CN103846019A - 一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜及其制备方法。抑菌型复合硅藻土陶瓷膜包括基体材料和抗菌剂，所述基体材料为采用硅藻土烧结而成的多孔陶瓷膜，所述抗菌剂为无机抗菌剂。本发明采用硅藻土作为原料，经高温烧结成多孔陶瓷膜，硅藻土表面及孔内表面分布有大量硅羟基（—Si—OH），这些硅羟基在化学条件下离解出H⁺，从而使硅藻土颗粒表面表现出一定的表面负电性和亲核性，其可作为优良的螯合基团、亲核反应基团用于固定无机金属抗菌剂，使抗菌材料具有持久抗菌性。基体硅藻土多孔陶瓷膜具有很高的孔隙率，比表面积大，无机抗菌剂能渗透到硅藻陶瓷膜的内部，使抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜可反复刷洗使用。

Description

一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜及其制备方法

 

技术领域

    本发明涉及水净化领域，具体地说，涉及一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜及其制备方法。

背景技术

随着生活水平的提高，运用各种净水技术的净水器正迅速发展，净水器能将水中绝大部分的沉淀物及各类污染物质有效去除；然而，随着净水器使用时间的推移，过滤滤芯将原水中的有机物、微生物及其他污染物质拦截在外表面，微生物有了充足的营养物质（有机污染物），在适宜的环境下将大量繁殖，在膜表面形成生物薄膜堵塞膜孔，另外，微生物代谢将产生有害物质（如亚硝酸盐、微囊藻毒素等）对消费者的健康带来潜在的风险。当前，多数净水器普遍存在膜材料长藻发霉的普遍的二次污染问题。

目前，具有抗菌功能的材料已被运用于很多个领域中，抗菌材料的优良取决于抗菌剂以及基体材料。抗菌剂根据其材料和来源不同，可以分为有机、天然和无机三种类型；相比之下，无机抗菌材料广谱抗菌性、较高安全性、持久性、耐热性及稳定性等优点，因而在一些产品中得到广泛的应用。无机抗菌材料中较为主流的是以无机化合物中含有抗菌金属离子或者抗菌纳米颗粒的试剂，如银、铜、锌等金属离子或者纳米颗粒，最常用的是银；基于银的杀菌性能，各种含银的杀菌材料正在被研究、开发和利用，现已有将氧化铝、氮化硅晶、凹凸棒石粘土、氧化锆、珊瑚砂、膨润土以及活性炭等材料作为基体，与抗菌银试剂作用后形成具有抗菌性能的材料，用于各个相关领域。然而，这些抗菌材料普遍存在一些缺陷：银离子不稳定造成抗菌材料出现变色问题、抗菌剂在基体材料中的分散问题、长久时效性问题、抗菌组分在基体中的自迁移问题等等，这些问题很大程度上与基体材料的性能有关。

硅藻土为天然矿物质，其成本低、孔隙率大、无毒性，为多孔陶瓷的优良原料。以硅藻土为原料，经高温烧结成形的多孔硅藻土陶瓷膜，具有良好的化学稳定性及热稳定性、优异的透过性、高比表面积；更为重要的是，硅藻土的化学成分以SiO₂为主，可用SiO₂·nH₂O表示，其表面及孔内表面分布有大量的硅羟基（—Si—OH），这些硅羟基在水溶液中离解出H⁺，从而使硅藻土颗粒表面表现出一定的表面负电性，其可作为优良的螯合基团、亲核反应基团用于固定无机金属抗菌剂，避免抗菌剂迁移、时效性不持久等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗菌抑菌效果良好、且能避免已有抗菌材料抗菌剂迁移及时效性不持久问题的抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜，包括基体材料和抗菌剂，所述基体材料为采用硅藻土烧结而成的多孔陶瓷膜，所述抗菌剂为无机抗菌剂。

在上述抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜中，所述无机抗菌剂为含有金属离子的无机化合物或者纳米金属颗粒。

在上述抑菌型复合硅藻土陶瓷膜中，所述金属离子优选为银、铜或锌，最佳为银。

在上述抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜中，所述纳米金属颗粒为纳米银、纳米金或纳米铜，最佳为纳米银。

