一种快速净化水的方法与流程

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种快速净化水的方法。

背景技术

目前，一维纳米结构已经广泛应用于电子学、能源、光子学等领域。受薄膜器件启发，大部分应用借助涂覆或直接生长此纳米结构于带有拓扑结构的平面基底表面。但是，利用金属或半导体纳米线构筑复杂的三维涂层已经被证实，比例超润湿性质的纳米线膜、碳纳米管处理的纺织物以及过滤器。与以往膜过滤净水方式不同，我们的方法不受细菌尺寸的限制，不需要施加高压力，依靠重力给水实现杀菌应用，同时具有比传统的过滤系统更快的过滤速度。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种高效、快速杀菌净水的方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种快速净化水的方法，步骤如下：

s1、配制溶液：取一个烧杯，配制硝酸银乙二醇溶液，得到第一溶液；取另一个烧杯，配制包含三氯化铁的聚乙烯吡咯烷铜乙二醇溶液，得到第二溶液；

s2、制备银纳米线：将第二溶液加入第一溶液中进行混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液倒入高压反应釜中进行加热，冷却后得到银纳米线分散液；向银纳米线分散液中加入丙酮，再经过超声和离心处理，最后将银纳米线分散在乙醇中待用；

s3、构筑过滤装置：取过滤材料基底浸入到石墨烯水分散液中，搅动后静置，直至石墨烯片层包覆在过滤材料基底表面，然后用大量水冲洗除去表面活性剂和多余的石墨烯片层；利用滴管将步骤s2中的银纳米线分散液滴加在覆盖了石墨烯片层的过滤材料基底表面，然后放置于电热板上进行加热干燥，再用水冲洗得到过滤材料；取玻璃漏斗，将过滤材料塞入到玻璃漏斗下方内部形成过滤装置；

s4、制备细菌悬浮液：用接种环挑取保存于试管斜面的细菌单菌落接种至lb培养液，震荡培养过夜；然后将培养过夜的细菌培养液离心去除上清液，用无菌水将菌体重新悬浮并调至od600＝0.8～1.2的细菌悬浮液；

s5、可见光辅助净水：将整个过滤装置置于白色led灯下，取细菌悬浮液在重力作用下流经过滤装置，得到滤液；将滤液进行稀释，取10～100μl稀释后的滤液涂覆于含有lb营养素和细菌附着位点的琼脂板上，然后于恒温箱中孵化；每个存活细菌都会产生一个肉眼可见的菌群，直接记录菌群数目。

进一步，所述的步骤s1中在一个烧杯中配制10～50ml浓度为0.05～0.2m的硝酸银乙二醇溶液；在另一个烧杯中配制10～50ml包含浓度5～300μm三氯化铁的聚乙烯吡咯烷铜乙二醇溶液，聚乙烯吡咯烷铜的浓度为0.05～0.5m；所述的聚乙烯吡咯烷铜与硝酸银的摩尔比为1:1或3:2或2:1或5:2。

进一步，所述的步骤s2中，在转速为500～700rpm的磁力搅拌条件下，利用注射器并以流速为0.5～2ml/min将第二溶液加入第一溶液中，然后将混合溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100～200℃烘箱中加热0.5～2.5小时。

进一步，所述的步骤s3中，取0.1～0.5g过滤材料基底浸入到1～10wt％的石墨烯水分散液中，搅动后静置5～10min；所述的电热板上温度控制在70～90℃，加热干燥10～30min；所述的玻璃漏斗的下端内径为2～8mm；所述的塞入到玻璃漏斗中的过滤材料的长度为1～5cm。

进一步，所述的步骤s3中，所述的过滤材料基底为脱脂棉、滤纸、聚四氟乙烯滤膜或聚碳酸酯滤膜中的一种。

进一步，所述的步骤s4中，所述的细菌为大肠杆菌、弧菌、幽门螺旋杆菌或葡萄球菌中的一种。

进一步，所述的步骤s4中，用接种环挑取保存于试管斜面的细菌单菌落接种至50～200mllb培养液，于37℃，150～200rpm震荡培养过夜。

进一步，所述的步骤s5中，白色led的光强为30～50mw/cm²；取50～100ml浓度为10⁵～10⁷/ml的细菌悬浮液在重力作用下流经过滤装置，流速可以达到0.5～1l/h；所述的滤液稀释1000倍；所述的恒温箱温度控制在37℃，孵化12～16h。

