CN106818860A - 一种多元离子抗菌矿岩滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗菌材料领域，公开了一种多元离子抗菌矿岩滤料，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水；其中，所述Zn的质量分别为火山岩总质量的7.3‑14％。本发明的多元离子抗菌矿岩滤料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，形成了一种新型抗菌添加材料，对水中的重金属离子Pb、Hg、Cr、Cd、As的吸附率达96％以上，对大肠杆菌的吸附率达95％以上。将滤料浸泡水中，水将矿化，其中的矿物质和微量元素都是人体所必需的，而且还能双向调节水中的pH值的作用。

Description

一种多元离子抗菌矿岩滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗菌材料领域，尤其涉及一种多元离子抗菌矿岩滤料及其制备方法。
背景技术
无机抗菌剂以其抗菌广谱性、持久性、化学稳定性、耐热性、安全性、细菌不易产生耐药性等突出特点，成为具有潜力和人们乐于选择的一类抗菌剂。无机抗菌剂由抗菌活性成分和载体组成，抗菌活性成分主要是金属离子，目前应用最多的抗菌金属离子为银、锌、铜等。比较银、铜、锌三种离子的抗菌性能，银离子抗细菌能力最强，但价格昂贵，在一定程度上限制了其应用；锌和铜离子抗细菌性能虽弱于银离子，但比银离子具有更好的抗真菌性能，且成本低廉，因此，将抗菌性金属离子联合使用，在提高综合抗菌性能的同时，降低成本，取长补短，优势互补，成为目前无机抗菌成分应用的主流。
无机抗菌剂抗菌性能的好坏与金属离子的缓释/迁移速度有关，而其稳定性则与载体对金属离子的吸附强弱有关，因此载体的选择至关重要。载体一般是具有缓释作用的无机物，目前被普遍采用的载体有沸石、磷酸钙、磷酸锆、羟基磷灰石、可溶性玻璃、纳米二氧化硅等。中国专利CN1271523A公开了一种以蛭石为载体的无机抗菌剂及其制备方法，该方法是利用离子交换原理，将铜离子植入蛭石层间，制成含铜0.5～8.5％的铜—蛭石抗菌剂，因其单一地使用铜离子抗菌，其抗细菌效果较差；中国专利CN1404732A公开了一种以素瓷粉为载体的抗菌剂及其制备方法，其抗菌活性组份为硝酸锌和硝酸银，并加入一定量的硝酸铵对银和锌离子起保护作用，使产品不变色；中国专利CN1339257A公开了一种以坡缕石为载体的无机抗菌剂及其制备方法，该方法首先将坡缕石以酸活化处理，然后通过吸附作为抗菌组分的银离子或铜离子而制得。以上三种载体均具有层链状或多孔结构，表面积大、吸附性强并且价格相对低廉。
麦饭石是火成岩类中石英斑岩或花岗斑岩的岩石，其外观是在浅黄褐色或淡灰色的石基中散布白色长石的斑晶和呈灰色的石英结晶，貌似麦饭，而以得名。麦饭石含有钾、钠、钙、镁、铜、锌、铝、锰、铁、钛、磷等几十种微量元素，在生命机体代谢中具有重要作用，除可作为保健药外，还可用于食品饮料、日化产品、动物饲料、水过滤、护肤美容等方面。根据研究显示，麦饭石主要具有如下三大作用：1)吸附力强，能够吸附水中有害重金属离子、氯气以及水中的细菌；2)可溶出矿物质，麦饭石含有的微量元素能在水中轻易溶出；3)调整水质，麦饭石对水质有双向调节作用，一旦水中微量元素缺少，它即溶出；过多时，又能发挥吸附作用，还能自动调节酸碱度，其调节范围，从pH＝5～11均可调整至近中性pH＝7.2～8.7。麦饭石地斑状结构，用电镜扫描观察到它的表面凸凹不平，呈多孔海绵状。碎屑劈成多层锯齿外形，其表面积很大。用红外光谱分析表明，麦饭石是以SiO4四面体构造为基础，四面体的顶端氧与相邻四面体共键，正是麦饭石的这种结构使它具有良好的吸附性能，一是能够吸附细菌和病毒本身具有抗菌性，二是能够吸附抗菌性金属离子，同时其良好的溶出性，保证了抗菌性金属离子的及时溶出及抗菌作用的充分发挥，是无机抗菌剂载体的理想选择，但目前尚未用于抗菌剂的生产领域。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多元离子抗菌矿岩滤料及其制备方法。本发明制得的多元离子抗菌矿岩滤料能够克服上述缺点，本发明的多元离子抗菌矿岩滤料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，形成了一种新型抗菌添加材料，能够有效地提高抗菌性能和使用寿命，避免了传统抗菌材料的抗菌性低下、使用寿命低和温度依赖性太强等问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多元离子抗菌矿岩滤料，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水；其中，所述Zn的质量分别为火山岩总质量的7.3-14％。
