水净化滤筒制造技术

本发明专利技术涉及包括交联聚合物或复合材料多孔粒子的滤筒，能够从饮用水和工业用水中高效能地去除溶解的有毒重金属离子。

【技术实现步骤摘要】
水净化滤筒
本专利技术涉及包括交联聚合物或复合材料多孔粒子的滤筒，能够从饮用水和工业用水中高效能地去除溶解的有毒重金属离子和其他有害物质。
技术介绍
从例如电镀车间中的工业废水、石化或制药行业的催化剂残留物、例如矿井的排放水和渗透水中去除或提取或回收含金属离子尤其是含重金属离子以及重金属污染土壤的复原成为日益重要的问题，因为含重金属离子特别是任何一种都对环境具有有害影响，并且在稀有或经济战略金属情况下，它们的回收具有经济利益。也就是说，一方面环保处于最前沿，另一方面贵重金属供给具有大的利益，贵重金属的可得性正日益变得有问题或者其价格正在上涨。去除或提取或回收含金属离子或含重金属离子的吸附剂的更重要的应用领域为它们在饮用水处理和海水淡化中的分离。同样地，例如用于氯碱电解或相似过程的浓盐溶液中含重金属离子的分离也具有大的利益。现有技术中，过滤系统用于例如使用吸附材料结合金属离子。然而，之前使用的系统经常对某些金属离子表现出过低的选择能力或导致不需要的金属离子的不完全分离。在饮用水处理中，作为软化的副作用，经常存在非期望的淡化，由此钠离子含量大大上升。已知过滤系统的进一步缺点为过低的效能或操作周期期间效能的下降。经常需要在高压下操作以增加效能。并且经常存在膜堵塞，例如在顺流反渗透中。另外，不需要的离子很经常地被释放进溶液。因此本专利技术的目的是消除上述问题。
技术实现思路
通过水净化滤筒解决该问题，所述滤筒具有带有至少一个进水口102的筒上部101、带有至少一个出水口113的筒下部110以及围壁11，其中筒下部110和/或筒上部101是可移动的，其中所述滤筒内部具有一床，所述床包括平均粒径大于50μm到1000μm的含羟基或氨基基团的交联聚合物多孔粒子，其中所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.03到大约1.5的范围内。根据一实施例，所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.1到大约1.0的范围内。这尤其涉及到将所述床在流动方向上布置为径向可灌注的布置中。在这之中，从顶部到底部将含金属离子溶液通过所述床。根据进一步的实施例，所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.03到大约0.05的范围内。这尤其涉及到所述床在流动方向上配置为径向可灌注的布置中。这样，从上方或底下将含金属离子溶液引进所述滤筒，接着径向通过所述床。优选地，在流动方向上将多孔渗透膜或熔块布置在所述床上侧和/或所述床下侧。所述膜或熔块用于将粗颗粒过滤出溶液。优选地，多孔渗透膜或熔块具有直径从5到50μm的小孔，优选地20到50μm。在根据本专利技术的滤筒中，一方面能够将所述床布置为垂直或者径向可灌注。在所述垂直可灌注布置中，从上方或底下将含金属离子溶液通过所述床。在径向可灌注布置中，将含金属离子溶液径向通过所述床。在该布置中，所述正面面积与垂直可灌注布置相比增加。因此，改良筒几何形状、所述床的长度和直径变化是可能的。优选地，所述滤筒中床的长度在1cm到50cm的范围内变化，更优选地，1到30cm。所述滤筒的优选直径在1到20cm的范围内，更优选地3到20cm，最优选地4.5到9cm。对于工业应用，所述床长度和床直径能够显著更大并在米范围中。优选的床体积为50到1500cm3，更优选地，60到1400cm3，最优选地90到1325cm3。相应地，在工业应用中，所述床体积也增加。优选实施例具有对圆柱筒来说的3.75cm半径、30cm床深度、44.2cm2正面面积和1325.4cm3床体积。进一步优选实施例具有对圆柱筒来说的4.5cm半径、1到9cm床深度以及63.6cm2正面面积，优选地4.5cm床深度。如上已经所述，所述滤筒包括一床，所述床包括多孔粒子，其中所述多孔粒子具有从100％干燥粒子开始的在水中300％的最大膨胀系数。优选地，所述多孔粒子具有20-2000μm的平均粒径，优选地50-1000μm，最优选地80-500μm。进一步地，也能够包括一种移除微量污染物的材料，优选地活性碳。根据所述滤筒的实施例，所述多孔粒子和所述移除微量污染物的材料布置在所述滤筒内的不同区域中。根据进一步实施例，所述多孔粒子和所述移除微量污染物的材料存在于所述滤筒内的混合物中。优选地，所述多孔粒子的干容重在0.25g/ml到0.8g/ml的范围内。优选地，所述含羟基或氨基基团的交联聚合物在其侧链基团中被衍生化。此外，基于聚合物中可交联基团的总数，所述含羟基或氨基基团的交联聚合物具有至少10％的交联度。优选地，采用反向尺寸排阻色谱法测定，所述多孔粒子的平均孔径在1nm到100nm的范围内。本专利技术的进一步主题为上述滤筒用于移除水中金属和重金属的用途。此外，本专利技术的进一步主题为用于移除水中金属和重金属的方法，其中，如上所述，将所述水通过滤筒。除了所述滤筒的特别几何尺寸以及就多孔粒子的床的直径、体积、正面面积和长度而言的比，多孔粒子材料的选择也是重要的。根据本专利技术，所述多孔粒子是为了用作色谱相或吸附剂。然而，之前已知的相/吸附剂对所述应用领域来说经常没有足够的结合能力从而以足够程度结合到待结合的含金属离子，例如高浓度或低浓度溶液或强酸溶液，并且尤其在碱金属或碱土金属离子存在时。这尤其用于离子交换树脂。这经常由于这样的事实：含金属离子的结合位置不是适量存在，或者吸附剂没有足够选择性，以从重金属中区别碱金属和碱土金属。进一步地，之前已知的相在整个pH0到pH14的范围上经常不表现稳定性。这尤其用于基于硅胶的吸附剂。许多之前已知的相的进一步缺点为：尽管能够结合所需含金属离子，但是其不能从在单一方式或所有方式下使用的吸附剂中回收。由于已知吸附剂/相的结合能力通常不能令人满意，经常需要高的吸附剂体积/相体积，其结果是含金属离子的结合过程非常耗时费力和成本效率低。并且，由于含金属离子的已知结合吸附剂的通常低结合能力，需要更频繁再生或替换吸附剂。这对用作分离的层析材料的吸附剂来说是同样真实的。此处经常使用由多孔载体材料和沉积其上的选择性结合复合物涂层组成的吸附剂。通常限制该吸附剂的结合能力，因为只能够用选择性结合复合物涂层载体材料的孔隙体积的一定比，从而仍然保持固定相的可利用度。另外，也存在所述载体材料与涂层以及靶分子的相互作用。这些相互作用导致更低的结合能力，并对某些色谱(过滤器)应用会非常有问题。因此，希望提供一种不存在这些所述缺点并且提高结合能力的色谱吸附剂。因此，需要提供具有部分或完全没有上述缺点并在出口上的合适吸附剂的滤筒。此外，与现有技术已知的金属结合吸附剂或色谱吸附剂比较，应该减小用于结合靶分子的所述吸附剂的体积，从而能够提供尽可能经济的滤筒。根据本专利技术的例如用在滤筒中的交联聚合物多孔粒子的制备通常包括以下步骤：(a)将有机聚合物以粒子形式用在多孔无机或有机载体材料上；(b)在无机或有机载体材料的孔中交联有机聚合物；以及(c)溶解出无机载体材料，获得交联聚合物多孔粒子。以下将步骤(a)使用的有机聚合物只称为“聚合物”。根据本专利技术，也能够将交联聚合物多孔粒子称为上述意义中的吸附剂。优选地，粒子形式的多孔无机载体材料为中孔或大孔载体材料。多孔载体材料的平均孔径大小在6nm到400nm的范围内，更优选地，在8到300nm的范围内，最优选地在10到150nm的范围内。此外，优选地，多本文档来自技高网...