本发明的有益效果

1.本发明以过滤材料基底为骨架材料，可优先脱脂棉，具有价格便宜、应用广泛、以及非常好的的化学和机械稳定性的优点；脱脂棉的棉花纤维之间的孔隙尺寸在几十到几百微米范围内，远远大于细菌的尺寸，可以避免装置在使用过程中被堵塞。作为优异的杀菌材料，银纳米线具有多重结合位点，与棉花纤维形成牢固的物理粘附；银纳米所形成交叉的网格结构，在可见光照射下，产生表面等离子体共振效应，利用这一现象我们能有效实现灭菌应用；石墨烯具有独特的光学、电学和机械性能、增强等离子共振效应。

2.本发明利用银纳米线和石墨烯所特有的性质的新方法，在过滤材料基底表面形成复合多级涂层制备一种具有光响应、高比表面的装置，在可见光作用下，具有高效杀菌净水的性能。与以往膜过滤净水方式不同，我们的方法不受细菌尺寸的限制，不需要施加高压力，依靠重力给水实现杀菌应用，同时具有比传统的过滤系统更快的过滤速度。

附图说明

图1为本发明的过滤装置。

图2为过滤材料的内部放大结构示意图。

图3中的a)、b)、c)分别为利用本发明方法、在无光照射条件下利用本发明方法、纯棉花为过滤材料进行过滤之后的菌群数目显示图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步详细说明。

如图1至3所以，一种快速净化水的方法，步骤如下：

s1、配制溶液：称取0.170gagno3加入都10ml乙二醇中，超声溶解形成浓度为0.1m的溶液；称取0.0162g无水fecl3加入到10ml乙二醇中，超声溶解形成0.01m的溶液，再吸取100μlfecl3溶液加入到10ml乙二醇中稀释成100μmfecl3溶液，然后称取0.165gpvp加入其中，超声溶解，pvp的浓度为0.15m；pvp为聚乙烯吡咯烷铜的简称；

s2、制备银纳米线：在600rpm的磁力搅拌下，利用10ml注射器将含有100μmfecl3的10mlpvp乙二醇溶液缓慢滴加入10ml浓度为0.1m的agno3乙二醇溶液中，滴加速度控制在1ml/min；然后将混合液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160℃烘箱中加热2小时；反应结束后，将反应釜冷却至室温，向生成的银纳米线分散液中加入大量丙酮，使之从乙二醇中分离，再经过超声和离心处理，最后将银纳米线分散在乙醇中待用；

s3、构筑过滤装置：取0.2g脱脂棉花浸入到5wt％的石墨烯水分散液中，轻微搅动后静置5min，使石墨烯片层包覆在棉花纤维表面，然后用大量水冲洗除去表面活性剂和多余的石墨烯片层；利用滴管将步骤s2中反应得到的银纳米线分散液滴加在覆盖石墨烯片层的脱脂棉表面，然后放置于70℃的电热板上加热干燥20min，再用大量水冲洗得到坚固的过滤材料a；取直径为5mm的玻璃漏斗1，将过滤材料a塞入到玻璃漏斗1中形成过滤装置，过滤材料a的长度为2cm；根据过滤材料a的用量，在满足杀菌效果的前提下可以控制流速；如图2所示，石墨烯片层7和银纳米线网格8附着于脱脂棉6内部的间隙内，细菌细胞5从上方进入脱脂棉6内部经过石墨烯片层7和银纳米线网格8在可见光条件下进行杀菌；

s4、制备细菌悬浮液：用接种环挑取保存于试管斜面的大肠杆菌单菌落接种至100mllb培养液，于37℃，180rpm震荡培养过夜；然后将培养过夜的大肠杆菌培养液离心去除上清液，用无菌水将菌体重新悬浮并调至od600≈1.0的细菌悬浮液2；

s5、可见光辅助净水：将整个过滤装置置于强度为40mw/cm²的白色led灯4下，取50ml浓度为10⁷/ml的细菌悬浮液2在重力作用下流经过滤系统，流速可以达到1l/h；滤液3稀释1000倍之后，取50μl涂覆于含有营养素和细菌附着位点的琼脂板上，然后于37℃恒温箱中孵化14h；每个存活细菌都会产生一个肉眼可见的菌群，直接记录菌群数目，并与未经可见光照射产生的滤液以及以纯棉花作为过滤材料产生的滤液中存活细菌数目对比，得出杀菌效率，如图3所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。