專利名稱：：用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)及其制備方法、使用該過濾介質(zhì)的濾芯、凈水裝置和飲水機。
背景技術(shù)：
：工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致水資源遭到嚴重破壞，工業(yè)廢水排放到江河、湖泊中，農(nóng)藥、殺蟲劑等大量使用以及生活垃圾和生活廢水的肆意排放，這些都造成地下水和地表水的水質(zhì)變差，導(dǎo)致水中產(chǎn)生4艮多對人體有害的物質(zhì)。水污染越來越成為影響人們生活的嚴峻問題。飲用地下水中硝酸鹽濃度相對較高，是世界上許多國家共同面臨的環(huán)境污染問題。近三、四十年來，我國大多數(shù)地區(qū)地下水也受到了程度不同的硝酸鹽污染，并且有逐年加重的趨勢。中國環(huán)境醫(yī)學(xué)專家潘小川教授指出"過量地攝入高硝酸鹽的水或食物會誘發(fā)一些消化道癌癥，例如食道癌、胃癌，甚至肝癌，這一點國際上很多的研究報告都已經(jīng)有記載。"我國河南林縣是食道癌高發(fā)區(qū)，江蘇泰興和廣東廣州是胃癌、食道癌、腸癌、肝癌的高發(fā)區(qū)。男性食胃癌死亡率最高的福建長樂地區(qū)，此地區(qū)81%的地下井水中硝酸鹽含量超標。國際上，日本、哥倫比亞、智利、英國、美國等國家胃癌的發(fā)病原因也與地下水中硝酸鹽的濃度有關(guān)。地下水中溶解態(tài)的氮除了硝酸鹽以外，還有亞硝酸鹽、氨氮、有機氮和氣態(tài)氮等，其中硝酸鹽污染是最普遍的、污染面積最大的。硝酸鹽的測定方法;[艮多，目前常用的是硝酸鹽-銅還原法和鋅-硝酸鹽還原法。這兩種方法的基本原理都是首先將硝酸鹽定量地還原為亞硝酸鹽，然后按重氮-偶氮光度法測定硝酸鹽氮的總量，扣除水體中原有亞硝酸鹽氮，得到硝酸鹽氮的含量。鋅-硝酸鹽還原法測定水體中的硝酸鹽簡便快速，但受水體中含鹽量影響較大，其在淡水中的還原率僅為20%左右，因此使用的范圍有限，特別是在測定河口水體中的硝酸鹽時，由于鹽度變化劇烈，鋅-硝酸鹽3還原法實際上無法應(yīng)用。硝酸鹽-銅法測定水體中的硝酸鹽優(yōu)點在于還原率高，無需做鹽效應(yīng)校正，為目前估計上公認的測定水體中硝酸鹽的標準方法。地下水中硝酸鹽去除處理技術(shù)有沸石法、離子交換法、生物膜法和化學(xué)法等，去除硝酸鹽有一定的效果，但是也表現(xiàn)出不足，即處理裝置太過復(fù)雜，去除效率低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種過濾介質(zhì)，主要用于去除水中的硝酸鹽，從而達到改善水質(zhì)的目的。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)的制備方法。為了達到以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的重量比為100—300:100—200:100~200:10~50:50~100;b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。所述的超高分子量聚乙烯為重均分子量大于100萬的聚乙烯，優(yōu)選使用重均分子量為250400萬的聚乙烯。超高分子量聚乙烯可從國內(nèi)生產(chǎn)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(分子量為150±50萬)、M-II(分子量為250±50萬)、M-III(分子量為350±50萬)、M-IV(分子量為大于400萬)等規(guī)格的產(chǎn)品。超高分子量聚乙烯的一個作用是粘結(jié)和形成過濾介質(zhì)骨架的作用，另外利用超高分子量聚乙烯通過壓制，燒結(jié)得到的過濾介質(zhì)，容易形成微孔，可以起到吸附水中雜質(zhì)的作用?；钚蕴渴且环N多孔性物質(zhì)，它具有如蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、特異的表面官能團、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根據(jù)原料來源不同活性炭可分為木質(zhì)活性炭，如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭等；礦物質(zhì)原料活性炭，如各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如廢橡力交、廢塑料等制成的活性炭。其中以椰殼材質(zhì)為來源的活性炭強度較高、吸附性能較好。