多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法

摘要

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法。所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料70‑95份，无机抗菌材料2‑15份，粘合剂1‑10份；其中：矿物内核吸附材料为粘土、石英、二氧化硅、硅藻土、沸石、凹凸棒土或麦饭石粉中的一种或几种；无机抗菌材料为铜粉、锌粉、KDF粉或银粉中的一种或几种。本发明具有采用的抗菌材料少、抗菌效果好、抗菌持久、净水效果好的特点，本发明的制备方法，科学合理，简单易行，便于工业化生产。

权利要求

1.一种多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，其特征在于：球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料70‑95份，无机抗菌材料2‑15份，粘合剂1‑10份；

其中：

矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：

粘土35‑40份、石英5‑20份、二氧化硅5‑10份、硅藻土1‑5份、沸石2‑10份、凹凸棒土1‑5份、麦饭石粉3‑10份；

无机抗菌材料为铜粉、锌粉、KDF粉或银粉中的一种或几种；

所述的矿物内核的粒径为：2‑8mm；

所述的抗菌外层的厚度为：0.1‑2mm；

所述的粘合剂为聚乙烯醇溶液，浓度为0.1‑5wt%；

所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的制备方法，包括以下步骤：（1）将矿物内核吸附材料混合后，研磨粒径至200‑2000目，成球机成球后摊晾1‑3天，干燥、烧结，得矿物内核；

（2）将无机抗菌材料研磨1‑3小时，至粉体粒径为100nm‑10μm，制得无机抗菌材料；

（3）将矿物内核加入至滚球机中，向矿物内核上喷洒粘合剂，然后撒入无机抗菌材料，继续滚球0.5‑1小时；将制备好的球体摊晾，干燥；

（4）抛光，清洗浮灰，晾干、筛分、检测及包装，即得多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球。

2.根据权利要求1所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，其特征在于：所述的无机抗菌材料为铜粉和锌粉的混合物，铜粉与锌粉的质量比为（60‑70）:（40‑30）。

3.根据权利要求1所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，其特征在于：所述的无机抗菌材料为铜粉、银粉和锌粉的混合物，铜粉、银粉与锌粉的质量比为60:（30‑35）:（10‑5）。

4.根据权利要求1所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，其特征在于：所述的无机抗菌材料为KDF粉和银粉，KDF粉与银粉的质量比为（90‑95）:（10‑5）。

5.根据权利要求1所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，其特征在于：步骤（1）中，所述的烧结温度为800‑1350℃，烧结时间为1‑5小时。

说明书

多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法。

背景技术

[0002] 氯是水厂中使用最为广泛的消毒剂，在水中维持一定量的余氯，能够抑制水中细菌的繁殖。但是，含有余氯的水直接使用存在一定的危害：

[0003] 1.带有难闻的刺激性气味，影响呼吸系统；

[0004] 2.余氯与水中的有机物反应，形成氯仿等致癌物；

[0005] 3.长期饮用会导致氯在体内不同程度的累积，影响身体健康。

[0006] 目前，家庭中去除水中的余氯，一般采用自然放置或者光照的方式，但是这种方式耗时长，并且余氯的去除效果得不到保证。市面上也有一些具有去除余氯功能的净水装置等，但是，一般装置较为复杂，成本比较高，给消费者带来一定经济压力，并且余氯去除效果一般比较差。

[0007] 中国专利CN 107266055 A公开了一种光波镁锌能量净化日用陶瓷球的配方及其制作工艺，该陶瓷球由按重量份的下述原料制备：石英35‑45份、麦饭石6‑8份、高岭土5‑10份、硫化钴5‑8份、电气石8‑12份、铁酸钴5‑10份、二氧化钛2‑4份、木鱼石3‑6份、锂辉石1‑3份、氧化锌1‑3份、金精石2‑4份、碳纤维1‑3份。本发明制备的陶瓷球在常温下能够持续发射波长为20‑35μm的红外射线，具有杀菌、去味、除余氯和活化水分子的作用，能够破坏水分子之间的连接键，使得水分子团的水分子数量减少，形成小分子团水，进而改善水质，使得水分子的穿透力更强，促进新陈代谢，增强细胞活力。

