專利名稱：納米微晶復合濾料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理介質材料，尤其是一種既能對飲用水進行凈化，又能對廢水進行處理，使其達到排污標準的、以納米材料為主要原料制造的水處理用濾料，具體地說是一種納米微晶復合濾料及其制造方法。
背景技術：
在人類歷史的長河中，人類與環境是在一種同生共長的和諧狀態下發展的。到了工業革命以后，特別是二戰以后，社會進入現代化的發展階段。這種和諧被徹底打破了，資源被透支利用，對環境有害的各種廢水、廢氣、廢渣沖斥地表，造成極度的污染。打破了自然界的平衡，使得很多地區的人們生活在一種對自身健康極為不利的環境中。
在上述各種污染中，尤其水源的污染對人類最為危害，因為水是生命之源。沒有了健康的水源，植物的生長、生物的發育、人類自身的飲用及使用，都受到極大的傷害，造成了人類賴以生存的動植物致病、飲用水致病的這一惡果。所以對治理水的污染顯得特別重要。
在工業革命之前，自然界是通過怎樣的模式自身凈化而沒有造成污染的呢？研究發現，大地本身就具有很強的凈化功能，其中作用最大的就是土壤和植被；在土壤中，一些納米微孔鋁硅酸鹽礦物具有很強的吸附(其中包括離子交換)作用。能去除水中的有害元素，對無機物的吸附效果特明顯，而植被富含碳質元素，對有機物吸附效果較佳。土壤植被的作用實質就是具有較強吸附性的鋁硅酸鹽礦物和富含碳質物質的共同作用。
然而，目前，水處理領域中主要應用的濾料有PP棉、RO膜、KDF鋅銅合金、活性氧化鋁、石英砂等。這些原料不是存在壽命短，就是存在吸附效果較差，或者是使用成本高，對水的浪費較為嚴重，如RO膜雖然能直接用于飲用水的過濾，但它必須定期進行反沖洗，浪費大量的水。其它的如石項砂只能用于廢水的初級過濾，無法直接達到排放標準，必須配以成本很高的輔助設備才能實現廢水的處理，因而導致水處理成本過高，一些不法業主為了降低成本，往往將大量廢水直接排入江湖河泊中，造成嚴重的生態問題，其中的一些礦物濾料還由于體積較大，體表面積小影響了吸附效果的發揮。而這些都是由于目前沒有好的濾料可供使用造成的，因此開發一種既可用于飲用水凈化，又可用于廢水處理的新型濾料是解決飲用水安全和廢水處理的關鍵。
發明內容
本發明的目的是針對現有的水處理用濾料存在的或者是效果差、功能單，或者是成本高的問題，發明一種既能用于飲用水處理，又能用于廢水凈化，且成本低、凈化效果好的納米微晶復合濾料及其制造方法。
本發明的技術方案之一是一種納米微晶復合濾料，其特征是它由重量份為20-30份的納米級高嶺土、10-20份的納米級凹凸棒土、2-5份的微米級硅藻土及0-5份的微米級沸石組成。其中的高嶺土具有較強的粘性，有利于將其余三種成份粘結后制成顆粒狀，凹凸棒土主要起支撐作用，使最終的球狀顆粒內部具有吸附微孔，硅藻土一放面用于填充凹凸棒土之間的空隙，另一方面其本身也是一種較好的吸附材料，參與到吸附作用中，沸石的主要作用是吸附水中的雜質、微生物和有害物質，它是一種吸附性較強的水處理用材料。
本發明的納米微晶復合濾料還包括重量份為5～10份的活性炭，以進一步增強本發明的濾料的吸附性，因為活性炭經過多年的實踐證明是一種吸附性較高的吸附材料，其缺點是成本相對較高，對最終的燒結成形的要求高。
本發明的納米微晶復合濾料呈球狀顆粒，經燒結鈍化后表面分布有與內核相通的大量吸附微孔。
所述的燒結或為真空燒結，或為非真空狀態的普通燒結，真空燒結用于含有活性炭的納米微晶復合濾料，余者為非真空狀態的普通燒結。
所述的球狀顆粒的粒徑不小于1毫米。
