專利名稱：去除病毒和細(xì)菌的納米凈水材料、制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水的凈化領(lǐng)域，具體涉及一系列以高分子材料為填充劑、納米材料為過濾體，能夠?qū)⑽鬯械募?xì)菌、病毒完全去除的納米凈水材料，以及納米凈水材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展，生活水平顯著提高的同時(shí)，環(huán)境污染問題日益突出，其中水環(huán)境的污染更是日趨嚴(yán)重。造成水質(zhì)惡化的污染源除了工業(yè)廢水外，日常生活所產(chǎn)生的生活污水也是主要和大量的污染源之一。水源的污染導(dǎo)致飲用水中有毒有害物質(zhì)明顯增加，尤其是水中日益增多的致病微生物、細(xì)菌、病毒，影響甚至嚴(yán)重影響了人們的日常生活與工作。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查資料表明，全球80％的疾病和50％的兒童死亡率都與水質(zhì)不良有關(guān)，此外還發(fā)現(xiàn)，飲用氯消毒水的人與癌癥死亡率密切相關(guān)，即使是某些豐水地區(qū)，也發(fā)現(xiàn)自來水加氯消毒后致突變活性增加，Ames(沙門氏菌誘變性試驗(yàn))為陽性。而據(jù)研究結(jié)果表明，Ames試驗(yàn)陽性突變結(jié)果與致癌之間有高達(dá)83％的符合率，其陽性率每增加1％，則每10萬人中胃癌、肝癌和腸癌的死亡率分別增加0.216人，0.111人和0.0854人。由此可見，水環(huán)境與我們?nèi)祟惖慕】迪⑾⑾嚓P(guān)。
目前，水處理技術(shù)主要有蒸餾技術(shù)、“混凝—沉淀—過濾”技術(shù)、殺菌消毒技術(shù)、碳濾技術(shù)，生物處理技術(shù)、離子交換技術(shù)、膜分離技術(shù)以及光化學(xué)處理技術(shù)等等。這些水處理技術(shù)已經(jīng)能夠使水質(zhì)凈化達(dá)到了較高的指標(biāo)，但他們卻存在很多缺點(diǎn)效率低、成本高、再生困難、存在二次污染等問題，即便是有良好應(yīng)用前景的納米TiO2光催化降解技術(shù)，雖然除凈度高、無污染，但此技術(shù)要求處理水在催化氧化反應(yīng)發(fā)生器中停留時(shí)間較長(zhǎng)，多在1h以上才可能有較好的效果，同時(shí)，納米TiO2顆粒細(xì)微，不便回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一系列由以高分子材料為填充劑、納米材料為過濾體的能夠?qū)λ械牟《尽⒓?xì)菌有效去除的納米凈水材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述納米凈水材料的制備方法。
如圖1所示，為本發(fā)明所述的納米凈水材料，其形狀包括層狀圓形及片狀，其主要成份為鋁的氧化—?dú)溲趸?5-65％，玻璃纖維15-35％，纖維素15-30％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為20-80納米，比表面積200-750平方米/克。
納米凈水材料的制備方法如下1.將濃度為0.1-6.1g/l的酸性溶液15-100ml加入0.5-20.5g玻璃纖維的水懸浮液中(其中玻璃纖維1.0-10.5g，蒸餾水100-550ml)，然后將混合物加熱至30-150℃；2.將加熱后的混合物取出并向其中投入粒徑為15-80nm的鋁粉0.1-11.2g，然后置于超聲發(fā)生器(K-100型超聲波清洗器)中，在30-150℃溫度下超聲0.3-5.5h，之后加8-22g/l的四乙基正硅酸酯醇10-110ml溶液繼續(xù)振蕩5-60min，然后取出，在室溫下冷卻；3.將濃度為1.0-10g/l的聚乙烯醇-[-CH2CHOH-]-n溶液10-110ml加入纖維素(活性碳纖維絲、聚乙烯)的水懸浮液中(聚乙烯為乙醇懸浮液)，其中纖維素(活性碳?xì)帧⒕垡蚁?1.0-10g，蒸餾水100-500ml(30-130ml乙醇)中，浸泡、均質(zhì)1-10h；4.將步驟2、3，制得的混合物用布氏漏斗進(jìn)行過濾；5.將濾料在20-110℃溫度下在干燥箱中干燥1.5-10h得到白色層狀、片狀的本發(fā)明的納米凈水材料。
