CN107602101A - 一种高效抑菌的陶瓷滤芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效抑菌的陶瓷滤芯及其制备方法，所述陶瓷滤芯由以下重量份的原料组成：硅藻土20‑30、活性炭10‑15、载银二氧化钛10‑15、高岭土5‑15、纳米氮化硅5‑15、抑菌剂10‑15、植物纤维粉5‑7、水玻璃8‑15。本发明的陶瓷滤芯中，由于二氧化钛具有高结晶度，降低了电子和空穴的复合，其高光催化强度可以有效地抑制细菌滋生，而银作为重金属灭菌的代表，灭菌的效果显著，而且与二氧化钛进行纳米尺度复合后，减少了银的氧化，提高了灭菌效果。通过将二氧化钛和银离子合成的载银二氧化钛结合到陶瓷滤芯中，使得本发明的陶瓷滤芯具有更高效的双重抑菌杀菌性能。

Description

一种高效抑菌的陶瓷滤芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及净化水过滤材料及其制备方法，具体是一种高效抑菌的陶瓷滤芯及其制备方法。

背景技术

陶瓷滤芯采用了纯天然物理材料，在净水过程中不会产生二次污染，同时也不会把水中全部矿物质去除，主要用于对饮用水进行过滤、抗菌处理，除去有害的余氯混合物、大颗粒杂质、颜色以及异味等。通过陶瓷滤芯的过滤后，一般能够过滤出达到基本饮用标准的饮用水。

随着人们生活质量的提高，对饮用水的标准越来越高，要求饮用水达到无毒、无害、无异味以及含有一定的矿物质和微量元素等更高的饮用标准，使得人们可以直接饮用而不会影响到健康。然而在现有的技术中，陶瓷滤芯中一般采用银作为抗菌杀菌的材料，但银价格昂贵，使用量受到限制，而且银在高温氧化环境中容易被氧化，从而降低了抗菌杀菌性能，不利于抗菌杀菌。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种高效抑菌的陶瓷滤芯，该陶瓷滤芯除了去除大颗粒杂质、有害的余氯混合物、颜色以及异味之外，可以高效地杀死细菌和抑制细菌的滋生，从而获得更高标准的饮用水。

本发明的另一个目的在于提供一种上述陶瓷滤芯的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高效抑菌的陶瓷滤芯，由以下重量份的原料组成：硅藻土20-30、活性炭10-15、载银二氧化钛10-15、高岭土5-15、纳米氮化硅5-15、抑菌剂10-15、植物纤维粉5-7、水玻璃8-15。

其中，所述载银二氧化钛采用过量浸渍法进行制备，操作如下：按照载银量为二氧化钛质量分数的1-2％，将二氧化钛浸泡入可溶性银盐溶液中 400-600r/min的转速下充分搅拌0.5-1h，离心得固体产物，200-300℃干燥，制得载银二氧化钛。

本发明的一个优选方案，其中，所述植物纤维粉可以为果实粉、枯叶粉、秸秆粉末、杂草粉末和木屑，优选果实粉。

本发明的一个优选方案，其中，所述抑菌剂由以下重量份原料组成：纳米氧化锌20、负离子粉35、托玛琳粉25、黑胆石粉20。

本发明的一个优选方案，其中，所述可溶性银盐溶液可以为硝酸银溶液，还可以为高氯酸银溶液或氯化银溶液。

本发明的高效抑菌的陶瓷滤芯的制备方法包括以下步骤：

(1)将硅藻土、活性炭、载银二氧化钛、高岭土、纳米氮化硅、抑菌剂、植物纤维粉的粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀获得混合粉料；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱60-90℃干燥，干燥后的粉体过20目筛；

(3)将步骤(2)获得的混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格进行挤出成型，将成型的胚型进行24h自然晾干，得到滤芯生胚，烘箱60-90℃干燥4-6h；

(4)在惰性气体气氛下煅烧成型，自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得高效抑菌的陶瓷滤芯。

本发明的一个优选方案，在步骤(4)中，煅烧时先以1-2℃/min速度升温至450℃，再以3-5℃/min的速度升温至最高温度950-1050℃，最高温度保温时间是1-3h。该煅烧温度保留了硅藻土的天然微孔，使得滤芯具有高空隙率。

