去除水中多环芳烃萘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置

摘要

本发明提供一种去除水中多环芳烃萘的过滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置。上述过滤介质的制备方法为：将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～350℃进行烧结，冷却，得到用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质；所述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭和70～100重量份的二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。按照上述方法制得的过滤介质使用方便，不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，不会产生二次污染，环保性好。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种去除水中多环芳烃萘的过 滤介质及其制备方法以及滤芯和净水装置。

背景技术

近年来，随着工业的迅速发展，越来越多的工业废水排放到江河 湖泊，我国的水资源受到破坏，地下水水质变差，水中产生很多对人 体有害的物质。水污染问题的严重对饮用水安全构成严重威胁，对水 污染的治理问题，尤其是对污水的处理问题已越来越受到人们的关注。

多环芳烃萘一类分子中含有萘基的化合物，是重要的染料中间 体、橡胶助剂和杀虫剂等。大部分多环芳烃萘都有毒，对皮肤和粘膜 具有刺激性，人体内多环芳烃萘含量过高易导致溶血性贫血及肝、肾 损害等，更为严重的是，其具有致畸、致癌和致突变作用，其中，2- 萘胺具有强致癌性。多环芳烃萘是一类普遍存在的环境有机污染物， 水体中的多环芳烃萘主要来源于煤炭化工、石油化工，尤其是用药、 化学试剂和染料工业的工业废水。因此，对水中的多环芳烃萘进行后 处理对环保及人体健康均具有重要意义。

近年来多环芳烃萘的污染与方式受到世界普遍关注，多环芳烃萘 的结构较为稳定，很难被生物降解，现有的去除水中多环芳烃萘的方 法主要是采用活性炭吸附，利用活性炭的多孔结构对水中的多环芳烃 萘进行吸附，而活性炭的吸附能力有限且对多环芳烃萘的吸附效果不 佳，因此，采用常规的活性炭吸附处理水中的多环芳烃萘的去除率较 低，一般不超过80％。为了提高对水中多环芳烃萘的去除率，现有技 术中有采用高级氧化法、离子交换法和RO逆渗透法。高级氧化法所 需的设备价格昂贵，构件复杂，后期维修费用也较高，并且去除作用 不明显。离子交换法与RO逆渗透法需要消耗大量的电能，并且会产 生高浓度的多环芳烃萘废水，这些废水需要再做处理才可排放，若处 理不当还会引起二次污染。因此，采用离子交换法和RO逆渗透法成 本也较高，易引发二次污染。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种使用方便，无二次污染，去 除率高的多环芳烃萘过滤介质及其制备方法，以及由该过滤介质制成 的滤芯，本发明还提供一种采用上述过滤介质或滤芯的净水装置。

有鉴于此，本发明提供一种用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质 的制备方法，包括：

将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～350℃进行烧结， 冷却，得到用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质；

所述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重 量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭和70～100重量份的二乙二 醇脂肪酸酯改性海泡石粉。

优选的，所述二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉按照如下方法制 备：

将二乙二醇脂肪酸酯溶解于乙醇中，得到浓度为0.1～0.3mol/L的 二乙二醇脂肪酸酯溶液；

将海泡石粉置于所述二乙二醇脂肪酸酯溶液中，超声波振荡处理 后洗涤干燥。

优选的，所述超声波振荡的时间为9h～12h。

优选的，所述吸油树脂为丙烯酸系交联共聚物。

优选的，所述超高分子量聚乙烯与所述丙烯酸系交联共聚物的重 量比为(4.5～9)∶1。

优选的，所述烧结温度为200℃～300℃。

优选的，所述烧结时间为90min～120min。

本发明还提供一种由上述制备方法得到的用于去除水中多环芳 烃萘的过滤介质。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中多环芳 烃萘的滤芯。

本发明还提供一种净水装置，包括上述过滤介质或上述滤芯。

本发明提供一种用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质制备方法， 其是将原料混合均匀后在模具中压制，然后在150℃～350℃进行烧结， 冷却，即得；上述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯， 10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭和70～100重量份 的二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。

按照上述方法制备的过滤介质中含有活性炭、吸油树脂、二乙二 醇脂肪酸酯改性海泡石粉和超高分子量聚乙烯。其中，超高分子量聚 乙烯和吸油树脂用于粘结原料形成吸附骨架；吸附树脂和二乙二醇脂 肪酸酯改性海泡石粉一方面用于提高滤芯的亲油性，另一方面与活性 炭共同作用实现良好的多环芳烃萘吸附性能。按照上述方法制得的过 滤介质使用方便，不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循 环使用，不会产生二次污染，环保性好。实验证明，采用本发明提供 的方法制得的过滤介质对水中多环芳烃萘的去除率较高，超过94％， 去除率可高达98.1％，为日常饮用水安全提供了保障。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，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。

本发明实施例公开了一种用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质 的制备方法，包括：

将原料混合均匀后在模具内压制，然后在150℃～350℃进行烧结， 冷却，得到用于去除水中多环芳烃萘的过滤介质；

上述原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯，10～50重 量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭和70～100重量份的二乙二 醇脂肪酸酯改性海泡石粉。

