本發(fā)明涉及污染離子過濾技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鐵、鎘、砷離子過濾柱及其制備方法。
背景技術(shù)：
水是人類的生命之源，它是自然界和人類生存發(fā)展過程中不可或缺的重要因素。隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對水資源需求量越來越大，但同時水資源的污染問題也日益嚴(yán)重。水中的污染離子主要來自于工業(yè)廢水、冶金、耐火材料、化工、電鍍、冶煉、制革印染等工業(yè)污染。水中的污染離子通過消化、呼吸道、皮膚和粘膜侵入人體。經(jīng)過消化道侵入時引起嘔吐、腹疼；經(jīng)過皮膚侵入時會產(chǎn)生皮炎和濕疹。危害最大的是長期或短期接觸或吸入時有致癌危險。
目前對于水中金屬離子的處理方法主要有吸附法、絮凝沉淀法、膜分離技術(shù)等。傳統(tǒng)方法一般采用吸附法和絮凝沉淀法，其中吸附法是利用金屬離子吸附劑活性表面對金屬離子的吸引來除去金屬離子，吸附法中的關(guān)鍵材料是吸附劑，金屬離子吸附劑很多，既有天然礦物，如沸石、高嶺石等無機(jī)材料，也有天然高聚物如丹寧類、木質(zhì)素類、殼聚糖類等，還有人工合成的或改性的聚合物，如聚苯乙烯基樹脂、硅膠基樹脂等。纖維素本身具有一定的吸附功能，但吸附容量小。
離子交換柱也稱混床，是把一定比例的陽、陰離子交換樹脂混合裝填于同一交換裝置中，對流體中的離子進(jìn)行交換、脫除。按再生方式分可分為體內(nèi)再生混床、體外再生混床、陰樹脂外移再生混床三種。離子交換柱技術(shù)在水處理領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，如水質(zhì)軟化、除鹽、高純水制取、工業(yè)廢水處理、重金屬及貴重金屬回收等。水質(zhì)軟化過程在鍋爐等方面的得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的離子交換柱存在交換過程分布不均勻，離子交換樹脂使用率低的缺陷，并且造價高，運輸安裝不方便。
果殼活性炭主要以果殼和木屑為原料，經(jīng)炭化、活化、精制加工而成。具有比表面積大、強(qiáng)度高、粒度均勻、孔隙節(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附性能強(qiáng)等特點。果殼活性炭能有效吸附水中的游離氯、酚、硫、油、膠質(zhì)、農(nóng)藥殘留物和其他有機(jī)污染。果殼活性炭被廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)用水和廢水的深度凈化，如電廠、石化、煉油廠、食品飲料、醫(yī)藥、電子、海運等行業(yè)水質(zhì)凈化處理，能有效吸附水中的游離氯、酚、硫和其它有機(jī)污染物，特別是致突變物(thm)的前驅(qū)物質(zhì)，達(dá)到凈化除雜去異味。果殼活性炭脫色、凈化、去味、提純、除雜能力也要優(yōu)于一般活性炭產(chǎn)品，尤其是對于重金屬的吸附作用非常強(qiáng)。對于危害人類生存，破壞環(huán)境的汞、鉛、砷等多數(shù)重金屬有良好的吸附作用。
pp棉，是由聚丙烯纖維進(jìn)行人造而制化學(xué)纖維，棉彈性好，膨松度強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于凈水設(shè)備等行業(yè)。其用于凈水器設(shè)備中主要用途是前置凈化，過濾自來水中直徑大于5微米的膠體雜質(zhì)、微泥、鐵銹、蟲卵及有機(jī)污染礦物質(zhì)雜物等。
發(fā)明人在研究中已證實，牡丹花中之所以重金屬含量比較高，是因為牡丹花中的某些成分具有吸附重金屬的能力，經(jīng)過檢測，牡丹花制備的吸附劑對鐵、砷、鎘離子有很強(qiáng)的吸附作用。
本發(fā)明提供了一種離子交換柱過濾介質(zhì)，該介質(zhì)具有一定的強(qiáng)度，但重量輕，介質(zhì)內(nèi)容物分布均勻，造價低，運輸方便，可應(yīng)用于常見工業(yè)廢水的凈化處理，有一定的市場前景。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決我們生活水源中經(jīng)常出現(xiàn)的鐵、鎘、砷離子超標(biāo)的問題，本發(fā)明提供一種鐵、鎘、砷離子過濾柱及其制備方法，其中，本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱自上而下分別由pp棉上層、處理后的牡丹花渣層、活性炭層和pp棉下層組成；其中，所述處理后的牡丹花渣是牡丹花渣依次經(jīng)過乙醇溶液、乙醚和四氯化碳浸泡得到的。
進(jìn)一步，所述pp棉上層的填充體積占總填充物的5～20％，所述處理后的牡丹花渣層的填充體積占總填充物的20～60％，所述果殼活性炭層的填充體積占總填充物的30～50％，所述pp棉下層的填充體積占總填充物的5～25％。
進(jìn)一步，所述pp棉上層和pp棉下層采用的pp棉是過濾精度為5～20微米的pp棉濾芯。
進(jìn)一步，所述果殼活性炭層采用的果殼活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果殼活性炭。
