專利說明】一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致水資源遭到嚴(yán)重破壞，工業(yè)廢水排放到江河、湖泊中，農(nóng)藥、殺蟲劑等大量使用以及生活廢水、工業(yè)廢水的肆意排放，這些都造成地下水和地表水的水質(zhì)變差，導(dǎo)致水中產(chǎn)生很多對(duì)人體有害的物質(zhì)，水污染越來越成為影響人們生活的嚴(yán)峻問題。
[0003]在各種工業(yè)過程中，大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水中均含有重金屬污染物銅，例如，采礦、冶煉、金屬的表面處理；電鍍、石油精煉、鋼鐵與化肥、制革工業(yè)、油漆和燃料制造等工業(yè)生產(chǎn)；采礦場(chǎng)采礦過程中以及廢礦石堆、尾礦場(chǎng)的淋溶作用等。
[0004]銅中毒主要分為急性和慢性兩類。其中，急性銅中毒的臨床表現(xiàn)為急性胃腸炎，中毒者口中有金屬味，流涎、惡心、嘔吐、上腹痛、腹瀉，有時(shí)可有嘔血和黑便。銅的慢性中毒導(dǎo)致以下癥狀，例如，記憶力減退、注意力不集中、容易激動(dòng)，還可以出現(xiàn)多發(fā)性神經(jīng)炎、神經(jīng)衰弱綜合癥，周圍神經(jīng)系統(tǒng)比中樞神經(jīng)系統(tǒng)敏感，食欲不振、惡心嘔吐、腹痛腹瀉黃疸、部分病人出現(xiàn)肝腫大、肝功能異常等；在心血管方面可出現(xiàn)心前區(qū)疼痛，心悸，高血壓或低血壓；在內(nèi)分泌方面，少部分病人出現(xiàn)陽痿，還可能出現(xiàn)蝶鞍擴(kuò)大、非分泌性腦垂體腺瘤，表現(xiàn)為肥胖、面部潮紅及高血壓等。
[0005]目前，除銅的方法很多，例如，脫乙酰殼多糖法、電解法和生物法等。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的方法去除飲用水中的銅的效果不理想，因此需要提供一種對(duì)引用水中的銅具有較高去除率的過濾介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法，用于去除水中銅,去除率較高。
[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:
[0008]將混合物置于模壓器中模壓，然后在160?200°C下燒結(jié)80?120分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)，所述混合物由以下組分構(gòu)成:250?400重量份的超高分子量聚乙烯、100?200重量份的二氧化鈦、30?100重量份的亞硫酸鈣、50?100重量份的聚烯烴納米復(fù)合材料和200?300重量份的改性粘土，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為600萬?700萬。所述聚烯烴納米復(fù)合材料包括以下組分:半結(jié)晶聚烯烴樹脂和層狀硅酸鹽的納米尺寸填料；
[0009]所述改性粘土按照如下方法制備:將粘土與堿性化合物混合，在200?300°C下反應(yīng)20?25小時(shí)后得到混合物；將所述混合物與發(fā)孔劑混合，控制pH值為6?11 ;升溫至100?180°C，保溫I?10小時(shí)后得到改性粘土。
[0010]優(yōu)選的，燒結(jié)溫度為180°C，燒結(jié)時(shí)間為100分鐘。
[0011]優(yōu)選的，所述二氧化鈦的粒徑為5?500nm。
[0012]優(yōu)選的，所述二氧化鈦的粒徑為50?300nm。
[0013]優(yōu)選的，所述聚烯烴納米復(fù)合材料按照如下方法制備:
[0014]將聚烯烴樹脂與納米尺寸層狀硅酸鹽混合，得到母料；
[0015]將所述母料與聚烯烴組分混合。
[0016]優(yōu)選的，所述粘土為高嶺土、膨潤土、蒙脫土和海泡石中的一種或幾種。
[0017]優(yōu)選的，所述堿性化合物為碳酸鈉或碳酸氫鈉。
[0018]優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯為250重量份；二氧化鈦為150重量份；亞硫酸鈣為50重量份；聚烯烴納米復(fù)合材料為90重量份；改性粘土為200重量份。
[0019]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制備的用于去除水中銅的過濾介質(zhì)。
[0020]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種由上述過濾介質(zhì)構(gòu)成的用于去除水中銅的濾芯。
[0021]本發(fā)明提供了一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:將混合物置于模壓器中模壓，燒結(jié)、冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)，所述混合物由以下組分構(gòu)成:超高分子量聚乙烯、二氧化鈦、亞硫酸鈣、聚烯烴納米復(fù)合材料和改性粘土，所述聚烯烴納米復(fù)合材料包括以下組分:半結(jié)晶聚烯烴樹脂和層狀硅酸鹽的納米尺寸填料；所述改性粘土按照如下方法制備:將粘土與堿性化合物混合，在200?300°C下反應(yīng)20?25小時(shí)后得到混合物；將所述混合物與發(fā)孔劑混合，控制pH值為6?11 ;升溫至100?180°C，保溫I?10小時(shí)后得到改性粘土。
