去除细菌和病毒的纳米颗粒净水材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一系列以石英砂或沸石颗粒为基体，纳米铝（铁）氧化物或纳米铝（铁）氧化氢氧化物为改性过滤涂层，能够对废水、污水中的细菌、病毒完全有效去除的纳米颗粒净水材料，以及该纳米颗粒净水材料的制备方法。其是将４０～１００目石英砂或６０～１２０目斜发沸石的酸性溶液投放到二次去离子水中，混合均匀后加热，然后向其中投入纳米铝粉、氮化铝粉或铁粉，超声搅拌，之后加入酯的乙醇溶液，继续超声搅拌，过滤、干燥即得纳米纤维状ＡｌＯ（ＯＨ）或ＦｅＯＯＨ为过滤涂层的颗粒净水材料；进一步焙烧即得γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］或Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］为过滤涂层的颗粒净水材料。本专利颗粒净水材料具有去除能力强、除净度高、具有大的饱和吸附量等优特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废水、污水净化领域，具体涉及一系列以石英砂或沸石颗粒为基 体，纳米铝(铁)氧化物或纳米铝(铁)氧化氢氧化物为改性过滤涂层，能够对 废水、污水中的细菌、病毒完全有效去除的纳米颗粒净水材料，以及该纳米颗粒 净水材料的制备方法。技术背景进入21世纪，由于经济社会的快速发展，工业化、城市化进程的不断加快， 我国的环境形势发展到非常严峻的地步。环境污染在较高的水平上继续富集，生 态破坏继续加重， 一些地区环境污染和生态破坏已经阻碍了经济的持续、健康发 展，甚至对人们的健康构成了直接的威胁。其中水污染状况尤为突出，尤其是水 源地的污染导致饮用水中有毒有害物质明显增加，水中日益增多的致病微生物、 细菌、病毒，严重影响了人们的日常生活与工作。据世界卫生组织调查资料表明， 全球80%的疾病和50%的儿童死亡率都与水质不良有关，此外还发现，饮用氯 消毒水的人与癌症死亡率密切相关，即使是某些丰水地区，也发现自来水加氯消 毒后致突变活性增加，Ames (沙门氏菌诱变性试验)为阳性。化学药剂消毒(加 氯消毒为代表)的缺点和危害近些年来已经受到了广泛的关注，消毒产生的副产 物(有机氯化物等)危害人体健康，甚至引发人体组织癌变。紫外线消毒虽然杀菌 效率强，但没有持续消毒作用，并且穿透力弱，目前主要用于空气消毒杀菌。目前，水处理技术主要有蒸馏技术、"混凝-沉淀-过滤"技术、杀菌消毒技 术、碳滤技术，生物处理技术、离子交换技术、膜分离技术以及光化学处理技术 等等。这些水处理技术已经能够使水质净化达到了较高的指标，但他们却存在很 多缺点效率低、成本高、再生困难、存在二次污染等问题。细菌直径一般在 0.1微米到十几微米之间，病毒更细小， 一般在十几纳米到几百纳米之间，对于 如此细小的颗粒，人们通过研究发现各种过滤净化材料通过机械筛滤和吸附截留 作用起到净化水质的效果。过滤是利用介质将悬浮液体或气体中的固体物质截 留，而液体或气体则穿过介质被澄清或净化。人们在生产、生活中利用过滤技术 已有几千年的历史了，用过滤材料滤除病毒、细菌是近几十年来伴随着新型材料的发展而兴起的新方向，也是近年来的研究热点。随着人们的环保意识日益增强， 对生活品质的要求日益提高，过滤除菌用净化材料也得到了快速发展和广泛应 用。利用过滤方法去除病毒细菌在饮用水、食品消毒、医疗、制药行业中具有其 他技术所不具备的优越性。在饮用水消毒方面，利用过滤技术，如膜过滤技术能 有效地将微生物截留住，达到消毒的目的。生产的纯净水完全可以达到饮用水的 标准。在血液处理方面，过滤技术能有效去除病毒细菌，而其他技术就有可能破 坏血液中的血细胞。在制药行业中也是如此，加热或紫外线会破坏药物成分，此 时过滤除菌技术是最好的选择。过滤细菌用净化材料的来源丰富，而且随着现代 人们生活水平的提高，环保意识的增强，作为一种高效、无污染的除菌技术在人 们的日常生活、生产中会得到更加广泛的应用，伴随着新技术、新工艺的不断开 发，越来越多的新型除菌净化材料也会被制备出来满足人们的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一系列以石英砂或沸石颗粒等为基体、纳米纤维状AIO(OH) (FeOOH)粒子或纳米铝(铁)的氧化物为改性过滤涂层且能够对水 中的病毒和细菌有效去除的纳米颗粒净水材料，并提供上述纳米颗粒净水材料的 制备方法。