本發明的技術方案之二是一種納米微晶復合濾料的制造方法，其特征是第一步，原材料制備，對原材料進行制備，用研磨機或水洗法將高嶺土加工成納米級原料備用，用水洗法對凹凸棒土進行處理獲得納米級的凹凸棒土，將硅藻土和沸石分別加工至200目左右備用；第二步，配料，將上述原料按高嶺土20～30重量份、凹凸棒土10～20份重量份、硅藻土2～5重量份、石沸0～5重量份進行組配，加入10～20重量份水的攪拌均勻，得到造粒原料；第三步，造粒，將上述造粒原料送入造料機中造料，得到粒徑為3-8毫米的球狀半成品顆粒；第四步，烘干，將上步所得的球狀半成品顆粒在150～200℃下烘干3～4小時以去除水份；第五步，焙燒，將上述烘干的球狀半成品顆粒置于焙燒爐中焙燒，控制爐溫在700～900℃之間，焙燒時間控制在2～5小時之間得到表面鈍化且帶有大量孔隙的球狀納米微晶復合濾料。
在進行配料時加入5～10份重量份的活性炭，然后進行前述相同的攪拌、造粒、烘干后送入真空焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度控制在700～900℃之間，焙燒時間控制在2～5小時之間即得到表面鈍化且帶有大量孔隙的帶有活性炭的球狀納米微晶復合濾料。
本發明的有益效果1、本發明充分吸收了高嶺土、凹凸棒土、硅藻土及沸石的優點，通過將它們進行合理的加工和配比，發揮各自的特長，取長補短，因而具有十分理相的吸附效果，尤其是在重金屬吸附方面其效果現有各類吸附材料好上千倍。
2、本發明的原料成本較低，來源廣泛，全部為天然材料制成，本身不會產生對人體和環境有害的影響。
3、根據最終成形顆粒的尺寸大小，本發明既可用于飲用水處理，也可用于廢水(包括重金屬水和普通廢水)處理，使其達到排放標準的規定。當本發明的濾料顆粒的直徑約在3～5毫米之間時可用于飲用水的過濾，當本發明的濾料顆粒的直徑約在5～8毫米時可用于廢水的過濾，尤其是可用于重金屬含量較大的廢水的處理。此外還可根據實際需要制成直徑不小于1毫米的小顆粒或直徑大于8毫米的大顆粒。
4、本發明的濾料的最大優點還在于其可通過二次加溫焙燒實現濾料的活化，濾料可反復使用，且不會對使用效果產生影響。主體選用了對環境友好的天然材料，循環使用的最終廢棄物是一種很好的肥料(特別適合養花種草)，對環境無影響。
5、本發明通過水質凈化時的吸附過濾協同作用，濾料中孔經從微米級到納米級改變，可以濾掉水質中絕大部分細菌和無機污染物。表面富含的Si、Al、Mg和微的Ca、Fe、Zn、Sr溶入水中對人體健康有利，對于加有活性碳(竹碳粉)時，碳粉微粒對各種有機污染物有很強的親和力。無機有機協同作用達到超級凈化水質的效果。
6、水體經本發明的濾料深度處理后，水質狀態明顯改變，達到國家直飲水標準，還能增加水體中礦物質含量，貼近自然水。長期飲用對人體健康有利。
7、本發明的濾料是對土壤自身凈化的仿真再現。土壤中絕大多數的礦物化學性質相對穩定，主要有石英砂和其他碎粒，粘土礦物種類占有相當比例，如高嶺土類；蒙脫石類和伊利石類；呈薄片層狀結構；多孔狀構造，化學穩定性高，具有離子交換和吸收性能。如土壤中含有有機質或腐殖質，其吸附性能更強。這是因為有機質或腐殖質中含有大量炭，對吸附有機類物質有利。
8、本發明還可根據不同水源的水質，開發出相應的具有針對性的濾料，表1本發明的濾料為基礎開發的普通型濾料，表2即為利用本發明的濾料為基礎開發的特殊型濾料。
表1
表2
9、本發明的納米微晶濾料的物理特征(表3)表3
10、經實際測試結果，本發明的納米微晶復合濾料還具有以下特點在礦物組合上接近自然，特別是加入一定比例的活性炭后，與自然原土非常相似。
浸泡試驗各種指標符合飲用凈水標準，可作凈化水質濾料使用。
