本发明涉及抗菌材料领域，尤其涉及一种复合抗菌活水滤芯及其制备工艺
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。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合抗菌活水滤芯及其制备工艺。本发明制得的复合抗菌活水滤芯能够克服上述缺点，本发明的复合抗菌活水滤芯利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，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：一种复合抗菌活水滤芯，所述滤芯包括以下重量份的原料：300-500份硅藻土原矿、100-200份钾长石、100-200份高岭土、40-50份多元离子抗菌剂、40-50份多元水合还原抗菌剂与50份碳化的活性炭。在本技术方案中，水合还原抗菌剂、多元离子抗菌剂和果壳活性炭的使用，对水中的厌氧菌和喜氧菌有极大的抗菌效果，其次果壳活性炭的碳化使得其具有比一般活性炭更强的活性和吸附力，在者活性炭内部负载了金属离子，对于水中的跟中金属具有强大的吸附力和抗菌性。工作原理是利用滤芯中各种滤料的孔隙来吸附水中的各种细菌及物质。硅藻土的孔径过滤精度为0.01-0.2μm，也就是当较大颗粒的杂质在进通过滤芯时，会被硅藻土过滤层拦截，而小于这个颗粒范围的，会通过硅藻土过滤层，但由活性炭和抗菌剂组成的微模烧结层会拦截。活性炭的过滤精度为0.0001μm-0.001μm,即使会更小的细菌，也会因为活性炭的强大吸附力而拦截，再加之抗菌剂的杀菌作用，会让各种细菌及金属离子被吸附拦截。当外表层的过滤材料吸附拦截细菌到饱和状态时，大量的细菌等会堆积再表面，而这时，机器会自动启动物理水洗作用，使得外表面的过滤层逐层剥落，厚度为0.2mm,而剥落的物质会通过污水一起排出。之所以会剥落，是因为膜配制液的细密程度不一样，两者之间因为细密程度的不同，会有微小的咬合不是很紧密，所以剥落会比一般的要强。在就是因为两种材料之间的吸附力不强，分层烧结，会造成相对独立的工作原理，两种材料并没有融合，所以两者之间的吸附力不强。这种滤芯会有特定时间的寿命，且原料简单，没有浪费，并且极大的改善了平常滤芯的细菌吸附饱和问题。作为优选，所述多元离子抗菌剂的制备方法为：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，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，得到多元离子抗菌剂。作为优选，所述的多元水合还原抗菌剂的制备方法为：分别配置5-15mg/L硝酸银溶液、硝酸锌溶液与硫酸钠溶液，在60-80℃下将三种溶液混合搅拌得到混合溶液A；用40-55mL，质量浓度24％的稀盐酸溶解16-25g铝镁合金，得到氯化镁与氯化铝的混合溶液，用50-60mL，质量浓度26％稀盐酸溶解5-10g金属锌与11-15g氧化镁，得到氯化镁与氯化锌的混合溶液，将上述两种混合溶液以质量比2:1混合在一起，得到混合溶液B；将铜、28-32wt％的过氧化氢溶液、30-35wt％的硫酸溶液按质量比1:2.5-3.5:0.4-0.6混合反应，得到溶液C；在80-140℃下，按体积比将混合溶液A：混合溶液B：混合溶液C为1:2:1的比例混合搅拌5-10min后降温至20-35℃，加入5g沸石，加热至120-140℃，保温30-45min后烘干得到多元水合还原抗菌剂。在本技术方案中，针对于金属铜的溶解，则要采用对环境无污染的过氧化氢溶液，因为铜位于氢之后，也就是说在过氧化氢溶液中铜不能反应。但可以用氧化还原法。这个方法的原理是：在酸性溶液中加入氧化剂，氧化剂在酸性条件下能够把铜氧化生成铜离子，从而将金属铜溶解得到溶液C。反应方程为：Cu+H2SO4+H2O2＝CuSO4+2H2O。沸石具有防爆沸的效果，在材料的添加初始时期添加，可以防止一些易溶解原料在一定熔点和沸点时的产生爆沸。