優(yōu)選活性炭的比表面積不低于500平方米/克，更優(yōu)選不低于1000平方米/克?；钚蕴靠梢愿咝剿械碾s質(zhì)，尤其是醫(yī)用活性炭，作為通過國家相關(guān)藥品監(jiān)督標準的產(chǎn)品，雜質(zhì)含量更低，表面積更大，吸附效果也更好。選用醫(yī)用活性炭可以保證過濾介質(zhì)直接用于飲用水的處理?；钚蕴渴褂昧綖?8~250微米的醫(yī)用活性炭去除硝酸鹽的效果更佳。竹炭制品，原材料取自于三年以上毛竹，高溫?zé)o氧干餾而成。竹炭用途相當(dāng)廣泛。用竹炭作燃料，它散發(fā)的清香可使?jié)M室芬芳，聞之令人神清氣爽。竹炭分子結(jié)構(gòu)呈六角形，質(zhì)地堅硬，細密多孔，吸咐力強，具有吸附功能；竹炭空隙度高，非常適合作為土壤微生物和有機營養(yǎng)成份的載體，可以增強土壤活力，是一種良好的土壤改良劑；竹炭釋放微量元素，改善環(huán)境，殺害病菌，無害化釋放空氣；竹炭具有弱導(dǎo)電性，起到防靜電作用；竹炭可放射遠紅外線，波長適合人體吸收，加快血液循環(huán)，改善人體內(nèi)環(huán)境，應(yīng)用于保健。竹炭生產(chǎn)工藝目前我國燒制竹炭的方法主要有兩種，干餾熱解法和土窯直接燒制法。(l)干餾熱解法其設(shè)備從目前看主要是外熱式立式干餾釜，這種干餾釜在燒制竹炭時，既可使用預(yù)干至含水率為20%~25%的竹材，也可使用未經(jīng)預(yù)干的竹材，但以使用經(jīng)預(yù)干的竹材為佳。由于在燒制過程中基本不存在竹炭氧化問題，因此竹炭得率較高，一般為25%左右，高者可達35%,燒制周期一般在4872小時。但精煉溫度提不高，影響竹炭密度；干餾釜容積小，竹炭產(chǎn)量低。浙江省有些廠家就采用這種立式干餾釜燒制竹炭。(2)土窯燒制法它是采用燃料(木材)直接加熱方式，即窯口由燃料燃燒產(chǎn)生的熱量上升到窯頂后，向窯內(nèi)擴散，其中大部分熱氣流流動在上層，有小部分熱量向四周輻射，由上往下緩慢干燥并達到預(yù)炭化；燃燒窯內(nèi)部分竹材使窯內(nèi)溫度繼續(xù)升高，除去揮發(fā)性物質(zhì)，此時窯內(nèi)煙氣循環(huán)流動，各點熱量和溫度基本均勻，完成炭化和精煉階段，得到結(jié)構(gòu)致密的竹炭。土窯燒制法通常有煙熏預(yù)干燥、干燥、預(yù)炭化、炭化、煅燒(精煉)、自然冷卻等階段。各個階段有不同的溫度，煙熏預(yù)干燥階段為60~100°C,干燥階段為100~150°C，預(yù)炭化階段為15027(TC,炭化階段為27045(TC，煅燒階段為450°C~1000。C左右。從目前土窯燒炭的過程來看，各階段的溫度和炭化速度是通過操作者"眼觀鼻嗅"，一是觀察煙囪及窯門出煙口煙的變化；二是通過聞煙味來確定。土窯用的鮮毛竹，一般在室外放置一周左右，在放入窯中進行煙熏預(yù)干燥，大約要1周，而自然冷卻至窯口溫度506(TC時也需要一周，出窯一般也要2天。所以從裝窯到出炭一般要25~30天，竹炭得率一般為20%左右。工藝合理，后期氧化燃燒的量少則得率超過20%，否則會低于20%，甚至更低(因空氣漏入或空氣量進入過大)。土窯造價便宜，精煉溫度高，竹炭密度大，但質(zhì)量穩(wěn)定性差，得率不高。浙江省遂昌、衢州等竹炭廠家都采用這種土窯燒制竹炭。竹炭的主要物理化學(xué)性質(zhì)有片炭含水率5%~8%,顆粒炭含水率14%~18%,固定碳含量85%~88°/。，灰分含量2%~4°/。，比表面積300~600m2/g(平方米/克)，揮發(fā)分6%~8%，干碳熱值30000~33GQQkJ/kg(千焦/千克)，pH值89;氣干密度O.800-1.320g/cm3。竹炭粉的粒徑為1.25~13微米，去除效果更好。竹炭粉對飲水中的硝酸鹽有較好的吸附作用，去除率在54°/。以上。氧化鎂俗稱苦土或者燈粉，英文名稱為Magnesiumoxide,分子式為MgO，分子量為40.30,氧化鎂為白色輕質(zhì)粉末，無臭、無味，不溶于水和乙醇，氧化鎂有高度耐火絕緣性能。氧化鎂是一種堿性氧化物，具有堿性氧化物的通性，暴露在空氣中，容易吸收水分和二氧化碳，能夠溶于酸和銨鹽，不溶于水，具體反應(yīng)式為MgO+2HCl=MgCl2+H20MgO+2NH4Cl=MgCl2+2NH3+H20。與水緩慢反應(yīng)生成氫氧化鎂，反應(yīng)式為MgO+H20=Mg(OH)2。氧化鎂的粒徑優(yōu)選為21~178微米。由于氧化鎂粉的比表面積大，所以吸附硝酸鹽的能力強。與水反應(yīng)生成的氫氧化鎂是一種弱堿性物質(zhì)，是一種環(huán)境友好型水處理劑，具有活性大、吸附能力強、無腐蝕性、易控制pH值、安全、無害等優(yōu)點，符合綠色化學(xué)和綠色工藝的原則，在世界范圍內(nèi)得到了大量應(yīng)用。