CN108607371A - 一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，通过将已成型的炭膜在复合抑菌水溶胶中浸泡、取出、焙烧反应等工艺流程，有效的将抑菌材料固载于炭膜内外表面，从外到内形成一个抑菌炭层、常规炭层、抑菌炭层的多层炭膜结构。该方法制备抑菌炭膜具有生产高效、快速、低成本、尺寸形貌广谱等诸多优点。具有多层结构的抑菌炭膜在能高效滤除余氯、有机物、重金属等微污染的基础上，能持久、有效地抑制微生物的繁殖，避免炭膜发臭、堵塞等问题产生，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中，更好的保护后面膜过滤中所使用的滤膜不被细菌腐蚀、破坏，从而延长使用寿命，减少过滤膜的更换次数，有效降低使用成本。

Description

一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法
技术领域
本发明属于水净化领域，具体涉及一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法。
背景技术
因环境污染的严重，随着生活水平的提高，生活饮用水健康与安全越来越受人们关注与重视，我国净水行业迅速发展，拥有潜在千亿级的市场规模，各类净水产品随之孕育而生。
基于活性炭制备而成的炭膜是家用净水产品中的核心元件，其功能在于(1)去除水中余氯；(2)吸附水中有机物、重金属等微污染物；(3)过滤固体颗粒物降低水体浊度；(4)脱色去味、改善水体口感。然而，炭膜因过滤吸附能力强，常容易滋生细菌，从而造成炭膜发臭、表面生长粘膜而堵塞等问题。
整体上说，炭膜受到微生物攻击是从外内两个表面开始的。特别地，炭膜中的活性炭因具有复杂的多孔结构，事实上，凡是水能够进入的孔结构都会被细菌攻击从而导致发臭和生长粘膜的情况。当前已有厂商通过向炭膜中添加抗菌剂的方式来制备抑菌炭膜，然而这种方法存在因抑菌材料不能有效分散于炭膜内而造成抑菌功效弱、不能有效解决发臭等问题，同时其存在生产成本高、工艺复杂、不能适用多种尺寸形貌等问题。
为此，本专利发明了一种新型方法制备具有多层抑菌结构的炭膜，通过将已成型的炭膜在复合抑菌水溶胶中浸泡、取出、焙烧反应等工艺流程，有效的将抑菌材料固载于炭膜内外表面，从而形成内外两层炭膜抑菌层，从而有效解决炭膜易滋生细菌、易发臭、易堵塞等问题，该方法具有生产高效、快速、低成本、尺寸形貌广谱等诸多优点。
发明内容
针对现有技术存在的问题与不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，制备好的成品滤芯在实现物理过滤的同时，能够起到较好的抑菌效果。
为实现上述的目的，本发明技术采用的技术方案是，一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将一定浓度的抗菌抑菌材料即抑菌剂、偶联剂与水混合，搅拌均匀，配制成复合抑菌水溶液；
第二步，将不同形状规格的利用烧结法制备的常规中空炭膜置入复合抑菌水溶液中在一定的温度下浸泡一段时间；
第三步，将浸泡后的炭膜取出晾干后，在一定温度下焙烧一定时间制得具有多层结构的抑菌炭膜。
其中，所述抗菌剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、银系抗菌剂、胍系抗菌剂及铵盐抗菌剂等；
所述偶联剂包括3-(巯基丙基)三甲氧基硅烷、双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷、3-(氨基丙基)三甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、(3-三甲氧基甲硅烷基)二亚乙基三胺、正丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙基氨基异丁基三甲氧基硅烷、N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、双(三乙氧基甲硅烷基)胺、双(三甲氧基甲硅烷基)胺、双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4，5-二氢咪唑、脲丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、异氰基酸酯、甲苯二异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
本发明具体原理如下：先将抗菌抑菌材料及偶联剂配成水溶液，再将不同型号规格的炭膜置入反应液中浸泡，在此浸泡过程中，抗菌抑菌材料和偶联剂将进入炭膜中水体可进入的活性炭多孔结构内，将炭膜去除并反应偶联后，抗菌抑菌材料被固载于炭膜表面的活性炭多孔结构上，从而整体上从外到内形成一个抑菌炭层、常规炭层、抑菌炭层的多层炭膜结构。在抑菌炭层中，只要是水体能接触的地方，均有抗菌抑菌材料，极大的提高了炭膜的抗菌抑菌效能。另一方面，抗菌抑菌材料通过偶联剂与活性炭多孔表面的羟基等活性基团偶联反应，高效固载，避免了抗菌抑菌材料泄露的风险，保障了抑菌炭膜的安全性。