同時，本發(fā)明還提供了一種鐵、鎘、砷離子過濾柱的制備方法，其特征在于：所述制備方法為：將pp棉、果殼活性炭、處理后的牡丹花渣和pp棉裝入上下設(shè)有濾網(wǎng)的過濾柱中，壓實，得到所述鐵、鎘、砷離子過濾柱；其中，所述處理后的牡丹花渣是將牡丹花渣依次經(jīng)過乙醇溶液、乙醚和四氯化碳浸泡得到的。
其中，所述處理后的牡丹花渣的制備方法具體為：
1)將新鮮的牡丹花采用傳統(tǒng)壓榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣；
2)將牡丹花渣置于25～70％乙醇溶液中浸泡6～18h，隨后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面殘留的乙醇、并瀝干，隨后將牡丹花渣置于70～100℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣；
3)將用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡過的牡丹花渣；
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡過的牡丹花渣2～4h，再用30～75％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗滌，得到處理過的牡丹花渣。
有益效果
發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，牡丹花中的金屬離子含量較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他部位的金屬離子含量，因此，考慮牡丹花中是否有一種成分能夠吸附金屬離子，并通過實驗初步認(rèn)定了牡丹花中含有吸附金屬離子的物質(zhì)。但是牡丹花是一種很軟的纖維狀物質(zhì)，含有很多易腐敗成分，很難作為吸附劑的原料，因此申請人將過濾柱和有機(jī)溶劑處理的牡丹花相結(jié)合，不僅能夠發(fā)揮牡丹花渣的吸附離子功能，而且能夠使得牡丹花不會腐爛變質(zhì)，得到了本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱。本發(fā)明提供的鐵、鎘、砷離子過濾柱的對鐵、鎘、砷離子的過濾能力很強(qiáng)，經(jīng)過過濾后的污染水樣符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對鐵、鎘、砷離子有很好的過濾效果。
本發(fā)明提出的鐵、鎘、砷離子過濾柱的制備方法簡單，制備成本低，使用方便，吸附效果好，同時吸附劑具有穩(wěn)定性強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，不會腐敗等特點，可以用于凈水器濾芯。本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱不會引入新的污染，具有良好的市場前景。
具體實施方式
實施例1
本實施例中，原料采用新鮮的牡丹花，市售果殼活性炭、市售pp棉。
其他化學(xué)試劑均為分析純。
一種鐵、鎘、砷離子過濾柱，所述離子過濾柱自上而下分別是：pp棉上層、處理后的牡丹花渣層、活性炭層和pp棉下層，以上四種過濾層自上而下填充，其中，pp棉上層的填充體積占10％，處理后的牡丹花渣層的填充體積占60％，果殼活性炭層的填充體積占25％，pp棉下層的填充體積占5％。
上述鐵、鎘、砷離子過濾柱的制備方法如下：
取一個上下均有帶孔濾網(wǎng)的離子交換柱，按照填充物的比例，依次將pp棉、果殼活性炭、處理后的牡丹花渣和pp棉裝入離子交換柱中，壓實，固定，得到了本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱。
其中，所述處理后的牡丹花渣層填充物的制備方法如下：
1)將新鮮的牡丹花采用傳統(tǒng)壓榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)將牡丹花渣置于50％乙醇溶液中浸泡12h，隨后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面殘留的乙醇、并瀝干，隨后將牡丹花渣置于80℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)將用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡過的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡過的牡丹花渣2～4h，再用50％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗滌，得到處理過的牡丹花渣。
所述果殼活性炭層采用的果殼活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果殼活性炭。
所述pp棉上層和pp棉下層采用的pp棉是過濾精度為5微米的pp棉濾芯。
本發(fā)明制備的離子交換過濾介質(zhì)對鐵、鎘、砷、汞、游離氯、酚、膠質(zhì)等有機(jī)化合物以及直徑大于5微米的膠體雜質(zhì)、微泥、鐵銹、細(xì)菌病毒等有較好的吸附能力。
