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家用净水器用阳离子交换树脂卫生安全性的快速鉴别

白佳威,凌廉杰,李巍,原秀芳,葛之萌

(北京建筑材料科学研究总院有限公司)

摘要:本文参考GB/T17219-19988种市购阳离子交换树脂进行测试分析,考察了测试液色度、浊度、溶解氧、总有机碳、溶解性总固体的增量情况,测试结果表明,色度、浊度、pHTDS增量较大的样品其耗氧量和总挥发性有机碳增量也较大(如样品DGF)。

 

关键词:阳离子交换树脂、卫生安全性、色度、总有机碳

中图分类号:X2

Abstract: GB/T17219 -1998 is referenced in this paper on testing and analyzing of 8 kinds of cationic exchange resin from the market. The increment of liquid color, turbidity, dissolved oxygen, total organic carbon, and total soluble solid were examined under the study. The test results show that, Samples with large incremental of chromaticity, turbidity, pH, and TDS also have large oxygen consumption and total volatile organic carbon increments(such as samples D, G, F).

Key words:Cationic exchange resin;Health safety;chromaticity;Total organic carbon

1、前言

离子交换树脂(IER)是一种含有活性基团的合成功能高分子材料,是交联的高分子共聚物引入不同性质离子交换基团而成的,并且具有交换、选择、吸附和催化等功能[1]。离子交换树脂因其具有交换速度快、交换容量高、使用寿命长等特点而逐渐成为家用净水器,特别是家用软化水机的核心材料[2]。而家用净水机大多使用以阳离子交换树脂为填料的滤芯。

目前研究离子交换树脂特别是阳离子交换树脂的净水性能的较多,但是评判离子交换树脂本身可能具有的危害性、污染性的研究却很少[3-7]。如何能够使用简单的测试手段实现快速鉴别阳离子交换树脂的卫生安全性是本文的重点。

本文参考GB/T 17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》《卫生部涉及饮用水卫生安全产品检验规定》对树脂样品浸泡液的色度、浊度、溶解氧、总有机碳、溶解性总固体进行测试研究。

2、材料与方法

2.1 材料

2.1.1离子交换树脂

综合考虑销量、价格、品牌等因素,商业购置了6种净水器用滤芯产品,从中收集离子交换树脂材料,从这6种成品滤芯中的树脂均为阳离子交换树脂,分别命名为样品ABCDEF。此外,我们还商购了2种散装的阳离子交换树脂材料分别被命名为样品G和样品H

2.1.2 浸泡液

采用GB/T 17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》附录A方法配制的pH8、硬度100mg/L、有效氯为2mg/L的浸泡水,取25mL碳酸氢钠缓冲溶液(0.04mol/L)、25mL钙硬度贮备液(0.04mol/L)及一定量(使浸泡液有效率达到2mg/L)的氯贮备液(0.025mol/L),然后用水稀释至1L

2.1.3 其他试剂

①1+3硫酸溶液;

②草酸钠溶液[cNa2C2O4=0.1000mol/L]:称取6.70g草酸钠溶于纯水中,并定容至1000mL,置暗处保存。

③草酸钠溶液[cNa2C2O4=0.0100mol/L]:将0.2000mol/L草酸钠溶液稀释10倍

④哈希法高锰酸盐指数,低量程(0.50-5.00mg/L COD)试剂

2.2 设备

浊度计,HACH_2100AN TURBIDIMETER;TOC测试仪,SHIMADZU_TNM-L ROHS;电导率仪,雷磁DDSJ-308ApH计,上海仪电PHS-3C;水质分析仪,HACH DR3900。

2.3 实验方法

2.3.1浸泡方法

根据《卫生部涉及饮用水卫生安全产品检验规定》,颗粒状材料以表观体积计算,加入50倍体积的浸泡水,于室温下浸泡24h

本文中采用5mL树脂+250mL浸泡水在玻璃样品瓶中进行浸泡实验,同时采用同体积浸泡水不加树脂样品进行对照空白实验。

 