上述制备方法中首先需要将原料混合均匀，对于混合步骤任何不 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适用，具体 如：有钝叶轮片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上 述器件中旋转部件的转速控制，以避免扬起粉尘为易。

本发明所使用的原料包括：150～200重量份的超高分子量聚乙烯， 10～50重量份的吸油树脂，100～150重量份的活性炭和70～100重量份 的二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。其中，活性炭作为过滤介质骨架 的主要成分，其是一种多孔吸附剂，具有如蜂窝状分布的空隙结构， 比表面积大，物理化学性能稳定。本发明优选采用医用木质炭，作为 通过家相关药品监督标准的产品，其杂质含量更低，表面积更大，吸 附性能也更优，选用医用活性炭可以保证过滤介质能直接用于饮用水 的处理，更优选采用粒径为40～200微米的医用活性炭。

仅仅使用活性炭，其对多环芳烃萘的吸附能力有限，为了提高过 滤介质对多环芳烃萘的吸附能力，本发明还向原料中配合加入一定比 例的吸油树脂和二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。

吸油树脂超和高分子量聚乙烯共同起到粘结和形成过滤介质骨 架和孔腔的作用。此外，超高分子量聚乙烯还具有较好的静电吸附作 用，用于吸附过滤不能拦截的细微颗粒。作为优选方案，选用分子量 为250万～400万的超高分子量聚乙烯。

吸油树脂除了上述粘结作用外，更主要的是，其对多环芳烃萘具 有较好的吸附作用。吸油树脂的高分子链段之间形成一种三维的交联 网状结构，材料内部具有一定微孔，水溶的多环芳烃萘会与吸油树脂 亲油基的链段发生溶剂化作用，但由于其自身的交联结构，使其不会 溶于多环芳烃萘中，而是将多环芳烃萘吸附于其中，由此实现对多环 芳烃萘的吸附作用。吸油树脂优选采用对人体无毒的丙烯酸系交联共 聚物。

吸油树脂虽对多环芳烃萘具有良好的吸附作用，但是原料中吸油 树脂的含量不可过多，这是因为吸油树脂的粘度较低，吸油树脂含量 过高则会造成过滤介质骨架粘结不牢固，力学性能差。若选用丙烯酸 系交联共聚物作为吸油树脂，则优选控制原料中超高分子量聚乙烯与 所述丙烯酸系交联共聚物的重量比为(4.5～9)∶1，最优选为(5～6)∶1， 以获得较好的粘结强度。

也正是由于上述吸油树脂含量的限制，使其对多环芳烃萘的吸附 量也产生限制，为了提高过滤介质对多环芳烃萘的吸附量，本发明还 向原料中添加了70～100重量份的二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。 海泡石是一种富镁硅酸盐黏土矿物，其为斜方晶系或单斜晶系，海泡 石具有较好的高温稳定性，耐高温性能优异。此外，其还具有较好的 吸附性能和脱色性。但是其亲油性有待提高，由此限制了其对多环芳 烃萘的吸附能力，为此，本发明对海泡石粉进行改性处理，使用对人 体无毒的二乙二醇脂肪酸酯对其进行改性，得到二乙二醇脂肪酸酯改 性的海泡石粉。由于二乙二醇脂肪酸酯改性的海泡石粉表面嵌有亲油 基团，因此具有较好的亲油性，使其对多环芳烃萘的吸附作用大大增 加。

本发明所采用的二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉优选按照如下 方式制备：

将二乙二醇脂肪酸酯溶解于乙醇中，得到浓度为0.1～0.3mol/L的 二乙二醇脂肪酸酯溶液；

将海泡石粉置于上述二乙二醇脂肪酸酯溶液中，超声波振荡后洗 涤干燥。

上述制备方法中，采用乙醇作为溶剂配置二乙二醇脂肪酸酯溶液 的原因在于乙醇无毒，廉价易得。二乙二醇脂肪酸酯具体可以采用二 乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇双硬脂酸酯或二乙二醇单油酸酯。由于 海泡石粉粒径较小，在溶液中不易分散，因此采用超声波振荡的方式 使其在溶液中分散。为了在海泡石粉表面嵌入较多的亲油基团，本发 明还优选控制超声波振荡的时间为9h～12h。

将上述原料混合后需要装入模具中进行压制，对于模具的形状本 领域技术人员可以根据期望产品的形状进行设计或选择。压制的作用 在于将原料中的各组分压实，所施加的压力优选不大于2MPa，不小 于0.8MPa，同时压力的设置还需要与模具的材质相适应。模具材质可 选用铝、铸铁、钢或任何适当的能够承受相应压力并可耐300℃以上 高温的材料。

压制后进行烧结的工序中，超高分子量聚乙烯和吸油树脂熔融， 将活性炭和二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉粘结牢固，烧结温度优选 控制为200℃～300℃，时间优选为90min～120min。烧结完成后再经冷 却，便得到过滤介质。