[0022]由于本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯、二氧化鈦、亞硫酸鈣、聚烯烴納米復(fù)合材料和改性粘土均對(duì)銅有很強(qiáng)的吸附作用，因此，在上述原料的協(xié)同加合作用下，利用本發(fā)明提供的過濾介質(zhì)制備得到的濾芯可以有效去除待處理水中的銅。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的濾芯對(duì)銅的去除率較高，適用于家庭終端應(yīng)用水處理的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例公開了一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:將混合物置于模壓器中模壓，然后在160?200°C下燒結(jié)80?120分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)，所述混合物由以下組分構(gòu)成:250?400重量份的超高分子量聚乙烯、100?200重量份的二氧化鈦、30?100重量份的亞硫酸鈣、50?100重量份的聚烯烴納米復(fù)合材料和200?300重量份的改性粘土，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為600萬?700萬。所述聚烯烴納米復(fù)合材料包括以下組分:半結(jié)晶聚烯烴樹脂和層狀硅酸鹽的納米尺寸填料；
[0025]所述改性粘土按照如下方法制備:將粘土與堿性化合物混合，在200?300°C下反應(yīng)20?25小時(shí)后得到混合物；將所述混合物與發(fā)孔劑混合，控制pH值為6?11 ;升溫至100?180°C，保溫I?10小時(shí)后得到改性粘土。[0026]在本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的密度優(yōu)選為0.936?0.964g/cm3 ;其熱變形溫度優(yōu)選為85°C ;熔點(diǎn)優(yōu)選為130?136°C，更優(yōu)選為132?135°C，此外，所述超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)耐磨性良好。本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯的重均分子量優(yōu)選為630萬?670萬，更優(yōu)選為660萬。本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯優(yōu)選為粉末狀，其粒徑優(yōu)選為100?200 μ m，更優(yōu)選為120?160 μ m，最優(yōu)選為120?150 μ m。本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯起到粘結(jié)和形成過濾介質(zhì)骨架、孔腔的作用。
[0027]與低分子量聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯具有強(qiáng)大的靜電吸附作用，可以吸附細(xì)微、超細(xì)微的顆粒。本發(fā)明采用的超高分子量聚乙烯可以采用國內(nèi)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的超高分子量聚乙烯，例如北京東方石油化工有限公司助劑二廠和南京國晨化工有限公司廠家生產(chǎn)的超高分子量聚乙烯。
[0028]本發(fā)明中，所述二氧化鈦的粒徑優(yōu)選為5?500nm,更優(yōu)選為50?300nm,最優(yōu)選為70?90nm。本發(fā)明采用的二氧化鈦優(yōu)選由硫酸法制備，所述二氧化鈦可以為銳鈦礦或金紅石形式存在。本發(fā)明采用亞硫酸鈣作為過濾介質(zhì)的一種組成成分，可以吸附水中的銅。
[0029]所述聚烯烴納米復(fù)合材料包括以下組分:半結(jié)晶聚烯烴樹脂和層狀硅酸鹽的納米尺寸填料。其中，所述聚烯烴樹脂優(yōu)選為丙烯聚合物，可以為丙烯均聚物或者無規(guī)共聚物。層狀硅酸鹽優(yōu)選為蒙脫石粘土或納米沸石。
[0030]所述聚烯烴納米復(fù)合材料按照如下方法制備:將聚烯烴樹脂與納米尺寸層狀硅酸鹽混合，得到母料；將所述母料與聚烯烴組分混合。具體的，聚烯烴納米復(fù)合材料是通過機(jī)械混合的方法制備，納米尺寸層狀硅酸鹽可以作為母料的一部分混合到聚烯烴組分中，在此情況下，納米尺寸層狀硅酸鹽被預(yù)先分散在可與聚烯烴組分相同或者不同的聚烯烴樹脂中，然后將制備的母料與聚烯烴組分混合。本發(fā)明采用的聚烯烴納米復(fù)合材料可以采用傳統(tǒng)設(shè)備制備，如單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。
