本發(fā)明涉及一種復(fù)合殺菌陶瓷膜的制備方法,屬于膜制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
陶瓷膜也稱CT膜,是以氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等無機(jī)材料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的精密陶瓷過濾材料。20世紀(jì)80年代以來,以陶瓷膜為主導(dǎo)的無機(jī)膜的研發(fā)開始逐漸引起人們的關(guān)注,到了20世紀(jì)90年代后,無機(jī)膜技術(shù)的發(fā)展更為迅速,年增長率達(dá)到30%~35%,尤其是陶瓷膜,市場占有率達(dá)到了80%左右。由于陶瓷膜具有機(jī)械強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐腐蝕、耐氧化、抗微生物能力強(qiáng)、分離精密度高以及易清洗等優(yōu)點(diǎn),因此其被廣泛應(yīng)用于食品、植物深加工、生物醫(yī)藥、發(fā)酵和精細(xì)化工等眾多領(lǐng)域,并且在分離、澄清、純化、濃縮、除菌、除鹽等工藝中發(fā)揮著巨大的作用。
空氣中充斥著的有害物質(zhì)如塵埃、細(xì)菌、甲醛等,可誘發(fā)呼吸道感染等多種疾病,近年來關(guān)于PM2.5可致癌的報道也屢見不鮮,能呼吸到潔凈的空氣越來越受到大家的追求。現(xiàn)有的空氣凈化膜材料往往功能單一,對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒一般難以取得滿意的濾除效果,并且存在使用壽命低、能耗大等諸多問題。因此,制備一種多功能的高效空氣凈化膜用于空氣凈化勢在必行。
目前,具有抗菌功能的材料已被運(yùn)用于很多個領(lǐng)域中,抗菌材料的優(yōu)良取決于抗菌劑以及基體材料??咕鷦└鶕?jù)其材料和來源不同,可以分為有機(jī)、天然和無機(jī)三種類型;相比之下,無機(jī)抗菌材料廣譜抗菌性、較高安全性、持久性、耐熱性及穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),因而在一些產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。無機(jī)抗菌材料中較為主流的是以無機(jī)化合物中含有抗菌金屬離子或者抗菌納米顆粒的試劑,如銀、銅、鋅等金屬離子或者納米顆粒,最常用的是銀;基于銀的殺菌性能,各種含銀的殺菌材料正在被研究、開發(fā)和利用,現(xiàn)已有將氧化鋁、氮化硅晶、凹凸棒石粘土、氧化鋯、珊瑚砂、膨潤土以及活性炭等材料作為基體,與抗菌銀試劑作用后形成具有抗菌性能的材料,用于各個相關(guān)領(lǐng)域。然而,這些抗菌材料普遍存在一些缺陷:銀離子不穩(wěn)定造成抗菌材料出現(xiàn)變色問題、抗菌劑在基體材料中的分散問題、長久時效性問題、抗菌組分在基體中的自遷移問題等等,這些問題很大程度上與基體材料的性能有關(guān)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有的空氣凈化膜對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒一般難以取得滿意的濾除效果,且負(fù)載銀離子進(jìn)行殺菌,殺菌效果不好,殺菌不持久的問題,本發(fā)明主要是利用自制的改性碳化稻殼、硅藻土和石墨烯進(jìn)行混合煅燒,得到陶瓷膜支撐體,再將其與聚乙烯醇、十二烷基硫酸鈉等物質(zhì)混合攪拌,以天然殺菌物殼聚糖為基質(zhì),制備得到制膜液,最后將其進(jìn)行制膜即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒濾除效果好,且殺菌效果好,具有持久性。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
(1)按固液比1:3,取稻殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%過硫酸鈉溶液混合均勻,并置于超聲振蕩器中,在55~58kHz下振蕩15~25min,再進(jìn)行加熱至80~85℃,保溫加熱40~45min,隨后過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,將洗滌后的濾渣與其質(zhì)量0.8~1.2%碳酸鈉攪拌均勻,放入煅燒爐中,在600~700℃煅燒1.5~2.5h;
(2)在上述煅燒后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出浸泡于1.2mol/L鹽酸溶液中,并置于微波爐中,在300~400W加熱30~35min,隨后趁熱取出過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,得改性碳化稻殼;
(3)按重量份數(shù)計,取42~46份上述改性碳化稻殼、26~32份硅藻土及16~18份石墨烯,放入碾磨機(jī)中碾磨,過200目篩,將過篩顆粒放入煅燒爐中,使用氦氣保護(hù),設(shè)定溫度為1600~1800℃,煅燒2~3h后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出并粉碎,過300目篩,得陶瓷膜支撐體;
(4)按重量份數(shù)計,取48~52份上述陶瓷膜支撐體、60~63份蒸餾水、18~23份聚乙烯醇、12~14份十二烷基硫酸鈉及6~8份殼聚糖,首先將陶瓷膜支撐體、蒸餾水及聚乙烯醇放入攪拌機(jī)中,在45~50℃攪拌1~2h,隨后加入十二烷基硫酸鈉及殼聚糖,繼續(xù)攪拌46~52min,得制膜液;
(5)將上述所得的制膜液放入涂膜機(jī)中進(jìn)行制膜,控制膜的厚度為50~60μm,隨后將所制得的濕膜自然晾曬15~18h,隨后置于烘箱中,在90~105℃干燥7~8h,再放入馬弗爐中,以2~3℃/min升溫至770~820℃,保溫1~2h,再以3~4℃/min升溫至1050~1100℃,保溫2~3h后自然冷卻至室溫,即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。
本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜應(yīng)用于空氣凈化器中,在使用12~18h后,檢測,其對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒除濾達(dá)到97%以上,殺菌率達(dá)到98%以上。
本發(fā)明與其他方法相比,有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒濾除效果好,除濾效果達(dá)到97%以上;
(2)本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜殺菌效果好,殺菌率達(dá)到98%以上,且殺菌具有持久性;
(3)本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜強(qiáng)度高,縱向拉伸強(qiáng)度為170MPa以上,橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上。
具體實(shí)施方式
首先按固液比1:3,取稻殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%過硫酸鈉溶液混合均勻,并置于超聲振蕩器中,在55~58kHz下振蕩15~25min,再進(jìn)行加熱至80~85℃,保溫加熱40~45min,隨后過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,將洗滌后的濾渣與其質(zhì)量0.8~1.2%碳酸鈉攪拌均勻,放入煅燒爐中,在600~700℃煅燒1.5~2.5h;在上述煅燒后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出浸泡于1.2mol/L鹽酸溶液中,并置于微波爐中,在300~400W加熱30~35min,隨后趁熱取出過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,得改性碳化稻殼;再按重量份數(shù)計,取42~46份上述改性碳化稻殼、26~32份硅藻土及16~18份石墨烯,放入碾磨機(jī)中碾磨,過200目篩,將過篩顆粒放入煅燒爐中,使用氦氣保護(hù),設(shè)定溫度為1600~1800℃,煅燒2~3h后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出并粉碎,過300目篩,得陶瓷膜支撐體;按重量份數(shù)計,取48~52份上述陶瓷膜支撐體、60~63份蒸餾水、18~23份聚乙烯醇、12~14份十二烷基硫酸鈉及6~8份殼聚糖,首先將陶瓷膜支撐體、蒸餾水及聚乙烯醇放入攪拌機(jī)中,在45~50℃攪拌1~2h,隨后加入十二烷基硫酸鈉及殼聚糖,繼續(xù)攪拌46~52min,得制膜液;最后將上述所得的制膜液放入涂膜機(jī)中進(jìn)行制膜,控制膜的厚度為50~60μm,隨后將所制得的濕膜自然晾曬15~18h,隨后置于烘箱中,在90~105℃干燥7~8h,再放入馬弗爐中,以2~3℃/min升溫至770~820℃,保溫1~2h,再以3~4℃/min升溫至1050~1100℃,保溫2~3h后自然冷卻至室溫,即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。
實(shí)例1
首先按固液比1:3,取稻殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%過硫酸鈉溶液混合均勻,并置于超聲振蕩器中,在58kHz下振蕩25min,再進(jìn)行加熱至85℃,保溫加熱45min,隨后過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,將洗滌后的濾渣與其質(zhì)量1.2%碳酸鈉攪拌均勻,放入煅燒爐中,在700℃煅燒2.5h;在上述煅燒后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出浸泡于1.2mol/L鹽酸溶液中,并置于微波爐中,在400W加熱35min,隨后趁熱取出過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,得改性碳化稻殼;再按重量份數(shù)計,取46份上述改性碳化稻殼、32份硅藻土及18份石墨烯,放入碾磨機(jī)中碾磨,過200目篩,將過篩顆粒放入煅燒爐中,使用氦氣保護(hù),設(shè)定溫度為1800℃,煅燒3h后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出并粉碎,過300目篩,得陶瓷膜支撐體;按重量份數(shù)計,取52份上述陶瓷膜支撐體、63份蒸餾水、23份聚乙烯醇、14份十二烷基硫酸鈉及8份殼聚糖,首先將陶瓷膜支撐體、蒸餾水及聚乙烯醇放入攪拌機(jī)中,在50℃攪拌2h,隨后加入十二烷基硫酸鈉及殼聚糖,繼續(xù)攪拌52min,得制膜液;最后將上述所得的制膜液放入涂膜機(jī)中進(jìn)行制膜,控制膜的厚度為60μm,隨后將所制得的濕膜自然晾曬18h,隨后置于烘箱中,在105℃干燥8h,再放入馬弗爐中,以3℃/min升溫至820℃,保溫2h,再以4℃/min升溫至1100℃,保溫3h后自然冷卻至室溫,即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。
將本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜應(yīng)用于空氣凈化器中,在使用18h后,檢測,其對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒除濾達(dá)到98.1%,殺菌率達(dá)到98.8%。
實(shí)例2
首先按固液比1:3,取稻殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%過硫酸鈉溶液混合均勻,并置于超聲振蕩器中,在55kHz下振蕩15min,再進(jìn)行加熱至80℃,保溫加熱40min,隨后過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,將洗滌后的濾渣與其質(zhì)量0.8%碳酸鈉攪拌均勻,放入煅燒爐中,在600℃煅燒1.5h;在上述煅燒后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出浸泡于1.2mol/L鹽酸溶液中,并置于微波爐中,在300W加熱30min,隨后趁熱取出過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,得改性碳化稻殼;再按重量份數(shù)計,取42份上述改性碳化稻殼、26份硅藻土及16份石墨烯,放入碾磨機(jī)中碾磨,過200目篩,將過篩顆粒放入煅燒爐中,使用氦氣保護(hù),設(shè)定溫度為1600℃,煅燒2h后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出并粉碎,過300目篩,得陶瓷膜支撐體;按重量份數(shù)計,取48份上述陶瓷膜支撐體、60份蒸餾水、18份聚乙烯醇、12份十二烷基硫酸鈉及6份殼聚糖,首先將陶瓷膜支撐體、蒸餾水及聚乙烯醇放入攪拌機(jī)中,在45℃攪拌1h,隨后加入十二烷基硫酸鈉及殼聚糖,繼續(xù)攪拌46min,得制膜液;最后將上述所得的制膜液放入涂膜機(jī)中進(jìn)行制膜,控制膜的厚度為50μm,隨后將所制得的濕膜自然晾曬15h,隨后置于烘箱中,在90℃干燥7h,再放入馬弗爐中,以2℃/min升溫至770℃,保溫1h,再以3℃/min升溫至1050℃,保溫2h后自然冷卻至室溫,即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。
將本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜應(yīng)用于空氣凈化器中,在使用17h后,檢測,其對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒除濾達(dá)到97.8%,殺菌率達(dá)到98.5%。
實(shí)例3
首先按固液比1:3,取稻殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%過硫酸鈉溶液混合均勻,并置于超聲振蕩器中,在57kHz下振蕩20min,再進(jìn)行加熱至82℃,保溫加熱42min,隨后過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,將洗滌后的濾渣與其質(zhì)量0.9%碳酸鈉攪拌均勻,放入煅燒爐中,在650℃煅燒2.1h;在上述煅燒后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出浸泡于1.2mol/L鹽酸溶液中,并置于微波爐中,在350W加熱32min,隨后趁熱取出過濾,使用蒸餾水洗滌濾渣至中性,得改性碳化稻殼;再按重量份數(shù)計,取44份上述改性碳化稻殼、30份硅藻土及17份石墨烯,放入碾磨機(jī)中碾磨,過200目篩,將過篩顆粒放入煅燒爐中,使用氦氣保護(hù),設(shè)定溫度為1700℃,煅燒2h后隨爐冷卻至室溫,將煅燒物取出并粉碎,過300目篩,得陶瓷膜支撐體;按重量份數(shù)計,取50份上述陶瓷膜支撐體、62份蒸餾水、20份聚乙烯醇、13份十二烷基硫酸鈉及7份殼聚糖,首先將陶瓷膜支撐體、蒸餾水及聚乙烯醇放入攪拌機(jī)中,在47℃攪拌1h,隨后加入十二烷基硫酸鈉及殼聚糖,繼續(xù)攪拌50min,得制膜液;最后將上述所得的制膜液放入涂膜機(jī)中進(jìn)行制膜,控制膜的厚度為55μm,隨后將所制得的濕膜自然晾曬17h,隨后置于烘箱中,在100℃干燥8h,再放入馬弗爐中,以3℃/min升溫至800℃,保溫1h,再以4℃/min升溫至1070℃,保溫2h后自然冷卻至室溫,即可得到復(fù)合殺菌陶瓷膜。
將本發(fā)明制備的復(fù)合殺菌陶瓷膜應(yīng)用于空氣凈化器中,在使用12h后,檢測,其對于空氣中2.5μm以下的細(xì)小顆粒除濾達(dá)到98.2%,殺菌率達(dá)到98.6%。