表一為用本發(fā)明的納米凈水材料處理含有細(xì)菌的污水過程中，細(xì)菌總數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。由于在水的細(xì)菌學(xué)測(cè)定中，直接檢查水中各種病原微生物，方法較復(fù)雜，有的難度大，而且檢查結(jié)果為陰性也不能保證絕對(duì)安全。所以，在實(shí)際工作中經(jīng)常以檢查水的細(xì)菌總數(shù)來間接判水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量(見《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》P575)。我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-85)中規(guī)定細(xì)菌總數(shù)的出水標(biāo)準(zhǔn)為100個(gè)/ml。表中前35min(材料A為40min)材料的去除效率為100％，35min后材料對(duì)水中細(xì)菌的去除效率逐漸降低，在545min(材料A在560min)細(xì)菌總數(shù)開始超標(biāo)，而在825min各材料對(duì)水中細(xì)菌的處理能力均達(dá)最大飽和。由此可見，本發(fā)明的納米凈水材料去除效率高，處理能力強(qiáng)，具有相當(dāng)大的飽和度。
表二為用再生過的納米凈水材料處理含有細(xì)菌的污水過程中，細(xì)菌總數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。將使用過的納米凈水材料在高壓滅菌器中進(jìn)行再生，然后將其再應(yīng)用于處理含細(xì)菌的污水中。表中前35min材料的去除效率為100％，35min后材料對(duì)水中細(xì)菌的去除效率逐漸降低，在545min(材料D在530min，材料A在560min，)細(xì)菌總數(shù)開始超標(biāo)，而在825min材料B、C、E、F(A、D均在823min)對(duì)水中細(xì)菌的處理能力均達(dá)最大飽和。由此可見，本發(fā)明的納米凈水材料再生簡(jiǎn)單，可重復(fù)使用。
綜上所述，將本發(fā)明的納米凈水材料用于處理含細(xì)菌、病毒的污水，與現(xiàn)已有的水處理技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.制備方法簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便，使用壽命長(zhǎng)；2.去除能力強(qiáng)，除凈度高，對(duì)水中的細(xì)菌、病毒10s就可達(dá)到100％的去除效果，并具有相當(dāng)大的飽和度；3.可重復(fù)利用，再生簡(jiǎn)單，并且沒有二次污染。
本發(fā)明的納米凈水材料由于其除凈度高，故可廣泛應(yīng)用于深度處理各種污水。現(xiàn)已將其應(yīng)用于生活飲水機(jī)，并已經(jīng)取得了較好的效果。例如若將本發(fā)明的納米凈水材料15--30g裝在某小型凈水器的凈水裝置中，用其處理各種污水，可連續(xù)使用710--1430h左右，然后將使用過的納米凈水材料取出，經(jīng)過再生后仍可繼續(xù)使用。當(dāng)納米凈水材料重復(fù)再生使用8-10次，可重新更換新的材料。由此看來，本發(fā)明的納米凈水材料具有體積小，壽命長(zhǎng)，成本低，去除效率高等優(yōu)良效果。


圖1(a)層狀圓形的納米凈水材料；圖2(b)片狀的納米凈水材料。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表一 去除細(xì)菌總數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)



注表中各樣品的質(zhì)量分別為A0.2594gB0.2613gC0.2590gD0.2821gE0.2689gF0.2778g表中各樣品的厚度分別為A2.6mm B2.6mm C2.5mmD2.7mm E2.6mm F2.7mm表二 再生后的材料去除細(xì)菌總數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)




注表中各樣品的質(zhì)量分別為A0.2594gB0.2613gC0.2590gD0.2821gE0.2689gF0.2778g表中各樣品的厚度分別為A2.6mm B2.6mm C2.5mmD2.7mm E2.6mm F2.7mm具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