[0031]聚烯烴納米復(fù)合材料對(duì)水中銅具有很強(qiáng)的吸附作用，并且與其他原料具有協(xié)同作用，從而對(duì)水中的銅的去除率較高。
[0032]本發(fā)明以改性粘土作為制備原料，所述改性粘土優(yōu)選按照如下方法制備:將粘土與堿性化合物混合，在250?280°C下反應(yīng)22?25小時(shí)后得到混合物；將所述混合物與發(fā)孔劑混合，控制pH值為6?11 ;升溫至100?180°C，保溫I?10小時(shí)后得到改性粘土。其中，所述PH值的調(diào)節(jié)優(yōu)選采用酸性化合物或堿性化學(xué)物。所述粘土為高嶺土、膨潤土、蒙脫土和海泡石中的一種或幾種。在制備改性粘土過程中采用的堿性化合物優(yōu)選為碳酸鈉或碳酸氫鈉；所述酸性化合物優(yōu)選為乙酸。
[0033]本發(fā)明通過對(duì)粘土進(jìn)行改性，得到了改性粘土。所述改性粘土實(shí)現(xiàn)了將其中的鋁鹽轉(zhuǎn)化為擬薄水鋁石，形成了高比表面積、大孔體積的脫鋁粘土緊密結(jié)合的改性粘土。一方面，本發(fā)明制備的改性粘土具有高比表面積，可以很好地吸附水中的銅；另一方面，制備的改性粘土與超高分子量聚乙烯、二氧化鈦、亞硫酸鈣、聚烯烴納米復(fù)合材料形成協(xié)同作用，進(jìn)一步提聞對(duì)水中的銅的吸附率。
[0034]在制備改性粘土過程中，所述發(fā)孔劑選擇偶氮二甲酰胺、食品級(jí)碳酸氫銨、草酸中的至少一種。作為優(yōu)選，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺或食品級(jí)碳酸氫銨。其中，食品級(jí)碳酸氫銨也稱食用級(jí)碳酸氫銨，與工業(yè)級(jí)碳酸氫銨相區(qū)別。雖然工業(yè)級(jí)碳酸氫銨也有發(fā)孔的作用，但是它可能會(huì)含有對(duì)健康有害的雜質(zhì)，不宜用作飲用水過濾介質(zhì)的生產(chǎn)原料。發(fā)孔劑是一類易分解產(chǎn)生大量氣體而引起發(fā)孔作用的物質(zhì)，其中偶氮類化合物、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、碳酸銨、磺酰腈類化合物、草酸等是其典型的代表。其中，優(yōu)選使用食品級(jí)碳酸氫銨。
[0035]作為優(yōu)選方案，所述超高分子量聚乙烯為250重量份；二氧化鈦為150重量份；亞硫酸鈣為50重量份；聚烯烴納米復(fù)合材料為90重量份；改性粘土為200重量份。在制備過程中，所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為180?190°C，更優(yōu)選為180°C ;燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選為100分鐘。
[0036]對(duì)于上述混合步驟，可以認(rèn)為任何不會(huì)顯著改變粉體粒徑和粒度分布的低剪切混合氣或攪拌器都是適用的，例如，滾筒式混合物、螺旋式攪拌器等。
[0037]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制備得到的過濾介質(zhì)。同時(shí)，還提供一種由上述過濾介質(zhì)構(gòu)成的用于去除水中銅的濾芯。本發(fā)明提供的濾芯的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的結(jié)構(gòu)，對(duì)此本發(fā)明并無特別限制。
[0038]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0039]實(shí)施例1
[0040]在雙螺桿擠出機(jī)中，采用以下組分制備母料:88wt%聚丙烯基質(zhì)、5wt%的納米沸石、7wt%的馬來酸酐-g-聚丙烯，具有0.7wt%的接枝在聚丙烯上的馬來酸酐。擠出條件:擠出溫度:200°C、在擠出機(jī)中停留時(shí)間:0.5min、剪切混合:100秒 ' 得到母料后，在雙螺桿擠出機(jī)中采用以下組分制備聚烯烴納米復(fù)合材料:97重量份的全同異構(gòu)丙烯均聚物和3重量份上述制備的母料，擠出條件與上述相同。
[0041]將100克高嶺土(中國高嶺土工業(yè)公司生產(chǎn))和濃度為10%的碳酸氫鈉混合均勻，在200°C下處理20小時(shí)，得到混合物料；向所述混合物料中加入偶氮二甲酰胺，調(diào)節(jié)pH值為7?8，然后升溫至180°C，保溫5小時(shí)，物料過濾，洗滌，干燥后得到改性粘土。
[0042]稱取350g分子量為650萬的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、120g粒徑為10nm的二氧化鈦、50g亞硫酸HlOOg聚烯烴納米復(fù)合材料和200g上述制備的改性粘土放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在180°C下燒結(jié)100分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。
