专利名称：用于去除饮用水中硝基苯的过滤介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种去除饮用水中硝基苯的过滤介质及其制备方法，由该过滤介质构 成的滤芯、净水装置和饮水机。
背景技术：
硝基苯是一种重要的化工原料，用于医药、化工、燃料、炸药、农药、杀虫剂等。随着 硝基苯的广泛生产和应用，在我国的松花江、黄河、淮河、长江等均检出硝基苯。硝基苯是一 种剧毒化学品，能够导致人和动物的神经系统紊乱；硝基苯在人体内经过转化会在体内残 留，引发高铁血红蛋白血症、溶血性贫血、肾脏损坏和肝脏损坏；具有很强的致癌、致畸、致 突变的“三致”作用。另外它的难降解性还导致其在环境中长期积累，对环境和生物造成极 大危害，也是我国确定的58种优先控制污染物之一。2005年11月，吉林石化公司化工车间爆炸事件导致松花江水源受到严重污染，哈 尔滨段硝基苯浓度超标50倍，当时由于缺乏在高浓度污染条件下安全的饮用水处理方法， 哈尔滨市被迫停水4天，给居民生活造成严重影响，企业也遭受了巨大经济损失。这一事件 把硝基苯的危害与治理摆在世人面前，硝基苯在水体中的污染是不能忽视的。自来水厂的混凝沉淀常规处理对硝基苯基本上没有去除作用。目前，对于饮用水 中硝基苯的去除，人们尝试使用各种技术方法高级氧化技术03/UV、03/H202、03/Ti02等，设 备比较复杂，而且硝基是非常稳定的官能团，含有取代基的苯环的抗氧化能力也较强，采用 高级氧化对硝基苯的去除效果仍达不到饮用水的指标；生物降解速度慢时间长，且硝基苯 难以生化降解，去除率也较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种过滤介质及其制备方法，该过滤介质对饮用水 中的硝基苯的去除率高，还提供了由这种过滤介质构成的滤芯、净水装置以及饮水机。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案—种用于去除饮用水中硝基苯的过滤介质的制备方法，包括如下步骤a)将包含活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所 述活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为80 200 70 200 200 300 50 150 ；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。作为优选，活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为 80 90 70 80 290 300 100 120。压制压力优选为0. 4 1. OMPa，烧结温度优选为200°C 300°C，烧结时间优选为 120 150分钟，烧结后优选冷却至40°C 60°C脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的 试验之后，得出在烧结温度范围在200 300°C内制作出的过滤介质，过滤效果更好。活性炭是一种多孔性炭吸附剂，它具有如蜂窝状丰富的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根 据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物 质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性 炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更 优选不低于1000平方米/克。活性炭可以高效吸附饮水中的有机物、重金属、异色异味，尤其是医用活性炭，作 为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好，对颜 色和气味的吸附尤佳，选用医用活性炭可以保证过滤介质直接用于饮用水的处理。另外硝 基具有吸收电子性，能够降低苯环上n键电子云密度，从而也增强了活性炭对其吸附能 力。作为优选，活性炭选用粒径为74 89微米的医用活性炭。沸石分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架， 内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔 穴的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进 行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为" 分子筛"。沸石分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，可用于气体和液体的干燥、纯化、分 离和回收，被其吸附的物质可以解吸，沸石分子筛用后可以再生。商品沸石分子筛常用前缀 数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，其中13X沸石分子筛也叫钠X型沸石分子筛，13X 沸石分子筛的孔径为10人,可以吸附小于10人任何分子，具有较高吸附容量，较快的吸附速 率。作为优选，选用粒径为74 89微米的13X沸石分子筛。所述的超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选的粒径为 104 124微米。超高分子量聚乙烯可从国内生产厂家得到，如北京东方石油化工有限公司 助剂二厂可提供M-I型(分子量为150士50万)、M-II型(分子量为250士50万)、M-III 型(分子量为350士50万)、M-IV型(分子量为大于400万)等规格的产品。超高分子量聚 乙烯的一个作用是粘结和形成过滤介质骨架的作用，因为超高分子量聚乙烯的分子量大， 熔融粘度非常高，熔融以后不能流动，所以利用超高分子量聚乙烯通过压制，烧结得到的过 滤介质，容易形成微孔，可以起到吸附水中硝基苯的作用。本发明所述发孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮 类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。作为优 选，发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。其中，食品级碳酸氢铵也 称食用级碳酸氢铵，与工业级碳酸氢铵相区别。虽然工业级碳酸氢铵也有发孔的作用，但是 它可能会含有对健康有害的杂质，不宜用作饮用水过滤介质的生产原料。本发明对于上述制备方法中步骤a)中所用的几种原料进行了较为详尽的描述， 在这几种原料的协同加合作用下，水中的硝基苯可以被充分吸附。在本发明中，对于混合步骤，可以认为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的 低剪切混合器或搅拌器都是适用的，比如具有钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋 式搅拌器等，转速要视混合器的类型而定，但以避免扬起粉尘为宜。混合后的粉体填装入预先设计好的模具中，通过加压将其压实，压力一般不大于
