用于去除飲用水中放射性鍶的過濾介質、濾芯以及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種去除飲用水中放射性鍶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] 隨著核電應用的不斷發(fā)展，放射性核廢物的處置成了急需解決的問題，也成了核 電能不能健康發(fā)展的一個關鍵問題。
[0003] 放射性鍶（鍶89和鍶90)是由235U與239Pu核裂變產生，普遍存在于放射性水體中。 2011年日本福島核電站爆炸，致使放射性泄露，排放出大量含放射性鍶的廢水。因為 9<3Sr放 射性半衰期約30年，生物毒性強，集聚在人體骨骼中難以排出，是對人體危害較大的長壽命 放射性核素，它的去除一直受到人們的廣泛關注。
[0004] 自來水廠常規(guī)的水處理工藝對放射性鍶的去除效果不明顯；化學沉淀法、離子交 換法、蒸發(fā)濃縮發(fā)使用起來麻煩;R0膜去除效果好，但耗能大、廢水費電，成本高，排放的濃 縮液不易處理，易造成二次污染。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)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 質對飲用水中的放射性鍶的去除率高，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(fā)明提供了一種去除飲用水中放射性鍶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、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為100~ 300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[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~245°C;所述燒結時間為 90~120min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。
[0010] 優(yōu)選的，所述凹凸棒石粉為酸活化的凹凸棒石粉。
[0011] 優(yōu)選的，所述沸石粉為改性沸石粉。
[0012] 優(yōu)選的，還包括改性膨潤土粉，所述改性膨潤土粉與超高分子量聚乙烯粉、活性炭 粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為50~100:100~300:50~100:100~200:100~ 200:50~100。
[0013]優(yōu)選的，還包括酸處理粉煤灰。
[0014] 優(yōu)選的，所述酸處理粉煤灰與與超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸 石粉和發(fā)孔劑的重量比為50~100:100~300:50~100:100~200:100~200:50~100。
[0015] 本發(fā)明提供了根據(jù)上述權利要求所述的制備方法得到的用于去除飲用水中放射 性鍶的過濾介質。
[0016] 本發(fā)明提供了一種濾芯，由上述權利要求所述的過濾介質構成。
[0017] 本發(fā)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。
[0018] 本發(fā)明提供了一種飲水機，包括上述權利要求所述的凈水裝置。
[0019] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種去除飲用水中放射性鍶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、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量 比為100~300:50~100:100~200:100~200:50~100 ;b)將步驟a)所得的混合物在模具中 壓制、燒結、冷卻;所述壓制壓力為〇.4MPa~IMpa;所述燒結溫度為200°C~245°C;所述燒結 時間為90~120min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。本發(fā)明在上述原料協(xié)同作用下，配合特定 的燒結溫度、壓力和冷卻溫度，制備得到的過濾介質對水中放射性鍶的去除率高，方法簡 單，適用于受其污染的飲用水，免除放射性鍶對人體產生的傷害，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(xù)處理，適合家庭終端飲水處理。經檢測該過濾介 質對飲用水中放射性鍶的去除率在98.8 %以上。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供了一種去除飲用水中放射性鍶的過濾介質的制備方法，包括以下步 驟：
[0021] a)將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑混合，得到混 合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量比為100~ 300:50~100:100~200:100~200:50~100;