本發明的濾料還具有較大的隙度，比表面積和碘吸附值，其量是普通石英砂幾十倍甚至上百倍，吸附效果好，使用壽命長。即相同的原礦物顆粒相比，其表面也得到了不同程度的增加(凹棒土粒狀樣比表面積為71.63m2/g)。
本發明的濾料所形成的陶瓷框架結構穩定，吸附飽和后的濾料可重新活化循環使用，一般可使用4～5次，這樣可大大節約水處理成本，符合循環經濟的方針。
適用性廣闊。該濾料除了作為飲用凈水的凈水材料以外，對于一般的水處理也可作為深度處理的材料使用，是一般砂濾所不及的。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
實施例一。
一種納米微晶復合濾料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制備；取主要起粘性作用的高嶺土200克、起支撐作用的凹凸棒土100克，起吸附和填充作用的硅藻土20克，用研磨機或水洗法將高嶺土加工成納米級原料備用，用水洗法對凹凸棒土進行處理獲得納米級的凹凸棒土，將硅藻土和沸石分別加工至200目左右備用；第二步，配料，將上述原料按高嶺土、凹凸棒土、硅藻土進行組配，加入100克的水攪拌均勻，得到造粒原料，其中加入的水的量以保證造粒機能正常造粒為宜，可由操作人員根據實際性情進行適當的增減；第三步，造粒，將上述造粒原料送入造料機中造料，得到粒徑為1毫米的球狀半成品顆粒；第四步，烘干，將上步所得的球狀半成品顆粒在150～200℃下烘干3～4小時以去除水份；第五步，焙燒，將上述烘干的球狀半成品顆粒置于焙燒爐中焙燒，控制爐溫在700℃左右，焙燒時間控制在5小時左右得到表面鈍化且帶有大量孔隙的球狀納米微晶復合濾料。
實施例二。
本實施例與實施例一的不同之處是在攪拌前加入50克的活性碳(如竹炭)，然后進行前述相同的攪拌、造粒、烘干后送入真空焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度控制在900℃左右，焙燒時間控制在2小時左右即得到表面鈍化且帶有大量孔隙的帶有活性炭的球狀納米微晶復合濾料。
實施例三。
一種納米微晶復合濾料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制備；取主要起粘性作用的高嶺土300克、起支撐作用的凹凸棒土200克，起吸附和填充作用的硅藻土50克，沸石50克用研磨機或水洗法將高嶺土加工成納米級原料備用，用水洗法對凹凸棒土進行處理獲得納米級的凹凸棒土，將硅藻土和沸石分別加工至200目左右備用；第二步，配料，將上述原料按高嶺土、凹凸棒土、硅藻土、石沸進行組配，加入200克的水攪拌均勻，得到造粒原料，其中加入的水的量以保證造粒機能正常造粒為宜，可由操作人員根據實際性情進行適當的增減；第三步，造粒，將上述造粒原料送入造料機中造料，得到粒徑為5毫米的球狀半成品顆粒；第四步，烘干，將上步所得的球狀半成品顆粒在150～200℃下烘干3～4小時以去除水份；第五步，焙燒，將上述烘干的球狀半成品顆粒置于焙燒爐中焙燒，控制爐溫在800℃左右，焙燒時間控制在4.5小時左右得到表面鈍化且帶有大量孔隙的球狀納米微晶復合濾料。
實施例四。
本實施例與實施例一的不同之處是在攪拌前加入100克的活性碳，然后進行前述相同的攪拌、造粒、烘干后送入真空焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度控制在800℃左右，焙燒時間控制在4.5小時左右即得到表面鈍化且帶有大量孔隙的帶有活性炭的球狀納米微晶復合濾料。
實施例五。
一種納米微晶復合濾料，它采用以下方法制造而成。
