申请日2007.07.09
公开(公告)日2008.07.09
IPC分类号B01D39/20; C04B35/16; C04B38/00
摘要
本发明公开了一种水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法，属于水处理技术领域，它由重量份为20-30份的纳米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5份的微米级沸石组成，经过原料制备、配料、搅拌、造粒、烘干、焙烧等步骤制造而成，具有成本低，净化效果好的优点。
权利要求书
1.一种水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它由重量份为20-30份的纳 米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5份 的微米级沸石组成。
2.根据权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它还包括 重量份为5-10份的活性炭。
3.根据权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它呈球状 颗粒，经烧结钝化后表面分布有与内核相通的大量吸附微孔。
4.根据权利要求2或3所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是所述 的烧结或为真空烧结，或为非真空状态的普通烧结，真空烧结用于含有活 性炭的纳米微晶复合滤料，余者为非真空状态的普通烧结。
5.根据权利要求3所述的水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是所述的球 状颗粒的粒径不小于1毫米。
6.一种权利要求1所述的水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征 是：
第一步，原材料制备，对原材料进行制备，用研磨机或水洗法将高岭 土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹 凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用;
第二步，配料，将上述原料按高岭土20-30重量份、凹凸棒土10-20 份重量份、硅藻土2-5重量份、沸石0-5重量份进行组配，加入10-20重 量份水的搅拌均匀，得到造粒原料;
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为3-8 毫米的球状半成品颗粒;
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～ 4小时以去除水份;
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控 制炉温在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间得到表面钝化且 带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
7.根据权利要求6所述的水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征 是在进行配料时加入5-10份重量份的活性炭，然后进行前述相同的搅拌、 造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在700～900℃之 间，焙烧时间控制在2～5小时之间即得到表面钝化且带有大量孔隙的带有 活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
说明书
水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种水处理介质材料，尤其是一种既能对饮用水进行净化， 又能对废水进行处理，使其达到排污标准的、以纳米材料为主要原料制造 的水处理用滤料，具体地说是一种水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方 法。
