一种杀菌方法技术

本发明专利技术提供了一种杀菌方法，其包括：步骤A1、提供复合材料，所述复合材料包括木材切片以及通过碳化在木材切片内原位生长的银纳米粒子；步骤A2、将所述复合材料与含有细菌的液体接触，并向所述复合材料通电，利用复合材料来杀灭细菌。使用该方法杀菌的杀菌率高，处理速度快，处理成本低，体现了绿色可持续的理念。

【技术实现步骤摘要】
一种杀菌方法
本专利技术涉及一种杀菌方法。
技术介绍
饮用水的安全与人体健康息息相关。饮用水中细菌含量超标，是造成饮用水不安全的主要原因之一。目前饮用水杀菌技术主要包括：氯系药剂杀菌法、臭氧除菌和紫外线除菌等。氯系药剂杀菌技术能够广谱杀菌，可以快速杀死水中微生物、病菌及原生动物孢囊。但是在氯消毒过程中，水中含有的天然有机物等污染物会与氯气发生取代、加成等一系列化学反应，生成消毒副产物(DBPs)，包括：三卤甲烷、卤乙睛、水合三氯乙醛、卤乙酸、卤代酚、三氯硝基甲烷、卤代酮、氯化氰、溴酸盐和酸性氯化呋喃酮等，这些DBPs均有人体毒性和潜在致癌作用。臭氧除菌是通过氧化作用，能够实现快速杀菌的效果，但是设备要求高，前期投资成本大，能耗高，限制了该技术的广泛应用。近年来纳米银作为一种新型杀菌材料，具有高效、广谱、安全等特性，在饮用水杀菌领域具有潜在应用前景。目前纳米银杀菌技术仍然存在一些瓶颈问题：(1)纳米银合成工艺复杂，成本较高，在合成过程中使用大量还原剂和表面活性剂，带来新的污染；(2)经纳米银处理后，水中银的残留量较高，对人体有潜在危害；(3)纳米银回收困难，不能实现循环使用，造成浪费。因此开发一种低成本、高效率、安全可靠的杀菌技术迫在眉睫。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用复合材料杀菌的方法，该复合材料以木材切片为基材，通过碳化在木材切片的三维孔道中原位生长尺寸均一、分散性良好的银纳米粒子。使用该复合材料进行杀菌时，在外加电场作用下，由于“贴壁效应”水中的细菌与木材切片三维孔道中的银纳米粒子充分接触，实现快速、高效的杀菌效果。该复合材料的制备工艺简单，杀菌效率高，水处理速度快，处理后水中银残留量小(<1.5ppb)，复合材料中银纳米粒子损失小，可持续使用，具有广阔的工业应用前景。根据本专利技术的一方面，提供了一种杀菌方法，其包括：步骤A1、提供复合材料，所述复合材料包括木材切片以及通过碳化在木材切片内原位生长的银纳米粒子；步骤A2、将所述复合材料与含有细菌的液体接触，并向所述复合材料通电，利用复合材料来杀灭细菌。根据本专利技术的优选实施方式，所述复合材料通过如下方法制备：步骤S1、提供木材切片和银纳米粒子的前驱体溶液；步骤S2、用银纳米粒子的前驱体溶液浸渍木材切片，然后对木材切片进行干燥、煅烧得到所述复合材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述通电的电压为0.1-5.0V，例如可以为0.1V、0.3V、0.5V、0.7V、1.0V、2.0V、3.0V、5.0V以及它们之间的任意值，优选为0.5-1.0V。在外加电场的诱导下，细菌产生“贴壁效应”，充分和复合材料中的银纳米粒子接触，实现高效杀菌效果(图5)。根据本专利技术的优选实施方式，所述复合材料与含有细菌的液体的接触方式为使所述含有细菌的液体流经所述复合材料，优选地，含有细菌的液体以1000-5000L·m-2·h-1，例如可以为1000L·m-2·h-1、1500L·m-2·h-1、2000L·m-2·h-1、3000L·m-2·h-1、4000L·m-2·h-1、5000L·m-2·h-1以及它们之间的任意值，优选以1000-3000L·m-2·h-1，更优选1500-3000L·m-2·h-1的流速流经所述复合材料。根据本专利技术的优选实施方式，所述含有细菌的液体中细菌的含量为106-107CFU·mL-1，例如可以为106CFU·mL-1、2×106CFU·mL-1、4×106CFU·mL-1、6×106CFU·mL-1、8×106CFU·mL-1、107CFU·mL-1以及它们之间的任意值。根据本专利技术的优选实施方式，所述细菌包括大肠杆菌、粪肠球菌、志贺氏菌、沙门氏菌和枯草杆菌中的一种或多种。可以用于本申请的木材可以举例为轻木、梧桐木和杨木等。本专利技术中在制备复合材料的过程中，对银纳米粒子的前驱体溶液与木材切片用量关系没有特别限制，只要银纳米粒子的前驱体溶液能够浸没所述木材切片即可，优选地，银纳米粒子的前驱体溶液的体积为木材切片体积的1-10倍，优选为2-5倍。根据本专利技术的优选实施方式，步骤S2中，在浸渍之后，将木材切片的表面清洗后再进行干燥，优选地，干燥采用自然晾干的方式进行。根据本专利技术的优选实施方式，煅烧在惰性气体保护下进行，惰性气体优选为氮气。