[0008] 但是，该专利中将发挥抗菌作用的成分与发挥余氯去除作用的成分混合后烧成，导致该陶瓷球中需要加入大量抗菌成分，并且抗菌效果大打折扣。

[0009] 此外，自来水中一般重金属元素含量较高，直接饮用容易对身体造成伤害。微量元素较少，不能满足人体的需要。

[0010] 如何用更少的抗菌材料制备得到抗菌效果好，并且去除余氯效果好、增加微量元素的陶瓷球成为行业内亟待解决的技术问题。

发明内容

[0011] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，具有采用的抗菌材料少、抗菌效果好、抗菌持久、净水效果好、能增加微量元素的特点，本发明还提供其制备方法，科学合理、简单易行。

[0012] 本发明所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：

[0013] 矿物内核吸附材料70‑95份，无机抗菌材料2‑15份，粘合剂1‑10份。

[0014] 所述的矿物内核的粒径为：2‑8mm，从成球工艺成本考虑，粒径过大或过小都会导致成本提升，因为是接触式杀菌，粒径过大后会减低接触面积，从而降低杀菌率。

[0015] 所述的抗菌外层的厚度为：0.1‑2mm。从成本考虑，抗菌外层过厚会导致成本提升，抗菌效果增强不明显，此外，抗菌外层过厚会影响矿物内核的净水效果。抗菌外层过薄会导致抗菌外层脱落。通过实验测试，合适的抗菌外层厚度既可以保证抗菌效率，又可降低成本。

[0016] 所述的矿物内核吸附材料为粘土、石英、二氧化硅、硅藻土、沸石、凹凸棒土或麦饭石粉中的一种或几种。

[0017] 优选的，所述的矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：

[0018] 粘土35‑40份、石英0‑20份、二氧化硅5‑10份、硅藻土0‑5份、沸石0‑10份、凹凸棒土0‑5份、麦饭石粉0‑10份。

[0019] 更优选的，所述的矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：

[0020] 粘土35‑40份、石英5‑20份、二氧化硅5‑10份、硅藻土1‑5份、沸石2‑10份、凹凸棒土1‑5份、麦饭石粉3‑10份。

[0021] 所述的粘土的使用是为了成球时更容易粘结成型，并且能提高内核的成型强度，常用的有苏州土、莱芜粘土和新泰粘土等，优选苏州土。石英、二氧化硅、凹凸棒土、麦饭石粉同样起到粘结增强内核结构的作用。所述的石英主要是起到提高烧结温度，增强球的硬度的作用。所述的硅藻土优选食品级硅藻土，硅藻土不会二次释放对人体有害的物质，是经济又环保的水质过滤材料。所述的沸石具有天然的微孔结构，比表面积非常大，具有很好的微孔吸附作用。所述的麦饭石粉主要是起到调节水的pH值、净化水质的作用。以上多种材料复合在烧结过程中，各种材料可以相互融合，会提升球体的硬度，增强球体的附加功能。

[0022] 所述的无机抗菌材料为铜粉、锌粉、KDF粉或银粉中的一种或几种。

[0023] 优选的，所述的无机抗菌材料为铜粉和锌粉的混合物，铜粉与锌粉的质量比为（60‑70）:（40‑30）。

[0024] 优选的，所述的无机抗菌材料为铜粉、银粉和锌粉的混合物，铜粉、银粉与锌粉的质量比为60:（30‑35）:（10‑5）。

[0025] 优选的，所述的无机抗菌材料为KDF粉和银粉，KDF粉与银粉的质量比为（90‑95）:（10‑5）。

[0026] 采用铜粉和锌粉，在相同抗菌效果的情况下可以大幅降低成本；铜粉和锌粉可以形成铜锌微电池效应，起到杀菌除氯的功能；以上配方采用多种杀菌金属材料，可对菌群起到广谱的杀抑作用。

