用于去除飲用水中鎘的過濾介質、濾芯以及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種去除飲用水中鎘的過濾介質及其制備方法，由該過濾介質構成的 濾芯、凈水裝置和飲水機。
【背景技術】
[0002] 鎘在常溫下是一種具有銀白色或略帶藍色光澤的金屬，是延展性和耐腐蝕性良好 的稀有金屬。鎘對生物質和堿性物質的防腐蝕能力很強，經常用于鋼、鐵、銅等金屬的電鍍； 鎘還可用于制造鎳鉻電池；其化合物大量被用來生產熒光粉和顏料；廣泛應用于冶煉、制 革、印染及化工生產。
[0003] 鎘是我國水體中一種較普遍的污染物，含鎘廢水的毒性很大，鎘的化合物毒性更 大，容易在生物體內富集，使泌尿系統受損，引發慢性中毒；我國污水綜合排放標準中明確 規定鎘是第一類污染物，最高允許排放濃度為0. lmg/L，不可以做稀釋處理。鎘在人體中以 溶解態為主，它會與多種陰離子形成水合絡合物。近年來，我國湖南、廣東等地陸續發生一 系列鎘污染事件，給百姓的生活安全帶來威脅。
[0004] 面對上述污染，傳統的水處理工藝對鎘的處理效果不好，不能有效的去除鎘；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，費水費電，成本高，排放 的濃縮液不易處理，易造成二次污染；而沉淀法同樣會出現處理難的問題。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明解決的技術問題是提供一種過濾介質及其制備方法，該過濾介 質對飲用水中的鎘的去除率高，并且方法簡單。還提供了由這種過濾介質構成的濾芯、凈水 裝置以及飲水機。
[0006] 本發明提供了一種去除飲用水中鎘的過濾介質的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑的重量比為200~ 300:50 ~100:100 ~200:50 ~100:50 ~100 ;
[0008] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結、冷卻；
[0009] 所述壓制壓力為0· 4MPa~IMpa ;所述燒結溫度為200°C~300°C ;所述燒結時間 為90~120min ;所述冷卻溫度為40~60°C。
[0010] 優選的，所述沸石粉為經過十六烷基三甲基溴化銨改性的沸石粉。
[0011] 優選的，還包括海泡石粉，所述海泡石粉與所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、 沸石粉、磷灰石粉和發孔劑的重量比為50~140:200~300:50~100:100~200:50~ 100:50 ~100〇
[0012] 優選的，還包括輕燒粉。
[0013] 優選的，所述輕燒粉與所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和 發孔劑的重量比為80~150:200~300:50~100:100~200:50~100:50~100。
[0014] 本發明提供了根據上述權利要求所述的制備方法得到的用于去除飲用水中鎘的 過濾介質。
[0015] 本發明提供了一種濾芯，由上述權利要求所述的過濾介質構成。
[0016] 本發明提供了一種凈水裝置，包括上述權利要求所述的過濾介質或者上述權利要 求所述的濾芯。
[0017] 本發明提供了一種飲水機，包括上述權利要求所述的凈水裝置。
[0018] 與現有技術相比，本發明提供了一種去除飲用水中鎘的過濾介質的制備方法， 包括以下步驟：a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑混合，得 到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑的重量比為 200~300:50~100:100~200:50~100:50~100 ;b)將步驟a)所得的混合物在模具 中壓制、燒結、冷卻；所述壓制壓力為0. 4MPa~IMpa ;所述燒結溫度為200 °C~300 °C;所述 燒結時間為90~120min ;所述冷卻溫度為40~60°C。本發明在上述原料的協同作用下， 制備得到的過濾介質對水中鎘的去除率高，方法簡單，適用于受其污染的飲用水，免除元素 鎘對人體產生的傷害，使用簡便，成本低，另外由于使用的是濾芯，不是粉體，所以無需后續 處理，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介質對飲用水中鎘的去除率在98. 6%以上。
【具體實施方式】
[0019] 本發明提供了一種去除飲用水中鎘的過濾介質的制備方法，包括以下步驟：
[0020] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑的重量比為200~ 300:50 ~100:100 ~200:50 ~100:50 ~100 ;
[0021] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結、冷卻；
[0022] 所述壓制壓力為0· 4MPa~IMpa ;所述燒結溫度為200°C~300°C ;所述燒結時間 為90~120min ;所述冷卻溫度為40~60°C。
