星空体育app下载CN100425336C - 去除有机物的纳米净水材料及其应用 - Google Patents

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　　Application filed by Jilin University

　　Separation Using Semi-Permeable Membranes

　　本发明属于水的净化领域，具体涉及一系列以高分子材料为填充剂、纳米材料为过滤体，能够对水中的有机物进行有效处理的高分子纳米净水材料以及该材料的制备方法。材料的主要成份为铝的氧化—氢氧化相：35-70%，玻璃纤维：15-35%，纤维素：10-25%，其中氧化—氢氧化铝的粒径为20-60纳米，比表面积360-800平方米/克。将本发明的纳米净水材料15-30g装在某小型净水器的净水装置中，用其处理各种污水，可连续使用710-1430h左右，然后将使用过的纳米净水材料取出，经过再生后仍可继续使用星空体育。纳米净水材料可重复再生使用8-10次，具有使用寿命长，成本低，去除有机物效率高等优良效果。

　　本发明属于水的净化领域，具体涉及一系列以高分子材料为填充剂、纳米材料为过滤体，能够将污水中的有机物完全去除的纳米净水材料以及纳米净水材料的应用。

　　目前在经济高度发展，生活水平显著提高的同时，环境污染问题日益突出，其中水环境的污染更是日趋严重。造成水质恶化的污染源除了工业废水外，日常生活所产生的生活污水也是主要和大量的污染源之一。水源的污染导致饮用水中有毒有害物质明显增加，影响甚至严重影响了人们的日常生活与工作。据世界卫生组织调查资料表明，全球80％的疾病和50％的儿童死亡率都与水质不良有关，美国78个城市统计资料则表明，传染病致病原因中水质问题约占95％；此外还发现，饮用氯消毒水的人与癌症死亡率密切相关，即使是某些丰水地区，也发现自来水加氯消毒后致突变活性增加，消毒剂氯与水中有机物作用产生毒性更大的消毒副产物，如三氯甲烷、卤乙酸等，其数目超过500种，Ames(沙门氏菌诱变性试验)为阳性。水体中种类繁多的有机物绝大部分对人体有急性或慢性、直接或间接的致毒作用，有的还能积累在组织内部改变细胞的DNA结构，对人体产生“三致”。而据研究结果表明，Ames试验阳性突变结果与致癌之间有高达83％的符合率，其阳性率每增加1％，则每10万人中胃癌，肝癌和肠癌的死亡率分别增加0.216人，0.111人和0.0854人。然而，世界各地对水源水有机污染提取物所进行的Ames试验有相当部分呈阳性结果。由此可见星空体育，水环境与我们人类的健康息息相关，去除水中的有机物对保障人体健康有重要意义。

　　目前，去除有机物的水处理技术主要有：“混凝-沉淀-过滤”技术、空气吹脱法、杀菌消毒技术、碳滤技术，生物处理技术、离子交换技术、膜分离技术以及光化学处理技术等等。这些水处理技术已经能够使水中的有机物含量的控制达到了较高的指标，但它们却存在很多缺点：效率低、成本高、再生困难、存在二次污染等问题，即便是有良好应用前景的纳米TiO

　　光催化降解技术，虽然除净度高、无污染，但此技术要求处理水在催化氧化反应发生器中停留时间较长，多在1h以上才可能有较好的效果，同时，纳米TiO

　　本发明的目的是：提供一系列由以高分子材料为填充剂、纳米材料为过滤体的能够对水中的有机物有效去除的纳米净水材料。本发明的另一个目的是提供上述纳米净水材料在去除水中有机物方面的应用。

　　如图1所示，为本发明所述的纳米净水材料，其形状包括层状、卷曲筒状。其主要成份为铝的氧化-氢氧化相：35-70％，玻璃纤维：15-35％，纤维素：10-25％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20-60纳米，比表面积360-800平方米/克；

　　溶液20-150ml加入微晶纤维素的水悬浮液中，微晶纤维素的水悬浮液是将1.0-11g微晶纤维素溶于200-600ml蒸馏水，然后再浸泡、均质0.5-10.5h；

　　2.将浓度为1-10g/l的酸性溶液15-105ml加入玻璃纤维的水悬浮液中，其中玻璃纤维1.0-20g，蒸馏水200-500ml，将得到的混合物加热到35-150℃；

　　3.将加热后的混合物取出并向其中投入粒径为15-30nm的铝粉(0.5-15.5g)，然后置于超声发声器(K-100型超声波清洗器)中，在40-160℃温度下超声0.5-10.5h，之后加入5-25g/l的四乙基正硅酸酯醇溶液2-102ml，继续振荡15-105min，然后取出，在室温下冷却；