在本技术方案中，本发明的多元离子抗菌矿岩滤料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，形成了一种新型高效抗菌添加材料。有效地提高了抗菌性能和使用寿命，避免了传统抗菌材料的抗菌性低下、使用寿命低和温度依赖性太强等问题。其优点具体为：
(1)多元离子抗菌矿岩滤料通过离子抗菌的方法来提高抗菌能力。通过离子抗菌的手段，吸附交换各种离子，使抗菌性达到最活跃的状态。添加各种对人体无害的离子来使抗菌性能提高。
(2)多元离子抗菌矿岩滤料可以有效干扰细胞壁的合成。细菌细胞壁重要组分为肽聚糖，离子抗菌剂对细胞壁的干扰作用，主要抑制多糖链与四肽交联有连结，从而使细胞壁失去完整性，失去了对渗透压的保护作用，损害菌体而死亡。
多元离子抗菌矿岩滤料可损伤细胞膜。细胞膜是细菌细胞生命活动重要的组成部分。因此，如细胞膜受损伤、破坏，将导致细菌死亡。
多元离子抗菌矿岩滤料能够抑制蛋白质的合成。蛋白质的合成过程变更、停止、使细菌死亡。蛋白质对于细菌来说是物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命，而离子交换法破环了蛋白质的合成过程，使整个过程变更或者停止，这样细菌就停止生长或者死亡。
(3)添加有多元离子抗菌矿岩滤料的使用寿命长。抗菌剂的使用寿命一般和抗氧化直接相关，抗氧化能力越好，使用寿命就越长；反之则相反。而多元离子抗菌矿岩滤料的抗氧化加强是通过离子抗菌的技术来实现的，加强了耐氧化性，会让其在一定时间内保持其固有的属性，不被氧化，延长其使用寿命。而且离子交换可以加入抗氧化的离子，使材料隔绝氧气，提升材料的抗氧化，增加使用寿命。所以对比于其他的材料，添加有多元离子抗菌矿岩滤料的材料使用寿命会比较长。
本发明通过磁场加强了复合金属离子的电离活性和强度，有效地提高了抗菌灭菌性能，有效地防止细菌的滋生。本发明的多元离子抗菌矿岩滤料可用于制成滤芯，用于净水中；可用作添加剂添加进瓷砖中，可作为添加剂添加进涂料中，用途广泛。
作为优选，火山岩的粒径为2-3mm，麦饭石的粒径为3-4mm。
作为优选，火山岩与麦饭石的质量相同。
一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
所述制备方法包括以下步骤：
a)各称取10份AgNO3、Cu(NO3)2，加入到50-65份去离子水中，以80-220r/min搅拌22-35min，调节pH至4.3-5.6，制得酸性液体；
b)称取200-300份火山岩，清水冲洗3-5次后分别放入容器中，加入400-500份去离子水浸泡72h；称取200-300份麦饭石，清水冲洗3-5次后放入另一容器中，加入600-720份去离子水浸泡48h；浸泡后自然风干，浸入到步骤a)得到的酸性液体内，20r/min搅拌60min；取出后放入活化炉升温进行活化，得到活化后的火山岩与麦饭石；
c)称取22-28份Zn粉，加入180-240份去离子水配成悬浮液，180-220r/min搅拌22-32min后，将步骤b)得到的活化后的火山岩与麦饭石加入到悬浮液中，在磁场条件下浸泡10-20min，加温至80-90℃，取出冷却后用去离子水冲洗，再放入200-300份去离子水中，加温至80-90℃，保温2-3min后降温至60-70℃，取出用60-70℃热水清洗3-5次再用蒸馏水清洗3-5次，风干后用烘箱烘干；然后将火山岩与麦饭石按质量比1：1研磨至400目-600目，加入200目活性碳粉50-100份，混合均匀后放入步骤a)得到的酸性液体，加温至50-80℃，再以120r/min的速度搅拌30分钟，烘干得到混合粉料；
d)使用离心造粒机将步骤c)得到的混合粉料制成1-5mm的球形颗粒，自然凉晒干燥；再放置于炉内，把炉的温度升至500-800℃，保温10分钟，继续升温至850-900℃，保温30分钟，自然冷却后出炉，得到多元离子抗菌矿岩滤料。在本技术方案中，步骤a)的酸性液体主要是为了清洗火山岩与麦饭石微孔中的无机杂质，增加孔隙率，使其PH值达到一定的范围内；
酸洗的化学反应：Zn+Cu(NO3)2＝Zn(NO3)2+Cu，Zn+2AgNO3＝＝Zn(NO3)2+2Ag，
2Zn(NO3)2＝2ZnO+4NO2↑+O2↑(分解)；
活化的作用：在高温下C与氧气发生氧化还原进行活化，通过C的气体反应(烧失)达到碳粒中造碳的目的。其主要化学反应工如下：(氧气充足时)：C+O2＝CO2，若氧气不足：2C+O2＝2CO，C+CO2＝2CO。制成多元离子抗菌矿岩滤料，对水中的重金属离子Pb、Hg、Cr、Cd、As的吸附率达96％以上，对大肠杆菌的吸附率达95％以上。将滤料浸泡水中，水将矿化，其中的矿物质和微量元素都是人体所必需的，而且还能双向调节水中的pH值的作用。