2.3.2 测试方法

①色度:目视比色法,待测液与标准色列进行对比。按照GB/T 5750.4-2006 1.1铂-钴标准比色法规定进行。

②浊度:利用浊度仪对待测液进行测试。按照GB/T 5750.4-2006 2.1散射法-福尔马肼标准规定进行。

③高锰酸盐指数(CODMn,单位mg/L,每升样品所消耗O2的量mg): 样品与已知浓度的高锰酸钾和硫酸一起在100℃加热30min,可氧化的无机和有机混合物与高锰酸钾进行反应,剩余的高锰酸钾则被还原剂还原,过量的还原剂与指示剂反应使溶液变为橙色,颜色的深浅程度与还原剂的剩余量成正比。测试结果是在波长510nm的可见光下读取的。

④总有机碳:利用TOC测试仪对待测液进行测试。按照HJ 501-2009(直接法)规定进行。

⑤溶解性总固体:利用电导率对待测液进行测试期TDS值。

⑥pH值:利用pH计对待测液进行测试。按照GB/T 5750.4-2006 5.1玻璃电极法规定进行。

样品溶液扣除空白测试值得出的色度、浊度、溶解氧、总有机碳、溶解性体总固体、pH值增量,即Δ色度、Δ浊度(NTU)、Δ耗氧量mg/L)、ΔTOCmg/L)、ΔTDSmg/L)来衡量离子树脂样品的卫生安全性。

3、结果与分析

3.1 测试结果表

按照2.3中方法对8种阳离子树脂样品的三种比例泡液进行测试分析结果见表18种阳离子交换树脂浸泡液测试结果表(50倍体积)。

1.  8种阳离子交换树脂浸泡液测试结果表(50倍体积)

样品编号

Δ色度

Δ浊度(NTU

Δ耗氧量mg/L

ΔTOCmg/L

ΔTDSmg/L

ΔpH

A

< 5

0.012

0.18

0.446

11

0.23

B

< 5

0.212

0.14

0.347

3

0.17

C

< 5

0.209

0.21

0.316

2

0.13

D

< 5

1.439

0.37

2.891

13

0.56

E

< 5

0.212

0.27

0.557

3

0.21

F

75

0.418

5.38

97.40

86

-1.83

G

< 5

1.424

0.47

3.134

7

0.94

H

< 5

0.139

0.37

1.454

2

0.2

3.2 各项指标增量情况

按照GB/T 17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(以下简称GB/T 17219浸泡实验基本项目的卫生要求:色度增加量≤ 5度;浑浊度增加量≤ 0.2(NTU)耗氧量增加量≤ 1(以O2计,mg/L);TOC增加量≤ 1 mg/L溶解性总固体增加量≤ 10 mg/L;pH 改变量≤ 0.58种阳离子交换树脂各指标增量情况相关图1-6

3.2.1色度增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液中,样品F的色度增量为75,明显超过GB/T 17219中增量小于5的要求,其他7种样品色度增量值均满足GB/T 17219的要求,如图1所示。

 

 

1、阳离子树脂样品浸泡液的色度增量

3.2.2 浊度增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液中,DFG三种样品的浊度增加量明显超过GB/T 17219中增量小于0.2度的要求,BCE三种样品略超出标准限值,如图2所示。

 

2、阳离子树脂样品浸泡液的浊度增量

3.2.3 耗氧量增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液中,样品F的耗氧量增加量为5.38O2计,mg/L)明显超过GB/T 17219中增量小于1O2计,mg/L)的要求,其他样品的耗氧量增量均在GB/T 17219标准限值以下,如图3所示。

 

3、阳离子树脂样品浸泡液的耗氧量增量

3.2.4 TOC增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液的TOC增量见图4,样品F,明显超过GB/T 17219中增量小于1mg/L的要求,DGH三种样品略超过GB/T 17219标准限值

 

4、阳离子树脂样品浸泡液的TOC增量

3.2.5 溶解性总固体增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液的溶解性总固体增量见图5,样品F明显超过GB/T 17219中增量小于10mg/L的要求,AD两种种样品略超过GB/T 17219标准限值,样品G接近标准限值

