用于去除飲用水中砷的過濾介質(zhì)、濾芯以及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種去除飲用水中砷的過濾介質(zhì)及其制備方法，由該過濾介質(zhì)構(gòu)成的 濾芯、凈水裝置和飲水機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 研宄調(diào)查表明，長期飲用含砷高的水會對人體皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、腎臟、生殖系 統(tǒng)、呼吸、消化、心血管等造成傷害。有研宄證明，砷可以引起致癌、致畸、致突變。砷被國際 防癌研宄機(jī)構(gòu)與美國疾病與預(yù)防控制中心確定為第一類致癌物，屬于世界衛(wèi)生組織（WHO) 優(yōu)先控制污染物。三價砷的毒性大約是五價砷的60倍。三價砷的氧化物即為砒霜。
[0003] 我國飲水型砷地方病的發(fā)病地區(qū)有臺灣、新疆、云南、山西、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、安 徽、吉林、河北、青海和北京等地，共涉及約3000萬人的飲水。GB5749-85規(guī)定飲用水中砷的 濃度不超過〇. 〇5mg/L，GB5749-2001規(guī)定飲用水中砷的濃度不超過0. 01mg/L，與美國、WHO 的標(biāo)準(zhǔn)保持一致。
[0004] 傳統(tǒng)的水處理工藝對砷的處理效果不好，不能有效的去除砷；沉淀法去除砷會產(chǎn) 生大量廢渣，處理不好會引起二次污染；電絮凝法技術(shù)要求過高；離子交換方法繁瑣，置換 飽和后的沖洗水難以處理；雖然納濾和反滲透法效果不錯，但使用麻煩，費(fèi)水費(fèi)電，成本高， 排放的濃縮液不易處理，易造成二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種過濾介質(zhì)及其制備方法，該過濾介 質(zhì)對飲用水中的砷的去除率高，并且方法簡單。還提供了由這種過濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水 裝置以及飲水機(jī)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種去除飲用水中砷的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0007] a)將超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑混合，得到混合物， 所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為200?300:100? 200:100 ?200:50 ?100 ;
[0008] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0009] 所述壓制壓力為0· 4MPa?I. OMPa ;所述燒結(jié)溫度為220?240°C ;所述燒結(jié)時間 為90?120min ;所述冷卻溫度為40?60°C。
[0010] 優(yōu)選的，所述沸石粉為改性的沸石粉。
[0011] 優(yōu)選的，還包括葉臘石粉，所述葉臘石與所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭 粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為100?150:200?300:100?200:100?200:50?100。
[0012] 優(yōu)選的，還包括蛭石粉。
[0013] 優(yōu)選的，所述蛭石粉與所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑 的重量比為 80 ?150:200 ?300:100 ?200:100 ?200:50 ?100。
[0014] 本發(fā)明提供了根據(jù)上述權(quán)利要求所述的制備方法得到的用于去除飲用水中砷的 過濾介質(zhì)。
[0015] 本發(fā)明提供了一種濾芯，由上述權(quán)利要求所述的過濾介質(zhì)構(gòu)成。
[0016] 本發(fā)明提供了一種凈水裝置，包括上述權(quán)利要求所述的過濾介質(zhì)或者上述權(quán)利要 求所述的濾芯。
[0017] 本發(fā)明提供了一種飲水機(jī)，包括上述權(quán)利要求所述的凈水裝置。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種去除飲用水中砷的過濾介質(zhì)的制備方法，其 特征在于，包括以下步驟：a)將超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為 200?300:100?200:100?200:50?100 ;b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒 結(jié)、冷卻；所述壓制壓力為〇. 4MPa?I. OMPa ;所述燒結(jié)溫度為220?240°C ;所述燒結(jié)時 間為90?120min ;所述冷卻溫度為40?60°C。本發(fā)明在上述原料的協(xié)同作用下，制備得 到的過濾介質(zhì)對水中砷的去除率高，方法簡單，適用于受其污染的飲用水，免除元素砷過多 對人體產(chǎn)生的傷害，使用簡便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無需后續(xù)處 理，適合家庭終端飲水處理。經(jīng)檢測該過濾介質(zhì)對飲用水中砷的去除率在99. 0%以上。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明提供了一種去除飲用水中砷的過濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0020] a)將超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑混合，得到混合物， 所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為200?300:100? 200:100 ?200:50 ?100 ;
