CN102511500B

CN102511500B - 一种抑菌剂及其制备方法和净水装置

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Publication number: CN102511500B
Application number: CN201110374239.1A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪; 栾云堂
Original assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Current assignee: QIDI Electric Group Co Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN102511500A

Abstract

本发明公开了一种抑菌剂及其制备方法，该抑菌剂包括重量比为(10～20)∶1的载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛，载铝铁麦饭石和所述载铝铁二氧化钛的粒径分别为40目～80目和20～200nm。该抑菌剂中，载附于麦饭石和二氧化钛上的铝起到抑菌的效果，铁则起到辅助增效的作用。同时，载铝铁二氧化钛对有机物具有优异的吸附作用，降低水体中为细菌供给能量的有机物的含量，二氧化钛吸附有机物后有利于细菌向抑菌剂聚集，提高了抑菌剂的抑菌效果，并且，二氧化钛本身具有抑菌的作用。铝和铁的耐水冲洗性高，不易溶出，从而该抑菌剂不易产生二次污染。与银系抑菌剂相比，本发明提供的抑菌剂降低了成本并提高了抑菌效果。

Description

一种抑菌剂及其制备方法和净水装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，涉及一种抑菌剂及其制备方法和净水装置。

背景技术

近年来，随着工业的迅速发展，越来越多的工业废水排放到江河湖泊中，我国的水资源受到破坏，地下水水质变差，水中产生很多对人体有害的物质。水污染问题对饮用水安全构成严重威胁，从而对水污染的治理问题，尤其是对污水的处理问题已越来越受到人们的关注。

我国许多城镇的饮用水源属微污染水，经过自来水厂的常规处理后的水体中仍旧会存有部分可生物降解的有机物，这就为供水管道内的细菌的繁殖提供了生长繁殖的营养物质，使得水体内未被消毒杀灭的细菌或者其它途径进入管道内的细菌生长繁殖，并且经过长时间的积累后，供水管内壁上会粘附生长生物膜，生长生物膜的老化脱落会增加饮用水的浊度、色度和气味。

此外，净水装置由于普遍使用活性炭进行深度脱色脱味环节，从而大量滋生细菌，也会造成二次水污染，因此，净水装置普遍存在细菌卫生超标的现象，目前广泛使用的净水装置包括饮水机、管线机、软水器、净水器、纳滤器、RO机、活水机和电解水机等。美国和德国等国家在其净水装置的使用须知中提醒市民，在净水装置隔天使用时，使用前需要先放水5分钟；三天未使用时，使用前需要先放水10～15分钟，目的在于用流水冲刷掉滋生的细菌。

目前，现有技术对水体中细菌的处理方式主要是采用深度废水处理技术，如臭氧氧化法、紫外消毒法和RO逆渗透法等。上述深度废水处理法虽可以降低水体的细菌数量，但是上述方法使用的设备价格昂贵，操作也较为繁琐，成本较高。另外，现有技术也有采用银系的抑菌剂，如载银活性炭、载银活性炭纤维、载银无纺布、载银陶瓷球等，但是银的价格较为昂贵。并且，银系的抑菌剂不耐水的冲刷，银溶出率较高，易引起银的二次污染，从而造成水体重金属超标。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种抑菌剂及其制备方法和净水装置，该抑菌剂的抑菌率较高，无二次污染，降低了成本。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种抑菌剂的制备方法，包括以下步骤：

向第一铝盐溶液中加入粒径为40目～80目的麦饭石，得到载铝麦饭石；

将所述载铝麦饭石置于第一铁盐溶液中，得到载铝铁麦饭石；

向第二铝盐溶液中加入粒径为5～200nm的二氧化钛，得到载铝二氧化钛；

将所述载铝二氧化钛置于第二铁盐溶液中，得到载铝铁二氧化钛；

将所述载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛以(10～20)∶1的重量比混合，得到抑菌剂。