但是需要注意的是，必须在降温后再添加沸石，若是在实验过程中加入，如不控制温度，可能会立即出现爆沸的现象，所以为了保证实验的安全性，要控制实验的温度，在常温状态下添加。其次，沸石作为抗菌剂的载体，是用于吸附的作用，能够将溶液中的各种金属以及少量的氢气等物质进行吸附。本发明的通过离子的作用来达到抗菌的效果，在常温下抗菌性能比一般的抗菌剂要好。这种材料内部能够形成原电池效应，之所以会形成这种效应的原因是该材料内部含有的几种金属离子，这几种金属之间的价格差导致它们之间形成了电位差，形成原电池效应，从而提高了抗菌的活性。同时，本发明的多元水合还原抗菌剂由于含有氢气，其具有强还原性，能够起到抗氧化作用，提高高分子材料的抗氧化性，延长使用寿命。作为优选，硅藻土原矿的粒度为325-500目，硅含量为91.27％。作为优选，碳化的活性炭的制备方法为：选取桃壳、杏壳各500g放在研磨机中进行研磨，取直径4-8mm，颗粒或成型的果壳在500-600℃温度下进行炭化4-12小时；之后在水蒸汽中进行活化，温度500℃-1000℃，时间5-17个小时；等冷却后，开始第二次在水蒸汽中活化，时间3-10个小时，温度在600℃-1100℃；之后在过热水蒸气中开始第三次活化，温度为800-1200℃，活化的时间为2-10小时；三次活化后的颗粒炭进行酸洗，酸洗用的酸为盐酸溶液，浓度为0.1-20wt％，酸洗温度为50-120℃，酸洗时间为0.2-16小时；在盐酸中加入Fe(NO3)3、Zn.(NO3)2、AgNO3按照质量比1：2：0.5的比例，制成载银抗菌活性炭；将酸洗后的颗粒炭用去离子水洗涤至中性，然后经干燥筛选后得到成品活性炭。一种复合抗菌活水滤芯的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：a)称取钾长石粉末与高岭土，将钾长石粉末加入高岭土中，加水混合硅藻土原矿、多元离子抗菌剂与多元水合还原抗菌剂，充分搅拌后压滤，制成棒料；b)取高岭土制备成粘稠度为10％的高岭土悬浮液200毫升，将步骤a)制备好的棒料和活性炭以5:2的比例加入到悬浮液中，搅拌均匀，倒入钢制模具中压制成型后室温干燥。作为优选，步骤b)中悬浮液搅拌时在外部施加磁感应强度0.05-1.2T的磁场。本发明的有益效果是：本发明工作原理是利用滤芯中各种滤料的孔隙来吸附水中的各种细菌及物质。水合还原抗菌剂、多元离子抗菌剂和果壳活性炭的使用，对水中的厌氧菌和喜氧菌有极大的抗菌效果，其次果壳活性炭的碳化使得其具有比一般活性炭更强的活性和吸附力，在者活性炭内部负载了金属离子，对于水中的跟中金属具有强大的吸附力和抗菌性，再加之抗菌剂的杀菌作用，会让各种细菌及金属离子被吸附拦截，且原料简单，没有浪费，并且极大的改善了平常滤芯的细菌吸附饱和问题。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。硅藻土原矿的粒度为325-500目，硅含量为91.27％。实施例1一种复合抗菌活水滤芯，所述滤芯包括以下重量份的原料：300份硅藻土原矿、100份钾长石、100份高岭土、40份多元离子抗菌剂、40份多元水合还原抗菌剂与50份碳化的活性炭。所述多元离子抗菌剂的制备方法为：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，浸泡10min，加温至80℃，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；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，得到多元离子抗菌剂。所述的多元水合还原抗菌剂的制备方法为：分别配置5mg/L硝酸银溶液、硝酸锌溶液与硫酸钠溶液，在60℃下将三种溶液混合搅拌得到混合溶液A；用40mL，质量浓度24％的稀盐酸溶解16g铝镁合金，得到氯化镁与氯化铝的混合溶液，用50mL，质量浓度26％稀盐酸溶解5g金属锌与11g氧化镁，得到氯化镁与氯化锌的混合溶液，将上述两种混合溶液以质量比2:1混合在一起，得到混合溶液B；将铜、28wt％的过氧化氢溶液、30wt％的硫酸溶液按质量比1:2.5:0.4混合反应，得到溶液C；在80℃下，按体积比将混合溶液A：混合溶液B：混合溶液C为1:2:1的比例混合搅拌5min后降温至20℃，加入5g沸石，加热至120℃，保温30min后烘干得到多元水合还原抗菌剂。