申请日2010.05.13
公开(公告)日2012.02.01
IPC分类号C02F5/00; C04B35/16; C04B35/622; C02F3/34
摘要
本发明公开一种用于循环水处理的多功能滤料，按重量百分比由1～10%纳米电气石粉、55～80%粗电气石粉、1～15%硅藻土、1～15%海泡石粉、1～15%扇贝粉、1～10%碳酸氢钠和5～10‰载银沸石粉制备而成。制备方法是：先将原料通过搅拌混匀，再将混匀的粉体注入转盘机，以0.1mm～1mm的凹凸棒土为内核，调控湿度15～50%和转速20～200转/分钟，转动15～30min;最后在马弗炉中400～600℃烧结4～8小时，制备成直径1～10mm的陶瓷滤料。本发明滤料可有效去除水中的Ca2+、Mg2+，达到阻垢、防腐蚀和去生物污泥的效果。
权利要求书
1.一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：由下列原料按重量百分比制备而成：
纳米电气石粉 1～10%;
粗电气石粉 55～80%;
硅藻土 1～15%;
海泡石粉 1～15%;
扇贝粉 1～15%;
碳酸氢钠 1～10%;
载银沸石粉 5～10‰。
2.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述粗电气石粉的粒径为1～10μm。
3.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述载银沸石粉的粒径为1～10μm。
4.如权利要求1所述的一种用于循环水处理的多功能滤料，其特征在于：所述多功能滤料为直径3～5mm的微球。
5.一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于步骤为：
第一步，按重量百分比，将1～10%纳米电气石粉、55～80%粗电气石粉、1～15%硅藻土、1～15%海泡石粉、1～15%扇贝粉、1～10%碳酸氢钠和5～10‰载银沸石粉通过搅拌混匀;
第二步，将混匀的粉体注入转盘机，以0.1mm～1mm的凹凸棒土为内核，调控湿度15～50%和转速20～200转/分钟，转动15～30min;
第三步，在马弗炉中400～600℃烧结4～8小时，制备成直径1～ 10mm的陶瓷滤料。
6.如权利要求5所述的一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于：所述纳米电气石粉的制备是：通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径为0.2～0.5μm的粉体，将浆液离心脱水，烘干，定量称取电气石粉体于烧瓶中，加入0.1～10倍于粉体质量的溶剂，控制温度在30～150℃左右，加入与电气石粉体质量比分数为1～20%的钛酸四丁酯，在回流条件下反应，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。
7.如权利要求6所述的一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其特征在于：所述溶剂为甲苯、乙醇或对甲苯的一种或几种混合。
说明书
一种用于循环水处理的多功能滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型多功能循环冷却水处理技术，特别与用于循环水 处理的多功能滤料及其制备方法有关。
背景技术
循环冷却水系统一般为开式循环系统(如逆流式和横流式冷却 塔)，冷却塔内空气与水进行充分的接触，水中的含氧量基本达到饱 和，循环水蒸发损失后，水中含盐浓度增加，致使某些系统结垢严重， 或某些类型的水质形成腐蚀性使系统发生严重腐蚀，另外，阳光、水 温等合适条件给微生物提供了良好的生存、繁殖环境，再加上大气中 尘埃不断混入水中，会有藻类、粘泥产生，从而影响冷水机组的正常 运行，损坏制冷设备和管道附件，缩短系统使用寿命，而且必须经常 加药处理、化学清洗排放，耗水严重，环境污染严重，因此冷却水的 处理至关重要。
现在工程上常用的水处理方式有：软化水法、电子水处理法、加 药法。
(1)软化水法：该种水处理方式在补充水硬度较高的情况下采用， 即补水经过软化(离子交换)后，除去水中的Ca2+、mg2+，在一定的浓 缩倍数下控制重碳酸盐的浓度，以防止结垢，因循环冷却水系统补充 水量较大，该法成本较高，且该法无防腐蚀的作用。
(2)电子水处理方法：近年来，电子水处理器在工程上应用的较 多，其原理是利用电场的作用，使水分子的物理结构发生变化，水分 子与接触界面的电位差减少，水中溶解盐类的离子及带电粒子间的静 电力减弱，不能相互集聚，但实际应用效果不理想，阻垢能力差，无 防腐作用，逐渐被加药法替代。