背景技术
在人类历史的长河中，人类与环境是在一种同生共长的和谐状态下发 展的。到了工业革命以后，特别是二战以后，社会进入现代化的发展阶段。 这种和谐被彻底打破了，资源被透支利用，对环境有害的各种废水、废气、 废渣冲斥地表，造成极度的污染。打破了自然界的平衡，使得很多地区的 人们生活在一种对自身健康极为不利的环境中。
在上述各种污染中，尤其水源的污染对人类最为危害，因为水是生命 之源。没有了健康的水源，植物的生长、生物的发育、人类自身的饮用及 使用，都受到极大的伤害，造成了人类赖以生存的动植物致病、饮用水致 病的这一恶果。所以对治理水的污染显得特别重要。
在工业革命之前，自然界是通过怎样的模式自身净化而没有造成污染 的呢?研究发现，大地本身就具有很强的净化功能，其中作用最大的就是 土壤和植被;在土壤中，一些纳米微孔铝硅酸盐矿物具有很强的吸附(其 中包括离子交换)作用。能去除水中的有害元素，对无机物的吸附效果特 明显，而植被富含碳质元素，对有机物吸附效果较佳。土壤植被的作用实 质就是具有较强吸附性的铝硅酸盐矿物和富含碳质物质的共同作用。
然而，目前，水处理领域中主要应用的滤料有PP棉、RO膜、KDF锌铜 合金、活性氧化铝、石英砂等。这些原料不是存在寿命短，就是存在吸附 效果较差，或者是使用成本高，对水的浪费较为严重，如RO膜虽然能直接 用于饮用水的过滤，但它必须定期进行反冲洗，浪费大量的水。其它的如 石项砂只能用于废水的初级过滤，无法直接达到排放标准，必须配以成本 很高的辅助设备才能实现废水的处理，因而导致水处理成本过高，一些不 法业主为了降低成本，往往将大量废水直接排入江湖河泊中，造成严重的 生态问题，其中的一些矿物滤料还由于体积较大，体表面积小影响了吸附 效果的发挥。而这些都是由于目前没有好的滤料可供使用造成的，因此开 发一种既可用于饮用水净化，又可用于废水处理的新型滤料是解决饮用水 安全和废水处理的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有的水处理用滤料存在的或者是效果差、功能 单，或者是成本高的问题，发明一种既能用于饮用水处理，又能用于废水 净化，且成本低、净化效果好的水处理用纳米微晶复合滤料及其制造方法。
本发明的技术方案之一是：
一种水处理用纳米微晶复合滤料，其特征是它由重量份为20-30份的 纳米级高岭土、10-20份的纳米级凹凸棒土、2-5份的微米级硅藻土及0-5 份的微米级沸石组成。其中的高岭土具有较强的粘性，有利于将其余三种 成份粘结后制成颗粒状，凹凸棒土主要起支撑作用，使最终的球状颗粒内 部具有吸附微孔，硅藻土一方面用于填充凹凸棒土之间的空隙，另一方面 其本身也是一种较好的吸附材料，参与到吸附作用中，沸石的主要作用是 吸附水中的杂质、微生物和有害物质，它是一种吸附性较强的水处理用材 料。
本发明的纳米微晶复合滤料还包括重量份为5～10份的活性炭，以进 一步增强本发明的滤料的吸附性，因为活性炭经过多年的实践证明是一种 吸附性较高的吸附材料，其缺点是成本相对较高，对最终的烧结成形的要 求高。
本发明的纳米微晶复合滤料呈球状颗粒，经烧结钝化后表面分布有与 内核相通的大量吸附微孔。
所述的烧结或为真空烧结，或为非真空状态的普通烧结，真空烧结用 于含有活性炭的纳米微晶复合滤料，余者为非真空状态的普通烧结。
所述的球状颗粒的粒径不小于1毫米。
本发明的技术方案之二是：
一种水处理用纳米微晶复合滤料的制造方法，其特征是：
第一步，原材料制备，对原材料进行制备，用研磨机或水洗法将高岭 土加工成纳米级原料备用，用水洗法对凹凸棒土进行处理获得纳米级的凹 凸棒土，将硅藻土和沸石分别加工至200目左右备用;
第二步，配料，将上述原料按高岭土20～30重量份、凹凸棒土10～20 份重量份、硅藻土2～5重量份、沸石0～5重量份进行组配，加入10～20 重量份水的搅拌均匀，得到造粒原料;
第三步，造粒，将上述造粒原料送入造料机中造料，得到粒径为3-8 毫米的球状半成品颗粒;
第四步，烘干，将上步所得的球状半成品颗粒在150～200℃下烘干3～ 4小时以去除水份;