其中，本發(fā)明的鐵的檢測方法見gb11911-1989，砷的檢測方法見sl327.1-2005，鉛的檢測方法見sl327.4-2005，汞的檢測方法見sl327.2-2005，硒的檢測方法見sl327.3-2005，游離氯的方法見gb/t5750.11-2006。
發(fā)明人用相應(yīng)的離子配制模擬污染水源，在吸附前制備不同污染的混合水，并測定其各污染離子的含量，結(jié)果見表1。
表1，吸附前各水樣的檢測結(jié)果
將上述有污染的水以1ml/s的速度通過本發(fā)明實施例1所制備的鐵、鎘、砷離子過濾柱，并用同樣的方法測定過濾后水樣的各污染離子含量。
表2，吸附后各水樣的檢測結(jié)果
根據(jù)gb5749-2006記載的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，砷不得高于0.01mg/l，鐵不得高于0.3mg/l，鎘不得高于0.005mg/l，硒不得高于0.01mg/l，鉛不得高于0.01mg/l，游離氯不得高于0.05mg/l。由此可以看出，經(jīng)過本過濾介質(zhì)吸附后砷、鐵、鎘、游離氯的吸附效果是滿足飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的，但對于硒、鉛的吸附效果較差，不能滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
實施例2
本實施例中，原料采用新鮮的牡丹花，市售果殼活性炭、市售pp棉。
其他化學(xué)試劑均為分析純。
一種鐵、鎘、砷離子過濾柱，所述離子過濾柱自上而下分別是：pp棉上層、處理后的牡丹花渣層、活性炭層和pp棉下層，以上四種過濾層自上而下填充，其中，pp棉上層的填充體積占20％，處理后的牡丹花渣層的填充體積占30％，果殼活性炭層的填充體積占40％，pp棉下層的填充體積占10％。
上述鐵、砷離子過濾柱的制備方法如下：
取一個離子交換柱，按照填充物的比例，依次將pp棉、果殼活性炭、處理后的牡丹花渣和pp棉裝入離子交換柱中，壓實，固定，得到了本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱。
其中，所述處理后的牡丹花渣層填充物的制備方法如下：
1)將新鮮的牡丹花采用傳統(tǒng)壓榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)將牡丹花渣置于70％乙醇溶液中浸泡6h，隨后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面殘留的乙醇、并瀝干，隨后將牡丹花渣置于95℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)將用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣2～4h，得到乙醚浸泡過的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡過的牡丹花渣2～4h，再用75％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗滌，得到處理過的牡丹花渣。
所述果殼活性炭層采用的果殼活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果殼活性炭。
所述pp棉上層和pp棉下層采用的pp棉是過濾精度為20微米的pp棉濾芯。
實施例3
本實施例中，原料采用新鮮的牡丹花，市售果殼活性炭、市售pp棉。
其他化學(xué)試劑均為分析純。
一種鐵、鎘、砷離子過濾柱，所述離子過濾柱自上而下分別是：pp棉上層、處理后的牡丹花渣層、活性炭層和pp棉下層，以上四種過濾層自上而下填充，其中，pp棉上層的填充體積占5％，處理后的牡丹花渣層的填充體積占20％，果殼活性炭層的填充體積占50％，pp棉下層的填充體積占25％。
上述鐵、鎘、砷離子過濾柱的制備方法如下：
取一個離子交換柱，按照填充物的比例，依次將pp棉、果殼活性炭、處理后的牡丹花渣和pp棉裝入離子交換柱中，壓實，固定，得到了本發(fā)明所述的鐵、鎘、砷離子過濾柱。
其中，所述處理后的牡丹花渣層填充物的制備方法如下：
1)將新鮮的牡丹花采用傳統(tǒng)壓榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣。
2)將牡丹花渣置于25％乙醇溶液中浸泡18h，隨后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面殘留的乙醇、并瀝干，隨后將牡丹花渣置于70℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，得到干燥的牡丹花渣。
3)將用乙醚浸泡干燥的牡丹花渣4～8h，得到乙醚浸泡過的牡丹花渣。
4)四氯化碳浸泡乙醚浸泡過的牡丹花渣2～4h，再用30％的乙醇溶液浸泡30～60min，清水洗滌，得到處理過的牡丹花渣。
所述果殼活性炭層采用的果殼活性炭是市售碘值>900mg/g，容重0.45～0.55g/cm3的果殼活性炭。
所述pp棉上層和pp棉下層采用的pp棉是過濾精度為10微米的pp棉濾芯。