[0022] b)將步驟a)所得的混合物在模具中壓制、燒結、冷卻；
[0023] 所述壓制壓力為0.4MPa~IMpa;所述燒結溫度為200°C~245°C;所述燒結時間為 90~120min;所述冷卻溫度為40°C~60°C。
[0024]本發(fā)明首先將超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑混 合，得到混合物，所述超高分子量聚乙烯粉、活性炭粉、凹凸棒石粉、沸石粉和發(fā)孔劑的重量 比為 100~300: 50~100:100~200:100~200: 50~100;優(yōu)選為 110~290:60~90:110~ 190:110 ~190:60 ~90;更優(yōu)選為 120 ~280:65 ~85:120 ~180:120 ~180:65 ~85。
[0025] 在本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量優(yōu)選為100萬~700萬，更優(yōu)選 為200萬~600萬，最優(yōu)選為250萬~400萬。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-Ι型（分子量為150±50萬）、M-II型（分子量為 250±50萬）、M-III型（分子量為350±50萬）、M-IV型（分子量為大于400萬）等規(guī)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，可以起到吸附水中放射性鍶的作用。本發(fā)明優(yōu)選采用 粒徑為89~104μηι的超高分子量聚乙稀，更優(yōu)選采用粒徑為91~104μηι的超高分子量聚乙 稀。
[0026]在本發(fā)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(wěn)定的物理和化學性能，是優(yōu)良的吸附劑、催化劑或催化劑載體。根 據(jù)原料來源的不同活性炭優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)選包括廢橡膠、廢塑料制成的活性炭。本發(fā)明優(yōu)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(yōu)選為以椰殼材質為來源的醫(yī)用活性炭。在本發(fā)明中，所述活性炭 的比表面積優(yōu)選不低于500m 2/g，更優(yōu)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(yī)用活性炭，作為用過國家相關藥品監(jiān)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(yī)用活性炭可以保證過濾介質直接用于飲用水的處理。 [0027]本發(fā)明優(yōu)選采用粒徑為74~84μπι的醫(yī)用活性炭。
[0028]在本發(fā)明中，所述凹凸棒石為單斜晶系，其理想化學式為為Mg5(H20)4[Si 4010]2 (0H)2,化學成分理論值為MgO 23.83%、Si0256.96%、H20 19.21%;自然界中的凹凸棒石常 有Al3+、Fe3+等類質同象置換，富含Al 3+、Fe3+變種稱為鋁凹凸棒石和鐵凹凸棒石。如江蘇省盱 眙縣龍王山產的鋁凹凸棒石的稱為為MgO 12.10%、Si02 58.38%、Al2〇3 9.5%、Ca0 0.4%、Ti〇2 0·56%、Μη0 0.05%、Fe2〇3+FeO 5.26%、Na20 1·1%、Κ20 1.24%。由于凹凸棒 石在結構中類似于沸石粉的大通道，因此具有良好的吸附和脫色性能，對分解的有機和硫 化氫等都有良好的吸附性能，凹凸棒石粉的吸附性能與礦物中Si0 2的含量有關，含量越高 吸附能力越強。
[0029]凹凸棒石粘土具有鏈層狀結構，在晶體結構中存在一系列晶體孔道，比表面積大， 有很強的物理吸附能力。由于晶體中類質同象置換，存在晶體缺陷和空位，使凹凸棒石帶有 層面負電荷，并依靠層間吸附的陽離子以使電荷平衡。由于晶體層間吸附的陽離子具有可 交換性。凹凸棒石粘土具有較強的離子交換吸附能力，對重金屬離子的吸附主要是通過上 述吸附機理達到效果的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石粉對水中放射性鍶的具有很好地離子交 換吸附能力。
[0030]在本發(fā)明中，優(yōu)選對凹凸棒石粉經過酸活化。酸活化的方法優(yōu)選包括硫酸法、鹽酸 法、硫酸-鹽酸混合法。本發(fā)明優(yōu)選使用鹽酸活化改性的凹凸棒石粉，更優(yōu)選為:將小塊的體 積月0.5~100cm3的凹凸棒石粉粘土原礦，用濃度為1~15wt %的無機酸溶液(如硫酸、鹽酸 溶液等）浸泡2~100小時，過濾擠壓成片，用轉筒干燥器在280°C~350°C下活化30~50分 鐘，粉碎成50mi~100μπι的脫色力為250±5的活性凹凸棒石粉。
[0031]在本發(fā)明中，優(yōu)選的，凹凸棒石粉經過酸活化處理后的粒徑為74μπι~104μπ