一种多孔生物陶瓷滤芯及其制备方法和应用.pdf

陶瓷技术领域中的多孔生物陶瓷滤芯及其制备方法和应用，特征：多孔生物陶瓷滤芯是由50％-90％的载银羟基磷灰石、10％-50％的钛酸铝，以1-100μm微晶均匀分布、挤压成型并在450-1400℃的烧成温度下煅烧而成的孔径范围为0.1-4mm多孔蜂窝体，制备：将载银羟基磷灰石和钛酸铝粉碎到细度1-100μm微晶，按配方比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，炼泥后挤压成型，干燥、煅烧；优点：(1)安装、使用与更换方法简单方便；(2)应用于饮用水输送末端，灭菌率达90％以上；(3)工艺简单，可大规模工业生产。

1.  一种多孔生物陶瓷滤芯，其特征在于：多孔生物陶瓷滤芯是由50％-90％的载银羟基磷灰石、10％-50％的钛酸铝，以1-100μm微晶均匀分布、挤压成型的多孔蜂窝体，在450-1400℃的烧成温度下煅烧而成的，其中多孔蜂窝体的孔径范围为0.1-4mm。

2.  根据权利要求1所述的多孔生物陶瓷滤芯，其特征在于，所用的载银羟基磷灰石制备方法如下：
以3：5的比例分别配制磷酸氢二铵和硝酸钙溶液，用氨水调节各自的pH值不小于7。将前者缓慢滴入不断搅拌的硝酸钙溶液中，待加入完毕后，继续搅拌2-8h后静置，再彻底清洗分离以去除杂质NH₄⁺，再加入0.001-5％摩尔比的硝酸银充分混合，最后干燥。

3.  根据权利要求1所述的多孔生物陶瓷滤芯，其特征在于：所用的钛酸铝是按钛酸铝的理论标准组成配料，采用二氧化钛和三氧化铝作原料，引入氟化镁作矿化剂和氧化镁作抑制剂，使之在高温煅烧下合成。

4.  制备如权利要求1所述的多孔生物陶瓷滤芯的方法，其特征在于，制备步骤如下：
将载银羟基磷灰石和钛酸铝粉碎到细度1-100μm微晶，按比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，泥饼中水分为20-30％，向泥料中加入2-15％的羊脂、桐油或聚乙二醇，练泥1-4次，挤压成型，干燥、煅烧，煅烧温度为450-1400℃，保温时间为1-4小时。

5.  使用如权利要求1所述的多孔生物陶瓷滤芯的应用，其特征在于：将多孔生物陶瓷滤芯通过密封件外接在市政生活给水龙头出水口上，由市政给水管网提供的入户压差来提供过滤所需要的驱动力，对水中细菌、病毒等吸附和截留分离，经过滤芯后，其市政给水中的细菌去除率达到90％以上。

