银抗菌技术在净水行业中的应用

发表时间:2017-06-26 11:47:16

一、 前言

1、净水产品的需求

随着现代工农业和城市的发展,大量的工业废水和生活污水没有得到有效的处理而被排放,致使大部分江河、湖泊、地下水受到污染。一直以来,城镇居民大多是饮用自来水,但由于水污染的持续恶化,以及大部分自来水厂的处理工艺相对简单,不能完全去除水中的有害有机物及细菌,尤其是自来水输水贮水设备的二次污染,输配水管是细菌滋长的一个温床,当水管使用一个月以上时,内壁上就会出现滑、粘的现象,这是真菌和霉菌寄生的结果,人们欲饮用完全合格的自来水已很困难。近年来,随着社会大众的健康意识普遍增强,我国净水行业快速发展,潜在的市场规模巨大,预计将达3000亿元,有媒体称这是21世纪家电行业的最后一块蛋糕。

2、银系抗菌技术在净水产品上的应用

然而,净水产品的二次污染问题是行业长期存在的隐患,净饮水机的管道和装水容器是细菌的安乐窝,在媒体上已经长时间大量的爆过光,而且到目前为止,这个问题还没有得到较好的解决。银材料具有良好的杀菌抗菌功效,自古以来就被应用于消毒、净水等领域中,利用银材料解决净水产品的二次污染问题是行业发展的一个新方向。

二、银抗菌技术综述

1、银抗菌在历史上的应用

    人类发现和使用银的历史至少已有两千年了。公元前三百多年,希腊王国皇帝亚历山大带领军队东征时,受到热带痢疾的感染,大多数士兵得病死亡,东征被迫终止。但是,皇帝和军官们却很少染疾。这个迷直到现代才被解开。原来皇帝和军官们的餐具都是用银制造的,而士兵的餐具都是用锡制造的。银在水中能分解出极微量的银离子,这种银离子能吸附水中的微生物,使微生物赖以呼吸的酶失去作用,从而杀死微生物。两千年前人类就知道用银片作为外科手术的良药、用银煮水治病。用一定浓度的硝酸银溶液为新出生的婴儿做眼部消毒也早已司空见惯。美国宇航局用电解铜银离子的水处理技术解决阿波罗载人飞船饮水和废水循环系统的消毒首开先河。直至今天,世界上有一半的飞机用银来净化水质。使用铜银离子制成的药物更有上百种之多。

2、银抗菌在水的净化中的应用

 银离子已经在净水行业里开始应用,其中有载银陶瓷膜、载银抗菌球、载银活性炭,触酶银离子,铜银离子发生器等多种形式,并在不断的开发和发展中。

三、银抗菌技术原理分析

1银抗菌的基本原理

 银系化合物的抗菌作用早为人们所知,并得到广泛应用。目前,银系无机抗菌剂的抗菌作用机理主要有两种解释,一是银离子的缓释抗菌机理,二是活性氧杀菌机理。

21银离子缓释杀菌机理

  银离子缓释杀菌抗菌机理是指在其使用过程中,抗菌剂缓慢释放出Ag+,因为Ag+在很浓度下即能破坏细菌细胞膜或强烈地吸引细菌体中酶蛋白的疏基,并迅速结合在一起,降低细原生物活性酶的活性,具有抗菌作用。因而通过缓释Ag+,银系抗菌剂可发挥特久的抗菌效果。并通过此反应造成蛋白质凝固,使微生物合成酶的活性遭到破坏,干扰微生物DNA的合成,使微生物丧失分裂增殖能力而死亡。与此同时,Ag+和蛋白质的结合还破坏了微生物的电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。