(3)加药法：加药法是指向冷却水系统中投加缓蚀剂和阻垢剂， 这是目前工程上应用较广的方法，常用的缓蚀剂和阻垢剂有：六偏磷 酸纳、硫酸锌、钼酸纳、HEDP羟基亚乙基二膦酸、EDTMP乙二胺四亚 甲基膦酸、聚丙烯酸等。投药法防垢缓蚀的效果好，可同时投加杀菌 灭藻的药剂，对冷却水系统来说，是一种理想的水处理方式，但运行 成本较高，耗水严重、环境污染、维护成本高等缺点。
循环冷却水属于低压锅炉软水体系，理想的软水处理系统需要达 到以下三个技术要求：
一、能够有效去除水中的Ca2+、Mg2+，或是改变Ca2+、Mg2+的晶型， 达到阻垢的目的。
二、能够减少水体中的溶解氧和自来水中的余氯，降低电化学反 应的几率，达到防腐蚀的目的。
三、具有良好的生物污泥的去处作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于循环水处理的多功能滤料及其 制备方法，以有效去除水中的Ca2+、Mg2+，达到阻垢、防腐蚀和去生 物污泥的效果。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种用于循环水处理的多功能滤料，由下列原料按重量百分比制 备而成：
纳米电气石粉 1～10%;
粗电气石粉 55～80%;
硅藻土 1～15%;
海泡石粉 1～15%;
扇贝粉 1～15%;
碳酸氢钠 1～10%;
载银沸石粉 5～10‰。
其中，所述粗电气石粉的粒径为1～10μm。
所述载银沸石粉的粒径为1～10μm。
所述多功能滤料为直径1～10mm的微球。
一种用于循环水处理的多功能滤料制备方法，其步骤为：
第一步，按重量百分比，将1～10%纳米电气石粉、55～80%粗电 气石粉、1～15%硅藻土、1～15%海泡石粉、1～15%扇贝粉、1～10% 碳酸氢钠和5～10‰载银沸石粉通过搅拌混匀;
第二步，将混匀的粉体注入转盘机，以0.1mm～1mm的凹凸棒土 为内核，调控湿度15～50%和转速20～200转/分钟，转动15～30min;
第三步，在马弗炉中400～600℃烧结4～8小时，制备成直径1～ 10mm的陶瓷滤料。
所述纳米电气石的制备是：通过球星研磨机将电气石原料研磨成 粒径为0.2～0.5μm的粉体，将浆液离心脱水，烘干，定量称取电气 石粉体于烧瓶中，加入0.1～10倍于粉体质量的甲苯、乙醇或对甲苯 等作为溶剂，控制温度在30～150℃左右，加入与电气石粉体质量比 分数为1～20%的钛酸四丁酯，在回流条件下反应若干小时，之后将 浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石。
采用上述方案后，本发明产品采用了包含压电性材料在内的复合 功能材料。当压电材料受到外界压力作用时，其两端就会出现正负极 性，而在自然界状态下几乎没有任何电能作用。将其提取出来后进行 超微粉碎，再按照科学的配方将其与其它几种功能材料和辅助材料进 行混配、混炼，然后进行纳米加工，使其处于被激活状态，这样它们 就形成了无数个微电极，在其周围形成了微电场，当将其加工至纳米 级时，其能级成百倍提高，每个微电极正负极间的电位差相当大。可 将水分子团之间的分子键打开，形成小分子水;同时将部分水分子的 原子化合价打开，电解成氢离子和氢氧根离子;氢离子得到微电极提 供的电子补充后变为氢气放掉，氢氧根离子与另一个水分子结合成 H2O·(OH)-。其生成过程为：
H2O→电解→H++OH-，2H++2e=H2↑，
OH-+H2O=H2O·OH-
即：4H2O+4e=2H3O2-+H2↑
水中的钙、镁离子除了以离子态存在，还会以如下形式存在： Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2。当它们遇到羟基及游离Ca离子时：
Ca2++2OH-=Ca(OH)2
Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3↓+2H2O
Ca(OH)2+Mg(HCO3)2=2CaCO3↓+MgCO3+2H2O
MgCO3+Ca(OH)2=2CaCO3↓+Mg(OH)2↓
2Ca2++Mg(HCO3)2+2OH-=2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+H2↑
Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
经如上反应，产生了碳酸钙和氢氧化镁沉淀，它们形成了松散的 水渣，由过滤系统滤掉，不会结成硬水垢。同时由于电解过程中释放 出活泼性氢或者氢气，显著降低水体系中的氧化还原性点位(ORP)， 这些活泼性氢优先与溶解氧和余氯反应，从而具有预防设备管网的腐 蚀。
本发明与现有技术的实质性区别在于：
一、现有循环冷却水主要处理方法无论电磁法还是化学法，均不 能有效去除水中的钙镁离子，只是改变该镁离子的晶形结构;本发明 制备的滤料可以通过大量的H2O·OH-与钙镁离子形成超饱和状态，达 到其浓度积，进而在球体表面附近形成钙镁离子沉积，实现降低冷却 水中水垢的目的。
