專利名稱：用于去除水中硼的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯。
背景技術(shù)：
硼是一種非金屬元素，其分子直徑為0.4nm，在自然界中主要以硼酸的形式存在。 硼是有機(jī)物生長(zhǎng)的主要元素之一，并且，硼的化合物廣泛應(yīng)用于金屬冶煉、原子能工業(yè)、洗滌工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)藥、肥料、玻璃工業(yè)等領(lǐng)域。但是，過量的硼對(duì)動(dòng)物、植物和人體產(chǎn)生不利的影響，例如，如果水中硼的濃度過高，將會(huì)導(dǎo)致大量的植物的葉子損傷及早熟，危害農(nóng)作物， 并且，硼的毒理效應(yīng)會(huì)對(duì)人體的生殖和生育等方面產(chǎn)生很大的影響。國(guó)際衛(wèi)生組織(WHO) 提出，在飲用水中硼的含量要低于0. 5mg/L作為暫定推薦標(biāo)準(zhǔn)。海水中存在較大濃度的硼酸和硼酸鹽，可以達(dá)到4 7mg/L。由于由海水直接淡化成為飲用水是當(dāng)今世界發(fā)展的主要的趨勢(shì)，因此，如何從淡化之后的海水中去除過量的硼得到了廣泛的研究。目前常用的去除海水中硼的方法為，利用低滲透海水淡化膜對(duì)淡化處理得到的飲用水進(jìn)行去除硼的處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硼是低滲透工藝難以去除的典型物質(zhì)之一。 同時(shí)，我國(guó)相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)利用海水淡化處理得到的飲用水以及管網(wǎng)水進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該飲用水中硼含量超標(biāo)的現(xiàn)象較為普遍。為了去除水中的硼，常規(guī)的水處理方法包括二級(jí)遞滲透法、三級(jí)遞滲透法、離子交換法等。但是，上述報(bào)道的二級(jí)遞滲透法、三級(jí)遞滲透法存在工藝復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn) ’離子交換法不僅存在工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，同時(shí)該處理得到的廢水將會(huì)引發(fā)新的難題。由于采用濾芯對(duì)待處理水進(jìn)行處理具有過程簡(jiǎn)單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，本發(fā)明人考慮，提供一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯，該濾芯可以有效去除水中的硼。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯，該濾芯可以有效去除水中的硼。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將200 400重量份的活性炭、20 100重量份的孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、 80 200重量份的二氧化鈦和30 100重量份的硫酸鈣混合，得到混合物；將所述混合物置于模壓器中模壓，然后在180 220°C下燒結(jié)30 60分鐘，冷卻、 脫模后得到過濾介質(zhì)。優(yōu)選的，所述活性炭為碘值為1000 1300毫克的醫(yī)用活性炭。優(yōu)選的，所述活性炭的表面積為1500 2000m2/g。優(yōu)選的，所述分子篩的孔徑為0. 7 0. 8nm。
優(yōu)選的，所述二氧化鈦的粒徑為5 500nm。優(yōu)選的，所述二氧化鈦的粒徑為50 300nm。優(yōu)選的，所述混合物還包括10 50重量份的單層碳納米管。優(yōu)選的，所述活性炭為250 350重量份；孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩為20 80重量份；二氧化鈦為120 180重量份；硫酸鈣為30 60重量份。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硼的過濾介質(zhì)。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供給一種由上述過濾介質(zhì)構(gòu)成的用于去除水中硼的濾芯。本發(fā)明提供一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將 200 400重量份的活性炭、20 100重量份的孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、80 200重量份的二氧化鈦和30 100重量份的硫酸鈣混合，得到混合物；將混合物置于模壓器中模壓，然后在150 250°C下燒結(jié)30 100分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)。由于本發(fā)明采用的活性炭、孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、二氧化鈦和硫酸鈣均對(duì)硼有很強(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硼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的濾芯對(duì)硼的去除率在94%以上。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將200 400重量份的活性炭、20 100重量份的孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、 80 200重量份的二氧化鈦和30 100重量份的硫酸鈣混合，得到混合物；將所述混合物置于模壓器中模壓，然后在150 250°C下燒結(jié)30 100分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)。