具有杀菌表面的复合材料及消毒方法技术

本发明专利技术涉及一种具有杀菌表面的复合材料，其包含含有一个表面的多孔陶瓷载体，任选为硅胶或氧化铝；所述表面上的一个二氧化钛聚集物层，所述聚集物包含氯化物分子；以及连接至氯化物分子上的银聚集物，其中所述银聚集物具有杀菌活性。本发明专利技术的具有杀菌表面的复合材料实现并高的银稳定性和高的杀菌活性，其能够对水进行消毒而不添加任何化学品。

【技术实现步骤摘要】
具有杀菌表面的复合材料及消毒方法
本专利技术涉及去污和/或消毒领域，包括例如水的去污、空气的去污，或者其他液体的去污和/或生物材料的去污。
技术介绍
水或液体被微生物污染仍是一个全球范围内的问题。污染对废水、洗浴水、工业水、中水和/或饮用水都会带来问题。目前，主要的消毒方法是加入强氧化性的化合物，例如氯化物(活性物种是ClO-)或溴化物(活性物种是BrO-)。但是，这些化学品对于人体健康和环境都是非常有害的，特别是连续使用时更是如此。不幸的是，在许多应用中，例如热浴缸水的消毒，用于确保最低健康要求所需的高浓度化学氧化剂常常会引起眼睛和皮肤的不适和刺激。此外，对于废水处理厂中水或食物工业用水，它们排放的物质通常弃至当地的河流、湖泊或海洋中，因此加入化学品作为消毒剂是被禁止和/或需要被高度规范的。一些用于水消毒的其他解决方案包括反相渗透/臭氧反应器和/或UV照射。但是，它们均依赖于电子装置，因此依赖于电力。虽然未完全理解其原理，银(Ag)的杀菌性质很久以来都是已知的。银已经成功地以胶体银(CecilW.Chambersetal.，Ind.Eng.Chem.，1953，45(11)，2569-2571)的形式应用，或者最近作为银纳米颗粒(MahendraRaietal.，2009，BiotechnologyAdvances，27(1)，76-83)的形式应用。所有这些形式都是高活性的，但仍作为水的化学添加剂使用。近些年，一些研究在多孔载体负载银领域内进行，多孔载体例如活性炭(ShutingZhangetal.，2004，Carbon，42(15)，3209-3216)、氧化硅(XiaoleZhangetal.，2011，ColloidsandSurfacesA.：PhysicochemicalandEngineeringAspects，375(1-3)，186-192)、氧化铝(R.K.Sharmaetal.，1990，JournalofEnvironmentalScienceandHealth.PartA：EnvironmentalScienceandEngineeringandToxicology，25(5)，479-486)或沸石(BrightKwakye-Awuahetal.，2007，JournalofAppliedMicrobiology，ISSN1364-5072)。所有这些物质都被认为是银的分配器。这些材料的工业成功由于银颗粒难于结合至载体并同时保持其杀菌活性而高度受限。目前，这种银的稳定性及其杀菌活性之间的平衡(如果太稳定则没有杀菌效果，如果不够稳定则导致银流失)使得这些材料仍处于实验室规模。本文公开了一种实现高的银稳定性和高的杀菌活性的材料，其能够对水进行消毒而不添加任何化学品。本文公开的物质还提供具有杀菌活性的表面。
技术实现思路
概述部分列出了本文公开的主题的多个实施方式，并且在许多情况下列出了这些实施方案的改变和排列。这样的概述仅仅是多种不同的实施方案的示例。类似地，对于特定实施方案中一种或多种代表性特征的提及也是示例性的。这样的实施方式通常可以具有或不具有所提及特征；类似地，无论是否列在概述中，这样的特征也适用本专利技术公开主题的其他实施方案中。为了避免大量重复，概述部分不会列出或启示这些特征的所有可能组合。本文公开了具有杀菌表面的复合材料及其用途，例如用于减少或从水中除去微生物。由此，本专利技术尤其涉及复合材料的用途，在一些实施方案中，所述复合材料包含以下组分(I)、(II)和(III)：(I)多孔载体，其可以用于(II)的原位生长；(II)一个聚集物层，其包括TiO2(Cl)型含氯原子的二氧化钛，可以作为(III)的结合胶；(III)银(Ag)聚集物层，其可提供杀菌表面。在一些实施方案中，形成部分(I)的多孔载体可以占复合材料总重量的约70％至约90％。在一些实施方案中，形成部分(II)的粘合剂可以占复合材料总重量的约3％至约10％。在一些实施方案中，形成部分(III)的杀菌表面占复合材料总重量的约10％至约20％。在一些实施方案中，多孔载体可以包含比表面积至少为440m2/g的硅胶。在其他实施方案中，多孔载体可以包含比表面积为至少260m2/g的氧化铝。