用于去除饮用水中 MX 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 MX 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 我国城市大部分水厂饮用水处理以常规处理工艺为主， 其中包括加氯消毒工序， 由此产生的氯化消毒副产物对人体健康具有潜在危害。 目前已经发现检测出的饮用水中氯 化消毒产生的副产物约有 700 多种。国内外对氯化消毒副产物的产生研究还多集中于三卤 甲烷和卤乙酸等， 而对于 MX(3- 氯 -4- 二氯甲基 -5- 羟基 -2(5H)- 呋喃酮 ) 和 NDMA( 二甲 基亚硝胺 ) 等则缺乏相应研究。
MX 是由水中的有机化合物 ( 尤其是腐殖质 ) 与氯反应形成的具有极强诱变作用的 饮水氯化消毒副产物， 其致突变性占氯化消毒自来水总致突变性的 15％～ 67％。体内、 外 实验表明， MX 可引起哺乳动物细胞多种遗传损害， 表现为基因突变、 DNA 损伤、 染色体畸变、 姊妹染色单体交换等。 MX 强酸性、 不挥发， 且对热不稳定， 在酸性条件下比较稳定， 在高投氯 的情况下更容易生成。
自从 1986 年芬兰学者发现经氯化消毒的饮用水中含有 MX 以来， MX 随后在美国、 英国、 日本等国家的用氯消毒饮用水中相继被检出， 我国以湖、 水库为水源的自来水厂出水 中， MX 的含量也很高。
MX 在饮水中的含量浓度相对较低， 目前国际上仅对其检测手段有不少的研究， 而 对它的去除方法缺少系统研究。
目前常规的给水处理工艺去除 MX 的效果甚微， 高级氧化技术和反渗透技术成本 高， 费水， 使用不便。
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 MX 的去除率高， 速度快， 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 ：
一种用于去除饮用水中 MX 的过滤介质的制备方法， 包括如下步骤 ：
a) 将包含活性炭粉、 超高分子量聚乙烯粉、 13X 与 10Y 分子筛粉的混合物、 改性 13X 与改性 10Y 分子筛粉的混合物和发孔剂的原料混合， 所述活性炭粉、 超高分子量聚乙烯粉、 13X 与 10Y 分子筛粉的混合物、 改性 13X 与改性 10Y 分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比 为： 80 ～ 200 ∶ 150 ～ 400 ∶ 10 ～ 100 ∶ 10 ～ 100 ∶ 80 ～ 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， 所述活性炭粉、 超高分子量聚乙烯粉、 13X 与 10Y 分子筛粉的混合物、 改 性 13X 与改性 10Y 分子筛粉的混合物和发孔剂的重量比为 ： 100 ～ 110 ∶ 280 ～ 300 ∶ 40 ～ 50 ∶ 60 ～ 70 ∶ 120 ～ 130。
压制压力为 0.4 ～ 1.0MPa， 烧结温度为 200℃～ 300℃， 烧结时间为 120 ～ 150 分 钟， 烧结后冷却至 40℃～ 60℃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℃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。
作为优选， 活性炭选用粒径为 74 ～ 89 微米的医用活性炭。
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±50 万 )、 M-II 型 ( 分子量为 250±50 万 )、 M-III 型 ( 分子量为 350±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 MX 的作用。
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， 本发明使用 13X 与 10Y 分子筛粉的混合物， 13X 分子筛 粉与 10Y 分子筛粉的质量比优选为 0.8 ～ 1.2， 更优选为 1。其中 13X 分子筛也叫钠 X 型分 子筛， 13X 分子筛的孔径为 可以吸附小于 任何分子， 具有较高吸附容量， 较快的吸附速率。
还使用改性 13X 与改性 10Y 分子筛粉的混合物， 使用 EDTA 对分子筛进行改性， 脱 掉分子筛中的铝， 提高分子筛的热稳定性， 本发明使用的改性 13X 与改性 10Y 分子筛粉的混 合物中改性 13X 分子筛粉与改性 10Y 分子筛粉的质量比优选为 0.8 ～ 1.2， 更优选为 1， 硅 铝比优选大于 50 ～ 200， 硅铝比即为二氧化硅和三氧化二铝的摩尔比。
使用 EDTA 对分子筛进行改进的具体方法为 ： 向 13X 或 10Y 分子筛粉中加入改性助 剂和 EDTA， 然后将改性后的 13X 或改性后的 10Y 分子筛粉干燥。其中改性助剂可以为 NaF、 NH4F、 KF 中的一种或几种， 加入量为 13X 或 10Y 分子筛粉质量的 0.5％～ 2％ ； EDTA 的加入 量为 13X 或 10Y 分子筛粉质量的 3％～ 5％。
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 MX 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 2MPa， 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锰的滤 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饮用水中 MX 的去除率高， 去除速度快， 使用简单， 成本低， 能免除 MX 对人体产生的伤害， 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 MX 的 去除率为 90％以上。 具体实施方式