本發(fā)明采用的活性炭一般按如下方法制備將植物如泥炭、木炭、木頭、椰果殼和石油等制備的炭通過在含氧化氣的蒸汽中高溫?zé)峤饣罨俳?jīng)過無機(jī)酸洗清洗并烘干。所述活性炭具有無臭、無味、無砂性的特性，不溶于任何溶劑，其相對(duì)密度約為1. 9 2. 1，表觀相對(duì)密度約為0. 08 0. 45。所述活性炭對(duì)各種氣體有選擇性的吸附能力，對(duì)有機(jī)色素和含氮堿等具有高容量吸附能力，更重要的是，所述活性炭對(duì)待處理水中的硼具有較強(qiáng)的吸附能力。本發(fā)明優(yōu)選采用醫(yī)用活性炭，其作為國(guó)家相關(guān)藥檢標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，吸附效果更好。本發(fā)明采用的活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，其表面積優(yōu)選為1500m2/g以上，更優(yōu)選為1500 2000m2/g，最優(yōu)選為1500 1800m2/g。所述活性炭的粒度優(yōu)選為40 100目， 更優(yōu)選為40 80目，最優(yōu)選為70 80目。所述活性炭的碘值優(yōu)選為1000 1300毫克， 更優(yōu)選為1100 1200毫克。本發(fā)明采用上述碘值的活性炭對(duì)水中的硼具有更好的吸附作用，并且，活性炭的碘值越高，其對(duì)硼的吸附能力越強(qiáng)。分子篩是一種具有立方晶格結(jié)構(gòu)的硅酸鹽化合物，主要由硅硼通過氧橋連接組成空曠的骨架架構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外，還含有電價(jià)較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在受熱過程中連續(xù)地失去，但是晶體骨架不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又由很多直徑相同的微孔連接，這些微小的空穴大小均勻，能把直徑大小不同的分子、極性程度不同的分子分離開來，故稱為分子篩。本發(fā)明采用的分子篩的孔徑為0. 6 0. 9nm,更優(yōu)選為0. 7 0. Snm0該孔徑的分子篩對(duì)水中的硼具有很好的吸附作用。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50 lOOnm。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)明采用硫酸鈣作為過濾介質(zhì)的一種組成成分，可以吸附水中的硼。此外，該混合物還優(yōu)選包括10 50重量份的單層碳納米管。優(yōu)選將單層碳納米管經(jīng)表面活化劑的預(yù)處理，對(duì)于所述表面活化劑，本發(fā)明并無特別限制，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的表面活化劑。經(jīng)過表面活化處理的單層碳納米管具有吸附水中硼的作用。此外，本發(fā)明還可以將碳納米管進(jìn)行高溫處理，使所述碳納米管的孔徑擴(kuò)大。由于高溫處理的溫度與碳納米管的孔徑相關(guān)，溫度過高將使碳納米管的孔徑過大，因此，所述高溫處理的溫度優(yōu)選為1200 1500°C，更優(yōu)選為1200 1400°C。此外，該混合物還可以包括重均分子量為400萬 800萬的超高分子量聚乙烯。 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?jī)?yōu)選為400萬 700 萬，更優(yōu)選為550萬 600萬。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100 250 μ m，更優(yōu)選為120 200 μ m，最優(yōu)選為120 160 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。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為國(guó)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生產(chǎn)的產(chǎn)品等。本發(fā)明中，所述活性炭?jī)?yōu)選為250 350重量份；孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩優(yōu)選為20 80重量份；二氧化鈦優(yōu)選為120 180重量份；硫酸鈣優(yōu)選為30 60重量份。 更優(yōu)選的，所述活性炭?jī)?yōu)選為250 300重量份；孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩優(yōu)選為30 60重量份；二氧化鈦優(yōu)選為120 150重量份；硫酸鈣優(yōu)選為30 50重量份。由于本發(fā)明采用的活性炭、孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、二氧化鈦和硫酸鈣均對(duì)硼有很強(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硼。在過濾介質(zhì)的制備過程中，所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為180 200°C，更優(yōu)選為180 190°C ；燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選為30 60分鐘，更優(yōu)選為45分鐘。對(duì)于本發(fā)明所述混合步驟，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。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)成的用于去除水中硼的濾芯。