CN107774141A - 纳米银核微孔过滤膜、过滤装置及过滤膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米银核微孔过滤膜、过滤装置及过滤膜的制备方法。纳米银核微孔过滤膜包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。过滤装置包括纳米银核微孔过滤膜、滤斗和盛水容器,所述滤斗用于支撑纳米银核微孔过滤膜;纳米银核微孔过滤膜包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。利用本发明技术,使用孔径2.0微米的核微孔滤膜即可达到99%灭菌效果,突破以往必须采用0.2微米核微孔膜灭菌的技术限制;此外,由于孔径较大,无需任何辅助设备,无需电力,仅利用结构简单的过滤器结构即可实现直饮水的制备,使成本低廉、可随身携带的直饮水过滤器开发成为可能。

Description

纳米银核微孔过滤膜、过滤装置及过滤膜的制备方法
技术领域
本发明属于饮用水净化技术领域,特别是涉及一种纳米银核微孔过滤膜、安装上述纳米银核微孔过滤膜的过滤装置,以及上述过滤膜的制备方法。
背景技术
水是生命之源,生活饮用水水质的好坏与人们的身体健康密切相关。据世界卫生组织(WHO)调查表明:全世界80%的疾病和50%的儿童死亡都与饮用水被污染有关。由于饮用不良水质导致的消化疾病、传染病、皮肤病、糖尿病、癌症、结石病、心血管病等多达100多种,全世界每年有5000万儿童死亡,3500万人患心血管病,7000万人患结石病,9000万人患肝炎,3000万人死于肝癌和胃癌。在我国,因为水质污染而引起的各种疾病越来越多,解决水质污染问题迫在眉睫。
国家环境部门统计,我国82%的河流受到不同程度的污染:在我国七大水系中,不适合做饮用水源的河段已接近40%:城市水域中78%的河段不适合作饮用水源:约50%的城市地下水受到污染。随着现代工业的飞速发展,水体正受到工业废水,汽车尾气、农药等中的苯、酚等有机化学污染及重金属的污染越来越严重。
在自然水体中,虽然存在由工业污染带来的有机化学污染物及重金属,但经自来水厂多种水净化技术处理,如自然沉淀、膜生物反应器生物降解有机污染、絮凝过滤去除重金属等,水质是能够达到我国饮用水卫生标准的要求。然而,自来水出厂后,经过漫长的输水管网及高楼水塔、水箱等设施,增加的污染物甚多,诸如铁锈、污垢、细菌等,直接饮用很不安全。
因此在自来水管路终端加装水净化装置使自来水达到能够直接饮用的要求,是解决输水管路污染的有效方法之一。水中存在大量致病细菌,若不进行灭菌处理,不能被直接饮用。灭菌处理通常可采用高温灭菌或过滤清除的方法。
目前,用于直饮水过滤的技术主要是反渗透和微滤。反渗透由于将水中所有杂质包括所有离子全部去除,使水成为纯净水,水的溶解力极强而不适宜作为饮用水。用于制备直饮水的微滤膜较为理想的是陶瓷滤芯,但其微孔为迷宫状的,孔径分布宽,过滤精度受到限制,此外,深层过滤机理使其容易造成死端过滤,滤膜再生能力差。
核微孔膜由于制造方法的特殊性,其孔径均一、孔型规则、膜很薄,过滤液体时能100%去除粒径大于孔径的不容颗粒,且由于电介质材质使其生物稳定性和化学稳定性好,亦不存在物质脱落污染滤液问题,是目前为止最为理想的液体精确过滤材料。孔径小于0.2微米的核微孔膜可以过滤清除水中100%的细菌,而使水质澄清且无菌而可以直接饮用。然而,使用0.2微米的核微孔膜过滤水,由于水的表面张力作用,必须采用一定的负压或加压的方法方能使过滤进行,这样不可避免的要增加设备,一方面增加消费成本,另一方面即使采用压力过滤,过滤速度也非常缓慢,除非大幅度增加膜面积,这些缺点使核微孔膜在直饮水过滤领域一直无用武之地。此外,对于野外江河湖海水源地的小型便携直饮水过滤器开发而言,核微孔膜更是始终没有应用的可能。
孔径为2.0微米以上的核微孔膜可去除池塘水中大部分不溶性颗粒物,而使浑水澄清,且配以简单滤器即可达到很快的过滤速度,但是孔径大于2微米的核微孔膜不能过滤清除水中100%的细菌,制备的水还不能直接饮用。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种纳米银核微孔过滤膜。本发明的第二目的是提供一种过滤装置。本发明的第三目的是提供一种纳米银核微孔过滤膜的制备方法。本发明需要解决孔径超过2.0微米的核微孔过滤膜不能彻底过滤掉水中有害微生物的技术问题。
为了实现上述第一目的,本发明提供一种纳米银核微孔过滤膜,包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。
