CN102756511B - 便携式户外直饮净水膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式户外直饮净水膜及其制备方法。本发明通过在柔性片状透水材料上均匀地分散纳米含银钼酸盐，制备得到净水膜，利用纳米含银钼酸盐的抗菌性对透过净水膜的水进行杀菌和净化，从而实现了一种简单便携的净水方法，不需要购买完整的净水设备，即可实现户外净水直饮的效果。

Description

便携式户外直饮净水膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料在抗菌方面的生物应用，具体涉及一种新型便携式户外直饮净水膜及其制备方法，属于新兴的纳米技术在净水领域的应用。

背景技术

水处理是指通过物理和化学的方法，按照特定的要求来去除水中某些物质的过程。水与社会生产生活息息相关，然而生产和生活中所需要的水往往不能直接从自然界中获取。自然水中往往有可导致人类患病的细菌和藻类生物等，因此水处理对人类社会至关重要，且涉及应用领域广泛。现如今，野外徒步旅游的人越来越多，在远离人工净水的环境中，如何方便快捷地得到可饮用的水显得非常重要。

目前常用的净水装置多为大型的净水器，如RO反渗透净水机和超滤膜净水机等，质量大，体积大，不方便携带，多适用于室内使用，而方便携带、净水能力强的室外净水设备领域仍存在大量空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单便携的净水膜，不需要购买完整的净水设备，用普通杯子以及所述净水膜即可实现户外净水直饮的效果。

本发明所提供的便携式户外直饮净水膜，包括一柔性片状透水材料，所述柔性片状透水材料上均匀附着有纳米含银钼酸盐。

所述柔性片状透水材料具有孔径大于水分子但小于纳米材料的微孔，可以选自下述材料中的一种：医用无纺纱布、棉布和滤纸等。

所述纳米含银钼酸盐具有抗菌性，优选为纳米含银三钼酸盐。纳米含银钼酸盐的结构优选为纳米线，如含银三钼酸盐纳米线。

所述含银三钼酸盐纳米线的化学式为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀，其中x＝0.58。所述含银三钼酸盐纳米线不溶于水且无法穿透滤纸，并且该纳米线中的银离子和三钼酸根离子都具有抗菌性。

所述含银三钼酸盐纳米线可以通过四水合三钼酸铵和银盐在水中反应制备得到。具体的制备方法可参见中国发明专利公开说明书CN102303907A。将四水合三钼酸铵和水溶性银盐(优选为硝酸银)按质量比1∶10～3∶1加入水中，于30-90℃反应生长出不溶于水的含银三钼酸盐纳米线，然后离心或抽滤，得到含银三钼酸盐纳米线抗菌材料。

除了附着有纳米含银钼酸盐的柔性片状透水材料外，本发明的净水膜还包括两层水过滤材料，所述附着有纳米含银钼酸盐的柔性片状透水材料封装于该两层水过滤材料之间。该水过滤材料上的微孔孔径小于水分子但大于纳米含银钼酸盐材料的尺寸。可以选择与所述柔性片状透水材料相同的材料，如滤纸和无纺纱布。

本发明还提供了所述便携式户外直饮净水膜的制备方法，通过在柔性片状透水材料上均匀地分散纳米含银钼酸盐而制得所述净水膜。

在柔性片状材料上均匀分散纳米含银钼酸盐的方法可以是将柔性片状透水材料浸在纳米含银钼酸盐的悬浊液中，然后取出干燥；也可以是将纳米含银钼酸盐的悬浊液滴加到柔性片状透水材料上，然后干燥。

本发明还可以通过把柔性片状透水材料放置在生成纳米含银钼酸盐的反应液中，然后取出该柔性片状透水材料，干燥，制备所述净水膜。

将附着纳米含银钼酸盐的柔性片状材料置于两层水过滤材料(如滤纸)中间，然后进行封装。使用此净水膜时，未经过滤的水首先先经过柔性片状透水材料上面的水过滤材料，过滤掉水中体积较大的杂质；经过上层过滤的水随即穿过附着纳米含银钼酸盐的柔性片状透水材料，在此过程中纳米含银钼酸盐中的银离子和三钼酸根离子对水进行杀菌和净化；完成净化的水通过柔性片状透水材料下面的水过滤材料，该下层水过滤材料防止纳米含银钼酸盐和柔性片状透水材料中的纤维进入饮用水中。

