CN102180676B - 一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，先将陶瓷粉吸附一定量的铜、锌和银金属离子，再将其与粘结剂通过搅拌混合均匀，然后采用成球机进行成球，陶瓷球经过烘干、微波烧结，烧结过程中通入还原性气体还原金属离子，获得载有纳米铜锌银的陶瓷球。本发明的陶瓷球，孔隙率30~50%，粒径0.2~20mm可调，通过标准加标测试，余氯去除率高达99%，重金属离子Pb2+，Hg2+，Cd2+，Cr6+，As5+除去率高达99%，除菌抗菌率高达99.99%，具有净化速度快，净化效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法。
背景技术
随着社会的发展和生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，清洁安全的饮用水是人们的生活质量的保证。获得干净安全的饮用水已成为世界范围内的热门议题。水是各类病菌传播的主要载体，人类所患疾病的80%与水污染有关。目前，水的污染日趋严重，江河湖泊等地表水及部分地区的地下水都存在不同程度的污染，水质性的缺水问题已引起人们的广泛关注。
饮用水中的主要污染物有可溶性的重金属离子、砷离子、微量有机污染物、消毒副产物、硝酸盐、亚硝酸盐及病原菌、病毒和病原微生物等，目前被广泛采用的净水材料主要有活性炭、分子筛、KDF和纳米滤膜等。
活性炭是一种多孔径的炭化物，有极丰富的孔隙构造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用由物理及化学的吸附力而成的，其外观色泽呈黑色。活性炭的主要功能是去除部分余氯及吸附异味，能净化水质，令水质口感清甜。活性炭的主要成份除了炭以外，还包含了少量的氢、氮、氧，其结构外形似以一个六边形，由于不规则的六边形结构，确定了其多体积及高表面积的特点，每克的活性炭所具有的有比表面相当于1000个平方米之多。
凯得菲（KDF）是高纯度的铜/锌合金颗粒，它通过微电化学氧化-还原反应进行水处理工作，在与水接触时，合金中的两种金属在亚微观尺度上构成无数小的原电池系统，这种材料在水中具有强大的反应能力和极快的反应速度，可以清除水中高达99%的氯和水中溶解的铅、汞、镍、铬等金属离子和化合物，对抑制细菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。
但是，KDF介质是由两种金属构成的合金，若是在其中增加别的元素或物质，使得合金的氧化还原反应呈多元化，那么势必强化氧化还原反应过程，从而具有更强氧化还原与水净化效果。因为在铜锌合金中只有一个电位，即 Zn - Cu :1. 10 V。而当过滤材料中存在三种金属元素(或无机元素)时，例如Cu - Zn - Si , 那么它们就具有三种不 同 的 电 位，Cu - Si : 1. 20 V，Zn - Cu :1. 10 V，Zn - Si :1. 16 V。依次类推，如果合金中存在四种元素 ,例如 Mg - Si - Zn - Cu，就具有 6 对电偶和6种氧化还原电位。
陶瓷球因其良好的耐高温、耐腐蚀、生物惰性、易清洗、寿命长等特点已广泛应用于机械、电子、化学、医药卫生、生物、食品、环保等领域，用于流体的分离、澄清、除菌、净化等。
专利号为200310111209.7的发明专利“一种环保陶瓷滤球的制备方法”公开了一种用氧化铝赤泥、粉煤灰、煤矸石、黏土、成孔剂和粘结剂通过球磨粉碎、混合配料，然后成球、烘干烧结的方式获得陶瓷滤球。该发明尽管强调的其特点是高强度、高气孔率，但其不足之处在不能有效的去除水中重金属离子，而且孔径大，过滤精度低。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其三种金属元素具有三种不同的电位，能产生更强氧化还原效果；所制备的载有纳米铜锌银陶瓷球在净水过程中具有净化速度快、净化效果好的优点。
本发明是这样实现的，所述一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）选择铜化合物、锌化合物、银化合物组合为金属离子源，并将金属离子源配置为水溶液后，将陶瓷粉加入溶液中，控制温度为25℃~100℃，通过搅拌2~4小时，使得金属离子源中的金属离子交换或者吸附在陶瓷粉上，形成结合体；陶瓷粉与金属离子源的重量比为50~5：1；