本发明的一个优选方案，其中，所述惰性气体可以为氩气、氦气、氡气或氮气中的一种，优选氮气。

本发明所涉及粉体的目数≥200目，所涉及高岭土为长白山煅烧型高岭土。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明将载银二氧化钛抑菌的作用成功应用在陶瓷滤芯净水器中。由于二氧化钛具有高结晶度，能有效降低电子和空穴的复合，其高光催化强度可以有效地抑制细菌滋生；而银作为重金属灭菌的代表，灭菌的效果显著，载银二氧化钛中的银离子与二氧化钛离子进行了纳米尺度复合，具有超强的氧化能力，能破坏细菌蛋白质，起到防霉抗菌的作用，并且，弥补了银高温氧化气氛中易变色的缺陷，提高了银的利用率，少量的银便可达到优异的抗菌效果。通过将二氧化钛和银离子合成的载银二氧化结合到陶瓷滤芯中，使得本发明的陶瓷滤芯具有更高效的双重抑菌杀菌性能，再结合氧化锌的抗菌抑菌性能，大大提高了滤芯的灭菌率，已获得更高标准的饮用水。

2、本发明加入的活性炭均匀分布在陶瓷滤芯中，增加了吸附面积，有效去除水中余氯，改善饮用水口感。

3、本发明方法制备的陶瓷滤芯，添加纳米氮化硅和煅烧高岭土，机械强度高，耐刷洗，有效增加滤芯的使用寿命。

4、本发明实现滤芯过滤大颗粒杂质、抑菌杀菌、去除余氯、改善饮用水口感等多功能于一体的转变，并且效果显著。

5、本发明制备的陶瓷滤芯，综合性能优异、制备工艺简单。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

本实施例为对比例，本实施例的陶瓷滤芯，由以下原料配比组成：硅藻土 200g、活性炭150g、高岭土50g、纳米氮化硅150g、抑菌剂120g、玉米淀粉50g、水玻璃80g。

上述陶瓷滤芯用以下方法制备：

(1)将上述原料(除水玻璃外的其他成分)粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱60℃干燥，干燥后的粉体过 20目筛，得到混合粉体；

(3)将混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格挤出成型，将成型的胚型进行24h晾干，得到滤芯生胚，烘箱60℃干燥4h；

(4)在氮气气氛下950℃煅烧成型，保温1h自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得陶瓷滤芯。

本实施案例制备的陶瓷滤芯的孔径3μm-10μm、拉伸强度386N、除菌率60％、余氯去除率98％。其中，孔径采用BCJ-28.3型尘埃粒子计数器检测，拉伸强度采用拉力计进行检测，除菌率参照国标GB/T 5750.12-2006方法检测，余氯去除率参照国标GB/T 5750.11-2006采用分光光度法检测，下同。

实施例2

本实施例中的陶瓷滤芯，由以下原料配比组成：硅藻土200g、活性炭150g、载银二氧化钛200g、高岭土50g、纳米氮化硅150g、抑菌剂120g、玉米淀粉50g、水玻璃80g；

其中载银二氧化钛采用过量浸渍法进行制备，操作如下：按照载银量为二氧化钛质量分数的2％，将二氧化钛浸泡入可溶性银盐溶液中(硝酸银、高氯酸银、氯化银溶液中一种)，500r/min的转速下充分搅拌0.5h，离心得固体产物， 200℃干燥，制得载银二氧化钛。

本实施例的陶瓷滤芯通过以下方法制备：

(1)将上述原料(除水玻璃外的其他成分)粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱60℃干燥，干燥后的粉体过 20目筛，得到混合粉体；

(3)将混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格挤出成型，将成型的胚型进行24h晾干，得到滤芯生胚，烘箱60℃干燥4h；

(4)在氮气气氛下950℃煅烧成型，保温1h自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得高效抑菌的陶瓷滤芯。

本实施案例制备的陶瓷滤芯的孔径3μm-10μm、拉伸强度386N、除菌率 99.9％、余氯去除率98％。

实施例3

本实施例中的陶瓷滤芯，由以下原料配比组成：硅藻土250g、活性炭100g、载银二氧化钛150g、高岭土100g、纳米氮化硅100g、抑菌剂120g、玉米淀粉 70g、水玻璃110g；

其中载银二氧化钛采用过量浸渍法进行制备，操作如下：按照载银量为二氧化钛质量分数的1.5％，将二氧化钛浸泡入可溶性银盐溶液中(硝酸银、高氯酸银、氯化银溶液中一种)，500r/min的转速下充分搅拌1h，离心得固体产物，300℃干燥，制得载银二氧化钛。

本实施例的陶瓷滤芯由以下方法制备：

(1)将上述原料(除水玻璃外的其他成分)粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱80℃干燥，干燥后的粉体过 20目筛；

(3)将混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格挤出成型，将成型的胚型进行24h晾干，得到滤芯生胚，烘箱80℃干燥5h；

(4)在氮气气氛下1000℃煅烧成型，保温2h自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得高效抑菌的陶瓷滤芯。