优选的，所述麦饭石包括质量比为1∶(5～10)的第一麦饭石和第二麦饭石，所述第一麦饭石的粒径为40目～60目，第二麦饭石的粒径为60目～80目。

优选的，所述第一铝盐溶液和第二铝盐溶液各自独立为硫酸铝溶液或硝酸铝溶液。

优选的，所述第一铝盐溶液和第二铝盐溶液的铝盐浓度各自独立为0.3mol/L～0.8mol/L。

优选的，所述第一铁盐溶液和第二铁盐溶液自独立为硫酸铁溶液或硝酸铁溶液。

优选的，所述第一铁盐溶液和第二铁盐溶液的铁盐浓度各自独立为0.3mol/L～0.8mol/L。

优选的，所述二氧化钛的粒径为10～100nm。

优选的，所述载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛的重量比为(15～20)∶1。

本发明还提供一种抑菌剂，包括重量比为(10～20)∶1的载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛，载铝铁麦饭石和所述载铝铁二氧化钛的粒径分别为40目～80目和20～200nm。

相应的，本发明还提供一种净水装置，包括上述制备方法制备的抑菌剂。

本发明提供一种抑菌剂及其制备方法，该抑菌剂包括重量比为(10～20)∶1的载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛，载铝铁麦饭石和所述载铝铁二氧化钛的粒径分别为40目～80目和20～200nm。该抑菌剂中，载附于麦饭石和二氧化钛上的铝起到抑菌的效果，铁则起到辅助增效的作用。铝和铁之间存在电动势差，使抑菌效果更佳。同时，载铝铁二氧化钛对有机物具有优异的吸附作用，降低水体中为细菌供给能量的有机物的含量，二氧化钛吸附有机物后有利于细菌向抑菌剂聚集，提高了抑菌剂的抑菌效果，并且，二氧化钛本身具有抑菌的作用。进一步的，载铝铁二氧化钛的粒径较小，能够填充于载铝铁麦饭石的颗粒间，提高材料的堆积密度，增大水体与抑菌剂的接触面积，从而提升了抑菌效果。

所述抑菌剂中，铝和铁的耐水冲洗性高，不易溶出，从而该抑菌剂不易产生二次污染。与现有技术的银系抑菌剂相比，本发明提供的抑菌剂降低了成本并提高了抑菌效果，实验结果表明，抑菌率大于99％。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种抑菌剂的制备方法，包括以下步骤：

本发明以载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛为原料制备抑菌剂，从而提高抑菌效果。其中，麦饭石是一种天然的药物矿石，其主要成分是无机的硅铝酸盐，包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO、CaO、K₂O、Na₂O、TiO₂、P₂O₅、MnO等。麦饭石作为一种传统的保健药品，常用于治疗皮肤疾病和改善水质。此外，麦饭石还可以释放远红外线，在中国专利CN1091808C、CN1846655A中均有记载。

更重要的是，由于麦饭石主要成分为无机的硅铝酸盐，该硅铝酸盐对细菌具有吸附作用，因此，该麦饭石一方面对细菌具有吸附作用，可以吸附水体中的细菌；另一方面，为铝和铁提供了载附空间。在制备的载铝铁麦饭石中，其中的铝具有抑菌、灭菌的作用，当细菌和铝离子接触时，细菌的结构被破坏，铝离子会穿透细胞壁进入细胞内，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡；铝还能破坏细菌的电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统，铁则起到辅助增效的作用。此外，铝和铁之间存在的电动势差进一步增强了抑菌效果。

本发明采用麦饭石优选包括质量比1∶(5～10)的第一麦饭石和第二麦饭石，所述麦饭石的粒径为40目～60目，第二麦饭石的粒径为60目～80目。更优选的，所述第一麦饭石和第二麦饭石的质量比1∶(6～9)，最优选为1∶(7～8)。其中，粒径较大的麦饭石堆积后会形成较大的空隙，为此本发明使用粒径较小的第二麦饭石则填充于粒径较大的第一麦饭石空隙之间，提高材料的堆积密度，增大水体与抑菌剂的接触面积，由此进一步提升抑菌效果。

