用于去除飲用水中鉛的過(guò)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鉛的過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法，由該過(guò)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] 我國(guó)是世界上最大的鉛生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。鉛是已知毒性最大、蓄積性毒性極強(qiáng)的 重金屬之一。若長(zhǎng)期積累可嚴(yán)重危害神經(jīng)細(xì)胞和大腦。會(huì)導(dǎo)致高血壓、心臟病、腎臟和免疫 系統(tǒng)疾病等眾多方面。兒童對(duì)此極為敏感，會(huì)造成智商和聽(tīng)力下降以及一些行為障礙如多 動(dòng)癥，導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力下降、手眼動(dòng)作不協(xié)調(diào)等。使用了含鉛汽油、涂料、會(huì)導(dǎo)致骨密度下降、 老年人認(rèn)知能力下降等。
[0003] 鉛污染的水用于灌溉后，我國(guó)南方礦區(qū)的大米、茶葉等都超標(biāo)嚴(yán)重；福建省不同 地區(qū)稻米重金屬含量超標(biāo)率最尚的是鉛，達(dá)100% ;湖南省中下游地區(qū)蔬采鉛含量超標(biāo)率 95.8% ;淮河流域這樣的情況更是很多：如山東省小清河在沿途形成一個(gè)大的污染帶，污染 土壤、地表和地下水；我國(guó)北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)用污水灌溉農(nóng)田于蔬菜十分普遍；北京的通州 區(qū)污水澆地有40年歷史了。
[0004] 近幾年，"血鉛超標(biāo)"變成集中爆發(fā)之勢(shì)，陜西鳳翔、甘肅微縣、青海湟中、湖北武 崗、四川內(nèi)江、安徽懷寧、浙江德清、臺(tái)州、湖南彬州、云南鶴慶等地區(qū)陸續(xù)發(fā)生血鉛超標(biāo)事 件。同時(shí)，飲用水鉛污染在我國(guó)普遍存在，城鎮(zhèn)自來(lái)水輸水管多是選自含鉛的金屬管；自來(lái) 水廠用氯作為滅菌消毒劑加速了含鉛水管的侵蝕和老化；而試用期超過(guò)5年的水管中鉛釋 放量增加，水中的鉛濃度升高。而長(zhǎng)期飲用含鉛的，鉛在人體內(nèi)積淀、不易排出，會(huì)導(dǎo)致上述 一系列問(wèn)題。
[0005] 傳統(tǒng)的砂濾、微濾水處理工藝對(duì)鉛的處理效果不好，不能有效的去除鉛；離子交換 方法繁瑣，置換飽和后的沖洗水難以處理；反滲透法使用麻煩，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；而沉淀法同樣會(huì)出現(xiàn)處理難的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法，該過(guò)濾介 質(zhì)對(duì)飲用水中的鉛的去除率高，并且方法簡(jiǎn)單。還提供了由這種過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成的濾芯、凈水 裝置以及飲水機(jī)。
[0007] 本發(fā)明提供了一種去除飲用水中鉛的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0008] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑混合，得到 混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑的重量比為 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100 ;
[0009] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0010] 所述壓制壓力為0. 4MPa~IMpa ;所述燒結(jié)溫度為230°C~250°C ;所述燒結(jié)時(shí)間 為90~120min ;所述冷卻溫度為40~60°C。
[0011] 優(yōu)選的，還包括重晶石粉，所述重晶石粉與所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑的重量比為100~150:200~300:50~100:100~ 200:100 ~200:50 ~100。
[0012] 優(yōu)選的，所述活性炭粉為經(jīng)過(guò)改性的活性炭粉。
[0013] 優(yōu)選的，還包括浮石粉。
[0014] 優(yōu)選的，所述浮石粉與所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石 粉和發(fā)孔劑的重量比為80~150:200~300:50~100:100~200:100~200:50~100。
[0015] 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鉛的 過(guò)濾介質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明提供了一種濾芯，由上述權(quán)利要求所述的過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成。
[0017] 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(guò)濾介質(zhì)或者上述權(quán)利要 求所述的濾芯。
[0018] 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。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種去除飲用水中鉛的過(guò)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、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和 發(fā)孔劑混合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā) 孔劑的重量比為200~300:50~100:100~200:100~200:50~100 ;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~IMpa ;所述燒結(jié)溫度為 230°C~250°C;所述燒結(jié)時(shí)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(guò)濾介質(zhì)對(duì)水中鉛的去除率高，方法簡(jiǎn)單，適用于受其污染 的飲用水，免除元素鉛對(duì)人體產(chǎn)生的傷害，使用簡(jiǎn)便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是 粉體，所以無(wú)需后續(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經(jīng)檢測(cè)該過(guò)濾介質(zhì)對(duì)飲用水中鉛的去除 率在99. 