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长效抗菌材料在饮用水净化中的应用技术研究

长效抗菌材料在饮用水净化中的应用技术研究

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作者：李果西南交通大学

学位级别：硕士

由饮用水储水设备以及二次供水设施进入饮用水系统的有害微生物直接威胁到人类健康。饮用水处理设备常用的活性炭、聚丙烯乃至玻璃纤维过滤膜均因容易滋生有害微生物而导致饮用水中微生物超标。对上述材料进行抗菌改性,能有效控制微生... 详细信息

由饮用水储水设备以及二次供水设施进入饮用水系统的有害微生物直接威胁到人类健康。饮用水处理设备常用的活性炭、聚丙烯乃至玻璃纤维过滤膜均因容易滋生有害微生物而导致饮用水中微生物超标。对上述材料进行抗菌改性,能有效控制微生物的滋生,因此,开发具有持久抗菌效果且对人体健康无害的抗菌活性炭、抗菌聚丙烯、抗菌复合玻纤过滤膜等抗菌材料,并将其应用于城市安全饮用水处理的各个关键环节以保证饮用水净化全流程抗菌已成为供水卫生领域的重要课题。本论文通过前驱体热分解法制备得到了载纳米银四针状氧化锌晶须（n-Ag@T-ZnO）和载纳米银活性炭（n-Ag@AC）;将n-Ag@T-ZnO与聚丙烯粒子共混,并通过挤出机挤出制备抗菌聚丙烯;将硅烷偶联剂与有机硅季铵盐接枝到复合玻纤过滤膜表面制备得到了抗菌复合玻纤过滤膜;然后对长效抗菌材料的抗菌性能及溶出性分别进行了评价;最后,在自行设计的水处理循环系统中,对长效抗菌材料在饮用水净化中的应用进行研究。本论文的具体工作和主要研究结果包括:1.通过前驱体热分解法制备得到了n-Ag@AC,采用FESEM和XRD表征分析,发现采用0.1 wt%的载银量制备前驱体活性炭,前驱体活性炭首先经300℃保温60 min,再经600℃退火10 min得到n-Ag@AC,其表面纳米银（n-Ag）颗粒的数量及尺寸适中。依据相应国家标准测试发现n-Ag@AC加速老化前后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率均＞99.99%,其表观密度、水分含量、pH值略有增加而碘吸附值略有降低。2.通过前驱体热分解法制备得到了n-Ag@T-ZnO,采用FESEM表征分析,发现采用1.0 wt%的载银量制备前驱体T-ZnO,前驱体T-ZnO经280℃保温120 min并随炉冷却至室温制备得到n-Ag@T-ZnO,其表面n-Ag颗粒的粒径适中、数量多、分布均匀;采用消毒技术规范检测n-Ag@T-ZnO的最小抑菌浓度发现,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度均在10-50 mg/L之间,具有优异的抗菌性能。3.通过将n-Ag@T-ZnO与聚丙烯共混挤出制备得到了抗菌聚丙烯,采用FESEM表征分析,发现含量≥0.25 wt%的n-Ag@T-ZnO均匀分散于聚丙烯中。依据相关标准检测发现,抗菌聚丙烯对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均＞99.99%,且n-Ag@T-ZnO含量为0.25 wt%的抗菌聚丙烯中锌和银的释放量满足《GB/T 17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准》的要求。4.通过在复合玻纤过滤膜表面接枝有机硅季铵盐制备得到了抗菌复合玻纤过滤膜,采用HRTEM、XPS及FTIR表征分析及滤膜法进行抗菌性能检测,发现采用浓度均为4 mol/L的酸碱对复合玻纤过滤膜进行预处理,然后将其浸泡于硅烷偶联剂与有机硅季铵盐按3:1的比例配制的抗菌液中,最后经120℃热处理120 min制备得到抗菌复合玻纤过滤膜,具有优异的抗菌性能且Al和TOC的释放量满足《GB/T 17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准》的要求。5.通过自行设计水处理循环系统,使用n-Ag@AC、抗菌聚丙烯、抗菌复合玻纤过滤膜作为抗菌材料填充于其中进行应用研究,对循环水进行检测,发现循环处理15天后的循环水中无细菌存在,且循环处理30天的水中Ag、Zn、TOC的浓度均满足国家标准的要求,抗菌材料经过30天连续循环水冲刷后依然具有优异的抗菌性能。

关键词：载纳米银四针状氧化锌晶须载纳米银活性炭抗菌聚丙烯抗菌复合玻纤过滤膜有机硅季铵盐

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