42MPa，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铝、铸铁、钢或任何适当的能承受相应压力 和温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油或任何其他的几乎不 会吸附到过滤介质上的市售脱模剂，也可以使用脱模纸。本发明还提供了以下技术方案一种由上述过滤介质构成的去除饮用水中硝基苯的滤芯。本发明还提供了以下技术方案一种净水装置，包括上述的过滤介质或者滤芯。本发明还提供了 一种包括上述净水装置的饮水机。相对于现有技术，本发明的优点在于制备的过滤介质对水中的硝基苯的去除率 高，适用于受其污染严重的饮用水，免除硝基苯对人体产生的伤害，使用简便，另外由于使 用的是滤芯，不是粉体，所以无需后续处理，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对 饮用水中硝基苯的去除率为95% 99%。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。实施例1(1)称取医用活性炭粉85g，所述医用活性炭的粒径为74 89微米；(2)称取13X沸石分子筛粉75g，所述13X沸石分子筛粉的粒径为74 89微米；(3)称取超高分子量聚乙烯粉290g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工 有限公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；(4)称取食品级碳酸氢铵100克，纯度达到99. 99%以上；(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 9MPa的液压压力下压制，在250°C温 度下烧结140分钟；(7)自然冷却至50°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例2(1)称取医用活性炭粉90g，所述医用活性炭的粒径为74 89微米；(2)称取13X沸石分子筛粉80g，所述13X沸石分子筛粉的粒径为74 89微米；(3)称取超高分子量聚乙烯粉300g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工 有限公司助剂二厂的M-III型产品，其分子量为350万；(4)称取食品级碳酸氢铵120克，纯度达到99. 99%以上；(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 8MPa的液压压力下压制，在280°C温 度下烧结130分钟；(7)自然冷却至60°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例3
(1)称取医用活性炭粉120g，所述医用活性炭的粒径为74 89微米；(2)称取13X沸石分子筛粉110g，所述13X沸石分子筛粉的粒径为74 89微米；(3)称取超高分子量聚乙烯粉260g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工 有限公司助剂二厂的M-II型产品，其分子量为250万；(4)称取偶氮二甲酰胺130克，纯度达到99. 99%以上；(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；
(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在220°C温 度下烧结150分钟；(7)自然冷却至40°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例4(1)称取医用活性炭粉180g，所述医用活性炭的粒径为74 89微米；(2)称取13X沸石分子筛粉180g，所述13X沸石分子筛粉的粒径为74 89微米；(3)称取超高分子量聚乙烯粉200g，所述超高分子量聚乙烯为北京东方石油化工 有限公司助剂二厂的M-I型产品，其分子量为150万；(4)称取草酸60克，纯度达到99. 99%以上；(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均勻；(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0. 4MPa的液压压力下压制，在300°C温 度下烧结120分钟；(7)自然冷却至40°C然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。制备的滤芯的直径为50mm，长度为200mm。实施例5取实施例1 4所得多微细孔的管状滤芯1，2，3，4，内衬两层无纺布，外包两层 无纺布，再在外层裹上聚丙烯多孔网，滤芯两端粘接上连接端盖，放置于不锈钢或塑料壳体 内，用于处理饮用水，经检测，该结构滤芯对饮用水中的硝基苯的去除效果好。如表1所示， 为采用实施例1 4提供的滤芯对饮用水处理前后的硝基苯的含量，结果表明本发明提供 的滤芯非常适合家庭终端饮用水处理的需要。 从表1可以看出，利用本发明的滤芯去除水中的硝基苯取得了很好的效果。以上对本发明所提供的用于去除饮用水中硝基苯的过滤介质及其制备方法以及
6由该过滤介质构成的滤芯进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施 方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当 指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发 明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种用于去除饮用水中硝基苯的过滤介质的制备方法，包括如下步骤a)将包含活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为80～200∶70～200∶200～300∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分 子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为80 90 70 80 290 300 100 120。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述烧结的温度为200°C 300 °C。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述活性炭粉为粒径74 89微 米的医用活性炭粉。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述沸石分子筛粉为粒径74 89微米的13X沸石分子筛粉，或者所述超高分子量聚乙烯粉的粒径为104 124微米。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述发孔剂为偶氮二甲酰胺、食品 级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去除饮用水中硝基苯的过 滤介质。
8.—种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述的过滤介质构成。
9.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求7所述的过滤介质或者权利要求8所述的 滤芯。
10.一种饮水机，其特征在于，包括权利要求9所述的净水装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于去除饮用水中硝基苯的过滤介质及其制备方法，还涉及由该过滤介质构成的滤芯、净水装置和饮水机。过滤介质的制备包括a)将包含活性炭粉、沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的原料混合，所述活性炭粉、13X沸石分子筛粉、超高分子量聚乙烯粉和发孔剂的重量比为80～200∶70～200∶200～300∶50～150；b)将a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明的优点在于制备的过滤介质对饮用水中的硝基苯的去除率高，免除硝基苯对人体的伤害，使用简便，并无需后续处理，适合家庭终端饮水处理。经检测该过滤介质对饮用水中硝基苯的去除率为95％～99％。
文档编号C02F1/28GK101844011SQ200910131729
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者周奇迪 申请人:周奇迪