一种过滤介质及其制备方法、 滤芯、 净水装置和饮水机 技术领域 本发明涉及一种去除水中氰化物的过滤介质及其制备方法、 使用该过滤介质的滤 芯、 净水装置和饮水机。
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。
氰化物是环境中重要的污染物。氰化物在电镀业中是常用的物质， 例如常应用于 镀金、 镀银、 镀铜等电镀业中。 另外， 氰化物也应用于化学工业的生产丙烯酸酯的过程中。 在 国内外都发生过水中的氰化物导致中毒的事件发生。2002 年罗马尼亚某金矿溢出的氰化 物对附近河流造成严重污染， 当地 250 万人因此而不得不选择其他的取水途径 ； 同样是在 2002 年， 我国河南省洛阳市的河流发生氰化钠污染， 河流下游水同样不能饮用， 并且毒死了 3 只羊和 12 头牛。 由于工业的持续发展， 地下水也被氰化物所轻度污染， 饮用受氰化物污染 的水会出现头晕、 头疼、 心悸等症状。我国已经把氰化物列入水体优先控制污染物的 “黑名 单” ， 有必要对其进行有效去除。
氰化物是指带有氰基 (-CN) 的化合物， 其中的碳原子和氮原子通过叁键连接。叁 键连接给予氰基以相当高的稳定性， 使之在通常的化学反应中都以一个整体存在。通常为 人们所了解的氰化物是无机物， 俗称为山奈， 是指包含有氰根离子 (CN-) 的无机盐， 可以认 为是氢氰酸 (HCN) 的盐， 常见的有氰化钠和氰化钾。氰化钠和氰化钾都有剧毒， 已经为人们 所熟知， 但是氰化物也可以是有机氰化物。有机氰化物是由氰基通过单键与另外的碳原子 结合而成。例如乙腈、 丙烯腈、 正丁腈等均能在体内很快析出离子， 均属于高毒性的物质。
氰化物进入人体后析出氰离子， 与细胞线粒体内氧化型细胞色素氧化酶的三价铁 结合， 阻止氧化酶中的三价铁还原， 妨碍细胞正常呼吸， 阻止细胞不能利用氧， 造成阻止缺 氧， 导致机体陷入内窒息状态。另外某些氰化物的分子本身具有直接对中枢神经系统的抑 制作用。
为了很好地去除饮水中的氰化物， 科研人员尝试了双氧水氧化法、 臭氧氧化法、 电 解氧化法以及生物法等。 这些方法或者需要特殊的化学试剂 ( 双氧水法和臭氧氧化法 )、 或 者需要较大的电能 ( 电解氧化法 )、 或者需要较为复杂繁琐的操作 ( 生物法， 并且生物法对 操作人员的技能水平要求等都较高 )， 都是成本较高的去除方法。 目前还没有一种能够很好 除去水中氰化物并且成本低的过滤介质。
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氰化物的过滤介质， 该过 滤介质成本低， 用于去除水中氰化物时， 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 ：
一种用于去除水中氰化物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、 蒙脱石和发孔剂的原料混合， 超高分子量聚 乙烯、 活性炭、 蒙脱石和发孔剂的重量比为 ： 200 ～ 300 ∶ 100 ～ 240 ∶ 100 ～ 200 ∶ 100 ～ 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、 蒙脱石和发孔剂的重量比为 ： 290 ～ 300 ∶ 110 ～ 120 ∶ 100 ～ 110 ∶ 100 ～ 110。发明人发现， 所述超高分子量聚乙烯、 活性 炭、 蒙脱石和发孔剂的重量比在这个范围内时， 制备的过滤介质对氰化物的去除率有明显 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， 可以起到吸附水中氰化物的作用。超高分子量聚 乙烯的粒径为 89 ～ 104 微米。 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 89 ～ 104 微米的医用活性炭， 效果会更 佳。
蒙脱石的改性对于提高去除水中氰化物的效果有积极的意义。 因为蒙脱石的结构 属于层片状结构， 可以有效吸附氰化物。优选使用铁改性蒙脱石粉。一种具体的铁改性蒙 脱石粉的方法包括如下步骤 ：
1) 按蒙脱石∶蒸馏水＝ 1 ∶ 5 ～ 30 的重量比将蒙脱石在蒸馏水中浸泡 24 ～ 48 小时， 使其在水中分散制成悬浮液， 静置， 使其沉降 20 ～ 24 小时， 离心、 干燥 ；
2) 钠基蒙脱石或钙基蒙脱石的钠化 ；
3) 制备 FeCl3 改性液， 方法如下 ：
①先制备浓度为 0.2 ～ 1mol/L 的 FeCl3 水溶液，
