专利名称：用于去除水中二噁英的过滤介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于去除水中二噁英的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯。
背景技术：
多氯二苯并二噁英(P⑶Ds)和多氯二苯并呋喃(P⑶Fs)总称为二噁英，由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并二噁英(PCDDs)；由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并呋喃(PCDFs)。由于每个苯环上都可以取代1 4个氯原子，因此，二噁英具有众多的异构体，其中PCDDs有75种异构体，PCDFs有135种异构体。二噁英广泛分布于地球环境中，例如，美国、德国、荷兰、法国和瑞典等国家的一些造纸厂下游河中已检出二噁英；我国北方一些造纸厂下游的水中二噁英含量明显高于工业化国家；我国鸭儿湖地区已被二噁英严重污染。相关研究人员认为，氯碱工业是我国环境中二噁英的主要来源之一，另外，燃料化工、杀虫剂、除草剂、落叶剂、防腐剂和垃圾焚烧等均可以带来二噁英污染。二噁英在环境中稳定性高，难于生物降解，因此，环境中的二噁英很难自然降解消除。同时，二噁英的毒性巨大，是砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称，万分之一克甚至亿分之一克的二噁英就会给健康带来严重的危害。其中，2，3，7，8-4氯代二苯并对二噁英(TCDD) 在目前已知的化合物中毒性最大，具有强致癌性，另外，二噁英除了具有致癌毒性以外，还具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康和生活。常规的用于去除水中二噁英的方法包括热分解法、化学分解法、臭氧分解法、光解法、生物分解法、催化氧化法、临界水分解法和反渗透法等，上述方法均工艺复杂且很难去除水中的二噁英；另外，反渗透法产生的废水还会引发新的难题。由于采用滤芯对待处理水进行处理具有过程简单、易操作、成本低等优点，因此，本发明人考虑，提供一种用于去除水中二噁英的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该滤芯可以有效去除水中的二噁英。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于去除水中二噁英的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯，该滤芯可以有效去除水中的二噁英。为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于去除水中二噁英的过滤介质的制备方法，包括以下步骤在惰性气体保护下，将混合物置于模压器中模压，然后在160 220°C下烧结50 80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300 500重量份的活性炭、3 10 重量份的铝粉、50 70重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料、80 150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物。优选的，所述活性炭为比表面积为1000 1500m2/g的医用活性炭。
优选的，所述铝粉的粒径为180 250目。优选的，所述铝粉的粒径为180 220目。优选的，所述天然碳酸钙为大理石、方解石、石灰石和白云石中的一种或几种。优选的，所述改性的天然碳酸钙按照如下方法制备在硅酸盐或二氧化硅存在的条件下，将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应。优选的，所述混合物还包括30 50重量份的纳米级钛硅分子筛。优选的，所述活性炭为350 400重量份，所述铝粉为3 5重量份，所述油酸改性的二氧化钛纳米材料为50 60重量份，所述改性的天然碳酸钙为80 100重量份。本发明还提供一种上述制备方法制备的用于去除水中二噁英的过滤介质。相应的，本发明还提供一种上述过滤介质构成的用于去除二噁英的滤芯。本发明提供一种用于去除水中二噁英的过滤介质的制备方法，包括以下步骤在惰性气体保护下，将混合物置于模压器中模压，然后在160 220°C下烧结50 80分钟， 冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300 500重量份的活性炭、3 10重量份的铝粉、50 70重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料、80 150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物。由于本发明采用的活性炭、二氧化钛纳米材料和改性的天然碳酸钙均对二噁英有很强的吸附作用，并且，铝粉可以与二噁英反应生成水和氯化钠等无害物质。因此，在上述原料的协同加合作用下，利用本发明提供的过滤介质制备得到的滤芯可以有效去除待处理水中的二噁英。实验结果表明，本发明提供的滤芯对二噁英的去除率较高，适用于家庭终端应用水处理的需要。
