用于去除水中邻苯二甲酸酯的过滤介质及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种去除水中邻苯二甲酸酯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。
邻苯二甲酸酯简称PAEs，是邻苯二甲酸与醇类形成的酯类。常见的邻苯二甲酸酯有9种，分别是邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丙酯(DPP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二戊酯(DAP)、邻苯二甲酸二庚酯(DiHP)、邻苯二甲酸二辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二11烷基酯(DUP)、邻苯二甲酸二13烷基酯(DTDP)。邻苯二甲酸酯是一类具有增塑作用的化学物质，用于玩具、食品包装材料、医用血袋、医用胶管、聚乙烯地板、聚乙烯壁纸、清洁剂、润滑剂等各种产品中。
多数邻苯二甲酸酯为无色粘稠液体，难溶于水，易溶于有机溶剂，不易挥发，比重与水相近，凝固点较低，是环境激素类物质中一类具有持久性危害的物质。清华大学化学系成昌梅教授的研究表明，邻苯二甲酸酯在人体和动物体内发挥着类似于雌性激素的作用，可以干扰内分泌，使男子精液量和精子数量减少，精子运动能力低下，精子形态异常，严重的会导致睾丸癌，是造成男子生殖问题的“罪魁祸首”。对于胎儿和婴幼儿童，邻苯二甲酸酯的存在会影响胎儿和婴幼儿童体内的荷尔蒙分泌，引发激素失调，有可能导致儿童性早熟，对生殖系统造成影响。
对自来水厂的源水和出厂水的调查分析表明，邻苯二甲酸酯普遍存在于饮水中。广东、山西、浙江等许多城市的自来水厂邻苯二甲酸酯污染严重。另外，西南地区的重庆市50人份血液中检出的部分有机物与本市饮用水中的有机物成分具有较高的一致性，50份血液样品中全部检验出邻苯二甲酸酯。
邻苯二甲酸酯的去除可以采用生物降解法和光催化降解法。生物降解法是利用合适的微生物菌种，将邻苯二甲酸酯进行降解成小分子。光催化降解法是在合适的强度和波长的光照下，使得邻苯二甲酸酯降解成小分子。无论是生物降解或者光催化降解，都需要较长的时间，而且去除效果也不是很理想。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种过滤介质，主要用于去除水中的邻苯二甲酸酯，从而达到改善水质的目的。
本发明的另一个目的是提供一种用于去除水中邻苯二甲酸酯的过滤介质的制备方法。
为了达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于去除水中邻苯二甲酸酯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、水滑石粉和发孔剂的原料混合，超高分子量聚乙烯、活性炭、水滑石粉和发孔剂的重量比为：100～300∶150～250∶100～200∶50～100；
b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制，烧结，冷却。
压制压力可以选择为0.4～1.0MPa，烧结温度为：200～240℃，烧结时间为10～200分钟，冷却至70℃以下可以脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后，得出在200～240℃的范围内制作出的过滤介质，过滤效果更好。
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，可以起到吸附水中邻苯二甲酸酯的作用。
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地活性炭强度较高、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。活性炭使用粒径为38～250微米的医用活性炭去除邻苯二甲酸酯的效果更佳。
水滑石属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物是一类具有层状结构的无机功能材料，水滑石粉的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。一般来讲，只要金属阳离子具有适宜的离子半径和电荷数，均可形成水滑石类层状化合物，适宜的离子半径指的是与Mg2+的离子半径0.072纳米相差不大。水滑石粉的这种结构对于去除水中的邻苯二甲酸酯类化合物非常有利。
水滑石粉优选使用烧过的水滑石粉，一般可以在300～600℃下焙烧1～3小时。烧过的水滑石粉在重新吸附水中的阴离子之后，水滑石中的一些部位能够恢复为层状结构，这独特的结构记忆效应使得水滑石具有吸附交换容量大的优点。水滑石粉的粒径优选10～150微米。
水滑石粉的层状结构和活性炭的多孔道结构搭配可以形成两种不同吸附形式的结合，从而有效去除水中邻苯二甲酸酯。
上述的用于去除水中邻苯二甲酸酯的过滤介质的制备方法，步骤a)中的原料还加入适当量的发孔剂，所述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。
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。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邻苯二甲酸酯，并且有协同作用，可以将水中的邻苯二甲酸酯充分吸收。
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邻苯二甲酸酯，去除率达到95％以上，从而达到改善水质的目的，并且方法简单，成本低，见效快。
【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
(1)称取超高分子量聚乙烯粉110g，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；
(2)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的粒径为38～250微米；
(3)称取水滑石粉190g，所述水滑石粉经过焙烧处理，具体的焙烧工艺为：在500℃下焙烧2小时，水滑石粉的粒径为10～150微米。
(4)称取食品级碳酸氢铵60克，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)装填入管状模具中，在0.9MPa的液压压力下压制，在240℃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。
制备的滤芯的直径为50mm，长度为8mm。
实施例2
(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-III型产品，其分子量为350万；
(2)称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的粒径为78～250微米；
(3)称取水滑石粉100g，所述水滑石粉经过焙烧处理，具体的焙烧工艺为：在400℃下焙烧3小时，水滑石粉的粒径为10～78微米。
(4)称取食品级碳酸氢铵70克，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)装填入管状模具中，在0.8MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结120分钟。
(7)自然冷却至25℃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8mm。
实施例3
(1)称取超高分子量聚乙烯粉225g，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；
(2)称取医用活性炭粉180g，所述医用活性炭的粒径为89～250微米；
(3)称取水滑石粉150g，所述水滑石粉经过焙烧处理，具体的焙烧工艺为：在600℃下焙烧1小时，水滑石粉的粒径为10～150微米。
(4)称取偶氮二甲酰胺90克，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)装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在240℃温度下烧结120分钟。
(7)自然冷却至25℃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8mm。
实施例4
(1)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-I型产品，其分子量为150万；
(2)称取医用活性炭粉240g，所述医用活性炭的粒径为11～250微米；
(3)称取水滑石粉180g，所述水滑石粉经过焙烧处理，具体的焙烧工艺为：在500℃下焙烧2小时，水滑石粉的粒径为10～78微米。
(4)称取草酸80克，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)装填入管状模具中，在0.4MPa的液压压力下压制，在205℃温度下烧结160分钟。
(7)自然冷却至30℃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8mm。
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邻苯二甲酸酯的去除效果好，如表1所示。非常适合家庭终端饮用水处理的需要。
表1使用滤芯处理前后的水，单位：μg/L。
从表1可以看出，利用本发明的滤芯进行去除水中的邻苯二甲酸酯取得了很好的效果。
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。