發(fā)孔劑選擇偶氮二曱酰胺、食品級碳酸氫銨、草酸中的至少一種。作為優(yōu)選，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺或食品級碳酸氪銨。其中，食品級碳酸氫銨也稱食用級碳酸氬銨，與工業(yè)級碳酸氫銨相區(qū)別。雖然工業(yè)級碳酸氬銨也有發(fā)孔的作用，但是它可能會含有對健康有害的雜質(zhì)，不宜用作々欠用水過濾介質(zhì)的生產(chǎn)原料。發(fā)孔劑是一類易分解產(chǎn)生大量氣體而引起發(fā)孔作用的物質(zhì)，其中偶氮類化合物、碳酸氫鈉、碳酸氪銨、碳酸銨、磺酰腈類化合物、草酸等是其典型的代表。壓制壓力可以選擇為0.4~1.OMPa,燒結(jié)溫度為210~24(TC,燒結(jié)時間為10~200分鐘，冷卻至70。C以下可以脫才莫。雖然本發(fā)明對于上述制備方法中步驟a)中所用的幾種原料進行了較為詳盡的描述，但是本發(fā)明不局限于此種理論。對于在制備過程中它們之間的具體的化學(xué)變化、結(jié)構(gòu)的變化尚不能確定。此幾種原料經(jīng)過上述的工藝處理制備出的過濾介質(zhì)，可以有效去除水中的硝酸鹽，并且有協(xié)同作用，可以將水中的硝酸鹽充分吸收。在本發(fā)明中，對于混合步驟，可以認為任何不會顯著改變粉體粒徑和粒度分布的低剪切混合器或攪拌器都是適用的，比如具有鈍的葉輪葉片的攪拌器、滾筒式混合器、螺旋式攪拌器等，轉(zhuǎn)速要視混合器的類型而定，但以避免揚起粉塵為宜?；旌虾蟮姆垠w填裝入預(yù)先設(shè)計好的模具中，通過加壓將其壓實，壓力一般不大于lMPa,且與所用模具的材質(zhì)相適應(yīng)；模具可以由鋁、鑄鐵、鋼或任何適當(dāng)?shù)哪艹惺芟鄳?yīng)壓力和溫度的材料制造?？梢栽谀＞邇?nèi)表面涂敷脫模劑，可選用硅氧烷油或任何其他的幾乎不會吸附到過濾介質(zhì)上的市售脫模劑，也可以使用鋁箔等脫模紙。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種使用了上述過濾介質(zhì)的濾芯。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案一種凈水裝置，包括上述的過濾介質(zhì)或者濾芯。本發(fā)明還提供了一種包括上述凈水裝置的飲水機。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于所提出的技術(shù)方案能夠去除水中的硝酸鹽，去除率達到90°/。以上，從而達到改善水質(zhì)的目的，并且方法簡單，成本低，見效快。具體實施例方式為能進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對上述的技術(shù)方案做進一步的闡述和說明。實施例1(1)稱取超高分子量聚乙烯粉100g,所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-III型產(chǎn)品，其分子量為350萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉200g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米；(3)稱取竹炭粉160g,所述竹炭粉的粒徑為1.25~13微米；(4)稱取氧化鎂10g,所述氧化4美的粒徑為21~74微米；(5)稱取食品級碳酸氫銨60g,純度達到99.99°/。以上；(6)將上述五種粉末放入機械攪拌器中攪拌10分鐘混合均勻；(7)裝填入直徑為50mm管狀;f莫具中，在0.7MPa的液壓壓力下壓制，在230。C溫度下燒結(jié)180分鐘；(8)自然冷卻至50。C然后脫模，即得多微細孔的管狀濾芯。實施例2(1)稱取超高分子量聚乙烯粉300g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限公司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉100g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米；(3)稱取竹炭粉130g,所述竹炭粉的粒徑為1.25~13微米；(4)稱取氧化鎂50g，所述氧化鎂的粒徑為74~178微米；(5)稱取食品級碳酸氬銨80g,純度達到99.99%以上；其余步驟和實施例l相同。