22 活性氧抗菌机理

活性氧抗菌机理认为:在光的作用下,银系抗菌剂(特别是纳米银材料)和水或空气作用,生成的活性氧O2- ·OH,具有很强的氧化还原作用。事实上,组成细菌细胞膜结构的主要成分之一是脂,其中大部分为磷脂。磷脂分子是以磷酸基或磷酸胆碱基为主的极性基因构成脂分子的亲水头部,分布于细胞膜内外表面;其长链脂肪酸烃基为中性的疏水基因构成脂分子的疏水尾部,分布于膜中心区。脂分子中脂肪酸烃链的长短和双键的数目会直接影响膜的性质。这样,当细菌微生物靠近抗菌材料表面或附近时,抗菌材料周围产生的O2-·OH自由基攻击细菌细胞膜,导致:(a)表征蛋白质二级结构中a-螺旋含量改变;(bC=O双键的1727cm-1 IR峰强度增加,甘油基骨架的取向发生了变化;(c)靠近极性区C=O基因增多;(dC=O双键减少,碳氢链不饱和降低;(e)膜蛋白二级结构损伤后很难恢复,损伤具有不可逆性。从而使材料具有持久的抗菌效果。

3 净水行业现存的银抗菌技术分析

3.1载银活性炭

当前主要的方法是采用浸渍法,对活性炭用硝酸银(AgNO3)水溶液溶解浸渍、干燥,获得载银活性炭,其兼顾了活性炭优良的吸附功能,又通过银离子起到抑菌的作用,一定程度上解决了活性炭容易长菌的问题。然而,此方法制备的载银活性炭是通过范德华力吸附银离子于活性炭上,遇水便有很快溶解、流失,活性炭的抗菌的长效性难以保障,同时,因为银离子向水中流失,饮水安全性风险极具增高,很大程度上限制了载银活性炭的应用。

3.2载银抗菌纤维

    近年来,从日本、台湾等地传入了纳米银抗菌纤维,其通常采用真空溅射的方法将银颗粒附着于纤维的表面,产品显银灰色。其常常用于包裹碳棒,对碳棒其一定的抑菌作用。需要注意的是这种进口货通常价格不菲,普通滤芯不能够承受高昂的价格。另外,这些纳米银抗菌纤维的长效性及安全性评估缺乏,对产品的推广及使用上产生了阻碍。

3.3银固载抗菌技术

    笔者创办的银嘉环保科技有限公司,针对负载银容易脱落的特点,经过多年研究,开发出了一种银固载抗菌技术,可有效的将银抗菌材料牢固负载到活性基体上,使材料具有良好、长效的抗菌功效。笔者开发的银嘉陶瓷、银嘉抗菌球等广谱微生物展现了超高的抗菌效率(>99.999%),同时,这些材料可以耐长时间、高水量的冲洗(银嘉材料在经过10000L的冲洗后抗菌效果依然可达>99.999%),这为行业解决微生物二次污染提供了完美的解决方案。

四、银抗菌技术在净水行业的发展方向

    银抗菌技术具有“耐热性好、抗菌广、有效期长”且微生物不对其产生耐药性和抗药性的优点,在净水方面,银抗菌技术将有非常大的作为。为了彻底解决净水器微生物二次污染问题,以下几个方面将是重点发展方向:

1.       使净水器内部管道、壳件具有抗菌抑菌功能。

2.       在盛水容器里增加抗菌抑菌功能,避免容器出现长青苔的现象。

3.       开发抗菌型过滤膜材料,可防止膜材料的出现发臭的问题。

 

关于银嘉

    银嘉环保科技有限公司由一批国际资深教授专家创办,以独特科技社企模式运行,是一家供应抗菌净水科技产品及解决方案的高新企业,位于大亚湾国家级经济技术开发区科技创新园内。银嘉以其独特的“纳镀抗菌”专利技术,产业化了世界首例抗菌膜材料、抗菌纤维及一系列的抗菌净水产品。银嘉的科技产品受到了国际媒体的广泛报道与赞许,包括新加坡联合早报、海峡时报、亚洲新闻台及惠州日报等。

 

作者简介

    刘洪均博士,男,银嘉环保科技有限公司总经理,河南大学特聘教授。发表论文20余篇(包括:J. Am. Chem. Soc., Angew Chemi.等),被引用300余次,多年从事材料科学、药物化学及水处理技术的研究,曾获得世界未来发展基金会环境与可持续发展研究博士论文奖,新加坡国立大学理学院最佳研究生研究者奖,新加坡国立大学化学系最佳研究论文奖,第八届开封市十佳杰出青年等奖励与荣誉。


 

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