作为优选，步骤c)中磁感应强度0.05-1.2T。
作为优选，步骤b)活化的温度为800-900℃。
作为优选，步骤c)中烘箱的温度为200-300℃。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
本发明的多元离子抗菌矿岩滤料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，形成了一种新型抗菌添加材料，对水中的重金属离子Pb、Hg、Cr、Cd、As的吸附率达96％以上，对大肠杆菌的吸附率达95％以上。将滤料浸泡水中，水将矿化，其中的矿物质和微量元素都是人体所必需的，而且还能双向调节水中的pH值的作用。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，但这些阐述并不对本发明做任何形式上的限定。除另有说明，否则本发明所用的所有科学和技术术语具有本发明所属和相关领域的一般技术人员通常所理解的含义。
下面结合具体实施例对本发明做出进一步详细的阐述，但应当明白，实施例不应理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种多元离子抗菌矿岩滤料，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水。
一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a)各称取10份AgNO3、Cu(NO3)2，加入到50份去离子水中，以80r/min搅拌22min，调节pH至4.3，制得酸性液体；
b)称取200份火山岩，清水冲洗3次后分别放入容器中，加入400份去离子水浸泡72h；称取200份麦饭石，清水冲洗3次后放入另一容器中，加入600份去离子水浸泡48h；浸泡后自然风干，浸入到步骤a)得到的酸性液体内，20r/min搅拌60min；取出后放入活化炉升温至800℃进行活化，得到活化后的火山岩与麦饭石；
c)称取22份Zn粉，加入180份去离子水配成悬浮液，180r/min搅拌22min后，将步骤b)得到的活化后的火山岩与麦饭石加入到悬浮液中，在磁场条件下浸泡10min，加温至80℃，磁感应强度0.05T；取出冷却后用去离子水冲洗，再放入200份去离子水中，加温至80℃，保温2min后降温至60℃，取出用60℃热水清洗3次再用蒸馏水清洗3次，风干后用烘箱烘干，温度为200℃；然后将火山岩与麦饭石按质量比1：1研磨至400目，加入200目活性碳粉50份，混合均匀后放入步骤a)得到的酸性液体，加温至50℃，再以120r/min的速度搅拌30分钟，烘干得到混合粉料；
d)使用离心造粒机将步骤c)得到的混合粉料制成1-5mm的球形颗粒，自然凉晒干燥；再放置于炉内，把炉的温度升至500℃，保温10分钟，继续升温至850℃，保温30分钟，自然冷却后出炉，得到多元离子抗菌矿岩滤料。
实施例2
一种多元离子抗菌矿岩滤料，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水。
一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a)各称取10份AgNO3、Cu(NO3)2，加入到55份去离子水中，以120r/min搅拌30min，调节pH至4.7，制得酸性液体；
b)称取260份火山岩，清水冲洗4次后分别放入容器中，加入450份去离子水浸泡72h；称取260份麦饭石，清水冲洗4次后放入另一容器中，加入680份去离子水浸泡48h；浸泡后自然风干，浸入到步骤a)得到的酸性液体内，20r/min搅拌60min；取出后放入活化炉升温至880℃进行活化，得到活化后的火山岩与麦饭石；
c)称取25份Zn粉，加入220份去离子水配成悬浮液，200r/min搅拌30min后，将步骤b)得到的活化后的火山岩与麦饭石加入到悬浮液中，在磁场条件下浸泡15min，加温至85℃，磁感应强度0.8T；取出冷却后用去离子水冲洗，再放入260份去离子水中，加温至88℃，保温3min后降温至65℃，取出用65℃热水清洗4次再用蒸馏水清洗4次，风干后用烘箱烘干，温度为220℃；然后将火山岩与麦饭石按质量比1：1研磨至500目，加入200目活性碳粉80份，混合均匀后放入步骤a)得到的酸性液体，加温至65℃，再以120r/min的速度搅拌30分钟，烘干得到混合粉料；
d)使用离心造粒机将步骤c)得到的混合粉料制成1-5mm的球形颗粒，自然凉晒干燥；再放置于炉内，把炉的温度升至600℃，保温10分钟，继续升温至880℃，保温30分钟，自然冷却后出炉，得到多元离子抗菌矿岩滤料。
实施例3
一种多元离子抗菌矿岩滤料，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水。
