一种原位复合抗菌过滤陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种抗菌过滤陶瓷，尤其涉及一种原位复合抗菌过滤陶瓷及其制备方法和应用。所述复合抗菌过滤陶瓷由硅藻土、羟基磷灰石、紫砂、银和粘结剂组成，各组分的质量百分比依次为60～75wt％，10～20wt％，10～30wt％，0.1～2wt％，1～5wt％，五种组分的质量百分数之和为100wt％。所述银的直径为3～20nm，位于硅藻土表面及孔隙中。本发明专利技术在水热条件下实现纳米银与多孔硅藻土的复合、银与羟基磷灰石的复合以及载银羟基磷灰石与多孔硅藻土的复合，提高银的分散性、增强银与材料的结合力。该材料具有良好的过滤性能、抗菌性能及抗菌持久性，能有效滤除水中微生物、杂质颗粒及有机物，可广泛应用于水处理领域及相关行业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗菌过滤陶瓷，尤其涉及一种原位复合抗菌过滤陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人们生活水平的日益提高，改善饮用水质量、保障饮用水安全，已经成为全人类关注的话题。WHO调查结果显示：饮用受污染的水可导致消化道疾病、皮肤病、传染病、糖尿病、癌症、胆结石等50多种疾病。目前，我国城市水域90％以上受到不同程度的污染，其中78％的河流水质不符合卫生标准，75％的湖泊富营养化，50％的城区地下水重度污染。因此对饮用水进行净化处理具有重大的现实意义。目前，我国城市自来水厂大都采用混凝、沉淀、过滤、消毒等常规水处理工艺。其中，在水源头常用的消毒方法有氯化消毒、臭氧消毒、紫外线消毒，水终端常用膜过滤、吸附技术、多孔陶瓷过滤等。这些技术虽然有一定的消毒过滤效果，但都存在明显的弊端。常规的氯化消毒易产生有害副产物且对水中有机物的去除率通常只有20～30％，臭氧消毒成本大且易产生甲醛、溴酸根离子等有害副产物，经紫外消毒的水在管网输送过程中易重新滋生微生物。膜过滤虽然能得到优良的水质，但是存在膜堵塞、膜污染与再生等问题。吸附材料中最常见的为活性炭，能有效去除水中的悬浮颗粒、有机物等，但由于其良好的生物相容性和化学相容性，水中微生物极易在吸附有机物的活性炭上繁殖，成为微生物繁殖的“温床”，而且活性炭回收利用成本高。多孔陶瓷虽然能有效地滤除微生物、杂质颗粒，且生产及重复利用成本低，但同活性炭一样，只能截留微生物而不能将其彻底杀灭，微生物易聚集形成生物膜，造成二次污染。载银多孔陶瓷结合了多孔陶瓷的过滤性能及银的杀菌性能，近年来成为水处理领域的研究热点。载银多孔陶瓷对包括E.Coli、S.aureus和MS2噬菌体在内的15种水中常见致病微生物的平均滤除率大于99％。喷涂法和浸渍法是载银多孔陶瓷最常用的制备方法。然而喷涂法存在银离子结合力弱、释放快等缺点，使用一个月后，材料中的银离子释放量占总载银量的20-22％。浸渍法在干燥阶段内部的银易随着水分的蒸发而富集偏析到陶瓷表面，使得载银不均匀。有些文献将银纳米颗粒直接掺入陶瓷原料中，经高温烧结后得到载银多孔陶瓷。该方法虽然能增强银的结合力，但是高温下银纳米颗粒易团聚而失去纳米效应。硅藻土具有大比表面积、高孔隙率、强吸附性等性能，而且储量丰富、价格低廉，适合做多孔滤材。纳米银颗粒尺寸小、比表面积大、活性高，对微生物有着极强的杀灭效果。羟基磷灰石中的Ca2+易被金属离子取代，适合做银的载体，此外羟基磷灰石对水中有机物有较强的吸附能力。紫砂有良好的可塑性，有利于陶瓷坯体成型，其双重多孔结构及水质活化作用对水处理有重要意义。因此，将上述材料的优点结合起来，制备一种新型的原位复合抗菌过滤陶瓷，使银能与陶瓷牢固地结合并以纳米尺寸均匀分布，将是一个有意义的技术进步。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种原位复合抗菌过滤陶瓷，由硅藻土、羟基磷灰石、紫砂、银和粘结剂组成，各组分的质量百分比依次为60～75wt％，10～20wt％，10～30wt％，0.1～2wt％，1～5wt％，五种组分的质量百分数之和为100wt％。其中，所述硅藻土纯度为食品级，粒径控制为过100目筛的粉体；所述紫砂为经破碎、除杂并过100目筛得到的紫砂粉体。所述羟基磷灰石粒径范围为30～300nm。所述银的直径为3～20nm，位于硅藻土表面及孔隙中。所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。本专利技术的目的之二在于提供所述原位复合抗菌过滤陶瓷的制备方法，具体方法为在水热条件下实现纳米银与多孔硅藻土的复合、银与羟基磷灰石的复合以及载银羟基磷灰石与多孔硅藻土的复合，提高银的分散性、增强银与材料的结合力。本专利技术采用以下技术方案：(1)按照Ca/P化学计量比为1.67/1，配置0.1～0.5mol/L磷酸盐溶液、0.1～0.5mol/L钙盐溶液，并用氨水调节磷酸盐溶液pH＝8～12；(2)将一定量的AgNO3固体加入钙盐溶液中溶解，并加入一定量硅藻土搅拌均匀，得到硅藻土混合溶液；(3)将磷酸盐溶液逐滴加入硅藻土混合溶液中并不断搅拌后，倒入反应釜中进行水热反应；(4)对步骤(3)得到的反应液进行过滤并用去离子水和乙醇洗涤至滤液基本呈中性(pH＝6～8)，经干燥得到干粉；(5)将干粉与紫砂按一定质量比配料并加入一定量的粘结剂溶液，充分混匀得到混合料；(6)将混合料放入模具中压制成型或注浆成型，经干燥、高温煅烧、随炉冷却后得到原位复合抗菌过滤陶瓷。