一种过滤介质及其制备方法、滤芯和净水装置.pdf

本发明公开了一种用于去除水中三氯乙烯的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～100∶50～150；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。本发明还公开了一种利用上述制备方法制得的过滤介质。相对于现有技术，本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的三氯乙烯，去除率可以达到95～99％，从而达到改善水质的目的，并且由于所用的原料来源广，所以过滤介质的制备成本会很低。本发明所提供的技术方案，特别适用于处理三氯乙烯含量高的水。

1.  一种用于去除水中三氯乙烯的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～100∶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，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比为：290～300∶180～190∶40～50∶90～100。

3.  根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。

4.  根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的粒径为124～150微米。

5.  根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为医用活性炭，其粒径为74～89微米。

6.  根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁粉的粒径为124～150微米。

7.  根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，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。

8.  根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法得到的过滤介质。

9.  使用权利要求8所述过滤介质的滤芯。

10.  一种净水装置，包括使用权利要求8所述的过滤介质或者权利要求9所述的滤芯。

一种过滤介质及其制备方法、滤芯和净水装置
技术领域
本发明涉及一种去除水中三氯乙烯的过滤介质及其制备方法、使用该过滤介质的滤芯和净水装置。
背景技术
工业和农业的迅速发展导致水资源遭到严重破坏，工业废水排放到江河、湖泊中，农药、杀虫剂等大量使用以及生活垃圾和生活废水的肆意排放，这些都造成地下水和地表水的水质变差，导致水中产生很多对人体有害的物质。水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。
三氯乙烯就是其中非常有害的物质，三氯乙烯的英文名称为Trichloroethylene，简称TCE，为无色液体，气味与氯仿相似，其化学式为ClCH＝CCl₂，相对分子质量为131.39，在温度为20℃时，密度为1.465g/cm³(克/立方厘米)，不溶于水，可溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。作为氯化溶剂，可以用于纸浆、印刷、造纸、油漆、纺织、农药、橡胶等领域。也可以用作衣物干洗剂。作为脱脂剂，广泛应用于金属加工、机械、电子、油脂等工业。三氯乙烯是有毒的致癌嫌疑物，是美国环境保护署(EPA)列出的重点污染物，世界卫生组织(WTO)确定的饮用水中限定含量指导值不超过0.07mg/L。1982年，日本调查发现，地下水受三氯乙烯污染比较广泛；1996年发现，被三氯乙烯污染的水井数量在增加，15％的自来水来自被三氯乙烯污染的地下水。在我国，三氯乙烯是地下水中检出率最高的氯代烃。
据报道，当人体摄入三氯乙烯含量的水时，会发生呕吐、一时意识不清等症状。三氯乙烯属于蓄积性麻醉剂，对中枢神经系统有强烈的抑制作用，还会损害肝、肾和心脏。饮用水受三氯乙烯污染地区的妇女所生婴儿，先天性心脏病增多，动物实验证明三氯乙烯很容易透过胎盘屏障，可致胎仔死亡、眼畸形、腭裂等异常。
人们利用生物降解法、fenton试剂氧化法(法国人fenton发明的)、光催化氧化法、臭氧过氧化氢分解法、铁粉分解法、空气吹脱、活性炭处理等进行三氯乙烯的去除。
应用这些方法对水中的三氯乙烯进行去除时，去除率都偏低，并且成本还高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于去除水中三氯乙烯的过滤介质，该过滤介质所用原料来源广泛，成本低，用于去除水中三氯乙烯时，去除率高。
为了解决以上的技术问题，本发明采用以下的技术方案：
一种用于去除水中三氯乙烯的过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
a)将包含超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比为：200～300∶50～200∶50～100∶50～150；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。
优选地，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比为：290～300∶180～190∶40～50∶90～100。发明人意外地发现，所述超高分子量聚乙烯、活性炭、铁粉和发孔剂的重量比在这个范围内时，制备的过滤介质对三氯乙烯的去除率有明显的提高。
所述超高分子量聚乙烯为重均分子量大于100万的聚乙烯，优选使用重均分子量为250～400万的聚乙烯。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(分子量为150±50万)、M-II(分子量为250±50万)、M-III(分子量为350±50万)、M-IV(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，另外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，可以起到吸附水中三氯乙烯的作用。另外，超高分子量聚乙烯的粒径优选使用124～150微米，这样可以提高制备的过滤介质的去除三氯乙烯的效果。
活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、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。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。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水中的杂质，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。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，采用粒径为74～89微米的医用活性炭，效果会更佳。
铁粉是金属铁的粉末状态，铁的原子量为55.85，是一种比较特别的金属，属于过渡金属行列，在室温下，铁可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速度增大。反应方程式为：
3Fe+4H₂O→Fe₃O₄+4H₂。
铁的特性非常特别，经常会有一些新的用途的发现。在本发明中，优选使用粒径为124～150微米的铁粉，更优选地，对上述铁粉进行酸洗处理。酸洗处理是利用非常稀的盐酸等酸，对铁粉进行清洗，酸洗的目的是为了去除金属铁表面的氧化物保护膜，使得铁粉能够有比较多的还原性金属表面，从而有更多的新的反应点；并且在铁粉表面形成一些腐蚀性的坑穴，增加了其比表面积，促进其对三氯乙烯的去除。一般来说，处理一定量的铁粉需要酸的量是可以确定的。可以根据下列方程式进行基本测算：