本发明技术方案具有如下优点及有益技术效果：
1、本发明的方法制备的具有多层结构的抑菌炭膜，在实现物理过滤的同时，能够起到较好的杀菌、抑菌效果，全面净化水质。
2、本发明的方法制备的具有多层结构的抑菌炭膜，在抑菌系统中使用，与后面的膜过滤相配合，在前序过滤中将细菌杀灭，能够更好的保护后面膜过滤中所使用的滤膜不被细菌腐蚀、破坏，从而延长使用寿命。
3、本发明的方法制备的具有多层结构的抑菌炭膜，在抑菌系统中使用，能够节约后续过滤程序中过滤膜的使用量，从而减少过滤膜的更换次数，有效降低使用成本。
4、本发明的方法制备的具有多层结构的抑菌炭膜，实用易操作，生产成本较低，便于市场推广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明一种具有多层结构的抑菌炭膜的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将以如下具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
在60℃下，新鲜制备2升复合先导反应水溶液，其中含有5.0mM的((3-氨基丙基)二甲基乙氧基硅烷)、2.5mM硝酸锌及5.0mM氨水。取3只利用烧结法制备的常规中空炭膜A1(外径45mm，内径22mm，长220mm)植入溶液中，在60℃下浸泡2小时后，取出晾干后，在120℃下焙烧5小时制得抑菌炭膜B1。
实施例2：
普通炭膜A1及抑菌炭膜B1的抑菌效能评测
自制一台家用净水器用于实验测试，其采取双级过滤结构，第一级为5微米PP棉，第二级分别采用普通炭膜(A1)和抑菌炭膜(B1)(两种炭膜尺寸均为外径45mm，内径22mm，长220mm)，以自来水为源水进行长效除菌抗菌测试，每日出水100L，跟踪60天，分别在0、1000L、2000L、4000L、6000L取水样对杂菌菌落总数进行测试。
表一：活性炭棒对长效除菌抗菌效能测试对比
从上述实验数据中可清楚的看到，抗菌炭膜可有效抑制微生物生长。另外，在过6000L水后取出炭膜闻气味，可以明显感觉到普通炭膜上出现鱼腥味，而抑菌炭膜上未出现腥臭味。
实施例3：
普通炭膜A1及抑菌炭膜B1的余氯去除效能评测
配置余氯含量为2.0ppm的挑战水，在0.3bar的压力下，测试炭棒A1、B1的余氯去除效能，测水总量为10000L。
表二：炭膜余氯去除测试对比
流量(L) A1 B1
0 99.9％ 99.9％
2000 99.5％ 99.3％
4000 99.0％ 98.5％
7000 98％ 97％
10000 96.3％ 95.2％
从上述实验数据中可看到，炭膜A1及抑菌炭膜B1都对余氯具有良好的去除效果，抑菌炭膜B1较炭膜A1的余氯去除效果稍有下降但下降得非常小，完全能满足净水产品的使用需求。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将一定浓度的抗菌抑菌材料即抑菌剂、偶联剂与水混合，搅拌均匀，配制成复合抑菌水溶液；
第二步，将不同形状规格的利用烧结法制备的常规中空炭膜置入复合抑菌水溶液中在一定的温度下浸泡一段时间；
第三步，将浸泡后的炭膜取出晾干后，在一定温度下焙烧一定时间制得具有多层结构的抑菌炭膜。
2.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，其特征在于，所述抗菌剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、银系抗菌剂、胍系抗菌剂及铵盐抗菌剂等。
3.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的抑菌炭膜及其制备方法，其特征在于，所述偶联剂包括3-(巯基丙基)三甲氧基硅烷、双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷、3-(氨基丙基)三甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、(3-三甲氧基甲硅烷基)二亚乙基三胺、正丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙基氨基异丁基三甲氧基硅烷、N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、双(三乙氧基甲硅烷基)胺、双(三甲氧基甲硅烷基)胺、双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4，5-二氢咪唑、脲丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、异氰基酸酯、甲苯二异氰酸酯以及六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
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