第一步，原材料制備；取主要起粘性作用的高嶺土250克、起支撐作用的凹凸棒土150克，起吸附和填充作用的硅藻土30克，沸石25克用研磨機或水洗法將高嶺土加工成納米級原料備用，用水洗法對凹凸棒土進行處理獲得納米級的凹凸棒土，將硅藻土和沸石分別加工至200目左右備用；第二步，配料，將上述原料按高嶺土、凹凸棒土、硅藻土、石沸進行組配，加入150克的水攪拌均勻，得到造粒原料，其中加入的水的量以保證造粒機能正常造粒為宜，可由操作人員根據實際性情進行適當的增減；第三步，造粒，將上述造粒原料送入造料機中造料，得到粒徑為5毫米的球狀半成品顆粒；第四步，烘干，將上步所得的球狀半成品顆粒在150～200℃下烘干3～4小時以去除水份；第五步，焙燒，將上述烘干的球狀半成品顆粒置于焙燒爐中焙燒，控制爐溫在850℃左右，焙燒時間控制在3.5小時左右得到表面鈍化且帶有大量孔隙的球狀納米微晶復合濾料。
在使用過程中如果發現過濾效果下降，可將濾料取出烘干后進行再次焙燒使其恢復活性。
下表1、2是本發明的濾料與常規濾料在飲用水和廢水處理方面應用對比結果表。
表1 本發明的濾料在自來水處理方面的效果對照表
表2 本發明的濾料在廢水處理方面的效果對照表
權利要求
1.一種納米微晶復合濾料，其特征是它由重量份為20-30份的納米級高嶺土、10-20份的納米級凹凸棒土、2-5份的微米級硅藻土及0-5份的微米級沸石組成。
2.根據權利要求1所述的納米微晶復合濾料，其特征是它還包括重量份為5-10份的活性炭。
3.根據權利要求1所述的納米微晶復合濾料，其特征是它呈球狀顆粒，經燒結鈍化后表面分布有與內核相通的大量吸附微孔。
4.根據權利要求3所述的納米微晶復合濾料，其特征是所述的燒結或為真空燒結，或為非真空狀態的普通燒結，真空燒結用于含有活性炭的納米微晶復合濾料，余者為非真空狀態的普通燒結。
5.根據權利要求3所述的納米微晶復合濾料，其特征是所述的球狀顆粒的粒徑不小于1毫米。
6.一種權利要求1所述的納米微晶復合濾料的制造方法，其特征是第一步，原材料制備，對原材料進行制備，用研磨機或水洗法將高嶺土加工成納米級原料備用，用水洗法對凹凸棒土進行處理獲得納米級的凹凸棒土，將硅藻土和沸石分別加工至200目左右備用；第二步，配料，將上述原料按高嶺土20-30重量份、凹凸棒土10-20份重量份、硅藻土2-5重量份、石沸0-5重量份進行組配，加入10-20重量份水的攪拌均勻，得到造粒原料；第三步，造粒，將上述造粒原料送入造料機中造料，得到粒徑為3-8毫米的球狀半成品顆粒；第四步，烘干，將上步所得的球狀半成品顆粒在150～200℃下烘干3～4小時以去除水份；第五步，焙燒，將上述烘干的球狀半成品顆粒置于焙燒爐中焙燒，控制爐溫在700～900℃之間，焙燒時間控制在2～5小時之間得到表面鈍化且帶有大量孔隙的球狀納米微晶復合濾料。
7.根據權利要求6所述的納米微晶復合濾料的制造方法，其特征是在進行配料時加入5-10份重量份的活性炭，然后進行前述相同的攪拌、造粒、烘干后送入真空焙燒爐中進行焙燒，焙燒溫度控制在700～900℃之間，焙燒時間控制在2～5小時之間即得到表面鈍化且帶有大量孔隙的帶有活性炭的球狀納米微晶復合濾料。
全文摘要
本發明公開了一種納米微晶復合濾料及其制造方法，屬于水處理技術領域，它由重量份為20－30份的納米級高嶺土、10－20份的納米級凹凸棒土、2－5份的微米級硅藻土及0－5份的微米級沸石組成，經過原料制備、配料、攪拌、造粒、烘干、焙燒等步驟制造而成，具有成本低，凈化效果好的優點。
文檔編號C04B35/16GK101085407SQ20071002504
公開日2007年12月12日 申請日期2007年7月9日 優先權日2007年7月9日
發明者徐立農, 傅成義 申請人:江蘇正本凈化節水科技實業有限公司