[发明专利]一种轻质改性滤料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种轻质改性滤料及其制备方法和应用，由按照如下质量份数计的组份制备而成：废旧玻璃75‑100份，金属氧化物改性剂5‑20份和发泡剂1‑10份。所述的轻质改性滤料具有轻质、大比表面积、高等电点、多孔性等优点，提高了滤料的等电点和使用寿命。其制备方法采用添加金属氧化物，可以与玻璃体中的SiO₂相结合形成Si‑O‑Me(Me金属离子)进入玻璃网络中，增大结构的聚合度，从而增加了玻璃体等电点的同时，增加了玻璃体的硬度和韧性，从而提高了泡沫玻璃滤料的使用寿命，也提高了其实用性和经济性。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种轻质改性滤料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，和人民生活水平的不断提高，对水环境质量提出了越来越高要求。因此，提高的饮用水标准和强化污水排放标准已成必然。例如：国家卫生部于2006年12月29日发布了新《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，在整体指标结构和数量上基本接近世界先进水平；2015年国家环保部决定修订《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)(征求意见稿)，更加强化了污染物的排放指标。这也对饮用水处理技术，以及污水深度处理技术提出了更高的要求。

石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。其分子结构如图1所示。从图1中可以看出，由于石英砂分子结构的局限性，石英砂边缘(断面)处的氧原子，以不饱和的“非氧桥”(Si-O^-)形式存在，使石英砂表面带有负电荷，加之石英砂滤料表面孔隙少，比表面积小等原因，使石英砂对水中有毒物质(重金属离子等)、细菌、病毒和有机物(绝大多数带负电)的去除效果很不理想。

因此，众多国内外学者为强化过滤效果和保障处理水水质，致力于开发出具有更高性能的水处理过滤介质。在传统石英砂过滤介质的基础上，通过负载金属氧化物或氢氧化物研发出改性滤料，并进行了相关的试验研究。研究证实：在载体表面涂以金属的氧化物或氢氧化物(如图2所示)，使滤料的ζ电位发生改变，提高了滤料在水中的等电点，并使滤料比表面积有所增加，从而可增加滤料对悬浮物和有机物的吸附容量。因此，改性滤料成为滤料的研究发展方向。

然而，目前滤料的改性方法仅限于在石英砂表面，采用金属氧化物(如Fe、Al、Mn、Mg等氧化物)在石英砂滤料表面形成薄薄的涂层，提高了出水水质。但这种改性方法也存在着致命缺陷，例如，滤料在水中经长时间的浸泡和水流和滤料反冲洗作用，很容易使用表层涂膜磨损和脱落，随着使用时间的延长，其出水水质逐渐降至普通石英砂过滤的水准。加之改性石英砂表面涂层所增加的滤料比表面积也未有显着的增加，其吸附效果也未有显著的效果，故最终制约了改性滤料的推广应用。

然而，在我们日常生活中极为常见玻璃，实际上是由石英(二氧化硅)和纯碱、石灰石、石英等原材料，经高温熔融形成连续网络结构，再经冷却、固化成其结晶的硅酸盐类非金属材料。其中，富含有氧化钠、氧化钙、氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化铁等金属氧化物。因此，事实上玻璃本身就是二氧化硅“通体”的改性材料(如图3所示)，即也成为加工生产水处理滤料的极好原材料。普通玻璃是由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的(主要生产原料为：纯碱、石灰石、石英)，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化致使其结晶的硅酸盐类非金属材料。因此，普通玻璃实际上是约70％的二氧化硅和约30％其他金属氧化物的混合体。

专利“一种水处理用轻质过滤介质及其制备方法和应用”(申请号为201510514379.2)事实上就是二氧化硅通体改性的滤料，它弥补上述常规水处理滤料及其改性滤料的众多缺陷。但是，该专利产品也有其不足之处，该产品是以玻璃为主原料。众所周知，玻璃是属脆性材料，而其产品是以玻璃为原材料，经发泡、冷却、破碎、筛选等工序加工而成颗粒物。故在实际水处理过程中，未能摆脱其玻璃原有的“脆性”。在水流作用及反冲洗过程的滤料间摩擦等作用下，其年磨损损失率达到8-10％，造成其使用寿命较短。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容