（2）将上述负载金属离子的陶瓷粉滤除残余溶液后，按照100重量份数陶瓷粉和0.2~2重量分数的粘结剂混合后，搅拌1~2小时混合均匀；
（3）成球：将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量3~10%，然后采用成球机成球，当球长到合适大小，取出过筛；
（4）干燥：在80~150℃温度下烘干2~4小时；
（5）将获得的陶瓷球，在还原气氛下，微波烧结，按照5~10℃/min的速度升温，烧结温度为1100℃~1600℃，保温2~4小时后冷却。
本发明所述的铜化合物为硫酸铜、氯化铜、乙酸铜中的一种或者一种以上的混合物；所述的锌化合物为硫酸锌、氯化锌、乙酸锌中的一种或者一种以上的混合物；所述的银化合物为硝酸银；金属离子源中各组分之间的重量比为：
银源 1~10；铜源 200~800；锌源 200~800。
本发明所述的粘结剂为聚乙烯醇、硅溶胶、羧甲基纤维钠中的一种或者二种以上的组合。
本发明所述的陶瓷粉为：天然沸石、硅藻土、麦饭石中的一种或者一种以上的混合物，粒径为100~200目。
本发明所述的还原气氛的气体为氢气或一氧化碳。
本发明所述陶瓷球的孔隙率30~50%，粒径0.2~20mm可调。
本发明的有益效果是，能高效、快速去除水中微量有机污染物、消毒副产物；并能去除水中的硝酸盐、余氯和有害重金属离子如铅离子、汞离子、六价铬、砷离子等；具有杀菌和抑菌功能，净水过程中不存在细菌滋生问题；能有效降低水中氟离子的浓度；净水速度快，净化效果好，过滤流量大的特点；将净水材料的制备和成球结合起来，一次干燥，在微波烧结过程中还原制备新型陶瓷球，具有工序简单，生产周期短，节能等优势，可以代替目前大量使用的KDF净化材料。
具体实施方式
本发明所述一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，由以下实施例进一步说明。
实施例1：以硝酸银、乙酸铜、乙酸锌作为金属离子源，将0.01g硝酸银溶于室温10mL去离子水中，将20g乙酸铜、20g乙酸锌溶于70℃500mL去离子水中，待完全溶解后，将直径为100目的100g硅藻土粉加入乙酸铜、乙酸锌溶液中，再加入硝酸银溶液，保持溶液温度70℃，搅拌4小时后，过滤去除残余溶液，将上述获得的负载金属离子的硅藻土和0.5g羧甲基纤维钠混合后，搅拌1小时混合均匀；将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量3%，然后采用成球机成球，当球长到粒径为0.2mm，取出过筛；干燥：在80℃温度下烘干2小时后，将获得的陶瓷球，在还原氢气气氛下，微波烧结，按照10℃/min的速度升温，烧结温度为1600℃，保温2小时后冷却。获得载有纳米铜锌银的陶瓷球，通过标准加标测试，余氯去除率高达99%，重金属离子Pb2+， Hg2+，Cd2+，Cr6+，As5+除去率高达99%，除菌抗菌率高达99.99%，具有净化速度快，净化效果好等优点。
实施例2：以硝酸银、硫酸铜、硫酸锌作为金属离子源，将0.1g硝酸银溶于室温20mL去离子水中，将10g硫酸铜、10g硫酸锌溶于室温200mL去离子水中，待完全溶解后，将直径为200目的500g天然沸石粉加入硫酸铜、硫酸锌溶液中，再加入硝酸银溶液，搅拌2小时后，过滤去除残余溶液，将上述获得的负载金属离子的天然沸石粉和1g硅溶胶混合后，搅拌1小时混合均匀；将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量10%，然后采用成球机成球，当球长到粒径为20mm，取出过筛、干燥，在150℃温度下烘干4小后。将获得的陶瓷球，在还原一氧化碳气氛下，微波烧结，按照5℃/min的速度升温，烧结温度为1400℃，保温4小时后冷却。获得载有纳米铜锌银的陶瓷球，通过标准加标测试，余氯去除率高达99%，重金属离子Pb2+， Hg2+，Cd2+，Cr6+，As5+除去率高达99%，除菌抗菌率高达99.99%，具有净化速度快，净化效果好等优点。