具体实施例方式下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明公开了种用于去除水中二噁英的过滤介质的制备方法，包括以下步骤在惰性气体保护下，将混合物置于模压器中模压，然后在160 220°C下烧结50 80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300 500重量份的活性炭、3 10 重量份的铝粉、50 70重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料、80 150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物。本发明采用的活性炭一般按如下方法制备将植物如泥炭、木炭、木头、椰果壳和石油等制备的炭通过在含氧化气的蒸汽中高温热解活化，再经过无机酸洗清洗并烘干。所述活性炭具有无臭、无味、无砂性的特性，不溶于任何溶剂，其相对密度约为1. 9 2. 1，表观相对密度约为0. 08 0. 45。所述活性炭对各种气体有选择性的吸附能力，对有机色素和含氮碱等具有高容量吸附能力，更重要的是，所述活性炭对待处理水中的二噁英具有较强的吸附能力。本发明优选采用医用活性炭，其作为国家相关药检标准的产品，杂质含量更低，吸附效果更好。该活性炭具有丰富的孔隙结构，其比表面积优选为1000 1500m2/g以上，更优选为1200 1500m2/g ；所述活性炭的粒度优选为40 60目，更优选为50 60目；另外，该活性炭的灰分含量优选为4 6wt%，更优选为5wt%。本发明采用上述比表面积的活性炭对水中的二噁英具有更好的吸附作用。由于二噁英具有稳定性高、难于生物降解的特点，本发明以铝粉作为反应原料制备过滤介质，所述铝粉的粒径优选为180 250目，更优选为180 220目，最优选为200 目。本发明所述过滤介质的制备优选在惰性气体保护下进行，所述惰性气体优选为氩气。所述铝粉可以与二噁英反应生成水和氯化钠等无害物质，对于去除水中的二噁英具有重要作用。此外，本发明还优选以油酸改性的二氧化钛纳米材料为原料，该油酸改性的二氧化钛纳米材料的比表面积优选为160 200m2/g，更优选为170 180m2/g。本发明采用的油酸改性的二氧化钛可以按照本领域技术人员熟知的方法制备，也可以采用市购的产品， 对此本发明并无特别限制。该油酸改性的二氧化钛纳米材料具有较大比表面积，因此，对二噁英具有强烈的吸附作用。所述改性的天然碳酸钙优选按照如下方法制备将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应，得到改性的天然碳酸钙，或称为表面-反应的天然碳酸钙。在改性的天然碳酸钙的制备过程中，通过将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应，提高天然碳酸钙的PH值，所述改性的天然碳酸钙的PH值优选为6. 5 8，更优选为7 7. 5。优选的，所述改性的天然碳酸钙优选按照如下方法制备在硅酸盐或二氧化硅存在的条件下，将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应。在制备得到改性的天然碳酸钙后，优选将其干燥，形成改性的天然碳酸钙颗粒。本发明采用的天然碳酸钙优选为大理石、方解石、石灰石和白云石中的一种或几种。上述制备的改性的天然碳酸钙的比表面积优选为30 70m2/g，更优选为40 60m2/g， 最优选为40 50m2/g ；该改性的天然碳酸钙的平均粒径优选为15 30 μ m,更优选为15 20 μ m。改性的天然碳酸钙可以有效地吸附水中二噁英，同时与活性炭之间的协同相互作用，进一步提高对水中二噁英的吸附效果。作为一种优选实施方式，所述混合物还优选包括30 50重量份的纳米级钛硅分子筛。所述纳米级钛硅分子筛可以采用本领域技术人员熟知的方法制备，也可以采用市购的纳米级钛硅分子筛。该纳米级钛硅分子筛的中具有规整而均勻的孔道，在于含有二噁英的水接触后，对水中的二噁英具有较强的吸附作用，可以进一步减少水中的二噁英含量。本发明中，所述活性炭优选为350 400重量份，所述铝粉优选为3 5重量份， 所述油酸改性的二氧化钛纳米材料优选为50 60重量份，所述改性的天然碳酸钙优选为 80 100重量份。进一步的，所述活性炭优选为380 400重量份，所述铝粉优选为3 5 重量份，所述油酸改性的二氧化钛纳米材料优选为50 55重量份，所述改性的天然碳酸钙优选为80 90重量份。由于本发明采用的活性炭、二氧化钛纳米材料和改性的天然碳酸钙均对二噁英有很强的吸附作用，并且，铝粉可以与二噁英反应生成水和氯化钠等无害物质。因此，在上述原料的协同加合作用下，利用本发明提供的过滤介质制备得到的滤芯可以有效去除待处理水中的二噁英。在该过滤介质的制备过程中，所述烧结温度优选为160 220°C，更优选为160 200°C;烧结时间优选为50 80分钟，更优选为50 70分钟。对于所述混合的制备方法， 可以采用将各原料直接混合的方式进行，同时制备混合所用的装置，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气或搅拌器都是适用的，例如，滚筒式混合物、螺旋式搅拌器等。相应的，本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的过滤介质。同时，还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中二噁英的滤芯。本发明提供的滤芯的结构为本领域技术人员熟知的结构，对此本发明并无特别限制。利用本发明制备的滤芯对饮用水或其他水质进行过滤时，过滤后的水中二噁英含量明显减少，同时，由于制备滤芯的原料中含有少量铝粉，因此，该铝粉可能与水发生一定的化学反应使水呈碱性。因此，利用本发明制备的滤芯过滤得到的水在饮用前，优选进行酸碱中和处理，对于用于酸碱中和处理的酸本发明并无特别限制，可以采用本领域技术人员熟知的食用酸或食用酸性化合物。为了进一步说明本发明的技术方案，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。本发明实施例中采用的化学试剂均为市购。实施例1在55°C下，将石灰石与二氧化碳和草酸反应，得到改性石灰石，该改性石灰石的比表面积为50m2/g ；在氩气保护下，称取400g比表面积为1200m2/g的医用木质活性炭、3g粒径为200 目的铝粉、50g油酸改性的二氧化钛纳米材料和120g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌 120分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在200°C下烧结60分钟，冷却后脱模，得到滤