在制备载铝铁麦饭石过程中，通过将麦饭石依次置于第一铝盐溶液和第一铁盐溶液中，形成载铝铁麦饭石。铝盐浓度过低抑菌作用不明显，铝盐浓度过高则会给后续的洗涤工序带来难度，因此，所述第一铝盐溶液优选为硫酸铝溶液或硝酸铝溶液，所述第一铝盐溶液的铝盐浓度优选为0.3mol/L～0.8mol/L，更优选为0.5mol/L～0.7mol/L。为了保证铝离子能充分载附于麦饭石中，麦饭石在铝盐溶液中的时间均优选不低于60h，更优选为60h～90h，离子交换完成后，可采用去离子水将载铝麦饭石洗至洗涤液无铝离子后烘干。

本发明采用的第一铁盐溶液优选为硫酸铁溶液或硝酸铁溶液。铁盐浓度过低则难以起到抑菌增效的作用，铁盐浓度过高则会给后续的洗涤工序带来难度。因此，所述第一铁盐溶液的铁盐浓度优选为0.3mol/L～0.8mol/L，更优选为0.5mol/L～0.7mol/L。

此外，本发明还以载铝铁二氧化钛为原料制备抑菌剂，该载铝铁二氧化钛通过将粒径为5～200nm的二氧化钛依次置于第二铝盐溶液和第二铁盐溶液中制备得到。以该粒径为5～200nm的二氧化钛为原料制备抑菌剂，所述二氧化钛可以为锐钛矿或金红石形式存在，具有无毒和性能稳定的特点，并且抗菌能力强、抗菌范围广，无臭味，热稳定性好，高温下不变色。本发明中，所述二氧化钛一方面其本身具有抑菌的作用，提高了制备的抑菌剂的抑菌效果；另一方面该二氧化钛对水中的有机物等具有吸附作用，有利于细菌向二氧化钛聚集，提升抑菌作用；最后本发明采用的粒径较小的二氧化钛可以填充于麦饭石颗粒的空隙中，由此进一步提高抑菌剂的堆积密度，增大水体与抑菌剂的接触面积，提升抑菌效果。由于粒径较大的二氧化钛难以填充至麦饭石中间，且对水中有机物的吸附作用不明显，因此，本发明采用的二氧化钛粒径优选为10～100nm，更优选为20～80nm。

在制备载铝铁二氧化钛过程中，通过将二氧化钛依次置于第二铝盐溶液和第二铁盐溶液中，形成载铝铁二氧化钛。由于铝盐浓度过低抑菌作用不明显，铝盐浓度过高则会给后续的洗涤工序带来难度，因此，所述第二铝盐溶液优选为硫酸铝溶液或硝酸铝溶液，所述第二铝盐溶液的铝盐浓度优选为0.3mol/L～0.8mol/L，更优选为0.5mol/L～0.7mol/L。为了保证铝离子能充分载附于二氧化钛中，二氧化钛在铝盐溶液中的时间均优选不低于60h，更优选为60h～90h，离子交换完成后，可采用去离子水将载铝二氧化钛洗至洗涤液无铝离子后烘干。

同时，由于铁盐浓度过低则难以起到抑菌增效的作用，铁盐浓度过高则会给后续的洗涤工序带来难度，因此，本发明采用的第二铁盐溶液优选为硫酸铁溶液或硝酸铁溶液，所述第二铁盐溶液的铁盐浓度优选为0.3mol/L～0.8mol/L，更优选为0.5mol/L～0.7mol/L。

按照上述制得载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛后，将所述载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛以(10～20)∶1的重量比混合，得到抑菌剂。其中，载附于麦饭石和二氧化钛上的铝起到抑菌的效果，铁起到辅助增效的作用。铝和铁之间存在的电动势差使抑菌效果更佳。载铝铁二氧化钛具有抑菌作用，并且对有机物具有优异的吸附作用，降低水体中为细菌供给能量的有机物的含量，有利于细菌向抑菌剂聚集，提升抑菌作用。此外，载铝铁二氧化钛粒径较小，能够填充于载铝铁麦饭石颗粒间，提高材料的堆积密度，增大水体与抑菌剂的接触面积，由此进一步提升抑菌效果。