实施例3：以硝酸银、氯化铜、氯化锌作为金属离子源，将0.3g硝酸银溶于室温20mL去离子水中，将50g氯化铜、50g氯化锌溶于室温500mL去离子水中，待完全溶解后，将直径为150目的1000g麦饭石粉加入氯化铜、氯化锌溶液中，再加入硝酸银溶液，搅拌3小时后，过滤去除残余溶液，将上述获得的负载金属离子的麦饭石粉和2g聚乙烯醇混合后，搅拌1小时混合均匀；将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量5%，然后采用成球机成球，当球长到粒径为5mm，取出过筛；干燥：在100℃温度下烘干3小后。将获得的陶瓷球，在还原氢气气氛下，微波烧结，按照8℃/min的速度升温，烧结温度为1100℃，保温3小时后冷却。获得载有纳米铜锌银的陶瓷球，通过标准加标测试，余氯去除率高达99%，重金属离子Pb2+， Hg2+，Cd2+，Cr6+，As5+除去率高达99%，除菌抗菌率高达99.99%，具有净化速度快，净化效果好等优点。
实施例4：以硝酸银、乙酸铜、乙酸锌作为金属离子源，将0.1g硝酸银溶于室温10mL去离子水中，将50g乙酸铜、50g乙酸锌溶于70℃100mL去离子水中，待完全溶解后，分别将直径为180目的500g硅藻土粉和180目的500g麦饭石粉加入乙酸铜、乙酸锌溶液中，再加入硝酸银溶液，保持溶液温度70℃，搅拌3小时后，过滤去除残余溶液，将上述获得的负载金属离子的硅藻土粉、0.5g羧甲基纤维钠和0.5g聚乙烯醇混合后，搅拌2小时混合均匀；将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量6%，然后采用成球机成球，当球长到粒径为15mm，取出过筛；干燥：在150℃温度下烘干3.5小后。将获得的陶瓷球，在还原一氧化碳气氛下，微波烧结，按照10℃/min的速度升温，烧结温度为1300℃，保温3小时后冷却。获得载有纳米铜锌银的陶瓷球，通过标准加标测试，余氯去除率高达99%，重金属离子Pb2+， Hg2+，Cd2+，Cr6+，As5+除去率高达99%，除菌抗菌率高达99.99%，具有净化速度快，净化效果好等优点。
本发明的陶瓷球，孔隙率30~50%，粒径0.2~20mm可调。
Claims (4)
1.一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）选择铜化合物、锌化合物、银化合物组合为金属离子源，并将金属离子源配置为水溶液后，将陶瓷粉加入溶液中，控制温度为25℃~100℃，通过搅拌2~4小时，使得金属离子源中的金属离子交换或者吸附在陶瓷粉上，形成结合体；陶瓷粉与金属离子源的重量比为50~5：1；金属离子源中各组分之间的重量比为：银源 1~10：铜源 200~800：锌源 200~800；所述的陶瓷粉为天然沸石、硅藻土、麦饭石中的大于一种的混合物，粒径为100~200目；
（2）将上述负载金属离子的陶瓷粉滤除残余溶液后，按照100重量份数陶瓷粉和0.2~2重量份数的粘结剂混合后，搅拌1~2小时混合均匀；
（3）成球：将上述获得原料逐渐喷入成球机的坯料中，同时喷水，达到水份含量3~10%，然后采用成球机成球，当球长到合适大小，取出过筛；
（4）干燥：在80~150℃温度下烘干2~4小时；
（5）将获得的陶瓷球，在还原气氛下，微波烧结，按照5~10℃/min的速度升温，烧结温度为1100℃~1600℃，保温2~4小时后冷却。
2.根据权利要求1所述一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述的铜化合物为硫酸铜、氯化铜、乙酸铜中的大于一种的混合物；所述的锌化合物为硫酸锌、氯化锌、乙酸锌中的大于一种的混合物；所述的银化合物为硝酸银。
3.根据权利要求1所述一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂为聚乙烯醇、硅溶胶、羧甲基纤维钠中的一种或者二种以上的组合。
4.根据权利要求1所述一种载有纳米铜锌银陶瓷球的制备方法，其特征在于：所述的还原气氛的气体为氢气或一氧化碳。
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