-I-H心。实施例2在55°C下，将石灰石与二氧化碳和草酸反应，得到改性石灰石，该改性石灰石的比表面积为50m2/g ；在氩气保护下，称取300g比表面积为1200m2/g的医用木质活性炭、3g粒径为200 目的铝粉、50g油酸改性的二氧化钛纳米材料和120g改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌 120分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在200°C下烧结60分钟，冷却后脱模，得到滤
-I-H心。实施例3在55°C下，将石灰石与二氧化碳和草酸反应，得到改性石灰石，该改性石灰石的比表面积为50m2/g ；在氩气保护下，称取500g比表面积为1500m2/的医用木质活性炭、粒径为200目的铝粉、60g油酸改性的二氧化钛纳米材料和IOOg改性石灰石颗粒放入搅拌器中搅拌120 分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在200°C下烧结60分钟，冷却后脱模，得到滤芯。实施例4在55°C下，将石灰石与二氧化碳和草酸反应，得到改性石灰石，该改性石灰石的比表面积为50m2/g ；在氩气保护下，称取500g比表面积为1500m2/的医用木质活性炭、3g粒径为200 目的铝粉、60g油酸改性的二氧化钛纳米材料、IOOg改性石灰石颗粒和30重量份的纳米级钛硅分子筛放入搅拌器中搅拌120分钟后，去除部分装入管状模具中，压制，在200°C下烧结60分钟，冷却后脱模，得到滤芯。实施例5取实施例1 4制备的滤芯，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，滤芯两端粘结上连接端盖，然后放置于不锈钢壳体内处理饮用水。经检测，该滤芯对二噁英具有良好的去除效果。表1为采用本发明实施例1 4提供的滤芯对饮用水处理前后二噁英的含量。表1使用实施例1 4制备的滤芯处理前后水中的二噁英的含量
权利要求
1.一种用于去除水中二噁英的过滤介质的制备方法，包括以下步骤在惰性气体保护下，将混合物置于模压器中模压，然后在160 220°C下烧结50 80 分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300 500重量份的活性炭、3 10重量份的铝粉、50 70重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料、80 150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为比表面积为1000 1500m2/g的医用活性炭。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉的粒径为180 250目。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉的粒径为180 220目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然碳酸钙为大理石、方解石、 石灰石和白云石中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性的天然碳酸钙按照如下方法制备在硅酸盐或二氧化硅存在的条件下，将天然碳酸钙与二氧化碳和草酸反应。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合物还包括30 50重量份的纳米级钛硅分子筛。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为350 400重量份，所述铝粉为3 5重量份，所述油酸改性的二氧化钛纳米材料为50 60重量份，所述改性的天然碳酸钙为80 100重量份。
9.一种由权利要求1 8任意一项所述的制备方法制备的用于去除水中二噁英的过滤介质。
10.由权利要求9所述的过滤介质构成的用于去除二噁英的滤芯。
全文摘要
本发明公开了一种用于去除水中二噁英的过滤介质的制备方法，包括以下步骤将混合物置于模压器中模压，然后在160～220℃下烧结50～80分钟，冷却、脱模后得到过滤介质，所述混合物包括300～500重量份的活性炭、3～10重量份的铝粉、50～70重量份的油酸改性的二氧化钛纳米材料、80～150重量份的改性的天然碳酸钙，所述改性的天然碳酸钙是天然碳酸钙、二氧化碳和草酸的反应产物。本发明采用的活性炭、二氧化钛纳米材料和改性的天然碳酸钙均对二噁英有很强的吸附作用，铝粉可以与二噁英反应生成水和氯化钠等无害物质。在上述原料的协同加合作用下，本发明制备的滤芯可以有效去除待处理水中的二噁英。
文档编号C02F1/28GK102397778SQ201110374238
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者周奇迪, 栾云堂 申请人:周奇迪