根据另一个实施方案，由TiO2(Cl)型含氯原子的二氧化钛形成的聚集物可以具有天然构成的非常光滑的钻石形状，且粒径为至少5至10微米。根据另一个实施方案，银聚合物的粒径可以是至少250nm，以提供活性杀菌表面，并且在一些实施方案中可以高达约500nm至约750nm。附图说明图1示意性地描述了复合材料的三种组分的结构排列和组合：由多孔陶瓷例如氧化硅或氧化铝代表的组分(I)；由TiO2与进入其结构的Cl原子的聚集物代表的组分(II)，其作用是作为(III)的化学键合剂；由银聚集物代表的组分(III)形成材料的杀菌表面。图1中的部分附图标记如下：16——氧化硅或氧化铝主体(基本上是无定形的)；18———O(OH)——在TiO2聚集物形成之前曾在多孔陶瓷载体表面上为OH位点的氧原子；20——TiO2与Cl原子的聚集物(部分或完全结晶成锐钛矿金刚石)；22——作为化学钉用于银聚集体形成和化学结合的氯原子；24——银聚集体(部分或完全结晶成立方形状)；26——所述复合材料的杀菌表面。图2示出了本专利技术中用于评价复合材料表面的杀菌能力的试验设置。图3示出了试验中的取样步骤，以评价本专利技术中的复合材料表面的杀菌能力。图4示出了根据实施例1和2描述的方法制备的4个样品在进行SEM-EDX显微镜分析之后获得的基础表面。附图中的标记如下：10：多孔陶瓷层12：二氧化钛聚集物层14：银聚集物层16：氧化硅或氧化铝主体18：在形成聚集体之前曾在表面的氧原子20：二氧化钛聚集体22：氯原子24：银聚集体26：杀菌表面28：氧分子30：钛分子32：硅或铝分子具体实施方式下文中将描述本专利技术的主题，但所描述的是仅本专利技术的一些，而非全部的实施方案。事实上，本专利技术公开的主题可以以多种不同的形式体现，但不能够被解释成对本文公开的实施方案是限制性的；相反，提供这些实施方式的目的是使得本申请符合法律的规定，便于理解。本申请描述了复合材料或化合物，其通过特殊的化学组成和化合键合，实现了银活性聚集物在材料表面的高稳定性，这为材料本身提供了杀菌性能。另外，本申请描述了可以提供复合材料表面的银活性聚集体的形成和稳定性的成分。此外，本申请描述了具有杀菌表面的复合材料作为水消毒剂的条件。不囿于特定的理论解释，现认为在复合材料中，杀菌作用的一些方面由相(III)提供，即银聚集物。此外，不受限于任何特定的理论解释，在一些方面，相(II)，即二氧化钛与氯分子的聚集物，可以用于接受和化学键合银聚集物(相(III))，而氯原子作为化学“钉”。再者，不限于特定的理论解释，陶瓷载体(相(I)，无论是硅胶基或氧化铝基)的主要作用可以是促进和支持陶瓷载体表面和/或上方的二氧化钛聚集物与氯原子(相II)的原位生长，这正是通过它们在陶瓷表面富含OH位点来实现的。在一些实施方案中，任何类型的在其表面具有与硅胶或氧化铝相同量的OH的陶瓷均可用作复合材料的载体。此外，仅是举例而非限制本专利技术的范围，在一些方面，所公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有杀菌表面的复合材料，包含：包含一个表面的多孔陶瓷载体，任选为硅胶或氧化铝；所述表面上的一个二氧化钛聚集物层，所述聚集物包含氯化物分子；以及连接至氯化物分子上的银聚集物，其中所述银聚集物具有杀菌活性。

【技术特征摘要】
2015.03.04 US 62/128,160;2015.12.28 US 14/980,3231.一种具有杀菌表面的复合材料，包含：包含一个表面的多孔陶瓷载体，任选为硅胶或氧化铝；所述表面上的一个二氧化钛聚集物层，所述聚集物包含氯化物分子；以及连接至氯化物分子上的银聚集物，其中所述银聚集物具有杀菌活性。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述多孔陶瓷载体包含硅胶或活性氧化铝，其中所述多孔陶瓷载体包含的表面积至少为250m2/g，并且不超过450m2/g。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中所述含有氯化物分子的二氧化钛聚集物大于1mm，并且部分或完全覆盖多孔陶瓷载体的表面。4.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述含有氯化物分子的二氧化钛聚集物层占所述复合材料重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯坦·瓦塞尔·齐斯，
申请(专利权)人：克里斯坦·瓦塞尔·齐斯，周栋，丹尼尔·托马斯·麦克拉肯，
类型：发明
国别省市：法国,FR