一種嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飲用水消毒技術(shù)和陶瓷凈水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]飲用水問題已成為全球關(guān)注，據(jù)統(tǒng)計，全世界每年超過180萬人死于不安全的飲用水和水污染有關(guān)的疾病，約7.8億人生活飲水缺乏清潔的水源。世界衛(wèi)生組織(WHO)建議采用適宜的就地處理方法能有效的解決家庭飲用水問題。有研宄表明家庭飲水就地處理能有效地提高飲用水安全，相比于水源地處理，但這是依賴于用戶遵從性。因此，實用性、可負擔性和穩(wěn)定性成為開發(fā)就地處理技術(shù)的關(guān)鍵因素。
[0003]傳統(tǒng)的就地處理技術(shù)有膜過濾、高溫消毒和太陽光消毒等技術(shù)，但由于存在一些不確定的因素，使得其技術(shù)缺乏實用性。另外，由于環(huán)境衛(wèi)生問題，這些處理技術(shù)都容易產(chǎn)生二次污染。因此，能有效去除水中致病菌、滿足用戶要求、處理長期穩(wěn)定、減少二次污染、便于運輸和使用的就地處理技術(shù)(材料)成為當前關(guān)注的焦點。
[0004]金屬銀消毒被認為一種有效的飲用水就地處理技術(shù)與方法，能夠有效殺死水中的細菌、病毒和原生動物，并且能夠保持水質(zhì)較好的色度和氣味，相比于氯和碘等化學消毒劑，一些研宄表明金屬銀消毒技術(shù)能殺除水中的細菌，并且表現(xiàn)出良好的持續(xù)性。然而，在一些發(fā)展中國家和地區(qū)，金屬銀材料的消耗和生產(chǎn)限制其廣泛應(yīng)用。另外，金屬銀納米顆粒直接用于水消毒，容易對產(chǎn)生二次污染，對生物體存在毒性，且不經(jīng)濟適用。因此，必須尋求一種固定納米銀顆粒的載體，維持其長期穩(wěn)定地發(fā)揮其能效。
[0005]多孔陶瓷水過濾器可以用來作為納米銀的載體，其特有較大的比表面積保證銀分散度，銀與水中病原微生物充分接觸，進而可以保證凈化效果。把銀負載在載體上，如果簡單地把單質(zhì)銀和載體混合，通常兩者之間不會緊密地結(jié)合。在目前公開的專利中，納米銀負載陶瓷的過程是多步反應(yīng)形成的，特別是應(yīng)用了化學還原劑或紫外照射等方法將銀離子還原，例如專利“一種硅藻土基多孔AgO陶瓷材料的制備方法”，公開號為CN102060561A，專利“硅藻土基多孔陶瓷及其負載銀摻雜納米二氧化鈦的方法”，公開號為CN101891497A，以及專利“一種銀改性多孔陶瓷膜及其制備方法與應(yīng)用”，公開號為CN104084055A。這些方法或過程容易造成二次污染、陰離子流失和納米銀不牢固等，影響原材料利用效率和凈水材料功能效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作靈活方便、成本低廉、處理飲用水效果好的嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片。
[0007]本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述多孔陶瓷片的制備方法。
[0008]本發(fā)明最后要解決的技術(shù)問題是提供上述多孔陶瓷片在飲用水凈化除菌中的應(yīng)用。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片的制備方法，其特征在于，將木肩和黏土按質(zhì)量百分比11?13%混合后加入到硝酸銀水溶液中，混合物先用超聲波分散I?2h，再攪拌均勻，將混合體系固定成圓片，并在常溫下風干70?80h (優(yōu)選72h)，然后將此圓片置于窯爐中以2.5 °C /min升溫至600 ± 20 °C，再以5 V /min升溫至900 ± 20 °C，然后保溫3?4h (優(yōu)選3h)，即得。
[0011 ] 其中，所述的黏土購自于西格瑪奧德里奇公司，其主要成分為高嶺石和伊來石，其粒徑分布情況為:
[0012]〈2 μ m 的顆粒占 25_30wt % ；
[0013]2 ?20 μ m 的顆粒占 55_60wt % ；
[0014]>20 μπι的顆粒占約各占10_20wt%。
[0015]優(yōu)選的粒徑分布情況為:
[0016]〈2 μ m 的顆粒占 28wt% ;
[0017]2 ?20 μπι 的顆粒占 56wt% ;
[0018]>20 μπι的顆粒占約各占16wt%。
[0019]其中，所述的木肩，是過20目篩所得。
[0020]其中，混合體系中，混合體系中，硝酸銀的重量與黏土和木肩總重量的比為I?5:
62 ?63ο
[0021]其中，使用手動液壓機將混合體系固定成圓片，固定單個圓片所需混合體系的質(zhì)量為82.7?86.7g，形成的圓片的直徑為60?90_，厚度為20?40_。。
[0022]上述嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片的理化性質(zhì)可以通過改變黏土和木肩的混合質(zhì)量比和硝酸銀投加量，以及材料成型來實現(xiàn)。例如，通過改變投加硝酸銀量來改變凈水材料中銀的含量；通過改變黏土和木肩的混合質(zhì)量比，從而可以改變凈水材料的孔隙度；在材料成型過程中，改變圓片尺寸，實現(xiàn)材料本身的孔隙度和比表面積。
[0023]上述制備方法制備得到的嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0024]上述嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片在直飲水凈化除菌中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。將嵌入納米銀顆粒的多孔陶瓷片置于水中，多孔陶瓷片對水起到殺菌凈化的作用，負載在陶瓷膜上的單質(zhì)銀以及釋放銀離子直接殺滅水中的微生物，得到凈化除菌后的直飲水，且釋放的銀離子濃度低于世界衛(wèi)生組織所規(guī)定的相關(guān)標準。
[0025]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有材料與技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0026]本發(fā)明制備的多空陶瓷凈水材料取材方便簡單、制備過程易操作、便于攜帶，并且納米銀顆粒生成過程中不需要任何化學藥劑，只通過黏土 -木肩混合物焙燒過程形成。同時，制備的多空陶瓷材料具體較大的比表面積，促使介孔表層的納米銀顆粒能充分與水中病原微生物接觸，形成的納米銀顆粒粒徑約為2.5nm，且不易脫落；納米尺寸的銀可顯著提高銀的凈化除菌效果。多孔陶瓷凈化材料所釋放出來的銀離子長時間的維持在較低濃度(< 0.35mg/L)，滿足世界衛(wèi)生組織所規(guī)定的相關(guān)飲用水標準。保障有效殺除飲用水中的細菌的同時，可節(jié)約銀用量，也保證多孔陶瓷凈化材料的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1制備的凈水材料透射電鏡圖(TEM)和能譜儀圖(EDS)。其中，A陶瓷片中心內(nèi)部、B陶瓷面層、C為凈水材料能譜儀