8實施例3(1)稱取超高分子量聚乙烯粉160g，所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限^^司助劑二廠的M-II型產(chǎn)品，其分子量為250萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉120g，所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米;(3)稱取竹炭粉200g，所述竹炭粉的粒徑為1.25~13微米；(4)稱取氧化鎂30g,所述氧化鎂的粒徑為21~178微米；(5)稱取食品級碳酸氫銨90g，純度達到99.99°/以上；其余步驟和實施例1相同。實施例4(1)稱取超高分子量聚乙烯粉220g,所述超高分子量聚乙烯為北京東方石油化工有限^^司助劑二廠的M-I型產(chǎn)品，其分子量為150萬；(2)稱取醫(yī)用活性炭粉180g,所述醫(yī)用活性炭的粒徑為38~250微米;(3)稱取竹炭粉100g，所述竹炭粉的粒徑為1.25~13微米；(4)稱取氧化鎂40g,所述氧化鎂的粒徑為21-74微米；(5)稱取草酸70克，其純度達到分析純；其余步驟和實施例1相同。實施例5取實施例1~4所得多微細孔的管狀濾芯1,2，3,4，內(nèi)襯兩層無紡布，外包兩層無紡布，再在外層裹上聚丙烯多孔網(wǎng)，濾芯兩端粘接上連接端蓋，放置于不銹鋼或塑料殼體內(nèi)，用于處理飲用水，經(jīng)檢測，該結(jié)構(gòu)濾芯對飲用水中的硝酸鹽的去除效果好，如表1所示。非常適合家庭終端飲用水處理的需要。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表1可以看出，利用本發(fā)明的濾芯進行去除水中的硝酸鹽取得了4艮好的效果。濾芯進行了詳細介紹。本說明書中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想在具體實施方式及應(yīng)用范圍上可能在實施過程中會有改變之處。因此，本說明書記載的內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。權(quán)利要求1、一種用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的重量比為100～300∶100～200∶100～200∶10～50∶50～100；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，超高分子量聚乙烯的分子量為250-400萬。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于，活性炭為醫(yī)用活性炭，其粒徑為38250;欽米。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，竹炭粉的粒徑為1.25~13微米。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于，氧化鎂的粒徑為21178微米。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，發(fā)孔劑為偶氮二甲酰胺、食品級碳酸氬銨、草酸中的至少一種。7、根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的制備方法得到的過濾介質(zhì)。8、使用權(quán)利要求7所述過濾介質(zhì)的濾芯。9、一種凈水裝置，包括使用權(quán)利要求7所述的過濾介質(zhì)或者權(quán)利要求8所述的濾芯。10、一種飲水機，包括權(quán)利要求9所述的凈水裝置。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟a)將包含超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、竹炭粉、氧化鎂和發(fā)孔劑的重量比為100～300∶100～200∶100～200∶10～50∶50～100；b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制，燒結(jié)，冷卻。利用此方法制備的過濾介質(zhì)去除水中的硝酸鹽，去除率達到90％以上，并且方法簡單，成本低，見效快。本發(fā)明還公開了一種用于去除水中硝酸鹽的過濾介質(zhì)。文檔編號B01J20/30GK101596448SQ20081008593公開日2009年12月9日申請日期2008年6月3日優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日發(fā)明者周奇迪申請人:周奇迪