CN102153365A - 复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球，多孔陶瓷球表面呈多孔较紧密的烧结型结构，内部结构为通体较均匀分布的三维联通微孔，并交错互通；多孔陶瓷球粒径10μm—5mm；体积密度1.0—2.8g/cm³；孔隙率30—50%；孔径大小10—100μm；抗压强度10—18MPa;所述的多孔陶瓷球系由如下重量的陶瓷天然矿物、高温人工合成陶瓷原料、成孔兼粘接剂，经细碎、配料、造球、低温烧结、水洗干燥而成；无铅无镉低温溶剂：载银方沸石：纳米锐钛矿型TiO₂：人工高温合成远红外材料：天然电气石：麦饭石：成孔兼粘接剂=5—15份：5—15份：3—6份：5—15份：5—15份：40—50份：10—20份。由于采用自创的纳米TiO₂粉体在料浆中均匀无团聚分散的制备工艺，使之多孔陶瓷球保持良好的整体烧结度和多孔结构，多孔球表面易研磨去污和清洗，故再生能力强、使用寿命长。

Description

复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球及制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球，特别是一种在饮用水杯、饮水机和野外用净水器等净化、抗菌和活化水的设备中，作为功能性吸附浸渍材料应用的多孔陶瓷球及制备方法。

背景技术

现有技术的水净化、矿化处理，最常用的有三类材料：麦饭石、活性炭和普通多孔陶瓷球。市售麦饭石的商品有，麦饭石“粉体”细度80—325目；实心的“麦饭石球”粒径0.1—9mm等两种。原始的麦饭石粉体在水净化和矿化处理领域已逐渐退出，被实心麦饭石球取而代之。活性炭一般采用颗粒活性炭。普通多孔陶瓷球由于采用的是玻璃粉、粉煤灰、膨润土、活性白土和硅灰石等，所含麦饭石较少，故在水净化处理较好的同时，存在矿化处理较差的效果。

现有技术的饮用水前处理抗菌材料，往往分别采用银离子抗菌或光敏性锐钛矿型TiO₂（非纳米粉体）抗菌材料，更缺乏稀土激活银离子和纳米级锐钛矿型TiO₂复合抗菌陶瓷材料。

现有技术的水活化处理，往往采用天然电气石引入，故远红外活化水效果不明显，若采用优选化高温人工合成远红外陶瓷粉体和天然电气石的复合引入，能使水活化处理优化。

发明内容

本发明的目的是：提供一种作为吸附浸渍材料在饮用水杯、饮水机和野外用净水器等净化、抗菌和活化水的设备中，作为长效多功能性吸附浸渍材料的复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球；作为应用之一的新产品装有多孔陶瓷球盒的水杯沏茶，不影响其茶水品味，并能吸附茶水中有害元素氟，故水杯中不论是装盛自来水、开水或沏茶水，均能安全饮用，此类功能水杯具有净化、抗菌、活化水和矿化处理的综合功能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球，其特征是：所述的多孔陶瓷球，其表面呈多孔较紧密的烧结型结构，内部结构为通体较均匀分布的三维联通微孔，并交错互通；

所述的多孔陶瓷球粒径10μm—5mm；体积密度1.0—2.8g/cm³；孔隙率30—50%；孔径大小10—100μm；抗压强度10—18MPa;

所述的多孔陶瓷球系由如下重量的陶瓷天然矿物、高温人工合成陶瓷原料、成孔兼粘接剂，经细碎、配料、造球、低温烧结、水洗干燥而成；

无铅无镉低温溶剂：载银方沸石：纳米锐钛矿型TiO₂：

人工高温合成远红外材料：天然电气石：麦饭石：成孔兼粘接剂=5—15份：5—15份：3—6份：5—15份：5—15份：40—50份：10—20份。

其中：硝酸银、纳米锐钛矿型TiO₂、远红外合成材料中的金属氧化物化学纯Fe₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、CuO及稀土CeO₂、Y₂O₃,天然电气石、麦饭石、无水乙醇、无铅无镉低温溶剂；

载银方沸石，人工高温合成远红外材料系浙江哈尔斯真空器皿股份有限公司研发生产的产品；

成孔兼常温粘接剂系羧甲基纤维素、聚乙烯醇、淀粉。

一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球的制备方法，其特征经如下步骤：

（1）粉碎

将各原料分别粉碎至：无铅无镉低温溶剂、天然电气石、麦饭石粒径≤10μm；纳米锐钛矿型TiO₂市售品10—100nm；高温人工合成远红外材料、载银方沸石≤50μm；