　　5.将滤料在20-280℃温度下在干燥箱中干燥1-11h得到白色层状的本发明的纳米净水材料。

　　酸性溶液是硼酸、钼磷酸或水杨酸钠溶液，玻璃纤维是C-玻璃纤维、D-玻璃纤维或E-玻璃纤维。

　　表一为用本发明的纳米净水材料处理含有有机物的污水过程中，COD实验数据。COD即化学需氧量，在环境学测试污水中的有机物时化学需氧量作为有机物相对含量的一个重要指标(见《水和废水监测分析方法》第七章“有机化合物的测定”P354)。我国地面水环境质量标准(GB 3838-88)中规定COD的出水标准为15mg/l。表中前80min(材料B、E为90min)材料的去除效率为100％，80min后材料对水中细菌的去除效率逐渐降低，在340min COD值开始超标，而在806min各材料(材料A、D在808min)对水中有机物的处理能力均达最大饱和。由此可见，本发明的纳米净水材料去除效率高，处理能力强，具有相当大的饱和度。

　　注：表中各样品的质量分别为：A：0.2685g  B：0.2754g  C：0.2698g

　　注：表中各样品的质量分别为：A：0.2683g  B：0.27543g  C：0.2696g

　　表中各样品的厚度分别为：A：2.6mm    B：2.7mm     C：2.6mm

　　表二为用再生过的纳米净水材料处理含有有机物的污水过程中，COD的实验数据。将使用过的纳米净水材料在高压釜中进行再生，然后将其再应用于处理含有机物的污水。从表中的实验数据来看，其总体效果与再生前几乎没有差别，由此可见，本发明的纳米净水材料再生简单，可重复使用。

　　综上所述，将本发明的纳米净水材料用于处理含有机物的污水，与现已有的水处理技术相比具有如下的优点：

　　2.净水效率高、效果好对水中的有机物15s可达到100％的去除，并具有相当大的饱和度；

　　本发明的纳米净水材料可广泛地应用于净水器等领域。例如若将本发明的纳米净水材料15--30g装在某小型净水器的净水装置中，用其处理各种污水，可连续使用710--1430h左右，然后将使用过的纳米净水材料取出，经过再生后仍可继续使用。当纳米净水材料重复再生使用8-10次，可重新更换新的材料。由此看来，本发明的纳米净水材料具有体积小，寿命长，成本低，去除效率高、效果好，用途广的优点，因此可广泛用于净水领域。

　　取16gC--玻璃纤维在250ml蒸馏水中混合均匀后，加入8g/l的水杨酸钠85ml，然后将此混合物加热到45℃，加入10.5g的铝粉(粒径为15nm)，然后置于超声槽中在50℃下超声振荡38min，然后向混合物中加入18g/l四己基正硅酸酯醇溶液10ml，继续超声振荡65min，之后取出在室温下冷却；将7.5g微晶纤维素于250ml蒸馏水中，浸泡、均质1.5h，然后加入1.0g/l的聚乙烯醇溶液50ml混合均匀；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中，温度95℃干燥2h，即得到55.8g本发明的纳米净水材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：54.4％，玻璃纤维：28.7％，纤维素：13.4％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20纳米，比表面积736平方米/克。

　　将8g活性碳纤维丝用250ml蒸馏水浸泡、均质65min，加入4.5g/l聚乙烯醇溶液30ml混合均匀；取12g D--玻璃纤维在250ml蒸馏水中混合均匀后，加入3.5g/l的钼磷酸20ml，然后加热至90℃，加入8.5铝粉(粒径为20nm)，然后置于超声槽中在95℃超声振荡2.5h，然后向混合物中加入15g/l四己基正硅酸酯醇溶液22ml继续超声振荡45min，然后取出，在室温下冷却；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中于温度180℃下干燥5h，即得到47.9g本发明的纳米净水过滤材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：51.3％，玻璃纤维：25.1％，活性碳纤维：16.7％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为22纳米，比表面积680平方米/克。

　　将5.5g聚乙烯用100ml乙醇浸泡、均质45min，加入4g/l聚乙烯醇溶液20ml混合均匀；取7.0g E--玻璃纤维在350ml蒸馏水中混合均匀后，加入6g/l的硼酸40ml，然后加热至45℃，加入3.5g铝粉(粒径为15nm)，然后置于超声槽中在50℃超声振荡2.5h，然后向混合物中加入19g/l四己基正硅酸酯醇溶液25ml继续超声振荡55min，取出，在室温下冷却；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中于温度120℃下干燥4.5h，即得到24.3g本发明的纳米净水材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：41.6％，玻璃纤维：28.8％，聚乙烯：22.6％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20纳米，比表面积700平方米/克。