[0043]實(shí)施例2
[0044]在雙螺桿擠出機(jī)中，采用以下組分制備母料:88wt%聚丙烯基質(zhì)、5wt%的納米沸石、7wt%的馬來酸酐-g-聚丙烯，具有0.7wt%的接枝在聚丙烯上的馬來酸酐。擠出條件:擠出溫度:200°C、在擠出機(jī)中停留時(shí)間:0.5min、剪切混合:100秒 ' 得到母料后，在雙螺桿擠出機(jī)中采用以下組分制備聚烯烴納米復(fù)合材料:97重量份的全同異構(gòu)丙烯均聚物和3重量份上述制備的母料，擠出條件與上述相同。
[0045]將100克高嶺土(中國高嶺土工業(yè)公司生產(chǎn))和濃度為10%的碳酸氫鈉混合均勻，在200°C下處理20小時(shí)，得到混合物料；向所述混合物料中加入偶氮二甲酰胺，調(diào)節(jié)pH值為7?8，然后升溫至180°C，保溫5小時(shí)，物料過濾，洗滌，干燥后得到改性粘土。
[0046]稱取400g分子量為650萬的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、120g粒徑為10nm的二氧化鈦、50g亞硫酸H50g聚烯烴納米復(fù)合材料和300g上述制備的改性粘土放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在180°C下燒結(jié)100分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。
[0047]實(shí)施例3[0048]取實(shí)施例1~2制備的濾芯，內(nèi)襯兩層無紡布，外包兩層無紡布，再在外層裹上聚丙烯多孔網(wǎng)，濾芯兩端粘結(jié)上連接端蓋，然后放置于不銹鋼殼體內(nèi)處理飲用水。經(jīng)檢測(cè)，該濾芯對(duì)銅具有良好的去除效果。表1為采用本發(fā)明實(shí)施例1~2提供的濾芯對(duì)飲用水處理前后銅的含量。
[0049]表1使用實(shí)施例1~2制備的濾芯處理前后水中的銅的含量
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種用于去除水中銅的過濾介質(zhì)及其制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將混合物置于模壓器中模壓，然后在160?200°C下燒結(jié)80?120分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)，所述混合物由以下組分構(gòu)成:250?400重量份的超高分子量聚乙烯、100?200重量份的二氧化鈦、30?100重量份的亞硫酸鈣、50?100重量份的聚烯烴納米復(fù)合材料和200?300重量份的改性粘土，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為600萬?700萬，所述聚烯烴納米復(fù)合材料包括以下組分:半結(jié)晶聚烯烴樹脂和層狀硅酸鹽的納米尺寸填料； 所述改性粘土按照如下方法制備:將粘土與堿性化合物混合，在200?30(TC下反應(yīng)20?25小時(shí)后得到混合物；將所述混合物與發(fā)孔劑混合，控制pH值為6?11 ;升溫至100?180°C，保溫I?10小時(shí)后得到改性粘土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，燒結(jié)溫度為180°C，燒結(jié)時(shí)間為100分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈦的粒徑為5?500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈦的粒徑為50?300nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚烯烴納米復(fù)合材料按照如下方法制備: 將聚烯烴樹脂與納米尺寸層狀硅酸鹽混合，得到母料； 將所述母料與聚烯烴組分混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粘土為高嶺土、膨潤土、蒙脫土和海泡石中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述堿性化合物為碳酸鈉或碳酸氫鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯為250重量份；二氧化鈦為150重量份；亞硫酸鈣為50重量份；聚烯烴納米復(fù)合材料為90重量份；改性粘土為200重量份。
9.一種由權(quán)利要求1?8任意一項(xiàng)所述的制備方法制備的用于去除水中銅的過濾介質(zhì)。
10.由權(quán)利要求9所述的過濾介質(zhì)構(gòu)成的用于去除水中銅的濾芯。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK104028249SQ201410210859
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】梁曉 申請(qǐng)人:梁曉