二、电磁法无法解决循环冷却水中溶解氧和余氯的腐蚀，药剂法 一般添加缓蚀剂阻止腐蚀，本发明研制的多功能滤料不需要添加任何 药剂，由于压电性材料的无数个纳米级微电极可以不停地电解水生成 活泼性氢或者氢气，大大降低水中的氧化还原电位，不需添加任何化 学药剂，即可实现防腐蚀的效果。
三、本发明的滤料由于为无机陶瓷滤料，具有良好的挂膜效应， 循环冷却水中的大量微生物可以附着在陶瓷滤料表面，由于滤料中添 加了载银沸石，具有较好的杀菌和抑菌作用，可以有效解决循环冷却 水中生物藻泥的问题。
四、本发明研制的滤料为一种环保型的生态材料，解决了以往化 学法高耗水、高污染、高成本的问题。
具体实施方式
实施例一
(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.2μm。将浆 液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.5倍 于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在60 ℃，加入5%(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件 下反应4小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。 该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。
(2)按重量百分比，将2%的纳米电气石粉与80%的1-10μm粗电 气石粉、7%的硅藻土、4%海泡石粉、3.2%扇贝粉、3%的碳酸氢钠、8 ‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。
(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.5mm的凹凸棒土为内核， 调控湿度25%和转速30转/分钟，转动18min。
(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径3mm 的多功效陶瓷滤料。
实施例二
(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.4μm。将浆 液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.6倍 于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在60 ℃，加入10%(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件 下反应4小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。 该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。
(2)按重量百分比，将3%的纳米电气石粉与75%的1-10μm粗电 气石粉、6%的硅藻土、5%海泡石粉、5%扇贝粉、5.3%的碳酸氢钠、7 ‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。
(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.6mm的凹凸棒土为内核， 调控湿度25%和转速30转/分钟，转动20min。
(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径5mm 的多功效陶瓷滤料。
实施例三
(1)通过球型研磨机将电气石原料研磨成粒径在0.5μm。将浆 液离心脱水，烘干。称取100g的电气石粉体于烧瓶中，加入0.4倍 于粉体质量的甲苯∶乙醇(20∶30，体积比)作为溶剂，控制温度在80 ℃，加入12%(与电气石粉体质量比分数)的钛酸四丁酯，在回流条件 下反应5小时，之后将浆液离心，烘干，研碎，得到纳米电气石粉。 该钛酸四丁脂修饰改性超细电气石粉体，实现了非极性抗团聚。
(2)按重量百分比，将5%的纳米电气石粉与70%的1-10μm粗电 气石粉、7.5%的硅藻土、6%海泡石粉、5%扇贝粉、6%的碳酸氢钠、5 ‰的1-10μm载银沸石粉通过搅拌混匀。
(3)将混匀的粉体注入转盘机，以0.4mm的凹凸棒土为内核， 调控湿度25%和转速30转/分钟，转动20min。
(4)在马弗炉中，550℃无粘结剂烧结6小时，制备成直径4mm 的多功效陶瓷滤料。
本发明产品已经用于空调循环冷却水的试应用，取得了良好的效 果。
