專利名稱：自消毒搪、陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于搪、陶瓷材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。涉及了一類自消毒的搪、陶瓷功能材料及其制備方法。
搪、陶瓷材料及其制品的殺菌和消毒功能，是該類材料及其制品的一個重要特性，其消毒，特別是自動消毒一直是人們所夢想解決的問題，也是一直未獲解決的問題。公共衛(wèi)生用具和用品的自動消毒問題，對防止傳染性疾病的傳播，提高人民的健康水平，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
目前，搪、陶瓷材料及其制品的殺菌和消毒，一直沿有的物理消毒法和化學(xué)消毒法。物理消毒法包括高溫、輻射(可見光、日光紫外線，電離輻射)、干燥、超聲波、滲透壓和過濾。其中200-300nm的紫外線具有較強(qiáng)的殺菌作用，是比較常用的殺菌方法，電離輻射是中草藥原料藥滅菌中常用的方法。化學(xué)消毒法是利用化學(xué)消毒劑來殺滅細(xì)菌的方法，主要包括結(jié)合型消毒劑(重金屬鹽類、醇類、醛類、雙氧乙烷等)和氧化型消毒劑(H2O2、KMnO4、過氧乙酸、鹵素類)，其中氧化型消毒劑是比較常用的消毒劑。上述物理消毒法和化學(xué)消毒法，均屬于人工消毒法。物理消毒法方便經(jīng)濟(jì)，但條件不易滿足；化學(xué)消毒法消毒效果較好，但不經(jīng)濟(jì)。此外兩種消毒方法都存在使用不當(dāng)，會造成二次污染的問題。二次污染問題又是現(xiàn)代消毒學(xué)中難以解決的一個難題。如何將物理消毒法的方便經(jīng)濟(jì)和化學(xué)消毒法的完全徹底結(jié)合起來，建立一種能長久地、自動地殺菌消毒的方法，一直是衛(wèi)生消毒學(xué)領(lǐng)域所追求的理想方法。近十幾年來，紫外線氧化技術(shù)作為一項(xiàng)引人注目的技術(shù)(J.Catalysis.1990 122178-192)，在水質(zhì)處理和環(huán)境污染治理方面得到了長足的發(fā)展，為解決上述問題提供了一條可借鑒的思路，近兒年來，引起了發(fā)明者的重大關(guān)注。
紫外線(UV)具有殺菌滅活作用，被廣泛地用于室內(nèi)空氣消毒和食品工業(yè)用水的消毒。紫外線雖對有機(jī)化合物具有一定的光解作用，但直接作用較弱且有相當(dāng)?shù)倪x擇性，難以直接破壞烴類和芳香環(huán)化合物，尚不能有效的用于水質(zhì)有機(jī)污染物的凈化處理。近十幾年紫外線氧化技術(shù)(UV/oxid ation technology)在解決此問題上得到了較大的發(fā)展。該技術(shù)是用紫外線氧化光解產(chǎn)生的羥基自由基(OH)，氧化破壞有機(jī)物的水質(zhì)凈化技術(shù)。羥基具有極大的氧化破壞能力，幾乎能無選擇性氧化分解所有的有機(jī)化合物，且具有完全徹底，不造成二次污染的特殊優(yōu)點(diǎn)。
目前城鄉(xiāng)居民飲水消毒和城市污水消毒，幾乎全部采用含氯化合物作為消毒劑。由于水或污水中含有較多有機(jī)質(zhì)，過量氯與有機(jī)質(zhì)形成氯烴化合物。如常見的三氯甲烷CHCl3，這些氯烴化合物的毒性類似于有機(jī)氯農(nóng)藥，長期蓄積在人和動物脂肪組織中，具有潛在的危害性，形成水質(zhì)氯化消毒的二次污染。而紫外線光解氧化技術(shù)，既可用于飲水的化學(xué)消毒，又可用于衛(wèi)生消毒，且不產(chǎn)生二次污染。紫外線光解氧化技術(shù)主要有兩種形式人工紫外線光解氧化劑技術(shù)和陽光紫外線催化光解水技術(shù)。
人工紫外線光解氧化劑技術(shù)，主要利用人工紫外線光解氧化劑(如H2O2和O3等)產(chǎn)生羥基自由基OH。
美國加州圣大那Ultrox國際公司曾開發(fā)一種Ultrox紫外線氧化處理裝置，中試結(jié)果證實(shí)Ultrox紫外線氧化處理過程中不產(chǎn)生新的有機(jī)污染物。
陽光紫外線催化光解氧化技術(shù)，主要利用陽光中的紫外線，在半導(dǎo)體光催化劑(Pbotocatalyst)二氧化鈦(TiO2)顆粒存在下，光解水產(chǎn)生羥基。此過程中TiO2作為催化劑可循環(huán)使用據(jù)美國聯(lián)邦國家再生能源研究所(NREL)等進(jìn)行的陽光紫外線光解水質(zhì)凈化技術(shù)試驗(yàn)表明地下水中的三氯甲烷經(jīng)陽光紫外線光解裝置處理后，被處理水質(zhì)可達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。近十幾年來半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)在環(huán)境污染治理上，特別是水處理中得到了充分地研究，發(fā)現(xiàn)了一系列有光催化活性的半導(dǎo)體氧化物(J.Cata1ysis.1992，13436-46.Wat.Res.1994，281845-1849.)，并且也充分地證實(shí)，紫外線氧化技術(shù)是一項(xiàng)極有前景的生活水質(zhì)和環(huán)境污水處理技術(shù)，具有巨大開發(fā)和利用潛力。但在衛(wèi)生消毒領(lǐng)域的研究尚未見報(bào)道。