[0021] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0022] 所述壓制壓力為0· 4MPa?I. OMPa ;所述燒結(jié)溫度為220?240°C ;所述燒結(jié)時間 為90?120min ;所述冷卻溫度為40?60°C。
[0023] 本發(fā)明首先將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、改性活性炭粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為200? 300:100 ?200:100 ?200:50 ?100 ;優(yōu)選為 210 ?290:110 ?190:110 ?190:60 ?90 ; 更優(yōu)選為 220 ?280:120 ?180:120 ?180:65 ?85。
[0024] 在本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量優(yōu)選為100萬?700萬，更優(yōu)選 為200萬?600萬，最優(yōu)選為300萬?400萬。優(yōu)選的粒徑為89 μπι?104 μπι。超高分子量 聚乙烯可從國內(nèi)生產(chǎn)廠家得到，如北京東方石油化工有限公司助劑二廠可提供M-I型（分 子量為150±50萬）、Μ-ΙΙ型（分子量為250±50萬）、Μ-ΙΙΙ型（分子量為350±50萬）、 M-IV型（分子量為大于400萬）等規(guī)格的產(chǎn)品。超高分子量聚乙烯的一個作用是粘結(jié)和形 成過濾介質(zhì)骨架的作用，因為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 能流動，所以利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結(jié)得到的過濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以 起到吸附水中砷的作用。
[0025] 在本發(fā)明中，活性炭是一種多孔性物質(zhì)，具有蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面 積，特異的表面官能團(tuán)、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根 據(jù)原料來源的不同活性炭優(yōu)選分為木質(zhì)活性炭、礦物質(zhì)原料活性炭和其他原料制成的活性 炭等。其中，所述木質(zhì)活性炭優(yōu)選包括椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭；所述礦物質(zhì)原料 活性炭優(yōu)選包括各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭 優(yōu)選包括廢橡膠、廢塑料制成的活性炭。本發(fā)明優(yōu)選使用以椰殼材質(zhì)為來源的活性炭，其強(qiáng) 度較高、吸附性能好，更優(yōu)選為以椰殼材質(zhì)為來源的醫(yī)用活性炭。在本發(fā)明中，所述活性炭 的比表面積優(yōu)選不低于500m 2/g，更優(yōu)選不低于1000m2/g。活性炭可以高效的吸附水中的有 機(jī)物、尤其是醫(yī)用活性炭，作為用過國家相關(guān)藥品監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量低，表面積更 大，吸附效果也更好，并且選用醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。在本 發(fā)明中，優(yōu)選使用粒徑為74?84 μ m的醫(yī)用活性炭。
[0026] 本發(fā)明優(yōu)選對所述活性炭進(jìn)行改性處理，具體為采用十六烷基三甲基氯化銨做改 性劑對活性炭進(jìn)行改性處理。經(jīng)過改性后的活性炭對于砷具有較好的吸附能力。
[0027] 沸石是含水多硅酸鹽的總稱，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要是由硅氧四面體構(gòu)成，其中部分四 價硅離子被三價硅離子取代，導(dǎo)致負(fù)電荷過剩，因此結(jié)構(gòu)中有堿金屬（或堿土金屬）等平衡 電荷的離子，同時沸石架構(gòu)中有一定孔徑的孔腔和孔道，決定了其具有吸附、離子交換等性 質(zhì)。在本發(fā)明中，沸石粉優(yōu)選為經(jīng)過改性的沸石粉，具體為：將天然沸石用去離子水清洗干 凈，烘干、稱取一定質(zhì)量的沸石，浸泡在一定濃度的改性劑中，充分?jǐn)嚢璨簧儆趦尚r，中和 后過濾，用去離子水清洗干凈，烘干備用。本發(fā)明所述沸石優(yōu)選為斜發(fā)沸石。
[0028] 本發(fā)明優(yōu)選對所述斜發(fā)沸石進(jìn)行改性，所述改性劑優(yōu)選為十六烷基三甲基溴化 銨。采用改性劑對沸石進(jìn)行改性處理的時間通常優(yōu)選不少于2小時，更優(yōu)選不少于4小時。
[0029] 經(jīng)過改性處理的沸石，可除去礦物中所含的雜質(zhì)和可溶物，在礦物結(jié)構(gòu)中刻蝕出 豐富的孔隙和孔腔，增大其表面積，從而提高沸石的吸附、離子交換等性質(zhì)。改性后的沸石 通過物理吸附和化學(xué)吸附可以進(jìn)一步提高對砷的吸附能力。所述沸石的粒徑優(yōu)選