本发明如上所述的纳米银核微孔过滤膜,进一步,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
本发明如上所述的纳米银核微孔过滤膜,进一步,所述核微孔的孔径大于等于1.0微米;所述纳米银层的厚度为2nm~90nm。
为了实现上述第二目的,本发明提供一种过滤装置,所述过滤装置包括纳米银核微孔过滤膜、滤斗和盛水容器,所述滤斗用于支撑纳米银核微孔过滤膜;纳米银核微孔过滤膜包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。
本发明如上所述的过滤装置,进一步,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
本发明如上所述的过滤装置,进一步,所述核微孔的孔径大于等于1.0微米;所述纳米银层的厚度为2nm~90nm。
为了实现上述第三目的,本发明提供一种纳米银核微孔过滤膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将具有核微孔的滤膜本体浸泡在聚乙烯吡咯烷酮溶液中,在滤膜本体的表面和核微孔内壁涂覆一层聚乙烯吡咯烷酮;
步骤2,将经过步骤1处理的滤膜本体浸泡在含有氯化锌和三氟乙酸的溶液中;
步骤3,将经过步骤2处理的滤膜本体浸泡在含银离子的溶液中,冲洗后获得纳米银核微孔过滤膜。
本发明如上所述的纳米银核微孔过滤膜的制备方法,优选地,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
本发明如上所述的纳米银核微孔过滤膜的制备方法,优选地,包括以下步骤:
步骤1,将滤膜本体浸泡在温度为温度20~60℃的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中2min~30min,在滤膜本体表面和核微孔内壁涂覆一层聚乙烯吡咯烷酮;
步骤2,将经过步骤1处理的滤膜本体浸泡在含有0.026mol/l氯化锌和0.07mol/l三氟乙酸的溶液中;溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂,浸泡时间为3min~10min;利用甲醇冲洗核微孔过滤膜1~3次;
步骤3,将经过步骤2处理的滤膜本体浸泡在含银离子的氨水溶液中,持续2~30min;将滤膜本体用甲醇冲洗2次,并在水中浸泡2~10min后获得纳米银核微孔过滤膜。
本发明的有益效果是:
使用孔径2.0微米的核微孔滤膜即可达到99%灭菌效果,突破以往必须采用0.2微米核微孔膜灭菌的技术限制;此外,由于孔径较大,无需任何辅助设备,无需电力,仅利用结构简单的过滤器结构即可实现直饮水的制备,使成本低廉、可随身携带的直饮水过滤器开发成为可能。
附图说明
图1为本发明一种实施例的纳米银核微孔过滤膜的制备方法流程示意图;
图2为纳米银核微孔过滤膜的制备方法步骤2中涉及的化学反应示意图;
图3为纳米银核微孔过滤膜的制备方法步骤3中涉及的化学反应示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、滤膜本体。
具体实施方式
在下文中,将详细描述本发明的纳米银核微孔过滤膜、过滤装置及过滤膜的制备方法的实施例。
实施例1
步骤1,将孔径为2.0微米的PET核微孔膜(滤膜本体1)浸泡在温度20℃PVP(聚乙烯吡咯烷酮)水溶液中30min,在核微孔膜表面和孔道内壁即可涂覆一层PVP,形成膜1;
步骤2,将膜1浸泡在含有0.026M SnCl2+0.07M三氟乙酸的溶液中,溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂;浸泡时间为3min,形成膜2;
步骤3,利用甲醇冲洗膜2三次;Sn2+会沾附在孔道内壁和膜的外表面上;
步骤4,将Sn2+敏化的膜浸泡在含氨的AgNO3水溶液中(AgNO3浓度为0.029M),持续2min;表面的Sn2+将银还原为单质银颗粒(和少量的银的氧化物),Sn2+被氧化为Sn4+
步骤5,将膜利用甲醇冲洗两次,并浸入水中浸泡10min;
步骤6,取出膜片,25℃烘干10min,得到银层厚度为10纳米纳米银核微孔膜。
实施例2
步骤1,将孔径为6.5微米的PET核微孔膜浸泡在温度60℃PVP(聚乙烯吡咯烷酮)水溶液中2min,在核微孔膜表面和孔道内壁即可涂覆一层PVP,形成膜1;
步骤2,将膜1浸泡在含有0.026M SnCl2+0.07M三氟乙酸的溶液中,溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂;浸泡时间为10min,形成膜2;