（2）配料

锐钛矿型纳米TiO₂引入去离子水中经超声波分散之后，缓慢倒入搅拌器中，然后加入已溶解部分成孔兼常温粘接剂水溶液，搅匀后又加入适量无水乙醇，继续搅匀后，又分批加入细粉、较细粉；在充分搅拌的过程中，无水乙醇也不断挥发直至料浆流动性减弱，含水率适到好处时各组分均匀分散，尤其是纳米级TiO₂均匀定位于各颗粒之间可较好解决纳米粉体易于团聚的难题，以上泥料烘干后备用；

（3）造球

将上述“泥料”用80—150目筛筛分，取通过筛目颗粒级配的物料，投料于混合搅拌造粒机中，加入适量的成孔兼常温粘接剂水溶液，旋转造球；加入麦饭石粉体，边旋转边搅拌，使球体表面均匀粘附一层麦饭石粉体薄薄包裹“干坯球体”，再于50℃和100℃分别各烘2—3h；

（4）烧结

干坯球体置于窑炉，700℃—800℃烧成，高温保温20—30min，降温冷却至室温，得到“稀土激活复合抗菌多孔陶瓷球”；

（5）自磨水洗

“烧结多孔陶瓷球”置于自磨机内，加入可浸没量的自来水进行自磨，除去球粒表面未烧结的麦饭石粉；自磨后的“多孔陶瓷球”，水洗至其呈中性，烘干后得到本发明多孔陶瓷球成品。

本发明优点如下：

1.配方组分

稀土激活复合抗菌【载银方沸石（1000℃烧成和纳米锐钛矿型TiO₂复合，并多元（Y₂O₃、CeO₂等）稀土激活】，复合远红外辐射材料【高温人工合成远红外材料（1200℃合成）和天然电气石优化组合】，优质麦饭石（＞40wt%）较多量引入和低温烧结助剂的引入，构成与其它类似产品不同的创新特点。

2.功能：

稀土激活银离子和纳米锐钛矿型TiO₂复合抗菌，高温人工合成远红外材料和电气石活化水，麦饭石多孔体吸附水中有害元素，并溶出有益于人体健康的矿物质和元素，四种功能具备的创新多孔陶瓷球。在黑暗中依然具备相应功能，在光照下沸水浸泡时，光和热激发其功能更强。

3.工艺

纳米TiO₂引入去离子水中经超声波分散之后，缓慢倒入搅拌器中，然后加入已溶解粘接剂水溶液，搅匀后又加入适量无水乙醇，继续搅匀后，分批加入细粉、较细粉，在充分搅拌的过程中，无水乙醇也不断挥发直至料浆流动性减弱，含水率适到好处时，各组分均匀分散，尤其是纳米级TiO₂均匀定位于各颗粒之间可较好解决纳米粉体易于团聚的难题；与此同时，采用自创的700℃低温烧结无铅无镉绿色技术，麦饭石中微量矿物质和元素易溶出，饮用后更易于人体健康。故创新的工艺，使多孔球四种功能更易挖潜发挥，与此同时，合适的整体均匀的烧结度和多孔结构更易于吸附水中有害元素，表面可研磨去污和清洗，故再生能力强，使用寿命长。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

多孔陶瓷球系由如下重量组成的陶瓷天然矿物，高温人工合成的载银方沸石，远红外材料，经粉碎，配料，造球，烧结，自磨水洗而成；

无铅无镉低温溶剂：载银方沸石：纳米锐钛矿型TiO₂：人工高温合成远红外材料：天然电气石：麦饭石：成孔兼常温粘接剂=9kg：9kg：4.6kg：9kg：9kg：43kg：16.7kg；

其中，无铅无镉低温溶剂，纳米锐钛矿型TiO₂，天然电气石，麦饭石，成孔兼常温粘接剂（淀粉）用市售商品；载银方沸石和人工高温合成远红外材料用浙江哈尔斯真空器皿股份有限公司研发生产的产品。

本发明的多孔陶瓷球制备方法，经如下步骤：

（1）粉碎

将各原料分别粉碎至：无铅无镉低温溶剂、天然电气石、麦饭石粒径≤10μm；纳米锐钛矿型TiO₂市售品10—100nm；高温人工合成远红外材料、载银方沸石≤50μm。

（2）配料

锐钛矿型纳米TiO₂引入去离子水中经超声波分散之后，缓慢倒入搅拌器中，然后加入已溶解成孔兼常温粘接剂部分水溶液，搅匀后又加入适量无水乙醇，继续搅匀后，又分批加入细粉、较细粉；在充分搅拌的过程中，无水乙醇也不断挥发直至料浆流动性减弱，含水率适到好处时各组分均匀分散，尤其是纳米级TiO₂均匀定位于各颗粒之间可较好解决纳米粉体易于团聚的难题。以上泥料烘干后备用。