8%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明提供了一種去除飲用水中鉛的過(guò)濾介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0021] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑混合，得到 混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑的重量比為 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100 ;
[0022] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結(jié)、冷卻；
[0023] 所述壓制壓力為0. 4MPa~IMpa ;所述燒結(jié)溫度為230°C~250°C ;所述燒結(jié)時(shí)間 為90~120min ;所述冷卻溫度為40~60°C。
[0024] 本發(fā)明首先將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、磷灰石粉和發(fā)孔劑的重 量比為 200 ~300:50 ~100:100 ~200:100 ~200:50 ~100 ;優(yōu)選為 210 ~280:60 ~ 90:110 ~190:110 ~190:60 ~90 ;更優(yōu)選為 220 ~270:65 ~85:120 ~180:120 ~ 180:65 ~85。
[0025] 在本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量?jī)?yōu)選為100萬(wàn)~700萬(wàn)，更優(yōu)選 為200萬(wàn)~600萬(wàn)，最優(yōu)選為250萬(wàn)~400萬(wàn)。超高分子量聚乙烯可從國(guó)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(wàn)）、M-II型（分 子量為250±50萬(wàn)）、M-III型（分子量為350±50萬(wàn)）、M-IV型（分子量為大于400萬(wàn)） 等規(guī)格的產(chǎn)品。超高分子量聚乙烯的一個(gè)作用是粘結(jié)和形成過(guò)濾介質(zhì)骨架的作用，因?yàn)槌?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(dòng)，所以利用超高分子量聚 乙烯通過(guò)壓制，燒結(jié)得到的過(guò)濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以起到吸附水中鉛的作用。本發(fā)明 優(yōu)選采用粒徑為74~89 μ m的超高分子量聚乙烯。
[0026] 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(lái)源的不同活性炭?jī)?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?jī)?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?jī)?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(lái)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(lái)源的醫(yī)用活性炭。
[0027] 在本發(fā)明中，所述活性炭的比表面積優(yōu)選不低于500m2/g，更優(yōu)選不低于1000 m 2/ g?；钚蕴靠梢愿咝У奈剿械挠袡C(jī)物、尤其是醫(yī)用活性炭，作為用過(guò)國(guó)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(guò) 濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理。本發(fā)明優(yōu)選采用粒徑為74~250 μm的醫(yī)用活性炭。
[0028] 本發(fā)明優(yōu)選對(duì)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(duì)活性炭進(jìn)行改性處理。經(jīng)過(guò)改性后的活性炭對(duì)于鉛具有較好的吸附能力。
[0029] 在本發(fā)明中，所述凹凸棒石為單斜晶系，其理想化學(xué)式為為 Mg5 (H2O) 4 [Si4OJ 2 (OH) 2，化學(xué)成分理論值為 MgO 23. 83 %、Si0256. 96 %、Η2019· 21 % ;自然 界中的凹凸棒石常有Al3+、Fe3+等類質(zhì)同象置換，富含Al 3+、Fe3+變種稱為鋁凹凸棒石和鐵 凹凸棒石。如江蘇省盱眙縣龍王山產(chǎn)的鋁凹凸棒石的稱為為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%。由于凹凸棒石在結(jié)構(gòu)中類似于沸石粉的大通道，因此具有良好的吸附和脫色性能， 對(duì)分解的有機(jī)和硫化氫等都有良好的吸附性能，凹凸棒石粉的吸附性能與礦物中SiO 2的含 量有關(guān)，含量越高吸附能力越強(qiáng)。
[0030] 凹凸棒石粘土具有鏈層狀結(jié)構(gòu)，在晶體結(jié)構(gòu)中存在一系列晶體孔道，比表面積大， 有很強(qiáng)的物理吸附能力。由于晶體中類質(zhì)同象置換，存在晶體缺陷和空位，使凹凸棒石帶有 層面負(fù)電荷，并依靠層間吸附的陽(yáng)離子以使電荷平衡。由于晶體層間吸附的陽(yáng)離子具有可 交換性。凹凸棒石粘土具有較強(qiáng)的離子交換吸附能力，對(duì)重金屬離子的吸附主要是通過(guò)上 述吸附機(jī)理達(dá)到效果的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石粉對(duì)鉛具有很好地離子交換吸附能力。
[0031] 在本發(fā)明中，優(yōu)選對(duì)凹凸棒石粉經(jīng)過(guò)酸活化。酸活化的方法優(yōu)選包括硫酸法、鹽酸 法、硫酸-鹽酸混合法。本發(fā)明優(yōu)選使用鹽酸活化改性的凹凸棒石粉，更優(yōu)選使用申請(qǐng)?zhí)枮?90105849. 1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種凹凸棒石粉的酸浸泡活化工藝，包括將小塊的 體積約0. 5~IOOcm3的凹凸棒石粉粘土原礦