步骤3,利用甲醇冲洗膜2两次;Sn2+会沾附在孔道内壁和膜的外表面上;
步骤4,将Sn2+敏化的膜浸泡在含氨的AgNO3水溶液中(AgNO3浓度为0.029M),持续30min;表面的Sn2+将银还原为单质银颗粒(和少量的银的氧化物),Sn2+被氧化为Sn4+
步骤5,将膜利用甲醇冲洗两次,并浸入水中浸泡2min;
步骤6,取出膜片,90℃烘干1min,得到银层厚度为80纳米的纳米银核微孔膜。
实施例3
步骤1,将孔径为3.2微米的PET核微孔膜浸泡在温度40℃PVP(聚乙烯吡咯烷酮)水溶液中15min,在核微孔膜表面和孔道内壁即可涂覆一层PVP,形成膜1;
步骤2,将膜1浸泡在含有0.026M SnCl2+0.07M三氟乙酸的溶液中,溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂;浸泡时间为6min,形成膜2;
步骤3,利用甲醇冲洗膜2三次;Sn2+会沾附在孔道内壁和膜的外表面上;
步骤4,将Sn2+敏化的膜浸泡在含氨的AgNO3水溶液中(AgNO3浓度为0.029M),持续10min;表面的Sn2+将银还原为单质银颗粒(和少量的银的氧化物),Sn2+被氧化为Sn4+
步骤5,将膜利用甲醇冲洗两次,并浸入水中浸泡6min;
步骤6,取出膜片,70℃烘干3min,得到银层厚度为30纳米纳米银核微孔膜。
实施例4
步骤1,将孔径为5.0微米的PET核微孔膜浸泡在温度30℃PVP(聚乙烯吡咯烷酮)水溶液中20min,在核微孔膜表面和孔道内壁即可涂覆一层PVP,形成膜1;
步骤2,将膜1浸泡在含有0.026M SnCl2+0.07M三氟乙酸的溶液中,溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂;浸泡时间为8min,形成膜2;
步骤3,利用甲醇冲洗膜2一次;Sn2+会沾附在孔道内壁和膜的外表面上;
步骤4,将Sn2+敏化的膜浸泡在含氨的AgNO3水溶液中(AgNO3浓度为0.029M),持续20min;表面的Sn2+将银还原为单质银颗粒(和少量的银的氧化物),Sn2+被氧化为Sn4+
步骤5,将膜利用甲醇冲洗两次,并浸入水中浸泡8min;
步骤6,取出膜片,80℃烘干3min,得到银层厚度为53纳米纳米银核微孔膜。
本发明还提供一种过滤装置的实施例,所述过滤装置包括纳米银核微孔过滤膜、滤斗和盛水容器,所述滤斗用于支撑纳米银核微孔过滤膜;纳米银核微孔过滤膜包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。优选的,所述纳米银核微孔过滤膜为上述实施例1-4中制备的纳米银核微孔膜。
纳米银颗粒直接进入菌体与氧代谢酶(-SH)结合,使菌体窒息而死的独特作用机制,可杀死与其接触的大多数细菌、真菌、霉菌、孢子等微生物。经国内八大权威机构研究发现:其对耐药病原菌如耐药大肠杆菌、耐药金葡萄球菌、耐药绿脓杆菌、化脓链球菌、耐药肠球菌,厌氧菌等有全面的抗菌活性;对烧烫伤及创伤表面常见的细菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌及其它G+、G-性致病菌都有杀菌作用;对沙眼衣原体、引起性传播性疾病的淋球菌也有强大的杀菌作用。
一种抗生素能杀灭大约6种病原体,而纳米银可杀灭数百种致病微生物。杀灭细菌、真菌、滴虫、支/衣原体、淋球菌,杀菌作用强,对抗菌素耐药菌有同样杀灭作用。尺度在20至50纳米的纳米银颗粒可在短时间内杀死600多种细菌、病毒等微生物病原体。
采用实施例1制备的纳米银核微孔膜(34平方厘米)过滤池塘水500ml,过滤时间约10分钟,过滤前后的水样进行细菌培养并进行菌落计数,得到灭菌效率为100%。
此外依据《消毒技术规范》2002年版,进行杀菌性能检测。测试结果显示,上述纳米银核微孔膜对大肠杆菌(8099型)的杀灭率大于99.9999%,对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538型)的杀灭率大于99.9999%,对铜绿假单胞菌(ATCC 9027型)的杀灭率大于99.9999%,对白色念珠菌(ATCC 10231型)的杀灭率大于99.9999%。
采用实施例2制备的纳米银核微孔膜(12.56平方厘米)过滤池塘水500ml,过滤时间约8分钟,过滤前后的水样进行细菌培养并进行菌落计数,得到灭菌效率为98.5%。