取1.8g的C-玻璃(亦稱為中堿)纖維在200ml蒸餾水中混合均勻后，加入1.5g/l的硼酸20ml，然后加熱至40℃，加入粒徑為15nm的鋁粉1.6g，然后置于超聲槽中在55℃下超聲振蕩25min，然后向混合物中加入12g/l四己基正硅酸酯醇溶液35ml繼續(xù)超聲振蕩55min，之后取出在室溫下冷卻；將1.5g微晶纖維素于200ml蒸餾水中，浸泡、均質(zhì)1h，然后加入5.5g/l聚乙烯醇溶液50ml；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中，溫度90℃干燥1.5h，即得到9.1g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?0.8％，玻璃纖維19.8％，纖維素16.5％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為22納米，比表面積695平方米/克。
實(shí)施例2取1.6g D-玻璃纖維在220ml蒸餾水中混合均勻后，加入0.8g/l的水楊酸鈉80ml，然后加熱至50℃，加入0.8鋁粉(粒徑為15nm)，然后置于超聲槽中在65℃下超聲振蕩0.5h，然后向混合物中加入5g/l四己基正硅酸酯醇溶液40ml繼續(xù)超聲振蕩50min，之后取出在室溫下冷卻；將1.2g甲基纖維素于220ml蒸餾水中，浸泡、均質(zhì)3h，然后加入1.5g/l聚乙烯醇溶液50ml混合均勻；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中，溫度110℃干燥4h，即得到6.5g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?5.6％，玻璃纖維24.6％，纖維素18.5％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為20納米，比表面積735平方米/克。
實(shí)施例3取1.6g的E--玻璃纖維在200ml蒸餾水中混合均勻后，加入4g/l的水楊酸鈉25ml，然后加熱至80℃，加入1.0g鋁粉(粒徑為20nm)，然后置于超聲槽中在40℃超聲振蕩2h，然后向混合物中加入15g/l四己基正硅酸酯醇溶液15ml繼續(xù)超聲振蕩30min，取出，在室溫下冷卻；將1.2g的活性碳纖維絲用200ml蒸餾水浸泡、均質(zhì)60min，加入5g/l聚乙烯醇溶液40ml混合均勻；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中于溫度50℃下干燥5h，即得到5.92g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?8.8％，玻璃纖維27％，活性碳纖維20.3％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為25納米，比表面積690平方米/克。
實(shí)施例4取2.6g的C--玻璃纖維在400ml蒸餾水中混合均勻后，加入4g/l的水楊酸鈉60ml，然后加熱至80℃，加入1.5g鋁粉(粒徑為20nm)，然后置于超聲槽中在80℃下超聲振蕩2h，然后向混合物中加入15g/l四己基正硅酸酯醇溶液10ml繼續(xù)超聲振蕩30min，取出，在室溫下冷卻；將2.8g的活性碳纖維絲用420ml蒸餾水浸泡、均質(zhì)70min，加入5g/l聚乙烯醇溶液20ml混合均勻；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中于溫度100℃下干燥5h，即得到11.0g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?9.4％，玻璃纖維23.6％，活性碳纖維25.5％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為25納米，比表面積690平方米/克。