（3）造球

将上述“泥料”用80—150目筛筛分，取通过筛目颗粒级配的物料，投料于混合搅拌造粒机中，加入适量的成孔兼常温粘接剂水溶液，旋转造球；加入麦饭石粉体，边旋转边搅拌，使球体表面均匀粘附一层麦饭石粉体包裹“干坯球体”，再于50℃和100℃分别各烘2—3h；

（4）烧结

干坯球体置于窑炉，700℃—800℃烧成，高温保温20—30min，降温冷却至室温，得到“稀土激活复合抗菌多孔陶瓷球”；

（5）自磨水洗

“烧结多孔陶瓷球”置于自磨机内，加入可浸没量的自来水进行自磨，除去球粒表面未烧结的麦饭石粉；自磨后的“多孔陶瓷球”，水洗至其呈中性，烘干后得到本发明多孔陶瓷球成品。

所述的作为功能性吸附浸渍材料的应用，可以是所述的多孔陶瓷球装置于透明网盒中，并置于透明玻璃水杯中部，当普通自来水注入杯中，（例如1小时左右，光敏性锐钛矿TiO₂抗菌1小时生效，银离子复合抗菌效果更佳），该水即可获得抗菌、矿化和活化水功能，成为可安全饮用、有益于人体健康的饮用水；沸水冲入杯中，少许时间浸渍后更成为易于人体健康、微碱性化且富含有益矿物质和元素的饮用水；水杯用于沏茶，也不影响其茶水品味，并能吸附茶水中有害元素氟。今后新产品的开发还可应用于饮水机和野外用净水器，本发明多孔陶瓷球较多应用于冷水处理领域。

检测结果：

1.  溶出微量元素

经国家无机盐质量检测中心测试了多孔陶瓷球的溶出微量元素的功能，测试仪器为原子分光光度仪，经测试，本陶瓷球在水中能溶出Ca、Mg、K、Fe、Zn等多种对人体有益的微量元素。

2.抗菌功能

经国家建材工业环境监测中心测试了该陶瓷球的抗菌功能，经测试，本陶瓷球对金黄色葡萄球菌的24小时杀菌率达到97.13%，对大肠杆菌的24小时杀菌率达到95.80%。由于现有JC/T897-2002《抗菌陶瓷抗菌性能》标准细菌处理是在黑暗遮光箱中进行，故光敏性锐钛矿TiO₂抗菌性能未能体现，若能建立相应银离子和光敏性TiO₂复合杀菌率检测，本发明多孔陶瓷球杀菌率会更高，时效会更快。

3.辐射远红外线功能

经中国计量科学院测试了本多孔陶瓷球的红外辐射功能，经测试，多孔陶瓷球的红外辐射率达到了91%。

4.安全性能测试

（1）在上海市疾病预防控制中心测试了在水中溶出微量元素功能，按照GB/T5750.6-2006标准，经测试，多孔陶瓷球没有任何对人体有害元素的溶出，符合安全饮用水标准。

（2）放射性测试

经国家建筑材料工业建材放射性监督检验测试中心测试，本多孔陶瓷球内照射指数为0.1（国家规定指标为≤1.0），对外照射指数为0.3（国家规定≤1.3），达到国家A类产品水平。

5.处理自来水性能检验

经上海市疾病预防控制中心、上海疾控安全健康保健评价中心检验，原自来水中菌落总数〉3.0*10²CFU/ml，总大肠杆菌群〉16MPN/100ml，大肠埃希氏菌〉16MPN/100ml；经多孔陶瓷球处理的原自来水菌落总数降为49CFU/ml,总大肠菌群和大肠埃希氏菌均未检出（300ml水中浸渍20g多孔球）。

6 .沸水浸泡性能检验

经上海市疾病预防控制中心，上海疾控安全健康保健评价中心检验，煮沸后的自来水用于多孔陶瓷球的浸渍（300ml水中浸渍20g多孔球），第1次沸水浸渍和第100次沸水浸渍均为5min，其处理水样物化指标符合国家饮用水标准；部分指标，例：溶解性总固体分别为68mg/L和74mg/L，优于原自来水含量60mg/L，水PH值分别为8.35和8.72，原自来水PH7.34，水样呈弱碱性化。