[0027] 所述的粘合剂为聚乙烯醇溶液，浓度为0.1‑5wt%。

[0028] 本发明所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的制备方法，包括以下步骤：

[0029] （1）将矿物内核吸附材料混合后，研磨至粒径至200‑2000目，用水滚球后摊晾1‑3天，干燥、烧结，得矿物内核；

[0030] （2）将无机抗菌材料研磨1‑3小时，至粉体粒径为100nm‑10μm，制得无机抗菌材料；

[0031] （3）将矿物内核加入至滚球机中，向矿物内核上喷洒粘合剂，然后撒入无机抗菌材料，继续滚球0.5‑1小时；将制备好的球体摊晾，干燥；

[0032] （4）抛光，清洗浮灰，晾干、筛分、检测及包装，即得多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球。

[0033] 步骤（1）中，所述的烧结温度为800‑1350℃，优选为1000‑1350℃；烧结时间为1‑5小时。

[0034] 步骤（4）中，所述的抛光为：将制备好的球体在滚球机内空转1‑2小时，滚球机的转速为30‑120转/分钟。

[0035] 本发明所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的使用方法为：一般是两种使用方式，一种浸泡式，球水质量比为1:90‑110（g/L），优选1:100；第二种是流通式，球水接触时间为1‑3秒。浸泡式没有具体浸泡时间，浸泡式是接触式杀菌，可处理水量（使用寿命）为：1g功能球处理100L水。

[0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0037] 1.本发明将净水功能球设置为核壳结构，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层。严格控制矿物内核吸附材料和无机抗菌材料的粒径，采用特殊工艺将抗菌材料包覆在矿物内核外表面，不仅不会影响矿物内核的吸附效果，而且大大节约了无机抗菌材料的用量，具有采用的抗菌材料少、抗菌效果好、抗菌持久、去除余氯效果好的特点。

[0038] 2.本发明材料中有硅藻土和沸石，可以吸附水中异味，同时吸附重金属；材料中有麦饭石成分，可以释放微量元素，同时调节水质pH值。

[0039] 3.本发明的制备方法，科学合理，简单易行，便于工业化生产。

具体实施方式

[0040] 下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。

[0041] 实施例中采用的原料除特殊说明外，均为市购。

[0042] 实施例中采用的硅藻土为食品级硅藻土。

[0043] 实施例1

[0044] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，矿物内核的直径为5mm，抗菌外层的厚度为1mm。

[0045] 制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料82份，无机抗菌材料10份，粘合剂5份；

[0046] 所述的矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：苏州土38份、石英12份、二氧化硅8份、硅藻土3份、沸石6份、凹凸棒土3份、麦饭石粉7份。

[0047] 所述的无机抗菌材料为铜粉和锌粉的混合物，铜粉与锌粉的质量比为65:35。

[0048] 所述的粘合剂为聚乙烯醇溶液，浓度为3wt%。

[0049] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的制备方法，具体步骤如下：

[0050] （1）将矿物内核吸附材料混合后，研磨至粒径至1200目；用水滚球后摊晾2天，干燥、1080℃下烧结3小时，得矿物内核；

[0051] （2）将无机抗菌材料研磨1小时，至粉体粒径＜1000nm，制得无机抗菌材料；

[0052] （3）将矿物内核加入至滚球机中，向矿物内核上喷洒粘合剂，然后均匀撒入无机抗菌材料，继续滚球0.8小时，至矿物内核表面均匀的包裹一层1mm的抗菌外层；

[0053] （4）将制备好的球体在滚球机内空转1.5小时，滚球机的转速为80转/分钟，将制备好的球体摊晾，干燥；清洗浮灰，晾干、筛分、检测及包装，即得多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球。