第五步，焙烧，将上述烘干的球状半成品颗粒置于焙烧炉中焙烧，控 制炉温在700～900℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间得到表面钝化且 带有大量孔隙的球状纳米微晶复合滤料。
在进行配料时加入5～10份重量份的活性炭，然后进行前述相同的搅 拌、造粒、烘干后送入真空焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度控制在700～900 ℃之间，焙烧时间控制在2～5小时之间即得到表面钝化且带有大量孔隙的 带有活性炭的球状纳米微晶复合滤料。
本发明的有益效果：
1、本发明充分吸收了高岭土、凹凸棒土、硅藻土及沸石的优点，通过 将它们进行合理的加工和配比，发挥各自的特长，取长补短，因而具有十 分理相的吸附效果，尤其是在重金属吸附方面其效果好于现有各类吸附材 料。
2、本发明的原料成本较低，来源广泛，全部为天然材料制成，本身不 会产生对人体和环境有害的影响。
3、根据最终成形颗粒的尺寸大小，本发明既可用于饮用水处理，也可 用于废水(包括重金属水和普通废水)处理，使其达到排放标准的规定。 当本发明的滤料颗粒的直径约在3～5毫米之间时可用于饮用水的过滤，当 本发明的滤料颗粒的直径约在5～8毫米时可用于废水的过滤，尤其是可用 于重金属含量较大的废水的处理。此外还可根据实际需要制成直径不小于1 毫米的小颗粒或直径大于8毫米的大颗粒。
4、本发明的滤料的最大优点还在于其可通过二次加温焙烧实现滤料的 活化，滤料可反复使用，且不会对使用效果产生影响。主体选用了对环境 友好的天然材料，循环使用的最终废弃物是一种很好的肥料(特别适合养花 种草)，对环境无影响。
5、本发明通过水质净化时的吸附过滤协同作用，滤料中孔经从微米级 到纳米级改变，可以滤掉水质中绝大部分细菌和无机污染物。表面富含的 Si、Al、Mg和微的Ca、Fe、Zn、Sr溶入水中对人体健康有利，对于加有 活性碳(竹碳粉)时，碳粉微粒对各种有机污染物有很强的亲和力。无机 有机协同作用达到超级净化水质的效果。
6、水体经本发明的滤料深度处理后，水质状态明显改变，达到国家直 饮水标准，还能增加水体中矿物质含量，贴近自然水。长期饮用对人体健 康有利。
7、本发明的滤料是对土壤自身净化的仿真再现。土壤中绝大多数的矿 物化学性质相对稳定，主要有石英砂和其他碎粒，粘土矿物种类占有相当 比例，如高岭土类;蒙脱石类和伊利石类;呈薄片层状结构;多孔状构造， 化学稳定性高，具有离子交换和吸收性能。如土壤中含有有机质或腐殖质， 其吸附性能更强。这是因为有机质或腐殖质中含有大量炭，对吸附有机类 物质有利。
8、本发明还可根据不同水源的水质，开发出相应的具有针对性的滤料， 表1本发明的滤料为基础开发的普通型滤料，表2即为利用本发明的滤料 为基础开发的特殊型滤料。
表1
名称 形状 粒径(mm) 功能 纳米微晶复合滤料 (NWL) 球状 3.5-5.5 去除水中无机污染物和细菌 炭质纳米微晶复合滤料 (TNWL) 球状 4.5-7 去除水中有机和无机污染物、细菌和 微生物 炭球 (TG) 球状 5-8 去除水中有机污染物及细菌和微生 物
表2
名称 形状 粒径 功能 除氟型(F) F-NWL 球状 ±5 去除水中氟(CF)及其他无机污染物和细菌 除砷型(As) NWL 球状 ±5 去除水中砷(AS)及其他无机污染物和细菌 除铁锰(Fe Mn)型 Fe.Mn-NWL 球状 ±5 去除水中铁锰((Fe Mn)及其他无机污染物和细菌
9、本发明的纳米微晶滤料的物理特征(表3)
表3
10、经实际测试结果，本发明的纳米微晶复合滤料还具有以下特点：
在矿物组合上接近自然，特别是加入一定比例的活性炭后，与自然原 土非常相似。
浸泡试验各种指标符合饮用净水标准，可作净化水质滤料使用。
本发明的滤料还具有较大的隙度，比表面积和碘吸附值，其量是普通 石英砂几十倍甚至上百倍，吸附效果好，使用寿命长。即相同的原矿物颗 粒相比，其表面也得到了不同程度的增加(凹棒土粒状样比表面积为 71.63m2/g)。
本发明的滤料所形成的陶瓷框架结构稳定，吸附饱和后的滤料可重新 活化循环使用，一般可使用4～5次，这样可大大节约水处理成本，符合循 环经济的方针。
适用性广阔。该滤料除了作为饮用净水的净水材料以外，对于一般的 水处理也可作为深度处理的材料使用，是一般砂滤所不及的。