按照上述方法制备的抑菌剂使用简单，只需将待处理的水体与其接触即可，上述抑菌剂可置于滤筒内，亦可置于微滤膜或UF膜之前。由于铝和铁的耐水冲洗性高，不易溶出，因此该抑菌剂不易产生二次污染。此外，与现有技术的银系抑菌剂相比，本发明制备的抑菌剂降低了成本并提高了抑菌效果，实验结果表明，抑菌率大于99％。

本发明还提供一种抑菌剂，包括重量比为(10～20)∶1的载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛，载铝铁麦饭石和所述载铝铁二氧化钛的粒径分别为40目～80目和20～200nm。上述载铝铁麦饭石优选包括质量比1∶(5～10)的第一麦饭石和第二麦饭石，所述麦饭石的粒径为40目～60目，第二麦饭石的粒径为60目～80目。由此提高该抑菌剂的堆积密度，提高水体与抑菌剂的接触面积，提升抑菌效果。

本发明提供的抑菌剂中，载附于麦饭石和二氧化钛上的铝起到抑菌的效果，铁则起到辅助增效的作用。铝和铁之间存在电动势差，使抑菌效果更佳。同时，载铝铁二氧化钛对有机物具有优异的吸附作用，降低水体中为细菌供给能量的有机物的含量，二氧化钛吸附有机物后有利于细菌向抑菌剂聚集，提高了抑菌剂的抑菌效果，并且，二氧化钛本身具有抑菌的作用。进一步的，载铝铁二氧化钛的粒径较小，能够填充于载铝铁麦饭石的颗粒间，提高材料的堆积密度，增大水体与抑菌剂的接触面积，从而提升了抑菌效果。

此外，上述抑菌剂使用简单，只需将待处理的水体与其接触即可，可将其置于滤筒内，亦可置于微滤膜或UF膜之前。由于铝和铁的耐水冲洗性高，不易溶出，因此该抑菌剂不易产生二次污染。与现有技术的银系抑菌剂相比，本发明提供的抑菌剂降低了成本并提高了抑菌效果，适用于工业化生产。

本发明还提供一种包括上述抑菌剂的净水装置。该净水装置对水体中的细菌具有较为优异的抑菌效果，抑菌率大于99％。所述净水装置包括但不限于饮水机、管线机、软水器、净水器、纳滤器、RO机、活水机和电解水机等。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的抑菌剂及其制备方法进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

本发明实施例采用的化学试剂均为市购。

实施例1

1、制备载铝铁麦饭石：

取重量比为1∶5的粒径为40目～60目的第一麦饭石和粒径为60目～80目的第二麦饭石，将上述麦饭石置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石；

将载铝麦饭石置于浓度为0.5mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁麦饭石。

2、制备载铝铁二氧化钛：

将粒径为200nm的二氧化钛置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝二氧化钛；

将载铝二氧化钛置于浓度为0.5mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁二氧化钛。

3、取重量比为10∶1的步骤1制备的载铝铁麦饭石和步骤2制备的载铝铁二氧化钛混合均匀，得到抑菌剂。

实施例2

1、制备载铝铁麦饭石：

取重量比为1∶10的粒径为40目～60目的第一麦饭石和粒径为60目～80目的第二麦饭石，将上述麦饭石置于浓度为0.3mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石；

将载铝麦饭石置于浓度为0.3mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁麦饭石。

2、制备载铝铁二氧化钛：

将粒径为100nm的二氧化钛置于浓度为0.3mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝二氧化钛；

将载铝二氧化钛置于浓度为0.3mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁二氧化钛。

3、取重量比为15∶1的步骤1制备的载铝铁麦饭石和步骤2制备的载铝铁二氧化钛混合均匀，得到抑菌剂。

实施例3

1、制备载铝铁麦饭石：

取重量比为1∶8的粒径为40目～60目的第一麦饭石和粒径为60目～80目的第二麦饭石，将上述麦饭石置于浓度为0.8mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石；

将载铝麦饭石置于浓度为0.8mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁麦饭石。

2、制备载铝铁二氧化钛：

将粒径为50nm的二氧化钛置于浓度为0.8mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝二氧化钛；

将载铝二氧化钛置于浓度为0.8mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁二氧化钛。

实施例4

1、制备载铝铁麦饭石：

取粒径为40目～60目的麦饭石置于浓度为0.8mol/L的硝酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石；