本专利技术所述的纳米颗粒净水材料，其是以40~100目石英砂或60~120目的 沸石为基体滤料，在其上有厚度为0.3~3.3|jm (扫描电镜测厚度)的纳米纤维状 AI0(0H)粒子或纳米Y-Al203改性过滤涂层，改性过滤涂层的质量占滤料及涂层 总质量的0.5~5%，纳米纤维状AIO(OH)粒子或纳米Y-AI2Cb的粒径为15~120 纳米，比表面积200~550 m2/g;本专利技术所述的纳米颗粒净水材料，其是以40~100目石英砂或60~120目的 沸石为基体滤料，在其上有厚度为0.1~3.7pm的纳米纤维状FeOOH粒子或纳 米Fe203改性过滤涂层，改性过滤涂层的质量占滤料及涂层总质量的1~10%， 纳米纤维状FeOOH粒子或纳米Fe203的粒径为15~120纳米，比表面积 200~550 m2/g。制备大粒径、大比表面积、大质量含量、大厚度的改性过滤涂层需要加入更 多的铝粉和正硅酸四乙酯，恒温保存更长时间，以利产物生长。纳米铝粉(或铁粉)本身水解成纤维状AIO(OH)或FeOOH，担载到石英砂 或沸石上后就会有一些聚集，形成纤维状结构。纳米粒子粒径与制备方法有关， 如水解温度、水解时间、担载载体、水解溶液(中性水、酸性的水、碱性的水)、 外加溶剂(如正规酸四乙酯)等实验条件及参数均有关系，另外与所加铝粉或铁 粉的粒径也有关系，粒径越小，反应越彻底，完全，而且纳米金属粉的纯度要越 高越好，而表面积与粒径有关，粒径越小，表面积越大。扫描电子显微镜测粒径，JSM-6480-L型，产地日本；氮吸附法比表面积分 析仪(MicrometricsASAP2010，产地日本)，测定比表面积。本专利技术所述纳米颗粒净水材料的制备方法如下1.改性前对基体滤料的预处理石英砂为自来水公司水厂滤池用砂，沸石为市售巩义市海宇填料厂生产的高 硅斜发沸石。由于石英砂、沸石在自然环境中表面受到了污染或遭受了破坏，从 而改变了原来的表面性质，需要对其进行预处理，去除表面的杂质，恢复石英砂、 沸石本来的表面性能，使改性剂粘附效果更佳。表面预处理方法将从自来水厂取回的石英砂用自来水反复冲洗，筛分出粒径为40~100目的 颗粒，置烘箱中，在80 12(TC下烘干；用0.8 1.5mol/L硝酸溶液浸泡20~24 小时后取出，再用自来水反复冲洗，然后用蒸馏水冲洗多遍以去除表面可能粘附 的有机物，直到冲洗出水的pH值近中性，再将石英砂在烘箱中110~120 'C烘 干，储存备用。斜发沸石经破碎筛分出粒径为60~120目的颗粒，自来水冲洗，充分搅拌， 以去除细末、粘土以及其它杂质，蒸馏水中浸泡48~60小时，每隔3~6小时 更换一次水，以降低沸石的碱性。然后，在烘箱中120 'C烘干5~10小时，得 到水洗沸石，储存备用。处理后的石英沙的成份Si02，占97.5~98.3%，其余成分为Al203，占 0.8~1.0%， Fe203，占0.7~1.2%，其它为微量的MgO、 CaO和K2。;天然斜发沸石的成份Si02，占69.3~70.2%， Al203，占9.7~10.1%， H20 占9.1~12.4%。其余为微量的MgO， CaO， K20， Na20。2.改性涂层的制备1) 将2(M00g表面处理后的石英砂(或斜发沸石)和浓度为0.1~6g/L、 10~100mL的酸性溶液(硼酸或水杨酸钠)投放到150~350毫升二次 去离子水中，混合均匀后加热到80~100度；2) 然后向其中投入2~12g粒径为15~150nm的电爆炸丝法制得的纳米铝 粉、氮化铝粉或铁粉，置于超声发生器中，强烈搅拌，在80 10(TC温 度下超声0.2~1.5小时；3) 之后加入1.5~8g/L的正硅酸四乙酯的乙醇溶液40~100mL，乙醇和正 硅酸四乙酯的体积比为6.5~1.5: 1，继续超声搅拌处理10~30分钟， 关闭超声，随槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
去除病毒和细菌的纳米颗粒净水材料，其特征在于：以４０～１００目石英砂或６０～１２０目的沸石为基体滤料，在其上有厚度为０．３～３．３μｍ的纳米纤维状ＡｌＯ（ＯＨ）粒子或纳米γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］改性过滤涂层，改性过滤涂层的质量占滤料及涂层总质量的０．５～５％，纳米纤维状ＡｌＯ（ＯＨ）粒子或纳米γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的粒径为１５～１２０纳米，比表面积２００～５５０ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩炜，刘光辉，徐跃，王培培，刘琼，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]