本發(fā)明基于上述紫外線氧化光解氧化技術(shù)發(fā)明一種能自動消毒的搪、陶瓷材料。本發(fā)明的主要技術(shù)原理如下根據(jù)殺菌消毒原理，提出將紫外線光解氧化技術(shù)應(yīng)用于消毒學(xué)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體光餾化劑在紫外線作用下光解水產(chǎn)生的高活性羥基自由基強(qiáng)氧化有機(jī)物(包括有毒有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等)，使之變成無機(jī)物或完全礦化，而實(shí)現(xiàn)消毒和殺菌的目的。一方面細(xì)菌和病毒也是普通的有機(jī)物，將其氧化打碎成無機(jī)物，原理上自然可完全消毒；另一方面本技術(shù)方法產(chǎn)生的羥基自由基本來就是常用化學(xué)消毒劑H2O2等消毒的活性中間體，因此具有較好的殺菌和消毒活性。(雖然紫外線催化光解氧化技術(shù)在環(huán)境污水處理方面尚未達(dá)到實(shí)用階段，主要是由于環(huán)境污水中有機(jī)物的濃度較高，但相比而言，細(xì)菌和病毒等有機(jī)物的濃度畢竟是極微量的。因此本項(xiàng)技術(shù)原理應(yīng)用于衛(wèi)生學(xué)消毒是完全可行的。)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是制備一種有半導(dǎo)體光催化活性的搪、陶瓷材料。將適量復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑加入瓷釉中，研制成具有自催化光解功能的瓷釉，然后在適當(dāng)?shù)墓に囅聼瞥删哂泄獯呋钚缘奶?、陶瓷材料。該搪、陶瓷材料可在陽光紫外線和空氣作用下，催化光解水產(chǎn)生羥基自由基。即該材料是具有自動光解水產(chǎn)生羥基自由基的特殊功能材料。
該技術(shù)發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提出一項(xiàng)將物理消毒和化學(xué)消毒相結(jié)合的新型滅菌消毒技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
2、本發(fā)明研制的自消毒搪、陶瓷材料是一種理想的長久催化型自消毒材料。一次投入可長期使用，具有經(jīng)濟(jì)、省力的優(yōu)點(diǎn)，是人們長期所希望擁有的理想消毒技術(shù)。
3、本消毒技術(shù)的消毒效果好，完全徹底，將細(xì)菌和病毒氧化礦化為無機(jī)物，克服了過去消毒不徹底的問題，解決了消毒學(xué)上存在的二次污染的難題。
4、本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)和材料除可用于衛(wèi)生學(xué)消毒外，還可應(yīng)用軍事醫(yī)學(xué)中的化學(xué)戰(zhàn)劑的化學(xué)消毒，作為化學(xué)戰(zhàn)劑領(lǐng)域的一種新型消毒方法和自消毒材料，在防化醫(yī)學(xué)中有很高的應(yīng)用價值(發(fā)明者已開展這方面研究，研究表明本項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)新的化學(xué)戰(zhàn)劑的消毒技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。)5、本發(fā)明研制的自消毒功能材料，可用于制作各種顏色、造型的衛(wèi)生潔具、廚房用具、飲食和個人衛(wèi)生用品，具有自潔功能，其功能瓷釉可稱為自潔瓷釉(這里的自潔為衛(wèi)生學(xué)消毒和化學(xué)消毒兩層意義)，而且還可用制作各種飲水、污水凈化裝置。
6、本發(fā)明材料具有化學(xué)消毒和衛(wèi)生消毒功能。其化學(xué)自潔功能可用于廚房用具的自動除油。
本發(fā)明自消毒搪、陶材料的制備工藝如下1、將四種半導(dǎo)體光催劑TiO2、ZnO、SnO2、WO3(直徑＜5μm)，按適當(dāng)比例混合均勻，再按合適比例加到瓷釉中去混勻制作成具有自潔功能(衛(wèi)生學(xué)消毒和化學(xué)消毒功能)的瓷釉。
2、將特殊的功能瓷釉代替普通瓷釉，在適當(dāng)?shù)毓に囅聼瞥商?、陶瓷材料和制品，使該材料和制品具有自消毒功能?br> 3、本發(fā)明的特征在于a、采用一種特殊的功能瓷釉，瓷釉中含有適量的半導(dǎo)體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。