②在不断搅拌的情况下， 将 0.5 ～ 1mol/L 的 NaOH 滴入 FeCl3 水溶液中至 OH-/Fe3+ ＝ 2.8 ～ 3.5， 将反应温度控制在 60 ～ 90℃， 反应终止 pH 为 4 ～ 5，
③反应结束后继续搅拌 2 ～ 4 小时， 然后在 25 ～ 35℃温度下陈化 6 ～ 8 天或 60 ～ 70℃陈化 1 ～ 3 天， 即得铁改性液 ；
4) 蒙脱石改性 ：
①将铁改性液在不断搅拌下加入钠蒙脱石， 加入比例为钠蒙脱石， 铁改性液＝ 100g ∶ 100 ～ 300ml， 反应温度为 25 ～ 35℃， 加完改性液继续搅拌 1 ～ 4 小时， 然后在室温 下陈化 3 ～ 7 天，
②将混合液 3000 ～ 4000 转离心 10 ～ 20 分钟， 弃去上清液， 在 80 ～ 90℃温度下 干燥 20 ～ 24 小时， 然后用蒸馏水离心洗涤 3 ～ 6 次后， 在 80 ～ 90℃干燥得到最终铁改性 的蒙脱石粉。
改性蒙脱石粉对氰化物有良好的吸附作用， 蒙脱石为天然原状粘土， 结构呈现层 片状结晶体， 经活化处理后， 其层片状结构由原先的紧密叠加变成为松散叠加， 具有较大的 吸附表面， 吸附能力得以加强。属于层片状表面吸附。它不同于活性炭的孔状吸附， 且具有 活化吸附、 絮凝、 生化活性等良好的性能。
蒙脱石粉优选使用粒径为 61 ～ 89 微米的蒙脱石粉。
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 ： 220 ～ 250℃， 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氰化物， 并且有协同作用， 可以将水中的氰化物充分吸收。
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氰化物， 去除率达到 92 ～ 99％， 从而达到改善水质的目的， 并且方法简单， 制备过滤介质的原料来 源广泛， 成本低。
本发明所提供的技术方案， 特别适用于被氰化物污染的水的处理。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
本实施例的具体步骤包括以下步骤 ：
(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 89 ～ 104 微米， 利用 140 目 和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的超高分子量聚乙烯粉 ；
(2) 称取医用活性炭粉 160g， 所述医用活性炭的粒径为 89 ～ 104 微米， 利用 140 目和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的医用活性炭粉 ；
(3) 称取改性蒙脱石粉 150g， 所述改性蒙脱石粉的粒径为 61 ～ 89 微米， 利用 170 目和 230 目的筛子进行筛选即可以得到 61 ～ 89 微米的改性蒙脱石粉 ；
(4) 称取食品级碳酸氢铵 120g， 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 0.4MPa 的液压压力下压制， 在 220℃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。
步骤 (3) 中所述的铁改性蒙脱石可以通过下列方法得到 ：
1) 按蒙脱石∶蒸馏水＝ 1 ∶ 15 的重量比将蒙脱石在蒸馏水中浸泡 36 小时， 使其 在水中分散制成悬浮液， 静置， 使其沉降 24 小时， 离心、 干燥 ；
2) 钠基蒙脱石或钙基蒙脱石的钠化 ；
3) 制备 FeCl3 改性液， 方法如下 ：
①先制备浓度为 0.6mol/L( 摩尔 / 升 ) 的 FeCl3 水溶液，
②在不断搅拌的情况下， 将 0.5mol/L 的 NaOH 滴入 FeCl3 水溶液中至 OH-/Fe3+ ＝ 3.0， 将反应温度控制在 70℃， 反应终止 pH 为 5，
③反应结束后继续搅拌 3 小时， 然后在 30℃温度下陈化 7 天或 65℃陈化 2 天， 即 得铁改性液 ；
4) 蒙脱石改性 ：
①将铁改性液在不断搅拌下加入钠蒙脱石， 加入比例为钠蒙脱石∶铁改性液＝ 100g ∶ 200ml( 毫升 )， 反应温度为 30℃， 加完改性液继续搅拌 2.5 小时， 然后在室温下陈化 5 天，
②将混合液 3500 转离心 15 分钟， 弃去上清液， 在 85℃温度下干燥 24 小时， 然后用 蒸馏水离心洗涤 5 次后， 在 85℃干燥得到最终铁改性的蒙脱石粉。
实施例 2
本实施例的具体步骤包括以下步骤 ：