【技术保护点】
水净化滤筒，所述滤筒具有带有至少一个进水口(102)的筒上部(101)、带有至少一个出水口(113)的筒下部(110)以及围壁(11)，其中所述筒下部(110)和/或所述筒上部(101)是可移动的，其中所述滤筒内部中具有一床，所述床包括平均粒径大于50μm到1000μm的含羟基或氨基基团的交联聚合物多孔粒子，并且其中所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.03到大约1.5的范围内。

【技术特征摘要】
2015.11.27 DE 102015015220.3;2016.06.24 EP 16176161.水净化滤筒，所述滤筒具有带有至少一个进水口(102)的筒上部(101)、带有至少一个出水口(113)的筒下部(110)以及围壁(11)，其中所述筒下部(110)和/或所述筒上部(101)是可移动的，其中所述滤筒内部中具有一床，所述床包括平均粒径大于50μm到1000μm的含羟基或氨基基团的交联聚合物多孔粒子，并且其中所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.03到大约1.5的范围内。2.根据权利要求1所述的滤筒，其中所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.1到大约1.0的范围内。3.根据权利要求1所述的滤筒，其中所述床体积与所述床正面面积的比在大约0.03到大约0.05的范围内。4.根据权利要求1或2所述的滤筒(100)，其中多孔渗透膜沿流动方向上布置在床上侧和/或床下侧上。5.根据上述权利要求任一项所述的滤筒，其中所述多孔渗透膜具有直径从5到10μm的小孔。6.根据上述权利要求任一项所述的滤筒，其中将所述床布置为垂直或径向可灌注。7.根据上述权利要求任一项所述的滤筒，其中所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·迈尔，K·朗费尔，M·韦尔特，T·施瓦茨，
申请(专利权)人：指示行动股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE