CN111533225B - 一种抗菌水活化球及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌水活化球及其制备方法和应用，包括如下重量百分数的原材料：矿石粉40‑90％、黏土5‑40％、抗菌微胶囊1‑10％、粘结剂4‑10％；所述抗菌微胶囊的囊芯为载银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅；所述矿石粉为1000目至纳米级的超细电气石粉、麦饭石粉、长石粉、蛭石粉中的一种或几种；所述黏土为坡缕石、膨润土、海泡石、中的一种或几种与沸石的混合物。将抗菌水活化球应用到净水机或净水器的滤芯中，其出水的溶解性总固体非常低，小于30ppm；出水中银离子浓度低于0.005mg/L；且抗菌率大于等于99％以上，菌落总数小于20CFU/mL，活化水的效果较好，具有较低的负电位。

Description

一种抗菌水活化球及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及无机净水材料技术领域，具体涉及一种抗菌水活化球及其制备方法和应用。

背景技术

目前，净水机已成为普及率很高的家用电器，但由于水源地、制造工艺的差异等原因导致净水机市场存在良莠不齐的情况，市场上大约有50％的净水机设备质量不合格，而绝大多数问题是出在菌落总数超标的问题上。细菌在净水机内部繁殖速率极快，一般一天就能达到上亿个，影响用户的生活健康和使用安全。现有技术中，通常使用的家用净水器通过过滤和吸附对水中污染物进行处理，以达到过滤净化目的，使出水符合饮用安全水的标准。其中使用较多的两类滤芯是活性炭滤芯和反渗透滤芯。活性炭滤芯能够有效吸附水体中的异色异味和部分重金属，但其容易滋生细菌。抗菌活性炭大多为载银抗菌剂，虽然抗菌效果较好，但银离子会析出且析出量不易控制，可能导致水质中重金属银含量超标。而反渗透滤芯由于采用的反渗透膜其空间小至纳米级，在一定压力下只有水分子能够通过，即成为超纯水，因此只能满足饮用水需求，不适合儿童长期饮用。反渗透膜需要加压水体才能通过，长时间使用，会存在断丝的现象，细菌就会通过，在后半段大量繁殖。

大量研究表明机体氧化反应中产生大量自由基，具有强氧化性，可损害机体的组织和细胞，削弱细胞的抵抗力，使身体易受细菌和病菌感染，破坏蛋白质，破坏体内的酶，导致慢性疾病及衰老效应；破坏脂肪，使脂质过氧化，导致动脉粥样硬化，发生心脑血管疾病等；破坏碳水化合物，使透明质酸降解，导致关节炎等。而饮用含负电位的水可以减少体内自由基，有助于体内细胞抗氧化延缓衰老。

然而现有技术中，无论是烧开的自来水或桶装水或瓶装水都无法达到水质呈负电位且具有长效抗菌性。现有技术的净水器只能解决水质净化，对于生活饮用水，使其呈负电位且具有长效抗菌性仍没有效果。市面上现有的水活化产品，功能单一且成本较高，同时长时间浸泡会过量溶出多种离子。

发明内容

为了解决现有净水技术中水活化产品过量溶出多种离子且无法具有长效抗菌性的技术问题，而提供一种抗菌水活化球及其制备方法和应用。本发明的抗菌水活化球应用于净水机滤芯中，能够使水具有较低的出水溶解性总固体及出水菌落总数。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种抗菌水活化球，包括如下重量百分数的原材料：矿石粉40-90％、黏土5-40％、抗菌微胶囊1-10％、粘结剂4-10％；

所述抗菌微胶囊的囊芯为载银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅。

进一步地，所述矿石粉为1000目至纳米级的超细电气石粉、麦饭石粉、长石粉、蛭石粉中的一种或几种。以矿物质材料作为抗菌水活化球的主基材，对水分子具有较好的击穿作用，可将水分子击穿为小分子团簇的水及释放负离子的功能。一般水中的水分子之间以氢键缔结在一起，组成较大分子团簇的水分子，而小分子团簇的水分子是指小于6个水分子缔结而成的水。小分子团簇的水直径小于0.5纳米可以直接通过细胞的亲水通道被人体细胞吸收，而大分子团簇的水则要经过人体肠壁膜才能被吸收。

优选地，所述矿石粉为1000目至纳米级的超细电气石粉。电气石较其他矿石制成的水活化球在净化水的过程中具有更低的氧化还原电位，对水分子的击穿作用更显著，使净化的水其电位降低至负值；电气石粒径越小，作用效果越快、越理想。需要说明的是溶液电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，溶液电位为负则说明溶液显示出还原性。而只有使水溶液呈现负电位具有一定还原性后与人体内的具有较强氧化性的自由基产生氧化还原反应，以此来减少人体自由基。

进一步地，所述粘结剂为糊精、羟甲基纤维素，聚醋酸乙烯酯，聚乙烯醇中的一种或几种。

优选地，所述粘结剂为羟甲基纤维素。羟甲基纤维素成本低、且使用方便，在中性或碱性溶液中粘稠度较大，更容易粘结。

进一步地，所述黏土为坡缕石、膨润土、海泡石、中的一种或几种与沸石的混合物。坡缕石、膨润土、海泡石具有层链状结构，其层链状结构上存在一些阳离子如铜、镁、钠、钾等，这些阳离子与结构晶胞不稳定，易被其他阳离子交换，具有较好的离子交换性，而沸石具有独特的孔道结构，具有物理吸附特性及释放负离子功能，利用具有化学离子交换作用和物理吸附作用的黏土作为抗菌水活化球的辅助基材，尤其对水中的重金属离子具有较好的净化作用。

进一步地，所述抗菌微胶囊的制备方法为：将载银抗菌剂分散在乙醇溶液中，调节pH值为9～12，逐滴加入有机硅氧化合物，升温反应2～4小时，冷却后过滤收集产物，洗涤所述产物并干燥，制得囊芯为载银抗菌剂、壁材为二氧化硅的抗菌微胶囊。

更进一步地，所述载银抗菌剂与乙醇溶液的用量为(5-20)g:(100-500)mL，所述乙醇溶液的质量浓度为大于70％；所述调节pH值为9～12是以加入碱性溶液实现的；所述升温反应的温度为50℃～60℃；所述有机硅氧化合物为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷中的一种或几种；所述载银抗菌剂与所述有机硅氧化合物的重量比为1:(1-4)；所述载银抗菌剂为纳米银。

本发明另一方面提供一种抗菌水活化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将矿石粉、黏土、抗菌微胶囊按配方进行配料，然后混合均匀形成混料；

(2)对所述混料按配方进行喷洒5％-10％质量浓度的粘结剂的溶液，再次混合均匀，加入挤压机中进行成型、切断，在400℃～600℃煅烧0.5h-3h后，自然冷却，表面打磨，制得抗菌水活化球。

本发明最后提供一种上述抗菌水活化球在净水机或净水器滤芯中的应用。

有益技术效果：

本发明涉及的一种抗菌水活化球，由矿石粉、抗菌微胶囊、黏土和粘黏剂经过挤压、煅烧成型，以矿物质材料作为抗菌水活化球的主基材，对水分子具有较好的击穿作用，可将水分子击穿为小分子团簇的水；利用具有化学离子交换作用和物理吸附作用的黏土作为抗菌水活化球的辅助基材，尤其对水中的重金属离子具有较好的净化作用；抗菌微胶囊能够控制载银抗菌剂中的银离子析出，而即使析出，也会被抗菌水活化球中的黏土辅助基材吸收。将抗菌水活化球应用到净水机或净水器的滤芯中，其出水的溶解性总固体非常低，小于30ppm；出水中银离子浓度低于0.005mg/L(ppm)；且抗菌性能优异，抗菌率大于等于99％以上；出水的菌落总数小于20CFU/mL。另外抗菌水活化球活化水的效果较好，从进水的常规水正电位150mV～300mV下降到出水的净化水的-150mV～-600mV的负电位。本发明抗菌水活化球的制备方法成本低，制作工艺简单。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

以下实施例中若无特别说明的溶液中溶剂均为水。

实施例1

一种抗菌水活化球，包括如下重量百分数的原材料：矿石粉-10000目的超细电解石粉48％、黏土40％、抗菌微胶囊2％、粘结剂-羟甲基纤维素10％；

其中所述黏土为沸石、坡缕石、海泡石的混合物，三者质量比为2:1:1；

其中所述抗菌微胶囊的囊芯为纳米银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅，其制备方法如下：将纳米银10g分散在100mL、90wt％的乙醇溶液中，以氨水溶液调节pH值为10，逐滴加入30g四甲氧基硅烷，升温至55℃反应3小时，冷却后过滤收集产物，洗涤所述产物并干燥，制得囊芯为载银抗菌剂、壁材为二氧化硅的抗菌微胶囊。

以上一种抗菌水活化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将10000目的超细电解石粉、沸石、坡缕石、海泡石、抗菌微胶囊按以上配方进行配料，然后混合均匀形成混料；

(2)对所述混料按配方进行喷洒10％质量浓度的羟甲基纤维素溶液，再次混合均匀，加入挤压机中进行成型、切断，在500℃煅烧2h后，自然冷却，表面打磨，制得抗菌水活化球。

实施例2

一种抗菌水活化球，包括如下重量百分数的原材料：矿石粉80％、黏土5％、抗菌微胶囊6％、粘结剂-聚乙烯醇9％；

其中所述矿石粉为麦饭石粉、长石粉、蛭石粉的混合物，三者质量为1:1:1；

其中所述黏土为沸石、膨润土的混合物，两者质量比为1:1；

其中所述抗菌微胶囊的囊芯为纳米银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅，其制备方法如下：将纳米银5g分散在100mL、80wt％的乙醇溶液中，以氨水溶液调节pH值为12，逐滴加入20g四正丁氧基硅烷，升温至50℃反应4小时，冷却后过滤收集产物，洗涤所述产物并干燥，制得囊芯为载银抗菌剂、壁材为二氧化硅的抗菌微胶囊。

以上一种抗菌水活化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将麦饭石粉、长石粉、蛭石粉、沸石、膨润土、抗菌微胶囊按以上配方进行配料，然后混合均匀形成混料；

(2)对所述混料按配方进行喷洒5％质量浓度的聚乙烯醇溶液，再次混合均匀，加入挤压机中进行成型、切断，在400℃煅烧3h后，自然冷却，表面打磨，制得抗菌水活化球。

实施例3

一种抗菌水活化球，包括如下重量百分数的原材料：矿石粉-粒径为200nm超细电解石粉60％、黏土25％、抗菌微胶囊10％、粘结剂-糊精5％；

其中所述黏土为沸石、海泡石的混合物，两者质量比为1:1；

其中所述抗菌微胶囊的囊芯为纳米银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅，其制备方法如下：将纳米银20g分散在100mL、75wt％的乙醇溶液中，以氨水溶液调节pH值为10，逐滴加入20g四甲氧基硅烷，升温至60℃反应2小时，冷却后过滤收集产物，洗涤所述产物并干燥，制得囊芯为载银抗菌剂、壁材为二氧化硅的抗菌微胶囊。

以上一种抗菌水活化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粒径为200nm超细电解石粉、沸石、海泡石、抗菌微胶囊按以上配方进行配料，然后混合均匀形成混料；

(2)对所述混料按配方进行喷洒8％质量浓度的糊精溶液，再次混合均匀，加入挤压机中进行成型、切断，在600℃煅烧1h后，自然冷却，表面打磨，制得抗菌水活化球。

对比例1

本对比例与实施例1的抗菌水活化球及其制备方法相同，不同之处在于：不进行抗菌微胶囊的制备，而是直接加入纳米银。

对比例2

本对比例与实施例1的抗菌水活化球及其制备方法相同，不同之处在于：以针状结构硅灰石替换层链状结构坡缕石、海泡石。

对比例3

本对比例与实施例1的抗菌水活化球及其制备方法相同，不同之处在于：以硅藻土替换沸石。

应用例1

将以上实施例及对比例制得的抗菌水活化球应用于净水机或净水器的小T33滤芯中，采用浸泡实验检测评价该滤芯的浸泡水中的银离子浓度，参照《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》；按进水量2L/min的速度，对出水的水质进行检测：包括pH值、溶解性总固体(TDS)、氧化还原电位(ORP)、菌落总数、抗菌率。其中，pH值通过pH值测定仪进行测定；TDS通过TDS水质检测笔进行测定；银离子浓度通过电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS进行测定；ORP通过ORP电位测定仪进行测定；菌落总数、抗菌率按照以下方法测定：取1mL水样在有氧条件下37℃培养48h后进行测定。

检测数据见表1。

表1出水的水质检测数据

由表1可知，本发明的抗菌水活化球应用于净水机或净水器中对水质进行净化的效果较好：出水的溶解性总固体非常低，小于30ppm；出水中银离子浓度低于0.005mg/L(ppm)；且抗菌率大于等于99％以上，菌落总数小于20CFU/mL，活化水的效果较好，具有较低的负电位，负电位越低说明净化后的水中具有更多的负氧离子数。

比较实施例1和对比例1可知，实施例1对纳米银进行二氧化硅的包覆制成抗菌微胶囊后，出水中溶解性总固体TDS的浓度明显下降很多，且抗菌性不受影响，这说明本发明对抗菌剂包覆制成的微胶囊能够有效抑制纳米银的析出，而随着对比例1中纳米银的不断析出，其长效抗菌性必然下降，但是本发明对纳米银进行包覆制成微胶囊能有效抑制纳米银的析出，从侧面能够反映出本发明的抗菌水活化球具有长效抗菌性。

比较实施例1和对比例2可知，以对比例2中针状结构硅灰石替换实施例1中层链状结构坡缕石、海泡石后，对比例2中对应TDS的浓度上升，说明针状结构硅灰石黏土对溶出物的化学吸附效果较片层状黏土的化学吸附效果差。

比较实施例1和对比例3可知，以对比例3的硅藻土替换实施例1中的沸石，虽然硅藻土和沸石同样具有较好的吸附作用，但是对比例3的氧化还原电位ORP收到较大影响，对比例3的负电位较实施例1的负电位大很多。氧化还原电位ORP的负电位数值越大说明水质中存在更多的负氧离子数，这说明沸石对释放负氧离子的贡献作用较硅藻土大很多。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抗菌水活化球，其特征在于，由如下重量百分数的原材料组成：矿石粉40-90％、黏土5-40％、抗菌微胶囊1-10％、粘结剂4-10％；

所述矿石粉为1000目至纳米级的超细电气石粉、麦饭石粉、长石粉、蛭石粉中的一种或几种；

所述黏土为坡缕石、膨润土、海泡石中的一种或几种与沸石的混合物；

所述抗菌微胶囊的囊芯为载银抗菌剂，所述抗菌微胶囊的壁材为二氧化硅；

所述抗菌微胶囊的制备方法为：将载银抗菌剂分散在乙醇溶液中，调节pH值为9～12，逐滴加入有机硅氧化合物，升温反应2～4小时，冷却后过滤收集产物，洗涤所述产物并干燥，制得囊芯为载银抗菌剂、壁材为二氧化硅的抗菌微胶囊；

所述载银抗菌剂与乙醇溶液的用量为(5-20)g:(100-500)mL，所述乙醇溶液的质量浓度大于70％；

所述调节pH值为9～12是以加入碱性溶液实现的；

所述升温反应的温度为50℃～60℃；

所述有机硅氧化合物为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷中的一种或几种；

所述载银抗菌剂与所述有机硅氧化合物的重量比为1:(1-4)；

所述载银抗菌剂为纳米银；

所述的抗菌水活化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将矿石粉、黏土、抗菌微胶囊按配方进行配料，然后混合均匀形成混料；

(2)对所述混料按配方进行喷洒5％-10％质量浓度的粘结剂的溶液，再次混合均匀，加入挤压机中进行成型、切断，在400℃～600℃煅烧0.5h-3h后，自然冷却，表面打磨，制得抗菌水活化球。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌水活化球，其特征在于，所述矿石粉为1000目至纳米级的超细电气石粉。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌水活化球，其特征在于，所述粘结剂为糊精、羟甲基纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的一种抗菌水活化球，其特征在于，所述粘结剂为羟甲基纤维素。

5.一种根据权利要求1～4任一项所述的抗菌水活化球在净水机或净水器滤芯中的应用。