一种多孔生物陶瓷滤芯及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种多孔陶瓷产品及其制备方法和应用，更具体的说，涉及复合材料多孔生物陶瓷滤芯及其制备方法和应用，属于陶瓷技术领域。
背景技术
目前，由于水源水污染日益严重，饮用水水质安全标准不断提高，传统的给水处理工艺难以满足日益严格的饮用水出水要求。饮用水在市政给水管网传输中，由于细菌和病毒等在管路中容易长期黏附和快速繁殖而滋长，导致饮用水中细菌和病毒成为人类健康的重要安全隐患。据了解，可污染饮用水的致病微生物有上百种。为杜绝水传染病的发生和流行，保证人体健康，生活饮用水必须经过消毒处理方可饮用。
生活饮用水消毒的现有技术主要包括：臭氧消毒、紫外线消毒、膜消毒、化学药剂消毒和光化学氧化消毒，它们因消毒的原理不同而导致各有优劣。如臭氧消毒技术利用了臭氧作为一种强氧化剂对各种微生物有极强的杀灭作用，当剩余臭氧不足0.3mg/L时，灭菌效果不佳，而浓度超过0.6mg/L时又可能影响水的口感，增加沉淀。所以经臭氧消毒的水一般要放置24小时后才能消除异味；紫外线消毒是一种物理消毒技术，是通过紫外线辐射杀灭水中微生物。合适的紫外剂量能够达到比臭氧还要好的灭菌效果，是一种无毒副作用的“绿色杀菌剂”。但只有当紫外灯照射到的水体，并达到剂量强度时，紫外线消毒才会有好的灭菌效果，照射不到的水体就没有消毒作用。并且紫外线消毒没有持续杀菌能力，灭过菌的水一旦接触污染源同样会被污染；膜法过滤消毒技术是通过筛分和分离作用将各种微生物不同程度的拦截去除。但由于膜法过滤只有拦截除菌功能，而无杀菌、灭菌作用，再加上膜本身也会被污染孳生细菌；化学药剂消毒为最为传统广泛的消毒技术，包括投加使用氯、氯胺等消毒剂进入饮用水管路中，通过投加过量的化学药剂使之与水反应生成强氧化剂对各种微生物产生极强的杀灭作用，然而过量的化学药剂经常容易产生消毒副产物(DBPs)，对人体具有较强的致癌作用，需要通过复杂的投加方式和管路控制才能得以减缓；光化学氧化是一种高级氧化技术(AOPs)。其机理就是将一些强氧化消毒剂臭氧、过氧化氢等在紫外线的照射下，催生转化为氧化能力更强、反应选择性更低、反应过程温和的羟基(HO·)自由基。这种消毒技术无腐蚀、无刺激、无异味，大大改善了作业条件，但是在实际应用中，对设备配置和工艺参数的选择十分重要，此外这种技术的投资和造价也比较高。
发明内容
本发明的目的和任务是要克服现有技术存在的：(1)现有消毒灭菌技术的没有从饮用水出水端有效持续消毒灭菌及其各自的缺点；(2)具有抗菌功能的给水卫生器具的抗菌有效性；(3)对给水管网输配饮用水有效的专门消毒灭菌处理工艺投资较高，并提供一种多孔生物陶瓷滤芯安装在饮用水出水端应用于水处理技术领域中，特提出本发明的多孔生物陶瓷滤芯及其制备方法和应用的技术解决方案。
本发明的基本构思是，载银羟基磷灰石是一种高吸附性能高灭菌能力和持久抗菌时间的生物陶瓷复合材料，以载银羟基磷灰石作为原料，利用挤出成型法制备吸附功能强、处理水通量大、制备方法简单且便于市场化的多孔生物陶瓷滤芯。
本发明所提出的多孔生物陶瓷滤芯，是由50％-90％的载银载银羟基磷灰石、10％-50％的钛酸铝，以1-100μm微晶均匀分布、挤压成型的多孔蜂窝体，在450-1400℃的烧成温度下煅烧而成的，其中多孔蜂窝体的孔径范围为0.1-4mm。
本发明所提出出的多孔生物陶瓷滤芯，其特征在于，所用的载银载银羟基磷灰石制备方法为：以3∶5的比例分别配制磷酸氢二铵和硝酸钙溶液，用氨水调节各自的pH值不小于7。将前者缓慢滴入不断搅拌的硝酸钙溶液中，待加入完毕后，继续搅拌2-8h后静置，再彻底清洗分离以去除杂质NH₄⁺，再加入0.001-5％摩尔比的硝酸银充分混合，最后干燥；所用的钛酸铝是按钛酸铝的理论标准组成配料，采用二氧化钛和三氧化铝作原料，引入氟化镁作矿化剂和氧化镁作抑制剂，使之在高温煅烧下合成。