本实施案例制备的陶瓷滤芯的孔径3μm-10μm、拉伸强度345N、除菌率 99.9％、余氯去除率98％。

实施例4

本实施例中的陶瓷滤芯，由以下原料配比组成：硅藻土300g、活性炭100g、载银二氧化钛100g、高岭土150g、纳米氮化硅50g、抑菌剂120g、玉米淀粉60g、水玻璃120g；

其中载银二氧化钛采用过量浸渍法进行制备操作如下：按照载银量为二氧化钛质量分数的1％，将二氧化钛浸泡入可溶性银盐溶液中(硝酸银、高氯酸银、氯化银溶液中一种)，600r/min的转速下充分搅拌0.5h，离心得固体产物，200℃干燥，制得载银二氧化钛。

本实施例的陶瓷滤芯由以下方法制备：

(1)将上述原料(除水玻璃外的其他成分)粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱90℃干燥，干燥后的粉体过 20目筛；

(3)将混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格挤出成型，将成型的胚型进行24h晾干，得到滤芯生胚，烘箱90℃干燥6h；

(4)在氮气气氛下1050℃煅烧成型，保温3h自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得高效抑菌的陶瓷滤芯。

本实施案例制备的陶瓷滤芯的孔径3μm-10μm、拉伸强度356N、除菌率 99.9％、余氯去除率97％。

上述实施例1-4制得的陶瓷滤芯的主要性能检测结果如表1所示：

表1

实施例	孔径	除菌率	余氯去除率	拉伸强度
					实施例1	3-10μm	60％	98％	386N
实施例2	3-10μm	99.9％	98％	386N
					实施例3	3-10μm	99.9％	98％	345N
实施例4	3-10μm	99.9％	97％	356N

结合实施例1-4和表1可以得知，实施例1中的陶瓷滤芯没有添加载银二氧化钛成分，由数据对比得知：实施例1中的陶瓷滤芯的孔径、余氯去除率、拉伸强度与实施例2-4中陶瓷滤芯的孔径、余氯去除率、拉伸强度相差不大，对陶瓷滤芯的过滤性能影响不大；但实施例1中的陶瓷滤芯的除菌率为60％，比实施例2-4中陶瓷滤芯的除菌率低39.9％，差别较大；其中，实施例2-4中陶瓷滤芯的除菌率基本相同，约为99.9％。

上述实验数据证明了载银二氧化钛在陶瓷滤芯中发挥着重要的除菌作用，应用了载银二氧化钛的陶瓷滤芯的除菌率更高。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效抑菌的陶瓷滤芯，由以下重量份的原料组成：硅藻土20-30、活性炭10-15、载银二氧化钛10-15、高岭土5-15、纳米氮化硅5-15、抑菌剂10-15、植物纤维粉5-7、水玻璃8-15。

2.根据权利要求1所述的高效抑菌的陶瓷滤芯，其特征在于，所述载银二氧化钛采用过量浸渍法进行制备，操作如下：按照载银量为二氧化钛质量分数的1-2％，将二氧化钛浸泡入可溶性银盐溶液中400-600r/min的转速下充分搅拌0.5-1h，离心得固体产物，200-300℃干燥，制得载银二氧化钛。

3.根据权利要求1所述的高效抑菌的陶瓷滤芯，其特征在于，所述植物纤维粉为果实粉、枯叶粉、秸秆粉末、杂草粉末或木屑。

4.根据权利要求1所述的高效抑菌的陶瓷滤芯，其特征在于，所述抑菌剂由以下重量份原料组成：纳米氧化锌20、负离子粉35、托玛琳粉25、黑胆石粉20。

5.根据权利要求1所述的高效抑菌的陶瓷滤芯，其特征在于，所述可溶性银盐溶液为硝酸银溶液、高氯酸银溶液或氯化银溶液。

6.一种权利要求1所述的高效抑菌的陶瓷滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硅藻土、活性炭、载银二氧化钛、高岭土、纳米氮化硅、抑菌剂、植物纤维粉的粉体按照配方的用量进行混合，加入水玻璃，高速分散至均匀获得混合粉料；

(2)将混合粉料加水至润湿状态，放置烘箱60-90℃干燥，干燥后的粉体过20目筛；

(3)将步骤(2)获得的混合粉体加入成型机中，按照滤芯的形状规格进行挤出成型，将成型的胚型进行24h自然晾干，得到滤芯生胚，烘箱60-90℃干燥4-6h；

(4)在惰性气体气氛下煅烧成型，自然冷却，抛光机进行打光去粉，即得高效抑菌的陶瓷滤芯。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，煅烧时先以1-2℃/min速度升温至450℃，再以3-5℃/min的速度升温至最高温度950-1050℃，最高温度保温时间是1-3h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氦气、氡气或氮气中的一种。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粉体的目数≥200目，所述高岭土为长白山煅烧型高岭土。