      

5、阳离子树脂样品浸泡液的TDS增量

3.2.6 pH增加量

8种阳离子树脂样品浸泡液的pH增量见图6DFG三种样品pH增量超过GB/T 17219pH该变量≤ 0.5的要求,特别是F样品pH该变量明显增大。

 

6、阳离子树脂样品浸泡液的PH值增量

3.3综合分析

从测试结果来看,8种测试样品六项指标均存在不同程度的问题,样品F浸泡液的六种指标都明显超出GB/T 17219标准的限值要求,其中含氧量和总有机碳超标严重,;DG两种样品浸泡液的多项指标(浊度、TOCTDSpH等)也在一定程度上超过标准限值的要求;ABCEH样品浸泡液有个别指标略超出标准限值。

3.3.1 仅从浸泡液的感官指标如色度、浊度即可判断出个别离子交换树脂本身可能产生一定的污染物质,通过浸泡液的感官指标可初步筛选离子交换树脂品质的好坏

3.3.2色度、浊度、pHTDS增量较大的样品不但对水的口感会产生影响而且可能会存在某些有害物质而危害健康;

3.3.3耗氧量、总有机碳TOC增量较大的样品可能是由于存在有机物造成的,而这些有机物里可能会含有对身体有害的某些挥发性有机化合物

4 结论

4.1 本文采用的试验方法均较为简单、快捷,从测试结果来看通过简单的手段对离子树脂浸泡液色度、浊度、pHTDS、溶解氧、TOC等几项指标进行检测即可初步判断其卫生安全性。

4.2 离子树脂浸泡液色度、浊度、溶解氧、总有机碳、溶解性体总固体、pH值存在问题的产品其重金属、挥发性有机化合物是否也存在某些风险以及是否会影响家用净水器的出水水质更加值得研究探讨。

4.3目前离子交换树脂的相关检测标准大多是针对其交换容量和使用寿命等性能测试的,仅有2018年发布的GB 1886.300-2018 《食品安全国家标准 食品添加剂 离子交换树脂》标准对总有机碳(TOC)增加量、铅和砷三种理化指标做出明确规定,但该标准适用于食品添加剂,而本文实验过程中所引用的GB/T 17219标准对净水产品的适用性也存在一定差距,因此对净水产品中应用的离子交换树脂卫生性能进行深入研究很有必要,呼吁家用净水器用离子交换树脂相关产品检测标准能够得以完善。

参考文献:

1、施周,邓林.水中重金属离子吸附材料的研究现状与发展趋势.材料科学与工程学报.2017,934),521-29.

2、马幼琪.我国家用净水器卫生状况与卫生质量评价检测.广东卫生防疫.1996,22(3):86-90.

3ZHAO D LSHENG G DHU Jet al.The Adsorption of Pb(II)on Mg2 Al Layered Double Hydroxide[J].Chemical Engineering Journal2011171(1):167-174.

4、黄艳1,章志昕等.国内离子交换树脂生产及应用现状与前景.化工技术与开发.2018,9(47):30-36.

5、许丽珍、杨东方、张万峰.离子交换树脂的性能评价试验.热力发电.1993,1:49-62.

6、胡俊明、喻晓毅等.家用净水器所用净水部件安全性影响因素分析.环境与健康杂志.2010,27(5):434-435.

7、郭亚丽.离子交换树脂在水处理中的应用.太原城市职业技术学院学报.2010,06018):171-172.

 

 

 

基金项目:净水产品中涉水材料的关键性能检测和安全评价技术研究重点项目(2017YFF0209903)。

作者简介:白佳威(1987-),女,满族,籍贯辽宁,北京建筑材料科学研究总院有限公司,中级职称,硕士,从事材料检测与研究工作,通讯作者:李巍(1981-)男,汉族,籍贯河北,北京建筑材料科学研究总院有限公司博士学位,高级工程师,从事材料检测及研究工作。

 

 

 

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