本发明所提出的多孔生物陶瓷滤芯的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：将载银载银羟基磷灰石和钛酸铝粉碎到细度1-100μm微晶，按比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，泥饼中水分为20-30％，向泥料中加入2-15％的羊脂、桐油或聚乙二醇，真空练泥1-4次，挤压成型，干燥、煅烧，煅烧温度为450-1400℃，保温时间为1-4小时。
本发明所提出的使用多孔生物陶瓷滤芯处理市政生活给水的应用，其特征在于：将多孔生物陶瓷滤芯通过密封件外接在市政生活给水龙头出水口上，由市政给水管网提供的入户压差来提供过滤所需要的驱动力，对水中细菌、病毒等吸附和截留分离，经过滤芯后，其市政给水中的细菌去除率达到90％以上。
应用本发明所提供的的多孔生物陶瓷滤芯于水处理领域，在不同的市政生活给水龙头上可以设计和装配上不同孔径范围和不同形状的多孔生物陶瓷滤芯，便于不同标准规格的市政生活给水龙头的安装与使用，并且多孔。
本发明的主要优点有：
(1)多孔生物陶瓷滤芯安装、使用与更换方法简单方便；
(2)载银羟基磷灰石生物吸附材料有效吸附分离和灭活水中细菌和病毒；
(3)多孔生物陶瓷滤芯制备工艺简单，便于大规模工业生产。
附图说明
本发明共设有4幅附图，现分别说明如下：
图1是多孔生物陶瓷滤芯示意图
本发明的多孔生物陶瓷滤芯的示意图。图中可见，多孔生物陶瓷滤芯为孔道直立的蜂窝状生物陶瓷滤芯，膜面复合粒子粒径可均匀分布，膜孔孔径均匀。
图2是图1的俯视图
此为膜面的俯视图。图中可见，载银羟基磷灰石生物陶瓷孔道垂直于滤芯表面方向，分布均匀，分立有序，根据不同的挤压模具，可以制备的孔蜂窝体的孔径范围为0.1-4mm。。
图3是图1的使用方法图
图中1为多孔生物陶瓷滤芯，2为滤芯密封件，3为填装了多孔生物陶瓷滤芯的密封件，4为生活给水龙头，5为安装了多孔生物陶瓷滤芯的给水龙头。首先将多孔生物陶瓷滤芯直接填装入滤芯密封件中，其次将填装了滤芯的密封件通过螺纹直接旋转安装在生活给水龙头口，更换时直接取出已使用的多孔生物陶瓷滤芯并填装新滤芯即可。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步说明多孔生物陶瓷滤芯制备方法及其应用的细节。
实施例1：
制备孔径为0.1mm的多孔生物陶瓷滤芯，步骤是：
第一步，载银羟基磷灰石粉体的制备
以3：5的比例分别配制磷酸氢二铵和硝酸钙溶液，用氨水调节各自的pH值为7。将前者缓慢滴入不断搅拌的硝酸钙溶液中，待加入完毕后，继续搅拌8h后静置，再彻底清洗分离以去除杂质NH₄⁺，再加入0.001％摩尔比的硝酸银充分混合，最后干燥；
第二步，钛酸铝粉体的制备
钛酸铝的理论标准组成配料，采用二氧化钛和三氧化铝作原料，引入氟化镁作矿化剂和氧化镁作抑制剂；
第三步，多孔生物陶瓷滤芯的制备
将50％的载银羟基磷灰石、50％的钛酸铝，粉碎到细度1μm微晶，按比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，泥饼中水分为200％，向泥料中加入2％的羊脂，练泥1次，挤压成型，干燥、煅烧，煅烧温度为450℃，保温时间为1小时，然后自然冷却至室温取出。
检测结果：多孔生物陶瓷滤芯形状为圆柱型，孔径为0.1mm左右，膜面平整且呈直立多孔。
实施例2：
制备孔径为1mm的多孔生物陶瓷滤芯，步骤是：