[0023] 本發明首先將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑混合， 得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、沸石粉、磷灰石粉和發孔劑的重量比為 200 ~300:50 ~100:100 ~200:50 ~100:50 ~100 ;優選為 210 ~290:60 ~90:120 ~ 180:60 ~90:60 ~90 ;更優選為 220 ~280:65 ~85:130 ~170:65 ~85:65 ~85。
[0024] 在本發明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量優選為100萬~700萬，更優選 為200萬~600萬，最優選為250萬~400萬。優選的粒徑為89 μπι~104 μπι。超高分子量 聚乙烯可從國內生產廠家得到，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）、Μ-ΙΙ型（分子量為250±50萬）、Μ-ΙΙΙ型（分子量為350±50萬）、 M-IV型（分子量為大于400萬）等規格的產品。超高分子量聚乙烯的一個作用是粘結和形 成過濾介質骨架的作用，因為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 能流動，所以利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結得到的過濾介質，容易形成微孔，可以 起到吸附水中鎘的作用。
[0025] 在本發明中，活性炭是一種多孔性物質，具有蜂窩狀的孔隙結構，較大的比表面 積，特異的表面官能團、穩定的物理和化學性能，是優良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根 據原料來源的不同活性炭優選分為木質活性炭、礦物質原料活性炭和其他原料制成的活性 炭等。其中，所述木質活性炭優選包括椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質粉炭；所述礦物質原料 活性炭優選包括各種煤和石油及其加工產物為原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭 優選包括廢橡膠、廢塑料制成的活性炭。本發明優選使用以椰殼材質為來源的活性炭，其強 度較高、吸附性能好，更優選為以椰殼材質為來源的醫用活性炭。在本發明中，所述活性炭 的比表面積優選不低于500m 2/g，更優選不低于1000m2/g。活性炭可以高效的吸附水中的有 機物、尤其是醫用活性炭，作為用過國家相關藥品監督標準的產品，雜質含量低，表面積更 大，吸附效果也更好，并且選用醫用活性炭可以保證過濾介質直接用于飲用水的處理。本發 明優選采用粒徑為74~250 μm的醫用活性炭。
[0026] 本發明優選對所述活性炭進行改性處理，具體為采用十六烷基三甲基氯化銨做改 性劑對活性炭進行改性處理。經過改性后的活性炭對于鎘具有較好的吸附能力。
[0027] 沸石是含水多硅酸鹽的總稱，其結晶結構主要是由硅氧四面體構成，其中部分四 價硅離子被三價硅離子取代，導致負電荷過剩，因此結構中有堿金屬（或堿土金屬）等平衡 電荷的離子，同時沸石架構中有一定孔徑的孔腔和孔道，決定了其具有吸附、離子交換等性 質。在本發明中，沸石粉優選為經過改性的沸石粉，具體為：將天然沸石用去離子水清洗干 凈，烘干、稱取一定質量的沸石，浸泡在一定濃度的改性劑中，充分攪拌不少于兩小時，中和 后過濾，用去離子水清洗干凈，烘干備用。
[0028] 本發明所述沸石優選為斜發沸石。本發明優選對所述斜發沸石進行改性，所述改 性劑優選為十六烷基三甲基溴化銨。采用改性劑對沸石進行改性處理的時間通常優選不少 于2小時，更優選不少于4小時。
[0029] 經過改性處理的沸石，可除去礦物中所含的雜質和可溶物，在礦物結構中刻蝕出 豐富的孔隙和孔腔，增大其表面積，從而提高沸石的吸附、離子交換等性質。改性后的沸石 通過物理吸附和化學吸附可以進一步提高對砷的吸附能力。所述沸石的粒徑優選為44~ 124 μ m，更優選為54~114 μ m。
[0030] 磷灰石的化學式為a1(i[xo4]6z 2，其晶體結構中可以廣泛出現的類質同象替換。化 學式中 A 以二價陽離子為主，主要有 Ca2+, Mn2+，Sr2+, Ba2+, Pb2+, Na+, Cd2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Re 3+ 等；[X04]包括[Ρ04Γ、[Si04] 4_、[S04]2_、[C03]2_等；而 Z 為 F_、0H_、C1_等。結構中 A 位離子 有兩種配位位置，分別是配位數為9的位置和配位數為7的位置，而磷氧四面體則通過共角 頂或共面的多面體連接起來。多面體圍繞六次中性螺旋軸分布，構成平行C軸的結構通道。 根據通道中離子r、or、cr的相對含量可以分數氟磷灰石、羥磷灰石和氯磷灰石。由于離 子兩種位置的價鍵和半徑不同。因此，二價陽離子的進入將產生位置選擇性而形成有序的 超結構，同時兩種A位置的存在使得它對各種半徑的二價金屬陽離子有著廣泛的容納性。
[0031] 磷灰石是脊椎動物和人類的骨骼、牙齒中的主要無機組分。隨飲用水進入人體的 隔等重金屬離子容易與人體中的生物磷灰石中的鈣交換，從而引發骨質、牙齒或肌