專利名稱：一種過濾介質(zhì)及其制備方法、濾芯和凈水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除水中丙烯腈的過濾介質(zhì)及其制備方法、使用該過濾介質(zhì)的濾 芯和凈水裝置。
背景技術(shù)：
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垃圾和生活廢水的肆意排放，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。丙烯腈是無色液體，沸點(diǎn)是78°C .分子結(jié)構(gòu)式為CH2 = CH-C ^ N。丙烯腈是重要 的有機(jī)合成原料。丙烯腈大量的應(yīng)用于涂料、粘合劑、藥品等，還用于合成腈綸等合成纖維、 ABS和AS樹脂、合成丁腈橡膠、合成己二腈、丙烯酰胺等。以上生產(chǎn)應(yīng)用部門的廢水中均含 有丙烯腈等，在其附近的地表水和地下水都會(huì)受到不同程度的污染，有些人因長期飲用受 丙烯腈污染的水，出現(xiàn)頭疼、頭暈、上腹部不適、惡心、嘔吐、手足麻木，甚至出現(xiàn)短時(shí)意識(shí)朦 朧。丙烯腈是人類生產(chǎn)生活中自行引入水環(huán)境中毒性最大的化合物之一，是被國內(nèi)外確認(rèn) 的內(nèi)分泌干擾物，它會(huì)影響動(dòng)物最基本的生殖功能，干擾荷爾蒙分子，造成生殖、生長和遺 傳方面的疾病。我國也已經(jīng)把其列入水體中優(yōu)先控制污染物的“黑名單”。丙烯腈屬于小分子有機(jī)物。常規(guī)的給水處理工藝對(duì)其去除效果較差或者基本上沒 有去除作用。這里提及的常規(guī)的給水處理工藝包括氧化劑氧化法(氯氣氧化、二氧化氯氧 化、過氧化氫氧化、臭氧氧化等)、電解法、生物法等。目前還沒有一種制備方法能夠制備出 對(duì)丙烯腈有很好去除效果的過濾介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于去除水中丙烯腈的過濾介質(zhì)的制 備方法，利用該制備方法制備的過濾介質(zhì)用于去除水中的丙烯腈時(shí)，去除率高。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案—種用于去除水中丙烯腈的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑，所述超高分子 量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比為200 300 90 240 100 200 5 20 100 120 ；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。優(yōu)選地，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比為 280 290 110 120 100 110 14 15 100 110。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述超高分 子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，制備的過濾介 質(zhì)對(duì)丙烯腈的去除率有明顯的提高。所述超高分子量聚乙烯為重均分子量大于100萬的聚乙烯，優(yōu)選使用重均分子量為250 400萬的聚乙烯。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 (分子量為150士50萬)、M-II (分子量為250士50萬)、 M-III (分子量為350士50萬)、M-IV(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(gè)作用是粘結(jié)和形成過濾介質(zhì)骨架的作用，另外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，可以起到吸附水中丙烯腈的作用。超高分子量聚 乙烯的粒徑為89 104微米。活性炭是一種多孔性物質(zhì)，它具有如蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、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 源不同活性炭可分為木質(zhì)活性炭，如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭等；礦物質(zhì)原料活 性炭，如各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如廢橡 膠、廢塑料等制成的活性炭。其中以椰殼材質(zhì)為來源的活性炭強(qiáng)度較高、吸附性能較好。優(yōu) 選活性炭的比表面積不低于500平方米/克，更優(yōu)選不低于1000平方米/克?；钚蕴靠梢愿咝剿械碾s質(zhì)，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相關(guān)藥品監(jiān) 督標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，表面積更大，吸附效果也更好。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。另外，采用粒徑為74 89微米的醫(yī)用活性炭，對(duì)丙烯腈的 吸附效果會(huì)更佳。凹凸棒石為單斜晶系，其理想化學(xué)式為；Mg5(H20)4[Si401Q]2(0H)2，化學(xué)成分理論值 為MgO 23. 83%,Si0256. 96%,H2O 19. 21 %。自然界中的凹凸棒石常有Al3+、Fe3+等類質(zhì)同象 置換，富Al3+、Fe3+的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 凸棒石粉的成分為 Si0258. 38%, MgO 12. 10%, Α12039· 50%, CaO 0. 40%, TiO2O. 56%, MnO 0. 05%, Fe203+Fe0 5. 26%, Na2O 1. 10%, K2O 1.24%。由于凹凸棒石在結(jié)構(gòu)中有類似沸石 的大通道，因此具有良好的吸附和脫色性能，并且對(duì)丙烯腈有良好的吸附性能。優(yōu)選地，所 述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米。凹凸棒石粉的吸附性能與礦物中SiO2的含量有關(guān)， 含量越高吸附力越強(qiáng)，經(jīng)酸活化處理后的凹凸棒石粉的性能更好。凹凸棒石粉的酸活化方法較多，有硫酸法、鹽酸法、硫酸_鹽酸混合法等。如申請(qǐng) 號(hào)為CN90105849. 1的發(fā)明專利公開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的凹凸棒石粘土原礦，用濃度為1 15wt%的無機(jī)酸溶液，如硫酸、 鹽酸溶液等，靜止浸泡2 100小時(shí)，過濾擠壓成片，用轉(zhuǎn)筒干燥器在280 350°C下活化 30 50分鐘，粉碎成50 100微米的脫色力為250士5的活性凹凸棒石粉。銅為一種常見的金屬元素。在本發(fā)明中，銅粉的引入可以提高所制備的過濾介質(zhì) 的吸附丙烯腈的能力。優(yōu)選地，使用粒徑為74微米以下的銅粉。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。壓制壓力可以選擇為0. 4 1. OMPa，燒結(jié)溫度為220 250°C，燒結(jié)時(shí)間為90 120分鐘，冷卻至40 60°C即可以脫模。