本发明还提供一种由上述方法制得的用于去除水中多环芳烃萘 的过滤介质。由上述方案可知，该过滤介质中含有活性炭、吸油树脂 和二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。其中，吸油树脂和二乙二醇脂肪 酸酯改性海泡石粉一方面用于提高滤芯的亲油性，另一方面与活性炭 共同作用实现良好的多环芳烃萘吸附性能。且该过滤介质使用方便， 不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次循环使用，不会产生 二次污染，环保性好。

本发明还提供一种由上述过滤介质构成的用于去除水中多环芳 烃萘的滤芯。使用该滤芯对水进行处理，可保证水中多环芳烃萘的去 除率达到94％以上。不需借助复杂设备，也不需要消耗电能，可多次 循环使用，环保性好。

本发明还提供一种净水装置，其包括上述过滤介质或滤芯，使用 该滤芯对水进行处理，可保证水中多环芳烃萘的去除率达到95％以上， 以保证人体饮水安全。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的去除水 中多环芳烃萘的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质制成的滤芯 进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例中的吸油树脂由日本三井石化公司提供。活性炭的粒 径为120目～200目，海泡石粉的粒径为100目～200目；二乙二醇单 硬脂酸酯、二乙二醇双硬脂酸酯和二乙二醇单油酸酯均由江苏省海安 石化公司提供。

实施例1

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.2mol/L的二乙二醇单油酸酯溶液， 将海泡石粉置于上述二乙二醇单油酸酯溶液中，超声波振荡处理10h， 得到二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉。

2、取85g上述二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉、180g分子量为 350万的超高分子量聚乙烯、120g活性炭和30g吸油树脂，将上述原 料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在250℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

实施例2

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.15mol/L的二乙二醇单硬脂酸酯溶 液，将海泡石粉置于上述丙二醇单油酯溶液中，超声波振荡处理9h， 得到二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉。

2、取75g上述二乙二醇脂肪酸酯改性海泡石粉、160g分子量为 400万的超高分子量聚乙烯、150g活性炭和45g吸油树脂，将上述原 料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在260℃下烧结100min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

实施例3

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.3mol/L的二乙二醇双硬脂酸酯溶 液，将海泡石粉置于上述丙二醇单油酯溶液中，超声波振荡处理11h， 得到二乙二醇双硬脂酸酯改性海泡石粉。

2、取95g上述二乙二醇双硬脂酸酯改性海泡石粉、200g分子量 为250万的超高分子量聚乙烯、120g活性炭和45g吸油树脂，将上述 原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在160℃下烧结120min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

实施例4

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.18mol/L的二乙二醇单油酸酯溶液， 将海泡石粉置于上述二乙二醇单油酸酯溶液中，超声波振荡处理10h， 得到二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉。

2、取80g上述二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉、180g分子量为 350万的超高分子量聚乙烯、120g活性炭和25g吸油树脂，将上述原 料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在250℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

实施例5

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.25mol/L的二乙二醇单油酸酯溶液， 将海泡石粉置于上述二乙二醇单油酸酯溶液中，超声波振荡处理10h， 得到二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉。

2、取75g上述二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉、160g分子量为 350万的超高分子量聚乙烯、110g活性炭和30g吸油树脂，将上述原 料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在250℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

比较例1

1、取200g分子量为350万的超高分子量聚乙烯和190g活性炭， 将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

2、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在400℃下烧结60min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

比较例2

1、取200g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、80g海泡石粉 和200g活性炭，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

2、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在400℃下烧结60min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

比较例3

1、以乙醇为溶剂配置浓度为0.2mol/L的二乙二醇单油酸酯溶液， 将海泡石粉置于上述丙二醇单油酯溶液中，超声波振荡处理10h，得 到二乙二醇单油酸酯改性海泡石粉。

2、取200g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、80g二乙二醇 脂肪酸酯改性海泡石粉和200g活性炭，将上述原料放入机械搅拌器中 搅拌均匀。

3、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在400℃下烧结60min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

比较例4

1、取150g分子量为350万的超高分子量聚乙烯、30g吸油树脂 和200g活性炭，将上述原料放入机械搅拌器中搅拌均匀。

2、取部分搅拌后的原料放入管状模具中，在1MPa液压压力下压 制，在200℃下烧结90min，冷却至40℃脱模，制得多微孔的管状滤 芯。

测试上述实施例和比较例制得的多微孔的管状滤芯对水中多环 芳烃萘的吸附性能，具体操作如下：

取相同体积的实施例1～5和比较例1～4制得的滤芯，将上述测试 样品分别置于相同的塑料壳体内；

配置多环芳烃萘浓度依次为2μg/L、5μg/L、10μg/L的水，编 号依次为A、B和C，分别将上述水经过装有上述滤芯的过滤器进行 过滤，然后用气相分子吸收光谱法进行检测，多环芳烃萘去除率检测 结果列于表1。

表1水中多环芳烃萘去除率检测结果

由上述结果可知，采用本发明提供的方法制得的过滤介质对水中 多环芳烃萘的去除率较高，超过94％，去除率可高达98.1％，为日常 饮用水安全提供了保障。并且上述过滤介质使用简单，不需使用复杂 设备或电能等，可多次循环使用，环保性能好。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。