将载铝麦饭石置于浓度为0.8mol/L的硝酸铁溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁麦饭石。

2、制备载铝铁二氧化钛：

将粒径为20nm的二氧化钛置于浓度为0.8mol/L的硝酸铝溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝二氧化钛；

将载铝二氧化钛置于浓度为0.8mol/L的硝酸铁溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铝铁二氧化钛。

实施例5

1、制备载铝铁麦饭石：

取重量比为1∶10的粒径为40目～60目的第一麦饭石和粒径为60目～80目的第二麦饭石，将所述麦饭石置于浓度为0.8mol/L的硝酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石；

2、制备载铝铁二氧化钛：

将粒径为10nm的二氧化钛置于浓度为0.8mol/L的硝酸铝溶液中处理3天后离心分离，将二氧化钛用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝二氧化钛；

3、取重量比为20∶1的步骤1制备的载铝铁麦饭石和步骤2制备的载铝铁二氧化钛混合均匀，得到抑菌剂。

比较例1

将粒径为60目～100目的麦饭石置于浓度为0.5mol/L的硫酸铁溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铁离子后烘干，得到载铁麦饭石。

比较例2

将粒径为60目～100目的麦饭石置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石。

比较例3

1、将粒径为60目～100目的麦饭石置于浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液中处理3天后离心分离，将麦饭石用去离子水洗涤至洗涤液中无铝离子后烘干，得到载铝麦饭石。

2、取重量比为10∶1的步骤1制备的载铝麦饭石和粒径为50nm的二氧化钛，混合均匀。

测试实施例1～5制备的抑菌剂的金属溶出率，测试结果列于表1。

表1抑菌剂的金属溶出率测试结果

由表1可知，采用本发明提供的抑菌剂金属溶出率低，不易产生二次污染。

对实施例1～5和比较例1～3制备的抑菌剂进行抗菌性能测试：

以大肠杆菌为抗菌性能测试菌种，选用LB雄雉为菌种的培养基，在37℃下培养12小时，将培养物用蒸馏水通过离心分离和洗涤，制成10^-3mL量级的均液待用，称取2.5mg的抑菌剂，加入100mL大肠杆菌的均液，在37℃下摇动，使其充分反应，2小时后量取0.1mL上述反应液通过活菌计数法测定抑菌剂的抑菌率，测试结果列于表2。

表2抑菌剂的抑菌率测试结果

由表2可知，本发明提供的抑菌剂具有较高的抑菌率，抑菌率超过99％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种抑菌剂的制备方法，包括以下步骤：

向第一铝盐溶液中加入麦饭石，得到载铝麦饭石；

向第二铝盐溶液中加入二氧化钛，得到载铝二氧化钛；

将所述载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛以（10～20）：1的重量比混合，得到抑菌剂；

所述第一铝盐溶液和第二铝盐溶液的铝盐浓度各自独立为0.3mol/L～0.8mol/L；

所述第一铁盐溶液和第二铁盐溶液的铁盐浓度各自独立为0.3mol/L～0.8mol/L；

所述麦饭石包括质量比为1：（5～10）的第一麦饭石和第二麦饭石，所述第一麦饭石的粒径为40目～60目，第二麦饭石的粒径为60目～80目；

所述第一铝盐溶液和第二铝盐溶液各自独立为硫酸铝溶液或硝酸铝溶液；

所述第一铁盐溶液和第二铁盐溶液自独立为硫酸铁溶液或硝酸铁溶液；

所述二氧化钛的粒径为10～100nm；

所述载铝铁麦饭石和载铝铁二氧化钛的重量比为（15～20）∶1。

2.一种抑菌剂，其特征在于，包括重量比为（10～20）∶1的由权利要求1所述的制备方法制备得到的载铝铁麦饭石和由权利要求1所述的制备方法制备得到的载铝铁二氧化钛，载铝铁麦饭石和所述载铝铁二氧化钛的粒径分别为40目～80目和20～200nm。

3.一种净水装置，其特征在于，包括权利要求1所述的制备方法制备的抑菌剂。