[0054] 实施例2

[0055] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，矿物内核的直径为2mm，抗菌外层的厚度为0.1mm。

[0056] 制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料70份，无机抗菌材料2份，粘合剂1份。

[0057] 所述的矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：苏州土35份、石英5份、二氧化硅5份、硅藻土1份、沸石2份、凹凸棒土1份、麦饭石粉3份。

[0058] 所述的无机抗菌材料为铜粉、银粉和锌粉的混合物，铜粉、银粉与锌粉的质量比为60:32:8。

[0059] 所述的粘合剂为聚乙烯醇溶液，浓度为0.1wt%。

[0060] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的制备方法，具体步骤如下：

[0061] （1）将矿物内核吸附材料混合后，研磨至粒径至2000目；用水滚球后摊晾1天，干燥、800℃下烧结5小时，得矿物内核；

[0062] （2）将无机抗菌材料研磨2小时，至粉体粒径＜5μm，制得无机抗菌材料；

[0063] （3）将矿物内核加入至滚球机中，向矿物内核上喷洒粘合剂；然后均匀撒入无机抗菌材料，继续滚球0.5小时，至矿物内核表面均匀的包裹一层0.1mm的抗菌外层；

[0064] （4）将制备好的球体在滚球机内空转2小时，滚球机的转速为30转/分钟，将制备好的球体摊晾，干燥；清洗浮灰，晾干、筛分、检测及包装，即得多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球。

[0065] 实施例3

[0066] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球，球体结构组成为：矿物内核和抗菌外层，矿物内核的直径为8mm，抗菌外层的厚度为2mm。

[0067] 制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料95份，无机抗菌材料15份，粘合剂10份。

[0068] 所述的矿物内核吸附材料由如下重量份数的原料制成：苏州土40份、石英20份、二氧化硅10份、硅藻土5份、沸石10份、凹凸棒土5份、麦饭石粉10份。

[0069] 所述的无机抗菌材料为KDF粉和银粉，KDF粉与银粉的质量比为92:8。

[0070] 所述的粘合剂为聚乙烯醇溶液，浓度为5wt%。

[0071] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球的制备方法，具体步骤如下：

[0072] （1）将矿物内核吸附材料混合后，研磨至粒径至200目；用水滚球后摊晾3天，干燥、1350℃下烧结1小时，得矿物内核；

[0073] （2）将无机抗菌材料研磨3小时，至粉体粒径＜1μm，制得无机抗菌材料；

[0074] （3）将矿物内核加入至滚球机中，向矿物内核上喷洒粘合剂；然后均匀撒入无机抗菌材料，继续滚球1小时，至矿物内核表面均匀的包裹一层2mm的抗菌外层；

[0075] （4）将制备好的球体在滚球机内空转1小时，滚球机的转速为120转/分钟，将制备好的球体摊晾，干燥；清洗浮灰，晾干、筛分、检测及包装，即得多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球。

[0076] 对比例1

[0077] 所述的净水功能球采用的原料同实施例1的矿物内核吸附材料，制备方法同实施例1的步骤（1）。

[0078] 对比例2

[0079] 所述的净水功能球采用的原料同实施例2的矿物内核吸附材料，制备方法同实施例2的步骤（1）。

[0080] 对比例3

[0081] 所述的净水功能球采用的原料同实施例3的矿物内核吸附材料，制备方法同实施例3的步骤（1）。

[0082] 对比例4

[0083] 所述的无机抗菌净水功能球采用的原料同实施例1。

[0084] 制备方法为：

[0085] 将矿物内核吸附材料（这里并不形成内核，但是为了便于甄别，对其名称不做修改）和无机抗菌材料混合后，研磨至粒径至1200目；用水和粘合剂滚球后摊晾2天，干燥，1080℃下烧结1小时，得无机抗菌净水功能球。