實(shí)施例5取2.4g的E--玻璃纖維在380ml蒸餾水中混合均勻后，加入0.2g/l的水楊酸鈉100ml，然后加熱至45℃，加入1.5鋁粉(粒徑為20nm)，然后置于超聲槽中在70℃下超聲振蕩1.5h，然后向混合物中加入15g/l四己基正硅酸酯醇溶液10ml繼續(xù)超聲振蕩20min，取出，在室溫下冷卻；將1.8g的聚乙烯用50ml乙醇浸泡、均質(zhì)65min，加入3g/l聚乙烯醇溶液25ml混合均勻；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中于溫度80℃下干燥3h，即得到9.8g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?4.2％，玻璃纖維24.5％，聚乙烯18.4％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為25納米，比表面積685平方米/克。
實(shí)施例6取1.4g D--玻璃纖維在250ml蒸餾水中混合均勻后，加入0.8g/l的水楊酸鈉60ml，然后加熱至50℃，加入1.0鋁粉(粒徑為20nm)，然后置于超聲槽中在55℃下超聲振蕩0.5h，然后向混合物中加入5g/l四己基正硅酸酯醇溶液70ml繼續(xù)超聲振蕩50min，之后取出在室溫下冷卻；將1.2g甲基纖維素于230ml蒸餾水中，浸泡、均質(zhì)3h，然后加入1.5g/l聚乙烯醇溶液15ml混合均勻；將上述制得的兩種混合液過濾，將濾料在干燥箱中，溫度100℃干燥4h，即得到6.2g本發(fā)明的納米凈水材料，其組成為鋁的氧化—?dú)溲趸?6.6％，玻璃纖維22.6％，纖維素19.4％，其中氧化—?dú)溲趸X的粒徑為25納米，比表面積705平方米/克。
權(quán)利要求
1.一種納米凈水材料，其形狀包括層狀圓形及片狀，其主要成份為鋁的氧化-氫氧化相35-65％，玻璃纖維15-35％，纖維素15-30％，其中氧化-氫氧化鋁的粒徑為20-80納米，比表面積200-750平方米/克。
2.權(quán)利要求1所述納米凈水材料的制備方法，包括如下步驟(1)將濃度為0.1-6.1g/l的酸性溶液15-100ml加入玻璃纖維的水懸浮液中，其中玻璃纖維1.0-10.5g，蒸餾水100-550ml，然后將混合物加熱至30-150℃；(2)將加熱后的混合物取出并向其中投入粒徑為15-80nm的鋁粉0.1-11.2g，然后置于超聲發(fā)生器中，在30-150℃溫度下超聲0.3-5.5h，之后加8-22g/l的四乙基正硅酸酯醇10-110ml溶液繼續(xù)振蕩5-60min，然后取出，在室溫下冷卻；(3)將濃度為1.0-10g/l的聚乙烯醇-[-CH2CHOH-]-n溶液10-110ml加入纖維素的水懸浮液中，其中纖維素1.0-10g，蒸餾水100-500ml，浸泡、均質(zhì)1-10h；(4)將步驟(2)、(3)制得的混合物用布氏漏斗進(jìn)行過濾；(5)將濾料在20-110℃溫度下在干燥箱中干燥1.5-10h得到白色層狀、片狀的本發(fā)明的納米凈水材料。
3.如權(quán)利要求2所述的納米凈水材料的制備方法，其特征在于酸性溶液可以是硼酸或水楊酸鈉。
4.如權(quán)利要求2所述的納米凈水材料的制備方法，其特征在于玻璃纖維可以是C-玻璃纖維、D-玻璃纖維或E-玻璃纖維。
5.如權(quán)利要求2所述的納米凈水材料的制備方法，其特征在于纖維素可以是活性碳纖維絲或聚乙烯，聚乙烯為乙醇懸浮液，聚乙烯1.0-10g溶于30-130ml乙醇。
6.權(quán)利要求1所述納米凈水材料在去除水中病毒和細(xì)菌方面的應(yīng)用。
7.權(quán)利要求2-5任何一項(xiàng)制備方法所制備的納米凈水材料在去除水中病毒和細(xì)菌方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于水的凈化領(lǐng)域，具體涉及一系列以高分子材料為填充劑、納米材料為過濾體，能夠?qū)λ械募?xì)菌、病毒進(jìn)行有效處理的高分子納米凈水材料以及該材料的制備方法。材料的主要成分為鋁的氧化－氫氧化相35－65％，玻璃纖維15－35％，纖維素15－30％，其中氧化－氫氧化鋁的粒徑為20－80納米，比表面積200－750平方米/克。高分子納米材料的吸附－過濾能力非常強(qiáng)，能夠?qū)⑺械募?xì)菌和病毒在較短時(shí)間內(nèi)100％的去除，同時(shí)材料再生簡(jiǎn)單，沒有二次污染，所用材料品種多、價(jià)格便宜，在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08J5/08GK1544342SQ20031011007
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者韓煒, 李素文, 李魚, 王珩, 趙暉, 王月, 韓 煒 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)