此外依据《消毒技术规范》2002年版,进行杀菌性能检测。测试结果显示,上述纳米银核微孔膜对大肠杆菌(8099型)的杀灭率大于99.99%,对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538型)的杀灭率大于99.99%,对铜绿假单胞菌(ATCC 9027型)的杀灭率大于99.99%,对白色念珠菌(ATCC 10231型)的杀灭率大于99.99%。
采用实施例3制备的纳米银核微孔膜(12.56平方厘米)过滤池塘水500ml,过滤时间约15分钟,过滤前后的水样进行细菌培养并进行菌落计数,得到灭菌效率为100%。
此外依据《消毒技术规范》2002年版,进行杀菌性能检测。测试结果显示,上述纳米银核微孔膜对大肠杆菌(8099型)的杀灭率大于99.99%,对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538型)的杀灭率大于99.99%,对铜绿假单胞菌(ATCC 9027型)的杀灭率大于99.99%,对白色念珠菌(ATCC 10231型)的杀灭率大于99.99%。
采用实施例4制备的纳米银核微孔膜(12.56平方厘米)过滤池塘水500ml,过滤时间约11分钟,过滤前后的水样进行细菌培养并进行菌落计数,得到灭菌效率为100%。
此外依据《消毒技术规范》2002年版,进行杀菌性能检测。测试结果显示,上述纳米银核微孔膜对大肠杆菌(8099型)的杀灭率大于99.9999%,对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538型)的杀灭率大于99.9999%,对铜绿假单胞菌(ATCC 9027型)的杀灭率大于99.9999%,对白色念珠菌(ATCC 10231型)的杀灭率大于99.9999%。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合,本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合,以实现本发明之目的为准。

Claims (9)

1.一种纳米银核微孔过滤膜,其特征在于,包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。
2.根据权利要求1所述的纳米银核微孔过滤膜,其特征在于,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
3.根据权利要求1或2所述的纳米银核微孔过滤膜,其特征在于,所述核微孔的孔径大于等于2.0微米;所述纳米银层的厚度为2nm~90nm。
4.一种过滤装置,所述过滤装置包括纳米银核微孔过滤膜、滤斗和盛水容器,所述滤斗用于支撑纳米银核微孔过滤膜;其特征在于,纳米银核微孔过滤膜包括具有核微孔的滤膜本体,在所述滤膜本体的表面及核微孔内壁上具有纳米银层。
5.根据权利要求4所述的过滤装置,其特征在于,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
6.根据权利要求1所述的过滤装置,其特征在于,所述核微孔的孔径大于等于2.0微米;所述纳米银层的厚度为2nm~90nm。
7.权利要求1-3任一项所述纳米银核微孔过滤膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将具有核微孔的滤膜本体浸泡在聚乙烯吡咯烷酮溶液中,在滤膜本体的表面和核微孔内壁涂覆一层聚乙烯吡咯烷酮;
步骤2,将经过步骤1处理的滤膜本体浸泡在含有氯化锌和三氟乙酸的溶液中;
步骤3,将经过步骤2处理的滤膜本体浸泡在含银离子的溶液中,冲洗后获得纳米银核微孔过滤膜。
8.根据权利要求7所述的纳米银核微孔过滤膜的制备方法,其特征在于,所述滤膜本体为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺材料。
9.根据权利要求7所述的纳米银核微孔过滤膜的制备方法,其特征在于,
步骤1,将滤膜本体浸泡在温度为温度20~60℃的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中2min~30min,在滤膜本体表面和核微孔内壁涂覆一层聚乙烯吡咯烷酮;
步骤2,将经过步骤1处理的滤膜本体浸泡在含有0.026mol/l氯化锌和0.07mol/l三氟乙酸的溶液中;溶剂为甲醇和水体积比为50/50的混合溶剂,浸泡时间为3min~10min;利用甲醇冲洗核微孔过滤膜1~3次;
步骤3,将经过步骤2处理的滤膜本体浸泡在含银离子的氨水溶液中,持续2~30min;将滤膜本体用甲醇冲洗2次,并在水中浸泡2~10min后获得纳米银核微孔过滤膜。
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