雖然本發(fā)明對(duì)于上述制備方法中步驟a)中所用的幾種原料進(jìn)行了較為詳盡的描 述，但是本發(fā)明不局限于此種理論或者另外的任何理論。對(duì)于在制備過程中它們之間的具 體的化學(xué)變化、結(jié)構(gòu)的變化尚不能確定。此幾種原料經(jīng)過上述的工藝處理制備出的過濾介 質(zhì)，可以有效去除水中的丙烯腈，并且有協(xié)同作用，可以將水中的丙烯腈充分吸收。在本發(fā)明中，對(duì)于混合步驟，可以認(rèn)為任何不會(huì)顯著改變粉體粒徑和粒度分布的 低剪切混合器或攪拌器都是適用的，比如具有鈍的葉輪葉片的攪拌器、滾筒式混合器、螺旋 式攪拌器等，轉(zhuǎn)速要視混合器的類型而定，但以避免揚(yáng)起粉塵為宜?；旌虾蟮姆垠w填裝入預(yù)先設(shè)計(jì)好的模具中，通過加壓將其壓實(shí)，壓力一般不大于 IMPa，且與所用模具的材質(zhì)相適應(yīng)；模具可以由鋁、鑄鐵、鋼或任何適當(dāng)?shù)哪艹惺芟鄳?yīng)壓力 和溫度的材料制造。可以在模具內(nèi)表面涂敷脫模劑，可選用硅氧烷油或任何其他的幾乎不 會(huì)吸附到過濾介質(zhì)上的市售脫模劑，也可以使用鋁箔等脫模紙。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種使用了上述過濾介質(zhì)的濾芯。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種凈水裝置，包括上述的過濾介質(zhì)或者濾芯。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的丙烯腈， 去除率達(dá)到95 99%以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，制備過濾介質(zhì)的原 料來源廣泛，成本低。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，特別適用于被丙烯腈污染的水的處理。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)上述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述和說 明。實(shí)施例1本實(shí)施例的具體步驟包括以下步驟(1)稱取超高分子量聚乙烯粉200g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工 有限公司助劑二廠的M-III型產(chǎn)品，其分子量為350萬，粒徑為89 104微米，利用140目 和170目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到89 104微米的超高分子量聚乙烯粉；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉180g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 89微米，利用170目 和200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的醫(yī)用活性炭粉；(3)稱取凹凸棒石粉150g，所述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米，利用170目和 200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的凹凸棒石粉；(4)稱取銅粉20g，所述銅粉的粒徑為74微米以下，利用200目的篩子進(jìn)行篩選即 可以得到74微米以下的銅粉；(5)稱取食品級(jí)碳酸氫銨120g，純度達(dá)到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)裝填入直徑為50mm管狀模具中，在0. 6MPa的液壓壓力下壓制，在220°C溫度 下燒結(jié)150分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。實(shí)施例2本實(shí)施例的具體步驟包括以下步驟
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(1)稱取超高分子量聚乙烯粉300g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工 有限公司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬，粒徑為89 104微米，利用140目 和170目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到89 104微米的超高分子量聚乙烯粉；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉240g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 89微米，利用170目 和200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的醫(yī)用活性炭粉；(3)稱取凹凸棒石粉200g，所述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米，利用170目和 200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的凹凸棒石粉；(4)稱取銅粉5g，所述銅粉的粒徑為74微米以下，利用200目的篩子進(jìn)行篩選即 可以得到74微米以下的銅粉；(5)稱取偶氮二甲酰胺100g，純度達(dá)到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌8分鐘混合均勻；(7)裝填入直徑為50mm管狀模具中，在0. 75MPa的液壓壓力下壓制，在250°C溫度 下燒結(jié)120分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。實(shí)施例3本實(shí)施例的具體步驟包括以下步驟(1)稱取超高分子量聚乙烯粉280g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工 有限公司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬，粒徑為89 104微米，利用140目 和170目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到89 104微米的超高分子量聚乙烯粉；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉120g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 89微米，利用170目 和200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的醫(yī)用活性炭粉；(3)稱取凹凸棒石粉100g，所述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米，利用170目和 200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的凹凸棒石粉；(4)稱取銅粉15g，所述銅粉的粒徑為74微米以下，利用200目的篩子進(jìn)行篩選即 可以得到74微米以下的銅粉；(5)稱取草酸100g，純度達(dá)到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌8分鐘混合均勻；(7)裝填入直徑為50mm管狀模具中，在0. 