一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a)各称取10份AgNO3、Cu(NO3)2，加入到65份去离子水中，以220r/min搅拌35min，调节pH至5.6，制得酸性液体；
b)称取300份火山岩，清水冲洗5次后分别放入容器中，加入500份去离子水浸泡72h；称取300份麦饭石，清水冲洗5次后放入另一容器中，加入720份去离子水浸泡48h；浸泡后自然风干，浸入到步骤a)得到的酸性液体内，20r/min搅拌60min；取出后放入活化炉升温至900℃进行活化，得到活化后的火山岩与麦饭石；
c)称取28份Zn粉，加入240份去离子水配成悬浮液，220r/min搅拌32min后，将步骤b)得到的活化后的火山岩与麦饭石加入到悬浮液中，在磁场条件下浸泡20min，加温至90℃，磁感应强度1.2T；取出冷却后用去离子水冲洗，再放入300份去离子水中，加温至90℃，保温3min后降温至70℃，取出用70℃热水清洗5次再用蒸馏水清洗5次，风干后用烘箱烘干，温度为300℃；然后将火山岩与麦饭石按质量比1：1研磨至600目，加入200目活性碳粉100份，混合均匀后放入步骤a)得到的酸性液体，加温至80℃，再以120r/min的速度搅拌30分钟，烘干得到混合粉料；
d)使用离心造粒机将步骤c)得到的混合粉料制成1-5mm的球形颗粒，自然凉晒干燥；再放置于炉内，把炉的温度升至800℃，保温10分钟，继续升温至900℃，保温30分钟，自然冷却后出炉，得到多元离子抗菌矿岩滤料。
为测试本发明的抗菌效果，将其添加到不同材料中的进行分析：
表1：在滤芯中的应用：
种类 MIC(ppm) MIC(ppm)
大肠杆菌 150 青霉菌 156
金黄色葡萄球菌 148 黑霉菌 152
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种多元离子抗菌矿岩滤料，其特征在于，包括以下原料制备而成：火山岩、麦饭石、AgNO3、Cu(NO3)2、Zn和去离子水；其中，所述Zn的质量分别为火山岩总质量的7.3-14％。
2.根据权利要求1所述的一种多元离子抗菌矿岩滤料，其特征在于，火山岩的粒径为2-3mm，麦饭石的粒径为3-4mm。
3.根据权利要求1所述的一种多元离子抗菌矿岩滤料，其特征在于，火山岩与麦饭石的质量相同。
4.一种如权利要求1所述的多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a)各称取10份AgNO3、Cu(NO3)2，加入到50-65份去离子水中，以80-220r/min搅拌22-35min，调节pH至4.3-5.6，制得酸性液体；
b)称取200-300份火山岩，清水冲洗3-5次后分别放入容器中，加入400-500份去离子水浸泡72h；称取200-300份麦饭石，清水冲洗3-5次后放入另一容器中，加入600-720份去离子水浸泡48h；浸泡后自然风干，浸入到步骤a)得到的酸性液体内，20r/min搅拌60min；取出后放入活化炉升温进行活化，得到活化后的火山岩与麦饭石；
c)称取22-28份Zn粉，加入180-240份去离子水配成悬浮液，180-220r/min搅拌22-32min后，将步骤b)得到的活化后的火山岩与麦饭石加入到悬浮液中，在磁场条件下浸泡10-20min，加温至80-90℃，取出冷却后用去离子水冲洗，再放入200-300份去离子水中，加温至80-90℃，保温2-3min后降温至60-70℃，取出用60-70℃热水清洗3-5次再用蒸馏水清洗3-5次，风干后用烘箱烘干；然后将火山岩与麦饭石按质量比1：1研磨至400目-600目，加入200目活性碳粉50-100份，混合均匀后放入步骤a)得到的酸性液体，加温至50-80℃，再以120r/min的速度搅拌30分钟，烘干得到混合粉料；
d)使用离心造粒机将步骤c)得到的混合粉料制成1-5mm的球形颗粒，自然凉晒干燥；再放置于炉内，把炉的温度升至500-800℃，保温10分钟，继续升温至850-900℃，保温30分钟，自然冷却后出炉，得到多元离子抗菌矿岩滤料。
5.根据权利要求4所述的一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，其特征在于，步骤c)中磁感应强度0.05-1.2T。
6.根据权利要求4所述的一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，其特征在于，步骤b)活化的温度为800-900℃。
7.根据权利要求4所述的一种多元离子抗菌矿岩滤料的制备方法，其特征在于，步骤c)中烘箱的温度为200-300℃。
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