根据本专利技术的优选实施方式，煅烧的温度为500-1000℃，例如为500℃、600℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、1000℃以及它们之间的任意值，优选600-800℃。在该煅烧温度下，有利于木材形成单质碳，在高温下对银纳米粒子前驱体进行还原，形成粒径均一、分散性良好的银纳米粒子。并且，在该温度下煅烧得到的复合材料的导电性好，在外加电场作用下，有利于诱导细菌产生“贴壁效应”，促进细菌和银纳米粒子接触，有利于提高复合材料的杀菌率。在本专利技术的一些实施方式中，煅烧的温度为700-800℃。根据本专利技术的优选实施方式，煅烧的时间为60-180min，优选60-120min。根据本专利技术的优选实施方式，所述银纳米粒子的平均粒径为50nm以下，优选为30nm以下。根据本专利技术的优选实施方式，所述银纳米粒子的前驱体溶液中银纳米粒子前驱体的浓度为1.0-10.0g/L，例如，浓度为1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、5.0g/L、7.0g/L、8.0g/L、10.0g/L以及它们之间的任意浓度，优选3.0-5.0g/L。本申请的专利技术人研究发现，银纳米粒子的前驱体的浓度在上述范围内对形成分散性良好，粒径均一的银纳米粒子是有利的，从而能够更高效的杀菌。根据本专利技术的优选实施方式，在步骤S2中，用银纳米粒子的前驱体溶液浸渍木材切片10-120min，优选30-60min。根据本专利技术的优选实施方式，所述木材切片的厚度为1-50mm，例如为1mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、45mm、50mm以及它们之间的任意值，优选为20-40mm。本专利技术中，金属纳米粒子的前驱体是指经过煅烧能够生成金属纳米粒子的化合物或组合物。本专利技术提供的杀菌方法可以用于饮用水杀菌。本专利技术的有益效果：木材在地球上存在广泛、成本低廉，其具有三维孔道微观结构，该孔道可实现水分的快速传输。本专利技术杀菌处理中所使用的复合材料以天然木材为基材，以硝酸银为前驱体，采用碳化的方法，在木材三维孔道中原位生成银纳米粒子。木材的微观结构，对于银纳米粒子生长具有限域效应，有利于形成分散均匀、粒径均一的银纳米粒子，使复合材料的制备工艺极其简单。本专利技术在制备复合材料的过程中，无需使用额外的还原剂，即可将金属纳米粒子的前驱体还原为金属纳米粒子，制备复合材料的过程中未引入其他的杂质离子，方便后续的处理，得到的复合材料的稳定性好，容易实现工业化生产，具有较高的经济利用价值。复合材料在外加电场条件下，进行杀菌的过程中，在外加电场的作用下，诱导细菌产生“贴壁效应”使得细菌更容易与木材三维孔道内银纳米粒子接触，从而实现高效、快速的杀菌效果。使用本专利技术提供的方法进行饮用水杀菌，对水中多种细菌及微生物具有较好的杀菌效果，杀菌率可高达99.999％，处理速度快，成本低，体现了绿色可持续的理念，另外杀菌后水中的银残留量少(＜1.5ppb)，银纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杀菌方法，其包括：步骤A1、提供复合材料，所述复合材料包括木材切片以及通过碳化在木材切片内原位生长的银纳米粒子；步骤A2、将所述复合材料与含有细菌的液体接触，并向所述复合材料通电，利用复合材料来杀灭细菌。

【技术特征摘要】
1.一种杀菌方法，其包括：步骤A1、提供复合材料，所述复合材料包括木材切片以及通过碳化在木材切片内原位生长的银纳米粒子；步骤A2、将所述复合材料与含有细菌的液体接触，并向所述复合材料通电，利用复合材料来杀灭细菌。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合材料通过如下方法制备：步骤S1、提供木材切片和银纳米粒子的前驱体溶液；步骤S2、用银纳米粒子的前驱体溶液浸渍木材切片，然后对木材切片进行干燥、煅烧得到所述复合材料。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通电的电压为0.1-5.0V，优选为0.5-1.0V。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料与含有细菌的液体的接触方式为使所述含有细菌的液体流经所述复合材料，优选地，含有细菌的液体以1000-5000L·m-2·h-1，优选以1000-3000L·m-2·h-1的流速流经所述复合材料。5.根据权利要求1-4中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凤娟，杨资，刘瀚文，王翼，杨科，郭瑞雪，汪宝堆，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62