第一步，载银羟基磷灰石粉体的制备
以3∶5的比例分别配制磷酸氢二铵和硝酸钙溶液，用氨水调节各自的pH值为8。将前者缓慢滴入不断搅拌的硝酸钙溶液中，待加入完毕后，继续搅拌4h后静置，再彻底清洗分离以去除杂质NH₄⁺，再加入1％摩尔比的硝酸银充分混合，最后干燥；
第二步，钛酸铝粉体的制备
钛酸铝的理论标准组成配料，采用二氧化钛和三氧化铝作原料，引入氟化镁作矿化剂和氧化镁作抑制剂；
第三步，多孔生物陶瓷滤芯的制备
将80％的载银羟基磷灰石、20％的钛酸铝，粉碎到细度10μm微晶，按比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，泥饼中水分为25％，向泥料中加入10％的聚乙二醇，练泥2次，挤压成型，干燥、煅烧，煅烧温度为500℃，保温时间为2小时，然后自然冷却至室温取出。
检测结果：多孔生物陶瓷滤芯形状为正六面体型，孔径为1mm左右，膜面平整且呈直立多孔。
实施例3：
制备孔径为4mm的多孔生物陶瓷滤芯，步骤是：
第一步，载银羟基磷灰石粉体的制备
以3∶5的比例分别配制磷酸氢二铵和硝酸钙溶液，用氨水调节各自的pH值为9。将前者缓慢滴入不断搅拌的硝酸钙溶液中，待加入完毕后，继续搅拌2h后静置，再彻底清洗分离以去除杂质NH₄⁺，再加入5％摩尔比的硝酸银充分混合，最后干燥；
第二步，钛酸铝粉体的制备
钛酸铝的理论标准组成配料，采用二氧化钛和三氧化铝作原料，引入氟化镁作矿化剂和氧化镁作抑制剂；
第三步，多孔生物陶瓷滤芯的制备
将90％的载银羟基磷灰石、10％的钛酸铝，粉碎到细度100μm微晶，按比例加水搅拌均匀，压滤脱水成泥饼，泥饼中水分为30％，向泥料中加入15％的桐油，练泥4次，挤压成型，干燥、煅烧，煅烧温度为1400℃，保温时间为4小时，然后自然冷却至室温取出。
检测结果：多孔生物陶瓷滤芯形状为圆柱型，孔径为4mm，膜面平整且呈直立多孔。
实施例4：多孔生物陶瓷滤芯用于饮用水末端处理
大连××小区通过大连市给水管网输配水，水质：细菌总数为100个/mL，大肠杆菌数为10个/mL，管压为3.0m，流量为4L/min。
应用实施例1中的圆柱形多孔生物陶瓷滤芯安装在饮用水龙头末端处理饮用水。室温条件下，将多孔生物陶瓷滤芯通过密封件外接在市政生活给水龙头出水口上，由市政给水管网提供的入户压差来提供过滤所需要的驱动力，对水中细菌、病毒等吸附和截留分离，经过滤芯后，其市政给水中的细菌去除率达到99％，直接饮用对人体基本无细菌和病毒感染的潜在危害。
实施例5：多孔生物陶瓷滤芯用于饮用水末端处理
杭州××小区通过杭州市给水管网输配水，水质：细菌总数为50个/mL，大肠杆菌数为5个/mL，管压为2.0m，流量为2L/min。
应用实施例2中的正六面体形多孔生物陶瓷滤芯安装在饮用水龙头末端处理饮用水。室温条件下，将多孔生物陶瓷滤芯通过密封件外接在市政生活给水龙头出水口上，由市政给水管网提供的入户压差来提供过滤所需要的驱动力，对水中细菌、病毒等吸附和截留分离，经过滤芯后，其市政给水中的细菌去除率达到95％，直接饮用对人体基本无细菌和病毒感染的潜在危害。
实施例6：多孔生物陶瓷滤芯用于饮用水末端处理
南京××小区通过杭州市给水管网输配水，水质：细菌总数为150个/mL，大肠杆菌数为8个/mL，管压为2.5m，流量为3L/min。
应用实施例3中的圆柱形多孔生物陶瓷滤芯安装在饮用水龙头末端处理饮用水。室温条件下，将多孔生物陶瓷滤芯通过密封件外接在市政生活给水龙头出水口上，由市政给水管网提供的入户压差来提供过滤所需要的驱动力，对水中细菌、病毒等吸附和截留分离，经过滤芯后，其市政给水中的细菌去除率达到90％，直接饮用对人体基本无细菌和病毒感染的潜在危害。