本发明的净水膜可以叠加起来使用，并且有效材料层(即携带纳米含银钼酸盐的柔性片状透水材料层)数越多，净水能力越好。

净水能力说明：

对于所用有效材料为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀纳米线(x＝0.58)的净水膜，通过中科院理化所抗菌材料检测中心的抗菌验证，在最小抑菌浓度实验得到的测试数据为：(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀纳米线的最小抑菌浓度为100ppm(ppm表示百万分之一)左右(57.5ppm～117ppm)。抗菌检测中心同样做了抑菌圈的实验，(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀纳米线(1％的浓度)对大肠杆菌的抑菌圈直径为3毫米，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为2毫米。

现有文献(请参见“一种新型抗菌剂-钼酸银”，张文钲，《化工新型材料》，第32卷23期29-31)报道过钼酸银作无机抗菌剂有些优点，不必制备复杂的载体，含银量很高。此外钼化合物也具有抗菌功能，无毒或低毒。同时在溶液中Mo⁺⁶离子也保有一定的氧化性，所以Mo⁺⁶离子在抗菌功能中也会起到辅助Ag⁺离子抗菌，对抗菌能力有加强的作用。

本发明净水膜所用药品的化学式为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀，其抗菌机理与钼酸银类似，特别由于该样品的纳米级别的尺寸，作用远远优于普通尺寸抗菌剂的作用。纳米含银抗菌剂的抗菌效率是微米抗菌剂的1000倍，抗菌能力大大增强，同时还可以实现相同的抗菌性能所需抗菌剂少，进而也能达到节约净水膜成本的目的。

本发明的净水膜制备方法简单，有利于工业化大规模生产。此外，本净水膜应用前景广泛，因为其体积小，质量小，方便随身携带的特点，其可以适用于野外旅游和应急抢险等。目前由于缺少优秀的方便携带的净水产品，旅游爱好者在野外常直接饮用泉水，救援以及被救援人员在应急抢险时也经常直接饮用井水。但是，泉水和井水等自然水中含有能致病的细菌及微生物，直接饮用并不安全。本净水膜的发明成功的解决了这一问题，在这样一款抗菌能力强的便携式户外直饮净水膜的帮助下，户外娱乐及工作人员的饮水问题将被成功解决。

附图说明

图1是本发明的净水膜应用图。

图2是本发明净水膜的结构示意图。

图3是实施例3的不同实验组的实验结果照片，其中(a)、(b)和(c)分别是用净水膜过滤后水、无菌去离子水和野外湖水涂布培养基后的结果。

图4是实施例4的不同实验组的实验结果在光学显微镜下的照片整合。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步的详细说明，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

根据下述步骤制备便携式户外直饮净水膜：

1.取0.001克含银三钼酸盐纳米线(化学式为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀，x＝0.58)放入装有100毫升去离子水的烧杯中；

2.将烧杯置于搅拌台上，设置搅拌速度为每分钟50转；

3.5分钟后，将烧杯从搅拌台取下，此时的烧杯中液体为含银三钼酸盐纳米线在水中的悬浊液；

4.取一片直径3厘米的圆片无纺医用纱布，放置于步骤3制得的悬浊液中与悬浊液充分接触3分钟；

5.将无纺医用纱布取出，室温下静置至其干燥；

6.取出两张经过杀菌处理且与无纺医用纱布尺寸相同的滤纸，用两张滤纸将携带含银三钼酸盐纳米线的纱布夹在中间，然后进行封装；

7.封装之后的成品即为便携式户外直饮净水膜。

实施例2

根据下述步骤制备便携式户外直饮净水膜：

1.取0.001克含银三钼酸盐纳米线(化学式为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀，x＝0.58)放入装有10毫升的去离子水的烧杯中；