进一步地，步骤(1)所述磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或磷酸铵，所述钙盐为硝酸钙或氯化钙。进一步地，步骤(2)中，AgNO3固体、硅藻土、钙盐溶液的用量比为(0.2～1g):(20～50g):(200～500mL)；步骤(5)干粉与紫砂的质量比为(70:30)～(90:10)。进一步地，在水热温度100～240℃、pH＝8～12条件下实现银、羟基磷灰石及硅藻土原位复合。进一步地，步骤(5)中所述粘结剂溶液的浓度为10g/L～30g/L。进一步地，步骤(6)中，成型压力为8～12MPa、保压时间为20～60s，干燥温度60～100℃，煅烧温度900～1200℃、煅烧时间4～6h。本专利技术的目的之三在于提供所述原位复合抗菌过滤陶瓷在水处理方面的应用：所述原位复合抗菌过滤陶瓷可用于滤除并杀灭水中的微生物。优选地，所述微生物为E.Coli和S.aureus。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术制备的原位复合抗菌过滤陶瓷中，载银羟基磷灰石在硅藻土表面及孔隙原位成核并生长，银以纳米级尺寸均匀分布于整个材料中。原位复合制备法，一方面提高了纳米银和纳米载银羟基磷灰石的分散性，避免团聚现象，另一方面增强了银与材料的结合力，使材料具有高效、稳定、长久的抗菌性能。银释放实验表明，这种材料24h在水介质中的释放量仅0.43μg/L，远低于国家卫生部对饮用水中银含量小于50μg/L的要求。抗菌实验表明，这种材料3h及3h以后对E.Coli和S.aureus的杀菌率均为100％。将106cfu/mL的菌液通过陶瓷片，而在滤出水中检测不出菌落群，表明这种材料对微生物具有良好的滤除效果。陶瓷中的硅藻土颗粒间微米级孔隙可截留形体较大的微生物和杂质颗粒，使水流顺利通过，从而提高过滤速率；硅藻土本身200-400nm的孔隙及纳米羟基磷灰石颗粒形成的间隙可吸附水中更小的微生物、杂质颗粒和有机物等，从而保障过滤精度。被微米级孔隙和纳米级孔隙截留的微生物很快会被硅藻土中的纳米银及载银羟基磷灰石杀灭，达到抗菌效果。此外，随着水流通过陶瓷介质带走极微量的银，滤出水中的银可对微生物起一定的抑制、杀灭作用从而保障滤出水不被微生物污染。本专利技术公开的原位复合抗菌过滤陶瓷是一种新型抗菌过滤材料，具有优异的吸附、过滤、活化水质功能，以及良好的抗菌性、抗菌缓释性及持久性，且制备方法简单、原料廉价，可广泛应用于水处理领域及相关行业。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的原位复合抗菌过滤陶瓷扫描电镜(SEM)照片。图2为本专利技术实施例1制备的原位复合抗菌过滤陶瓷中硅藻土颗粒表面纳米银透射电镜(TEM)照片。图3为本专利技术实施例1制备的原位复合抗菌过滤陶瓷抗菌实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位复合抗菌过滤陶瓷，其特征在于，由硅藻土、羟基磷灰石、紫砂、银和粘结剂组成，各组分的质量百分比依次为60～75wt％，10～20wt％，10～30wt％，0.1～2wt％，1～5wt％，五种组分的质量百分数之和为100wt％。

【技术特征摘要】
1.一种原位复合抗菌过滤陶瓷，其特征在于，由硅藻土、羟基磷灰石、紫砂、银和粘结剂组成，各组分的质量百分比依次为60～75wt％，10～20wt％，10～30wt％，0.1～2wt％，1～5wt％，五种组分的质量百分数之和为100wt％。2.根据权利要求1所述的一种原位复合抗菌过滤陶瓷，其特征在于，所述硅藻土纯度为食品级，粒径控制为过100目筛的粉体；所述紫砂为经破碎、除杂并过100目筛得到的紫砂粉体。3.根据权利要求1所述的一种原位复合抗菌过滤陶瓷，其特征在于，所述羟基磷灰石粒径范围为30～300nm；所述银的直径为3～20nm，位于硅藻土表面及孔隙中。4.根据权利要求1所述的一种原位复合抗菌过滤陶瓷，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。5.权利要求1-4任一项所述的一种原位复合抗菌过滤陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置0.1～0.5mol/L磷酸盐溶液、0.1～0.5mol/L钙盐溶液，并调节磷酸盐溶液pH＝8～12；(2)将一定量的AgNO3固体加入钙盐溶液中溶解，并加入一定量硅藻土搅拌均匀，得到硅藻土混合溶液；(3)将磷酸盐溶液逐滴加入硅藻土混合溶液中并不断搅拌后，进行水热反应；(4)对步骤(3)得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆小鹏，邓城，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36