上述抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜的制备方法，包括如下步骤：将硅藻土高温烧结制成多孔陶瓷膜，再将无机抗菌剂与多孔陶瓷膜化学复合反应制成抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜。制备时，可以根据需求调节烧结温度及规格，烧结成不同孔径大小和规格尺寸的多孔陶瓷膜。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用硅藻土作为原料，经高温烧结成多孔陶瓷膜，硅藻土表面及孔内表面分布有大量硅羟基（—Si—OH），这些硅羟基在化学反应的条件中离解出H⁺，从而使硅藻土多孔陶瓷膜的膜孔表面表现出一定的表面负电性及亲核性，其可作为优良的螯合基团、亲核反应基团用于固定无机金属抗菌剂，使抗菌硅藻土多孔陶瓷膜材料具有持久抗菌性。

同时，因基体硅藻土多孔陶瓷膜具有很高的孔隙率，比表面积大，无机抗菌剂能渗透到硅藻土陶瓷膜的内部，使抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜可反复刷洗使用。

附图说明

图1为普通陶瓷膜及本发明的抑菌型复合硅藻土陶瓷膜在水中放置后表面的微生物生长情况对比图；

图2为多孔陶瓷膜生长纳米银前后的对比电镜图。

具体实施方式

采用硅藻土作为原料，加入占陶瓷粉体原料质量分数为10％的造孔剂，加入到球磨罐中进行研磨分散；将粉体加入到磨具中，压片、脱模得到多孔陶瓷支撑体湿坯，并进行干燥；将干坯升温1000度烧结，自然冷却制得具有高孔隙率多孔陶瓷膜支撑体。将硅藻土多孔陶瓷膜支撑体置入0.1M的氢氧化钠水溶液中浸泡12小时，对硅藻土多孔陶瓷膜膜孔上的硅羟基（—Si—OH）进行活化；将被活化的硅藻土多孔陶瓷膜室温下浸泡于纳米银水性溶液中（上海沪正：AGS-WP005）12小时，将负载纳米银的硅藻土多孔陶瓷膜取出在120度下焙烧2小时，取出冷却即制备纳米银型抑菌硅藻土多孔陶瓷膜。

如图1所示，将普通陶瓷膜（左）及本发明的抑菌型复合硅藻土陶瓷膜（右）一起置入一碗河水中30天，可以清楚的显示微生物在普通陶瓷膜的表面快速生长而抑菌型多孔陶瓷膜并没发现微生物的生长情况。通过图2的电镜图我们可以清楚的看到，纳米银颗粒通过上述方法成功的生长在多孔陶瓷膜上。

当抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜在各类水净化装置及水处理工程设备中使用一段时间后，由于大量的污染物质被拦截在陶瓷膜外表面，陶瓷膜的微孔可能会被污染物质堵塞。本发明的抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜，其基体硅藻土多孔陶瓷膜具有很高的孔隙率，比表面积大，无机抗菌剂能渗透到硅藻土陶瓷膜的内部，当陶瓷膜的微孔被污染物堵塞时，可使用砂纸或毛刷清洗陶瓷膜表面，将膜表面的污染物质刷去；清洗后的抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜内部仍然有无机抗菌剂，将其安装到原来的水净化装置或水处理工程设备中，仍具有高效的杀菌抑菌功能，因此本发明的抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜可刷洗多次反复使用。  

Claims (5)

1.一种抑菌型复合硅藻土陶瓷膜，包括基体材料和抗菌剂，其特征在于，所述基体材料为采用硅藻土烧结而成的多孔陶瓷膜，所述抗菌剂为无机抗菌剂。

2.如权利要求1所述的抑菌型纳米复合硅藻土陶瓷膜，其特征在于，所述无机抗菌剂为含有金属离子的无机化合物或者纳米金属颗粒。

3.如权利要求2所述的抑菌型复合硅藻土陶瓷膜，其特征在于，所述金属离子为银、铜或锌。

4.如权利要求2所述的抑菌型复合硅藻土陶瓷膜，其特征在于，所述纳米金属颗粒为纳米银、纳米金或纳米铜。

5.  权利要求1所述抑菌型复合硅藻土陶瓷膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将硅藻土高温烧结制成多孔陶瓷膜，再将无机抗菌剂与多孔陶瓷膜化学复合反应制成抑菌型复合硅藻土陶瓷膜。

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