b、復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑中，TiO2占80％左右、ZnO、SnO2和WO3共占20％左右。
c、復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑占整個瓷釉的比例范圍為3％-30％。
d、自動消毒的搪、陶瓷材料是由未上瓷釉的搪、陶材料上加入特殊的功能瓷釉燒制而成。
e、特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600-800℃，然后恒溫4-6小時，再用3-6小時降至室溫。
f、由該自動消毒的搪、陶材料可制成各種顏色和造型的衛(wèi)生潔具、廚房用具、飲食及個人衛(wèi)生用品。
實(shí)例將直徑＜5μm，比例為TiO2∶ZnO∶SnO2∶WO3＝80∶8∶6∶6的100g復(fù)合半導(dǎo)體催化劑，加入到1100g普通瓷釉中去混勻研制成具有自潔功能的瓷釉，然后，涂在未上瓷釉的搪、陶瓷材料上去。在4小時內(nèi)緩慢升到680℃，恒溫3小時，4小時內(nèi)降至室溫。然后測試搪、陶瓷材料對大腸肝菌和f2噬菌體的滅活活性。測定不同陽光照射時間下的消毒效果，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌和f2噬菌體在8分內(nèi)被殺死，且消毒符合一級動力學(xué)方程式，6分鐘時，大腸桿菌和f2噬菌體的殺滅率為99.9％和99.8％。
權(quán)利要求
1.一種自動消毒的搪、陶瓷材料及其制備方法，其特征a、采用一種特殊的功能瓷釉，瓷釉中含有適量的半導(dǎo)體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。b、復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑中，TiO2占80％左右，ZnO、SnO2和WO3總共占20％左右。c、復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑占整個瓷釉的比例范圍為3％-30％。d、自動消毒的搪、陶瓷材料是由未上瓷釉的搪、陶材料上加入特殊的功能瓷釉燒制而成。e、特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600-800℃，然后恒溫4-6小時，再用3-6小時降至室溫。f、由該自動消毒的搪、陶材料可制成各種顏色和造型的衛(wèi)生潔具、廚房用具、飲食及個人衛(wèi)生用品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于a在瓷釉中加入了四種半導(dǎo)體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于b和c特殊功能瓷釉中復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑占整個瓷釉的3％-30％，且復(fù)合半導(dǎo)體光催劑中TiO2約占80％，其三種半導(dǎo)體光催化劑約占20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于d和e特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600℃-800℃，恒溫4-6小時，然后3-6小時降至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于f用該自消毒搪、陶瓷材料制成的各種衛(wèi)生潔具、廚房用具、飲食及個人生活用品。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能搪、陶瓷材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。利用半導(dǎo)體光催化原理,研制成一種能自動殺滅細(xì)菌和病毒的新材料。該材料在微量水和光的作用下催化產(chǎn)生高活性自由基,無選擇性地氧化細(xì)菌和病毒,達(dá)到滅菌消毒的目的。該材料是在普通瓷釉中混入復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑(TiO
文檔編號C04B33/02GK1186785SQ9710560
公開日1998年7月8日 申請日期1997年1月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月2日
發(fā)明者孫華斌, 邢桂平, 彭作林, 陳文華, 王樹華, 楊新芳, 王欣梅, 霍魯鵬 申請人:中國人民解放軍濟(jì)南軍區(qū)后勤部軍事醫(yī)學(xué)研究所