Fe₂O₃+6H⁺＝2Fe³⁺+3H₂O
这种测算不需要太精确，只要能够满足以下两个要求即可：(1)基本除去铁粉表面的氧化物保护膜；(2)不能使得铁与酸反应生成太多的氢气。
发孔剂选择偶氮二甲酰胺、食品级碳酸氢铵、草酸中的至少一种。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺或食品级碳酸氢铵。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。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。
压制压力可以选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为：200～300℃，烧结时间为120～150分钟，冷却至40～60℃即可以脱模。
虽然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，但是本发明不局限于此种理论或者另外的任何理论。对于在制备过程中它们之间的具体的化学变化、结构的变化尚不能确定。此几种原料经过上述的工艺处理制备出的过滤介质，可以有效去除水中的三氯乙烯，并且具有协同作用。
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1MPa，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，也可以使用铝箔等脱模纸。
本发明还提供了以下技术方案：一种使用了上述过滤介质的滤芯。
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，本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的三氯乙烯，去除率可以达到95～99％，从而达到改善水质的目的，并且由于所用的原料来源广，所以过滤介质的制备成本会很低。
本发明所提供的技术方案，特别适用于处理三氯乙烯含量高的水。
具体实施方式
为能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。
实施例1
(1)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-III型产品，其分子量为350万，粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取铁粉50g，所述铁粉的粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的铁粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵150g，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分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结150分钟；
(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
实施例2
(1)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-II型产品，其分子量为250万，粒径为104～124微米，利用120目和140目的筛子进行筛选即可以得到104～124微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉50g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取铁粉100g，所述铁粉的粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的铁粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵50g，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8分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.75MPa的液压压力下压制，在200℃温度下烧结120分钟；
(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
实施例3
(1)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-III型产品，其分子量为350万，粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉190g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取铁粉50g，所述铁粉的粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的铁粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵90g，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分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结150分钟；
(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
实施例4
(1)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，粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的超高分子量聚乙烯粉；
(2)称取医用活性炭粉180g，所述医用活性炭的粒径为74～89微米，利用170目和200目的筛子进行筛选即可以得到74～89微米的医用活性炭粉；
(3)称取铁粉40g，所述铁粉的粒径为124～150微米，利用100目和120目的筛子进行筛选即可以得到124～150微米的铁粉；
(4)称取食品级碳酸氢铵100g，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分钟混合均匀；
(6)装填入直径为50mm管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在300℃温度下烧结150分钟；
(7)自然冷却至50℃然后脱模，即得多微细孔的管状滤芯。
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三氯乙烯的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。
表1使用滤芯处理前后的水单位：mg/L

从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的三氯乙烯取得了很好的效果。
另外对处理前后的水也进行了其他项目的测试，测试结果如表2所示。
表2使用滤芯处理前后的水

从表2可以看出，利用本发明的滤芯在去除三氯乙烯的同时，对浑浊物和细菌微生物的也有很好的去除效果。
相对于现有技术，本发明的优点在于所提出的技术方案能够去除水中的三氯乙烯，去除率可以达到95～99％，从而达到改善水质的目的，并且由于所用的原料来源广，所以过滤介质的制备成本会很低。
本发明所提供的技术方案，特别适用于处理三氯乙烯含量高的水。
以上对本发明所提供的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。