碳化的活性炭的制备方法为：选取桃壳、杏壳各500g放在研磨机中进行研磨，取直径4-8mm，颗粒或成型的果壳在500℃温度下进行炭化4小时；之后在水蒸汽中进行活化，温度500℃，时间5个小时；等冷却后，开始第二次在水蒸汽中活化，时间3个小时，温度在600℃；之后在过热水蒸气中开始第三次活化，温度为800℃，活化的时间为2小时；三次活化后的颗粒炭进行酸洗，酸洗用的酸为盐酸溶液，浓度为0.1wt％，酸洗温度为50℃，酸洗时间为0.2小时；在盐酸中加入Fe(NO3)3、Zn.(NO3)2、AgNO3按照质量比1：2：0.5的比例，制成载银抗菌活性炭；将酸洗后的颗粒炭用去离子水洗涤至中性，然后经干燥筛选后得到成品活性炭。一种复合抗菌活水滤芯的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：a)称取钾长石粉末与高岭土，将钾长石粉末加入高岭土中，加水混合硅藻土原矿、多元离子抗菌剂与多元水合还原抗菌剂，充分搅拌后压滤，制成棒料；b)取高岭土制备成粘稠度为10％的高岭土悬浮液200毫升，将步骤a)制备好的棒料和活性炭以5:2的比例加入到悬浮液中，搅拌的同时在外部施加磁感应强度0.05T的磁场，搅拌均匀，倒入钢制模具中压制成型后室温干燥。实施例2一种复合抗菌活水滤芯，所述滤芯包括以下重量份的原料：400份硅藻土原矿、150份钾长石、150份高岭土、45份多元离子抗菌剂、45份多元水合还原抗菌剂与50份碳化的活性炭。所述多元离子抗菌剂的制备方法为：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4.8，制得酸性液体；b)称取220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250份麦饭石，清水冲洗4次后放入另一容器中，加入650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25份Zn粉，加入220份去离子水配成悬浮液，200r/min搅拌25min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，浸泡15min，加温至85℃，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85℃，保温2-3min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；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，得到多元离子抗菌剂。所述的多元水合还原抗菌剂的制备方法为：分别配置10mg/L硝酸银溶液、硝酸锌溶液与硫酸钠溶液，在70℃下将三种溶液混合搅拌得到混合溶液A；用45mL，质量浓度24％的稀盐酸溶解20g铝镁合金，得到氯化镁与氯化铝的混合溶液，用55mL，质量浓度26％稀盐酸溶解8g金属锌与12g氧化镁，得到氯化镁与氯化锌的混合溶液，将上述两种混合溶液以质量比2:1混合在一起，得到混合溶液B；将铜、30wt％的过氧化氢溶液、32wt％的硫酸溶液按质量比1:3:0.5混合反应，得到溶液C；在120℃下，按体积比将混合溶液A：混合溶液B：混合溶液C为1:2:1的比例混合搅拌8min后降温至25℃，加入5g沸石，加热至130℃，保温35min后烘干得到多元水合还原抗菌剂。碳化的活性炭的制备方法为：选取桃壳、杏壳各500g放在研磨机中进行研磨，取直径4-8mm，颗粒或成型的果壳在550℃温度下进行炭化8小时；之后在水蒸汽中进行活化，温度800℃，时间12个小时；等冷却后，开始第二次在水蒸汽中活化，时间6个小时，温度在800℃；之后在过热水蒸气中开始第三次活化，温度为1000℃，活化的时间为6小时；三次活化后的颗粒炭进行酸洗，酸洗用的酸为盐酸溶液，浓度为10wt％，酸洗温度为80℃，酸洗时间为10小时；在盐酸中加入Fe(NO3)3、Zn.