2.将烧杯置于搅拌台上，设置搅拌速度为每分钟50转；

3.然后将这10毫升含银三钼酸盐悬浊液均匀滴加在一张滤纸原片上，室温下静置至其干燥；

4.取出两张经过杀菌处理且与步骤3所述滤纸原片尺寸相同的滤纸，用两张滤纸将携带含银三钼酸盐纳米线的滤纸原片夹在中间，然后进行封装；

5.封装之后的成品即为便携式户外直饮净水膜。

实施例3

实施例1制备的便携式户外直饮净水膜的净水效果检测实验：

1.采集野外湖水(北京大学未名湖水)。

2.把实施例1制备的净水膜置于漏斗上，加一定去离子水湿润使之紧贴。用透明胶条固定一玻璃试管于漏斗下方以收集过滤后的湖水。

3.将漏斗和试管插于一玻璃烧瓶中，烧瓶接于抽气机上，采用机械抽滤。用滴管吸取未名湖水，速度均匀的滴加在过滤膜上，湖水经过净水膜处理再滴入试管中。

4.用野外湖水、试管中过滤后水、无菌去离子水做三个对照组，其中野外湖水、过滤后水为实验组，无菌去离子水为空白组，分别取200μL在牛肉膏蛋白胨琼脂培养基上涂板，培养24小时。每组制备两个样品。

5.计算培养基上的菌落数目。

6.实验结果如表1和图3所示，图3中(a)、(b)、(c)分别对应过滤后水、无菌去离子水和野外湖水涂布的培养基。

表1：实施例3实验结果统计表

从上表可以看出实施例1制备的净水膜对于净水有显著效果，粗略结算其灭菌能力高达99.33％，过滤后湖水的菌落含量与无菌去离子水几乎一致。该实验经过反复重复，均能得到上述结论。

实施例4

实施例2制备的便携式户外直饮净水膜的净水效果检测实验：

1.采集野外湖水(北京大学未名湖水)。

2.把实施例2所制备的净水膜置于漏斗上，加一定去离子水湿润使之紧贴。在这里采用了1层或4层的净水膜，研究了不同净水膜层数净水能力的差别。用透明胶条固定一玻璃试管于漏斗下方以收集过滤后的湖水。

3.漏斗和试管插于一玻璃烧瓶中，烧瓶接于抽气机上，采用机械抽滤。用滴管吸取未名湖水，速度均匀的滴加在过滤膜上，湖水经过净水膜处理再滴入试管中。

4.经过步骤3得到了1层净水膜过滤后水、4层净水膜过滤后水，另外加上空白对照组无菌去离子水和未处理湖水，把它们记作1号、2号、3号、4号样品。

5.制备盖玻片大小的培养基块(便于在光学显微镜下观察，用CCD拍得相片)，再用移液器滴加200μl的1、2、3、4号液体在培养基块上，放置于培养箱内培养。

6.每5个小时取出在光学显微镜下观察，连续观察24个小时。

7.结果如图4所示。

在图4中，从上到下代表1号(一层净水膜过滤处理水)、2号(四层净水膜过滤处理水)、3号(无菌去离子水)、4号(未名湖水)样品。在经过23小时培养后，4号样品(未名湖水)培养基上已经布满菌落，而相应的1号(一层净水膜过滤处理水)、2号(四层净水膜过滤处理水)上面只是零星的有几个菌落，其中2号样品比1号样品的菌落更为稀疏。以上光学显微镜的图可以说明，净水膜对杀灭水中有害细菌非常有效，并且对比1、2号样品可以看出，增加过滤膜的层数能够有效加强杀菌能力。

Claims (6)

1.一种便携式户外直饮净水膜，包括一柔性片状透水材料，所述柔性片状透水材料上均匀附着有纳米含银钼酸盐，所述纳米含银钼酸盐是含银三钼酸盐纳米线，其化学式为(NH₄)_2-xAg_xMo₃O₁₀，其中x＝0.58，所述净水膜还包括两层水过滤材料，附着有纳米含银钼酸盐的柔性片状透水材料封装于这两层水过滤材料之间。

2.如权利要求1所述的便携式户外直饮净水膜，其特征在于，所述柔性片状透水材料是医用无纺纱布、棉布或滤纸。

3.如权利要求1所述的便携式户外直饮净水膜，其特征在于，所述水过滤材料是滤纸或无纺纱布。

4.权利要求1～2任一所述便携式户外直饮净水膜的制备方法，采用下述方法a、b或c在柔性片状透水材料上均匀地分散纳米含银钼酸盐：a.将柔性片状透水材料浸在纳米含银钼酸盐的悬浊液中，然后取出干燥；b.将纳米含银钼酸盐的悬浊液滴加到柔性片状透水材料上，然后干燥；c.将柔性片状透水材料浸在生成纳米含银钼酸盐的反应液中，然后取出干燥。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在柔性片状透水材料上均匀分散纳米含银钼酸盐后，将其放置在两层水过滤材料中间，然后进行封装。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水过滤材料是滤纸或无纺纱布。