7 .多孔陶瓷球主要物化指标检验和微观结构扫描电镜分析

经国家建筑材料工业、工业陶瓷产品质量监督检验测试中心检测，本多孔陶瓷球显气孔率平均值为34.6%，常温耐压强度平均值为17.6MPa；

经国家陶瓷产品质量监督检验中心（江西）扫描电镜分析测定，陶瓷样品为多孔结构，孔径约在10—100微米大小，颗粒结合较紧密。

8 .多孔陶瓷球功效使用寿命定量检验

自来水煮沸后冲泡浸渍多孔陶瓷球（300ml水中含有20g多孔球）5min，饮用水1号、饮用水3号、饮用水5号和饮用水6号水样分别为多孔球第1次浸渍、第100次浸渍、第500次浸渍、第1000次浸渍和第1500次浸渍，水样检测结果，检测项目主要指标，PH值和总硬度（矿物质等溶出）数据，第1次浸渍为7.12和22.8mg/L，第1500次浸渍为7.31和30.2mg/L。从数据分析其功效不但未衰减，反而略有上升。第1次浸渍—第1500次浸渍处理水样，PH值在7.12—7.84间变化，第1000次浸渍时,PH值最高；总硬度在22.8—54.2mg/L间变化，第500次浸渍时，矿物质等溶出量最高。从以上变化趋势而论，功效还是处于有效浸渍时区；即使以1500次浸渍为限，每天水杯冲沸水4杯，多孔陶瓷球功效使用寿命超过1年，实则还有较大功效发挥区间。另外，同时用于比对实验的一种市售保健水杯内胆盒（内装保健多孔球20g）第1次浸渍沸水样品（饮用水2号）浸渍时间同为5min，PH值检测结果为9.48，碱性化太强，单项判定为“不合格”。

9 .多孔陶瓷球沏茶水样检测

经农业部茶叶质量监督检验测试中心检测，在玻璃杯中放入20g多孔陶瓷球和6g乌龙茶叶，并冲入500ml煮沸自来水沏茶，浸渍5min后倒出水样测定；浸渍球继续保留，倒干茶水后，又放入6g新乌龙茶叶，又冲入500ml煮沸自来水沏茶，浸渍5min后倒出水样测定，其检验结果和用于平行试验未放多孔陶瓷球的茶水冲泡质量基本相同，对茶水中有害元素氟还有一定吸附减少作用，三种茶水稀土微含量都〈2.0mg/kg，符合GB/T5009.94国标。

应用本发明多孔陶瓷球处理饮用水（冷水和沸水两种）可达到如下标准：

不含任何对人体有毒、有害及有异味的物质；

水的硬度适中，22.8—54.2mg/L；

水中矿物质含量及微量元素适合各地区的人体要求；

PH值呈微碱性（7.12—7.84）；

自来水冷水处理后，菌落总数、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等杀菌率≥95.80%，处理为直接可饮用水；

多孔陶瓷球水处理有效使用寿命超过1年；

多孔陶瓷球沸水沏茶不影响茶水质量，并能吸附减少茶水中有害元素氟。

实施例2

多孔陶瓷球系由如下重量组成的陶瓷天然矿物、高温合成的远红外材料，经粉碎，配料，造球，烧结，自磨水洗而成；

无铅无镉低温溶剂：未引入稀土和银元素的煅烧方沸石：纳米锐钛矿型TiO₂:人工高温合成远红外材料：天然电气石：麦饭石：成孔兼常温粘接剂=9kg：9kg：4.6kg：9kg：9kg：43kg：16.7kg；

其中，无铅无镉低温溶剂，纳米锐钛矿型TiO₂，天然电气石，麦饭石，方沸石和成孔兼常温粘接剂（淀粉）用市售商品；人工高温合成远红外材料用浙江哈尔斯真空器皿股份有限公司研发生产的产品。

本发明的多孔陶瓷球制备方法，经如下步骤：

（1）粉碎

将各原料分别粉碎至：无铅无镉低温溶剂、天然电气石、麦饭石粒径≤10μm；纳米锐钛矿型TiO₂市售品10—100nm；高温人工合成远红外材料、载银方沸石≤50μm。

（2）配料

锐钛矿型纳米TiO₂引入去离子水中经超声波分散之后，缓慢倒入搅拌器中，然后加入已溶解成孔兼常温粘接剂部分水溶液，搅匀后又加入适量无水乙醇，继续搅匀后，又分批加入细粉、较细粉；在充分搅拌的过程中，无水乙醇也不断挥发直至料浆流动性减弱，含水率适到好处时各组分均匀分散，尤其是纳米级TiO₂均匀定位于各颗粒之间可较好解决纳米粉体易于团聚的难题。以上泥料烘干后备用。