[0086] 对比例5

[0087] 所述的无机抗菌净水功能球采用的原料同实施例1。

[0088] 不同之处在于：制备该无机抗菌净水功能球所需的原料，以重量份数计，具体如下：矿物内核吸附材料82份，无机抗菌材料30份，粘合剂15份。

[0089] 制备方法同对比例4。

[0090] 但是，锌粉的熔融点为420℃，铜粉的熔融点为1083℃，对比例4和对比例5原则上共混后焙烧温度不应超过420℃，但是，这个温度焙烧出来的球未经瓷化，强度不够。在使用过程中易破碎。如果焙烧温度超过锌粉的熔融温度，会使得锌粉由固相转化为液相，堵塞纳米孔道，大幅降低抗菌效果。

[0091] 如果采用铜粉（熔融点1083℃）、银粉（熔融点961℃），铜粉与银粉的质量比为65:35。焙烧温度可采用950℃，但是需要无机抗菌材料30份才能达到本发明的抗菌水平，成本翻倍。

[0092] 对比例6

[0093] 所述的多元合金核壳结构的无机抗菌净水功能球采用的原料同实施例1。

[0094] 制备方法同实施例1，不同之处在于不进行抛光步骤。

[0095] 将以上实施例和对比例制备的功能球进行性能测试。

[0096] 1.除氯效果测试：

[0097] 测试方法为：将功能球装入滤芯分别置于自来水（初始氯含量为0.4mg/L）前置过滤器中，功能球用量为300g，过水5分钟后，对氯含量进行测试，测试方法采用：N,N‑二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法，测试结果见表1。

[0098] 表1 除氯效果测试结果

[0099]

[0100] 2.抗菌效果测试：

[0101] 测试方法为：将功能球分别加入至加湿器（2L）水箱除菌盒中，功能球与水的质量比为1:100（g:L），浸泡24小时后，对抗菌效果进行测试，测试方法采用：GB/T 21510‑2008纳米无机材料抗菌性能检测方法，测试结果见表2。

[0102] 长效抗菌性能检测：

[0103] 测试方法为：将功能球分别加入至加湿器（2L）水箱除菌盒中，功能球与水的质量比为1:100（g:L），分别对处理水量500mL、1000mL、1500mL、2000mL，进行抗菌效果进行测试，测试方法采用：GB/T 21510‑2008纳米无机材料抗菌性能检测方法，测试结果见表3[0104] 表2抗菌效果测试结果

[0105]

[0106] 表3抗菌效果测试结果

[0107]

[0108] 3.吸附铬（六价）重金属效果测试：

[0109] 水中重金属铬（六价）的初始含量为 0.04mg/L。

[0110] 测试方法为：将功能球分别加入至加湿器（2L）水箱除菌盒中，功能球与水的质量比为1:100（g:L），浸泡24小时后，对吸附重金属效果进行测试，测试方法采用 GB/T5750.6‑2006生活饮用水标准检测方法金属指标，测试结果见表4。

[0111] 表4 吸附重金属铬（六价）效果测试结果

[0112] 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6重金属铬（六价）含量（mg/L） ＜0.004 ＜0.004 ＜0.004 ＜0.004 0.005 0.006 0.005 0.005 ＜0.004[0113] 4. 微量元素硒测试

[0114] 水中的硒微量元素的初始含量为 0.001mg/L。

[0115] 测试方法为：将功能球分别加入至加湿器（2L）水箱除菌盒中，功能球与水的质量比为1:100（g:L），浸泡24小时后，对微量元素硒进行测试，测试方法采用GB/T5750.6‑2006 1.5，测试结果见表5。

[0116] 表5 微量元素硒的测试结果

[0117]   实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6微量元素硒含量mg/L 0.005 0.003 0.004 0.003 0.004 0.003 0.004 0.003 0.003[0118] 通过以上测试可以看出，本发明将无机抗菌净水功能球设计为核壳结构并未影响其除氯效果，并且在采用少量的无机抗菌材料的前提下，可以获得非常好的抗菌效果，节约无机抗菌材料，降低功能球的制备成本。