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。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，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。實(shí)施例1稱取300g表面積為1600m2/g的醫(yī)用活性炭、80g孔徑為0. 7nm的分子篩、150g粒徑為IOOnm的二氧化鈦和50g硫酸鈣放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在180°C下燒結(jié)50分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。實(shí)施例2稱取400g表面積為1700m2/g的醫(yī)用活性炭、IOOg孔徑為0. 7nm的分子篩、200g粒徑為200nm的二氧化鈦和50g硫酸鈣放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在180°C下燒結(jié)50分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。實(shí)施例3稱取200g表面積為1600m2/g醫(yī)用活性炭、30g孔徑為0. 7nm的分子篩、IOOg粒徑為300nm的二氧化鈦和30g硫酸鈣放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在200°C下燒結(jié)50分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。實(shí)施例4稱取250g表面積為1600m2/g醫(yī)用活性炭、30g孔徑為0. 7nm的分子篩、180g粒徑為200nm的二氧化鈦和50g硫酸鈣放入攪拌器中攪拌80分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在190°C下燒結(jié)50分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。實(shí)施例5將50g單層碳納米管升溫至1600°C下保溫5小時(shí)；稱取250g表面積為1600m2/g醫(yī)用活性炭、30g孔徑為0. 7nm的分子篩、180g粒徑為200nm的二氧化鈦、50g硫酸鈣和所述高溫處理后的單層碳納米管放入攪拌器中攪拌80 分鐘后，去除部分裝入管狀模具中，壓制，在190°C下燒結(jié)50分鐘，冷卻后脫模，得到濾芯。實(shí)施例6取實(shí)施例1 5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)硼具有良好的去除效果。表1為采用本發(fā)明實(shí)施例1 5提供的濾芯對(duì)飲用水處理前后硼的含量。表1使用實(shí)施例1 5制備的濾芯處理前后水中的硼的含量
權(quán)利要求
1.一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將200 400重量份的活性炭、20 100重量份的孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩、80 200重量份的二氧化鈦和30 100重量份的硫酸鈣混合，得到混合物；將所述混合物置于模壓器中模壓，然后在180 220°C下燒結(jié)30 60分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭為碘值為1000 1300毫克的醫(yī)用活性炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭的表面積為1500 2000m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述分子篩的孔徑為0.7 0. Snm0
5.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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈦的粒徑為50 300nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合物還包括10 50重量份的單層碳納米管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭為250 350重量份；孔徑為0. 6 0. 9nm的分子篩為20 80重量份；二氧化鈦為120 180重量份；硫酸鈣為 30 60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硼的過濾介質(zhì)。
10.由權(quán)利要求9所述的過濾介質(zhì)構(gòu)成的用于去除水中硼的濾芯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于去除水中硼的過濾介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將200～400重量份的活性炭、20～100重量份的孔徑為0.6～0.9nm的分子篩、80～200重量份的二氧化鈦和30～100重量份的硫酸鈣混合，得到混合物；將混合物置于模壓器中模壓，然后在150～250℃下燒結(jié)30～100分鐘，冷卻、脫模后得到過濾介質(zhì)。由于本發(fā)明采用的活性炭、孔徑為0.6～0.9nm的分子篩、二氧化鈦和硫酸鈣均對(duì)硼有很強(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硼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的濾芯對(duì)硼的去除率在94％以上。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102327767SQ20111021805
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者周奇迪, 欒云堂 申請(qǐng)人:周奇迪