（3）造球

将上述“泥料”用80—150目筛筛分，取通过筛目颗粒级配的物料，投料于混合搅拌造粒机中，加入适量的成孔兼常温粘接剂水溶液，旋转造球；加入麦饭石粉体，边旋转边搅拌，使球体表面均匀粘附一层麦饭石粉体薄薄包裹“干坯球体”，再于50℃和100℃分别各烘2—3h；

（4）烧结

干坯球体置于窑炉，700℃—800℃烧成，高温保温20—30min，降温冷却至室温，得到“稀土激活复合抗菌多孔陶瓷球”；

（5）自磨水洗

“烧结多孔陶瓷球”置于自磨机内，加入可浸没量的自来水进行自磨，除去球粒表面未烧结的麦饭石粉；自磨后的“多孔陶瓷球”，水洗至其呈中性，烘干后得到本发明多孔陶瓷球成品。

本发明多孔陶瓷球和实施例1唯有一点不同处是：考虑到应用于热水（杯、机）中，由于是沸水或沸水沏茶，故不存在抗菌问题，为降低多孔陶瓷球生产成本，更利推广，又可完全避免稀土和银离子在沸水中溶出，其水净化、活化和矿化功能依然保存，故引入配料组分中将煅烧方沸石取代稀土激活载银方沸石，多孔陶瓷球的其它物化指标不变。

Claims (2)

1.一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球，其特征是：所述的多孔陶瓷球，其表面呈多孔较紧密的烧结型结构，内部结构为通体较均匀分布的三维联通微孔，并交错互通；

所述的多孔陶瓷球粒径10μm—5mm；体积密度1.0—2.8g/cm³；孔隙率30—50%；孔径大小10—100μm；抗压强度10—18MPa;

所述的多孔陶瓷球系由如下重量的陶瓷天然矿物、高温人工合成陶瓷原料、成孔兼粘接剂，经细碎、配料、造球、低温烧结、水洗干燥而成；

无铅无镉低温溶剂：载银方沸石：纳米锐钛矿型TiO₂：

人工高温合成远红外材料：天然电气石：麦饭石：成孔兼粘接剂=5—15份：5—15份：3—6份：5—15份：5—15份：40—50份：10—20份；

其中：硝酸银、纳米锐钛矿型TiO₂、远红外合成材料中的金属氧化物化学纯Fe₂O₃、MnO₂、Co₂O₃、CuO及稀土CeO₂、Y₂O₃,天然电气石、麦饭石、无水乙醇、无铅无镉低温溶剂；

载银方沸石，人工高温合成远红外材料系浙江哈尔斯真空器皿股份有限公司研发生产的产品；

成孔兼常温粘接剂系羧甲基纤维素、聚乙烯醇、淀粉。

2.一种复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球的制备方法，其特征经如下步骤：

（1）粉碎

将各原料分别粉碎至：无铅无镉低温溶剂、天然电气石、麦饭石粒径≤10μm；纳米锐钛矿型TiO₂市售品10—100nm；高温人工合成远红外材料、载银方沸石≤50μm；

（2）配料

锐钛矿型纳米TiO₂引入去离子水中经超声波分散之后，缓慢倒入搅拌器中，然后加入已溶解部分成孔兼常温粘接剂水溶液，搅匀后又加入适量无水乙醇，继续搅匀后，又分批加入细粉、较细粉；在充分搅拌的过程中，无水乙醇也不断挥发直至料浆流动性减弱，含水率适到好处时各组分均匀分散，尤其是纳米级TiO₂均匀定位于各颗粒之间可较好解决纳米粉体易于团聚的难题，以上泥料烘干后备用；

（3）造球

将上述“泥料”用80—150目筛筛分，取通过筛目颗粒级配的物料，投料于混合搅拌造粒机中，加入适量的成孔兼常温粘接剂水溶液，旋转造球；加入麦饭石粉体，边旋转边搅拌，使球体表面均匀粘附一层麦饭石粉体薄薄包裹“干坯球体”，再于50℃和100℃分别各烘2—3h；

（4）烧结

干坯球体置于窑炉，700℃—800℃烧成，高温保温20—30min，降温冷却至室温，得到“稀土激活复合抗菌多孔陶瓷球”；

（5）自磨水洗

“烧结多孔陶瓷球”置于自磨机内，加入可浸没量的自来水进行自磨，除去球粒表面未烧结的麦饭石粉；自磨后的“多孔陶瓷球”，水洗至其呈中性，烘干后得到本发明多孔陶瓷球成品。