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) 称取超高分子量聚乙烯粉 160g， 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 ；
(3) 称取 13X 分子筛粉 30g， 10Y 分子筛粉 35g ；
(4) 称取 13X 分子筛粉 28g， 加入 0.2gNaF 和 0.84gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 13X 分 子筛 ； 称取 10Y 分子筛粉 25g， 加入 0.25gKF 和 1gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 10Y 分子筛粉 ；
(5) 称取食品级碳酸氢铵 90 克， 纯度达到 99.99％以上 ；
(6) 将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌 10 分钟混合均匀 ；
(7) 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℃温 度下烧结 140 分钟 ；
(8) 自然冷却至 50℃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 105g， 所述医用活性炭的粒径为 74 ～ 89 微米 ；
(2) 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 ；
(3) 称取 13X 分子筛粉 15g， 10Y 分子筛粉 15g ；
(4) 称取 13X 分子筛粉 40g， 加入 0.48gNH4F 和 1.8gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 13X 分 子筛 ； 称取 10Y 分子筛粉 40g， 加入 0.72gKF 和 1.4gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 10Y 分子筛粉 ；
(5) 称取食品级碳酸氢铵 125 克， 纯度达到 99.99％以上 ；
(6) 将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌 10 分钟混合均匀 ；
(7) 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 280℃温 度下烧结 130 分钟 ；
(8) 自然冷却至 50℃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 110g， 所述医用活性炭的粒径为 74 ～ 89 微米 ； (2) 称取超高分子量聚乙烯粉 320g， 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 ；
(3) 称取 13X 分子筛粉 45g， 10Y 分子筛粉 45g ；
(4) 称取 13X 分子筛粉 40g， 加入 0.38gKF 和 1.8gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 13X 分子 筛； 称取 10Y 分子筛粉 48g， 加入 0.53gNaF 和 1.92gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 10Y 分子筛粉 ；
(5) 称取食品级碳酸氢铵 135 克， 纯度达到 99.99％以上 ；
(6) 将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌 10 分钟混合均匀 ；
(7) 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 230℃温 度下烧结 150 分钟 ；
(8) 自然冷却至 50℃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 190g， 所述医用活性炭的粒径为 74 ～ 89 微米 ；
(2) 称取超高分子量聚乙烯粉 380g， 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 ；
(3) 称取 13X 分子筛粉 50g， 10Y 分子筛粉 42g ；
(4) 称取 13X 分子筛粉 35g， 加入 0.7gNaF 和 1.4gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 13X 分子 筛； 称取 10Y 分子筛粉 35g， 加入 0.63gNH4F 和 1.4gEDTA， 搅拌， 干燥得改性 10Y 分子筛粉 ；
(5) 称取食品级碳酸氢铵 145 克， 纯度达到 99.99％以上 ；
(6) 将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌 10 分钟混合均匀 ；
(7) 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℃温 度下烧结 120 分钟 ；
(8) 自然冷却至 50℃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锰的去除效果好。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锰的含量， 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。
表 1 使用滤芯处理前后水中的 MX 含量， 单位 ： mg/L
从表 1 可以看出， 利用本发明的滤芯去除水中的 MX 取得了很好的效果， 去除率在 90％以上。
以上对本发明所提供的用于去除饮用水中 MX 的过滤介质及其制备方法以及由该 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。
7