　　将6g微晶纤维素于450ml蒸馏水中，浸泡、均质3h，加入0.9g/l聚乙烯醇溶液110ml混合均匀；；将9.8g D--玻璃纤维在520ml蒸馏水中混合均匀后，加入1.3g/l的水杨酸钠50ml，然后加热至55℃，加入4.2g铝粉(粒径为25nm)，然后置于超声槽中在110℃超声振荡1.2h，然后向混合物中加入6g/l四己基正硅酸酯醇溶液2ml继续超声振荡50min，之后取出在室温下冷却；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中，温度100℃干燥4h，即得到33.1g本发明的纳米过滤材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：36.7％，玻璃纤维：29.6％，纤维素：18.1％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为30纳米，比表面积664平方米/克。

　　取9.6gE--玻璃纤维在500ml蒸馏水中混合均匀后，加入1.5g/l的水杨酸钠40ml，然加热至50℃星空体育，加入6.5g铝粉(粒径为30nm)，然后置于超声槽中在80℃下超声振荡1.0h，然后向混合物中加入15g/l四己基正硅酸酯醇溶液2ml继续超声振荡30min，取出，在室温下冷却；将8.8g活性碳纤维丝用560ml蒸馏水浸泡、均质55min，加入5.0g/l聚乙烯醇溶液35ml混合均匀；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中，温度70℃干燥6h，即得到40.6g本发明的纳米过滤材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：46.3％，玻璃纤维：23.6％，纤维素：21.7％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为35纳米，比表面积640平方米/克。

　　将4g D--玻璃纤维在400ml蒸馏水中混合均匀后，加入0.8g/l的水杨酸钠85ml，然后加热至35℃，加入2.5g铝粉(粒径为15nm)，然后置于超声槽中在40℃下超声振荡0.6h，然后向混合物中加入5.4g/l四己基正硅酸酯醇溶液5ml继续超声振荡20min，之后取出在室温下冷却；将3.4g聚乙烯用50ml乙醇浸泡、均质30min，加入3g/l聚乙烯醇溶液40ml混合均匀；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中，温度90℃干燥4h，即得到16.2g本发明的纳米过滤材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：44.6％，玻璃纤维：24.7％，聚乙烯：21.0％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20纳米，比表面积750平方米/克。

　　取2.0g C--玻璃纤维在200ml蒸馏水中混合均匀后，加入1.5g/l的水杨酸钠45ml，然后加热至40℃，加入1.0g的铝粉(粒径为15nm)，然后置于超声槽中在55℃超声振荡44min，然后向混合物中加入5g/l四己基正硅酸酯的醇溶液5ml继续超声振荡55min，之后取出在室温下冷却；将2.0g活性碳纤维丝用200ml蒸馏水浸泡、均质50min，加入4.4g/l聚乙烯醇溶液40ml混合均匀；将上述制得的两种混合液过滤，将滤料在干燥箱中于温度150℃下干燥2h，即得到8.1g本发明的纳米净水过滤材料，其组成为：铝的氧化-氢氧化相：35.7％，玻璃纤维：24.7％，活性碳纤维：24.7％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20纳米，比表面积720平方米/克。

　　1. 一种纳米净水材料，其主要成份为铝的氧化-氢氧化相：35-70％，玻璃纤维：15-35％，纤维素：10-25％，其中氧化-氢氧化铝的粒径为20-60纳米，比表面积360-800平方米/克，其由如下方法制备：

　　溶液20-150ml加入微晶纤维素的水悬浮液中，微晶纤维素的水悬浮液是将1.0-11g微晶纤维素溶于200-600ml蒸馏水，然后再浸泡、均质0.5-10.5h；

　　(2)将浓度为1-10g/l的酸性溶液15-105ml加入玻璃纤维的水悬浮液中，其中玻璃纤维1.0-20g，蒸馏水200-500ml，将得到的混合物加热到35-150℃；

　　(3)将加热后的混合物取出并向其中投入粒径为15-30nm的铝粉0.5-15.5g，然后置于超声发声器中，在40-160℃温度下超声0.5-10.5h，之后加入5-25g/l的四乙基正硅酸酯醇溶液2-102ml，继续振荡15-105min，然后取出，在室温下冷却；

　　(5)将滤料在20-280℃温度下在干燥箱中干燥1-11h得到白色层状的纳米净水材料。

　　2. 如权利要求1所述的纳米净水材料，其特征在于：酸性溶液是硼酸、钼磷酸或水杨酸钠溶液。

　　3. 如权利要求1所述的纳米净水材料，其特征在于：玻璃纤维是C-玻璃纤维、D-玻璃纤维或E-玻璃纤维。

　　* Cited by examiner, † Cited by third party

　　* Cited by examiner, † Cited by third party

　　Nanoparticles for the destructive sorption of biological and chemical contaminants

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