(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 89 ～ 104 微米， 利用 140 目 和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的超高分子量聚乙烯粉 ；
(2) 称取医用活性炭粉 100g， 所述医用活性炭的粒径为 89 ～ 104 微米， 利用 140
目和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的医用活性炭粉 ；
(3) 称取改性蒙脱石粉 200g， 所述改性蒙脱石粉的粒径为 61 ～ 89 微米， 利用 170 目和 230 目的筛子进行筛选即可以得到 61 ～ 89 微米的改性蒙脱石粉， 改性方法和实施例 1 相同 ；
(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 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 250℃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
本实施例的具体步骤包括以下步骤 ：
(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-II 型产品， 其分子量为 250 万， 粒径为 89 ～ 104 微米， 利用 140 目 和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的超高分子量聚乙烯粉 ；
(2) 称取医用活性炭粉 120g， 所述医用活性炭的粒径为 89 ～ 104 微米， 利用 140 目和 170 目的筛子进行筛选即可以得到 89 ～ 104 微米的医用活性炭粉 ； (3) 称取改性蒙脱石粉 100g， 所述改性蒙脱石粉的粒径为 61 ～ 89 微米， 利用 170 目和 230 目的筛子进行筛选即可以得到 61 ～ 89 微米的改性蒙脱石粉， 改性方法和实施例 1 相同 ；
(4) 称取食品级碳酸氢铵 110g， 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 250℃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 4
本实施例的具体步骤包括以下步骤 ：
(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 110g， 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) 称取改性蒙脱石粉 110g， 所述改性蒙脱石粉的粒径为 61 ～ 89 微米， 利用 170 目和 230 目的筛子进行筛选即可以得到 61 ～ 89 微米的改性蒙脱石粉， 改性方法和实施例 1 相同 ；
(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 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 250℃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 1 ～ 4 中所用原料的对照表如表 1 所示。 表1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氰化物的去除效果好， 如表 2 所示。 非常适合家庭终端饮用水处理的需要。
表 2 使用滤芯处理前后的水 单位 ： mg/L( 毫克 / 升 )
从表 3 可以看出， 利用本发明的滤芯进行去除水中的氰化物取得了很好的效果。 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 3 所示。 表 3 使用滤芯处理前后的水从表 3 可以看出， 利用本发明的滤芯在去除氰化物的同时， 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氰化物， 去除率达到 92 ～ 99％甚至更好， 从而达到改善水质的目的， 并且方法简单， 制备过滤介质 的原料来源广泛， 成本低 ； 另外， 在去除水中氰化物的同时， 也可以去除水中的浑浊物和细 菌微生物， 尤其是对细菌微生物的去除率也较高。
本发明所提供的技术方案， 特别适用于被氰化物污染的水的处理。
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。
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