75MPa的液壓壓力下壓制，在220°C溫度 下燒結(jié)120分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。實(shí)施例4本實(shí)施例的具體步驟包括以下步驟(1)稱取超高分子量聚乙烯粉290g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工 有限公司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬，粒徑為89 104微米，利用140目 和170目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到89 104微米的超高分子量聚乙烯粉；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉110g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為74 89微米，利用170目 和200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的醫(yī)用活性炭粉；(3)稱取凹凸棒石粉110g，所述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米，利用170目和 200目的篩子進(jìn)行篩選即可以得到74 89微米的凹凸棒石粉；所述凹凸棒石粉經(jīng)過酸化處理，酸化處理的步驟為用濃度為5wt% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鹽酸溶液，靜止浸泡48小時(shí)，過濾 曬干；(4)稱取銅粉14g，所述銅粉的粒徑為74微米以下，利用200目的篩子進(jìn)行篩選即 可以得到74微米以下的銅粉；(5)稱取草酸110g，純度達(dá)到99. 99%以上；(6)將上述五種粉末放入機(jī)械攪拌器中攪拌8分鐘混合均勻；(7)裝填入直徑為50mm管狀模具中，在0. 75MPa的液壓壓力下壓制，在220°C溫度 下燒結(jié)120分鐘；(8)自然冷卻至50°C然后脫模，即得多微細(xì)孔的管狀濾芯。實(shí)施例1 4中所用原料的對(duì)照表如表1所示。表 1 實(shí)施例5取實(shí)施例1 4所得多微細(xì)孔的管狀濾芯1，2，3，4，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)，濾芯兩端粘接上連接端蓋，放置于不銹鋼或塑料殼體 內(nèi)，用于處理飲用水，經(jīng)檢測，該結(jié)構(gòu)濾芯對(duì)飲用水中的丙烯腈的去除效果好，如表2所示。 非常適合家庭終端飲用水處理的需要。表2使用濾芯處理前后的水單位mg/L (毫克/升) 從表3可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進(jìn)行去除水中的丙烯腈取得了很好的效果。另外對(duì)處理前后的水也進(jìn)行了其他項(xiàng)目的測試，測試結(jié)果如表3所示。
表3使用濾芯處理前后的水 從表3可以看出，利用本發(fā)明的濾芯在去除丙烯腈的同時(shí)，對(duì)渾濁物和細(xì)菌微生 物的也有很好的去除效果。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的丙烯腈， 去除率達(dá)到95 99%以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，制備過濾介質(zhì)的原 料來源廣泛，成本低；另外，在去除水中丙烯腈的同時(shí)，也可以去除水中的渾濁物和細(xì)菌微 生物，尤其是對(duì)細(xì)菌微生物的去除率也較高。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，特別適用于被丙烯腈污染的水的處理。以上對(duì)本發(fā)明所提供的過濾介質(zhì)及其制備方法以及由該過濾介質(zhì)制成的濾芯進(jìn) 行了詳細(xì)介紹。本說明書中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，對(duì) 于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上可能在實(shí)施過 程中會(huì)有改變之處。因此，本說明書記載的內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種用于去除水中丙烯腈的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比為200～300∶90～240∶100～200∶5～20∶100～120；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。
2.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、活性炭、 凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比為280 290 110 120 100 110 14 15 100 110。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的粒徑為 89 104微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述活性炭為醫(yī)用活性炭，其粒 徑為74 89微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述凹凸棒石粉的粒徑為74 89微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述銅粉的粒徑為74微米以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級(jí) 碳酸氫銨、草酸中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。
9.使用權(quán)利要求7所述過濾介質(zhì)的濾芯。
10.一種凈水裝置，包括使用權(quán)利要求7所述的過濾介質(zhì)或者權(quán)利要求8所述的濾芯。全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于去除水中丙烯腈的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、凹凸棒石粉、銅粉和發(fā)孔劑的重量比為200～300∶90～240∶100～200∶5～20∶100～120；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。本發(fā)明還公開了一種利用此制備方法制備的過濾介質(zhì)、利用此過濾介質(zhì)的濾芯和凈水裝置。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的丙烯腈，去除率達(dá)到95～99％以上，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，制備過濾介質(zhì)的原料來源廣泛，成本低。
文檔編號(hào)B01J20/20GK101898115SQ20091013869
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者周奇迪 申請(qǐng)人:周奇迪