(NO3)2、AgNO3按照质量比1：2：0.5的比例，制成载银抗菌活性炭；将酸洗后的颗粒炭用去离子水洗涤至中性，然后经干燥筛选后得到成品活性炭。一种复合抗菌活水滤芯的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：a)称取钾长石粉末与高岭土，将钾长石粉末加入高岭土中，加水混合硅藻土原矿、多元离子抗菌剂与多元水合还原抗菌剂，充分搅拌后压滤，制成棒料；b)取高岭土制备成粘稠度为10％的高岭土悬浮液200毫升，将步骤a)制备好的棒料和活性炭以5:2的比例加入到悬浮液中，搅拌的同时在外部施加磁感应强度1T的磁场，搅拌均匀，倒入钢制模具中压制成型后室温干燥。实施例3一种复合抗菌活水滤芯，所述滤芯包括以下重量份的原料：500份硅藻土原矿、200份钾长石、200份高岭土、50份多元离子抗菌剂、50份多元水合还原抗菌剂与50份碳化的活性炭。所述多元离子抗菌剂的制备方法为：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，浸泡20min，加温至90℃，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2-3min后降温至70℃，取出用70℃热水清洗3-5次再用蒸馏水清洗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，得到多元离子抗菌剂。所述的多元水合还原抗菌剂的制备方法为：分别配置15mg/L硝酸银溶液、硝酸锌溶液与硫酸钠溶液，在80℃下将三种溶液混合搅拌得到混合溶液A；用55mL，质量浓度24％的稀盐酸溶解25g铝镁合金，得到氯化镁与氯化铝的混合溶液，用60mL，质量浓度26％稀盐酸溶解10g金属锌与15g氧化镁，得到氯化镁与氯化锌的混合溶液，将上述两种混合溶液以质量比2:1混合在一起，得到混合溶液B；将铜、32wt％的过氧化氢溶液、35wt％的硫酸溶液按质量比1:3.5:0.6混合反应，得到溶液C；在140℃下，按体积比将混合溶液A：混合溶液B：混合溶液C为1:2:1的比例混合搅拌10min后降温至35℃，加入5g沸石，加热至140℃，保温45min后烘干得到多元水合还原抗菌剂。碳化的活性炭的制备方法为：选取桃壳、杏壳各500g放在研磨机中进行研磨，取直径4-8mm，颗粒或成型的果壳在600℃温度下进行炭化4-12小时；之后在水蒸汽中进行活化，温度1000℃，时间17个小时；等冷却后，开始第二次在水蒸汽中活化，时间10个小时，温度在1100℃；之后在过热水蒸气中开始第三次活化，温度为1200℃，活化的时间为10小时；三次活化后的颗粒炭进行酸洗，酸洗用的酸为盐酸溶液，浓度为20wt％，酸洗温度为120℃，酸洗时间为16小时；在盐酸中加入Fe(NO3)3、Zn.(NO3)2、AgNO3按照质量比1：2：0.5的比例，制成载银抗菌活性炭；将酸洗后的颗粒炭用去离子水洗涤至中性，然后经干燥筛选后得到成品活性炭。一种复合抗菌活水滤芯的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：a)称取钾长石粉末与高岭土，将钾长石粉末加入高岭土中，加水混合硅藻土原矿、多元离子抗菌剂与多元水合还原抗菌剂，充分搅拌后压滤，制成棒料；b)取高岭土制备成粘稠度为10％的高岭土悬浮液200毫升，将步骤a)制备好的棒料和活性炭以5:2的比例加入到悬浮液中，搅拌的同时在外部施加磁感应强度1.2T的磁场，搅拌均匀，倒入钢制模具中压制成型后室温干燥。表1：滤芯的应用：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。当前第1页1 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