專利名稱：自消毒搪、陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于搪、陶瓷材料及其制備技術領域。涉及了一類自消毒的搪、陶瓷功能材料及其制備方法。
搪、陶瓷材料及其制品的殺菌和消毒功能，是該類材料及其制品的一個重要特性，其消毒，特別是自動消毒一直是人們所夢想解決的問題，也是一直未獲解決的問題。公共衛生用具和用品的自動消毒問題，對防止傳染性疾病的傳播，提高人民的健康水平，具有巨大的社會效益和經濟效益。
目前，搪、陶瓷材料及其制品的殺菌和消毒，一直沿有的物理消毒法和化學消毒法。物理消毒法包括高溫、輻射(可見光、日光紫外線，電離輻射)、干燥、超聲波、滲透壓和過濾。其中200-300nm的紫外線具有較強的殺菌作用，是比較常用的殺菌方法，電離輻射是中草藥原料藥滅菌中常用的方法。化學消毒法是利用化學消毒劑來殺滅細菌的方法，主要包括結合型消毒劑(重金屬鹽類、醇類、醛類、雙氧乙烷等)和氧化型消毒劑(H2O2、KMnO4、過氧乙酸、鹵素類)，其中氧化型消毒劑是比較常用的消毒劑。上述物理消毒法和化學消毒法，均屬于人工消毒法。物理消毒法方便經濟，但條件不易滿足；化學消毒法消毒效果較好，但不經濟。此外兩種消毒方法都存在使用不當，會造成二次污染的問題。二次污染問題又是現代消毒學中難以解決的一個難題。如何將物理消毒法的方便經濟和化學消毒法的完全徹底結合起來，建立一種能長久地、自動地殺菌消毒的方法，一直是衛生消毒學領域所追求的理想方法。近十幾年來，紫外線氧化技術作為一項引人注目的技術(J.Catalysis.1990 122178-192)，在水質處理和環境污染治理方面得到了長足的發展，為解決上述問題提供了一條可借鑒的思路，近兒年來，引起了發明者的重大關注。
紫外線(UV)具有殺菌滅活作用，被廣泛地用于室內空氣消毒和食品工業用水的消毒。紫外線雖對有機化合物具有一定的光解作用，但直接作用較弱且有相當的選擇性，難以直接破壞烴類和芳香環化合物，尚不能有效的用于水質有機污染物的凈化處理。近十幾年紫外線氧化技術(UV/oxid ation technology)在解決此問題上得到了較大的發展。該技術是用紫外線氧化光解產生的羥基自由基(OH)，氧化破壞有機物的水質凈化技術。羥基具有極大的氧化破壞能力，幾乎能無選擇性氧化分解所有的有機化合物，且具有完全徹底，不造成二次污染的特殊優點。
目前城鄉居民飲水消毒和城市污水消毒，幾乎全部采用含氯化合物作為消毒劑。由于水或污水中含有較多有機質，過量氯與有機質形成氯烴化合物。如常見的三氯甲烷CHCl3，這些氯烴化合物的毒性類似于有機氯農藥，長期蓄積在人和動物脂肪組織中，具有潛在的危害性，形成水質氯化消毒的二次污染。而紫外線光解氧化技術，既可用于飲水的化學消毒，又可用于衛生消毒，且不產生二次污染。紫外線光解氧化技術主要有兩種形式人工紫外線光解氧化劑技術和陽光紫外線催化光解水技術。
人工紫外線光解氧化劑技術，主要利用人工紫外線光解氧化劑(如H2O2和O3等)產生羥基自由基OH。
美國加州圣大那Ultrox國際公司曾開發一種Ultrox紫外線氧化處理裝置，中試結果證實Ultrox紫外線氧化處理過程中不產生新的有機污染物。
陽光紫外線催化光解氧化技術，主要利用陽光中的紫外線，在半導體光催化劑(Pbotocatalyst)二氧化鈦(TiO2)顆粒存在下，光解水產生羥基。此過程中TiO2作為催化劑可循環使用據美國聯邦國家再生能源研究所(NREL)等進行的陽光紫外線光解水質凈化技術試驗表明地下水中的三氯甲烷經陽光紫外線光解裝置處理后，被處理水質可達到飲用標準或工業排放標準。近十幾年來半導體光催化氧化技術在環境污染治理上，特別是水處理中得到了充分地研究，發現了一系列有光催化活性的半導體氧化物(J.Cata1ysis.1992，13436-46.Wat.Res.1994，281845-1849.)，并且也充分地證實，紫外線氧化技術是一項極有前景的生活水質和環境污水處理技術，具有巨大開發和利用潛力。但在衛生消毒領域的研究尚未見報道。
本發明基于上述紫外線氧化光解氧化技術發明一種能自動消毒的搪、陶瓷材料。本發明的主要技術原理如下根據殺菌消毒原理，提出將紫外線光解氧化技術應用于消毒學領域，利用半導體光餾化劑在紫外線作用下光解水產生的高活性羥基自由基強氧化有機物(包括有毒有機物、細菌、病毒等)，使之變成無機物或完全礦化，而實現消毒和殺菌的目的。一方面細菌和病毒也是普通的有機物，將其氧化打碎成無機物，原理上自然可完全消毒；另一方面本技術方法產生的羥基自由基本來就是常用化學消毒劑H2O2等消毒的活性中間體，因此具有較好的殺菌和消毒活性。(雖然紫外線催化光解氧化技術在環境污水處理方面尚未達到實用階段，主要是由于環境污水中有機物的濃度較高，但相比而言，細菌和病毒等有機物的濃度畢竟是極微量的。因此本項技術原理應用于衛生學消毒是完全可行的。)本發明的關鍵技術是制備一種有半導體光催化活性的搪、陶瓷材料。將適量復合半導體光催化劑加入瓷釉中，研制成具有自催化光解功能的瓷釉，然后在適當的工藝下燒制成具有光催化活性的搪、陶瓷材料。該搪、陶瓷材料可在陽光紫外線和空氣作用下，催化光解水產生羥基自由基。即該材料是具有自動光解水產生羥基自由基的特殊功能材料。
該技術發明具有下述優點1、本發明提出一項將物理消毒和化學消毒相結合的新型滅菌消毒技術，具有廣闊的應用前景。
2、本發明研制的自消毒搪、陶瓷材料是一種理想的長久催化型自消毒材料。一次投入可長期使用，具有經濟、省力的優點，是人們長期所希望擁有的理想消毒技術。
3、本消毒技術的消毒效果好，完全徹底，將細菌和病毒氧化礦化為無機物，克服了過去消毒不徹底的問題，解決了消毒學上存在的二次污染的難題。
4、本項發明的技術和材料除可用于衛生學消毒外，還可應用軍事醫學中的化學戰劑的化學消毒，作為化學戰劑領域的一種新型消毒方法和自消毒材料，在防化醫學中有很高的應用價值(發明者已開展這方面研究，研究表明本項技術是一項新的化學戰劑的消毒技術，具有廣闊的應用前景。)5、本發明研制的自消毒功能材料，可用于制作各種顏色、造型的衛生潔具、廚房用具、飲食和個人衛生用品，具有自潔功能，其功能瓷釉可稱為自潔瓷釉(這里的自潔為衛生學消毒和化學消毒兩層意義)，而且還可用制作各種飲水、污水凈化裝置。
6、本發明材料具有化學消毒和衛生消毒功能。其化學自潔功能可用于廚房用具的自動除油。
本發明自消毒搪、陶材料的制備工藝如下1、將四種半導體光催劑TiO2、ZnO、SnO2、WO3(直徑＜5μm)，按適當比例混合均勻，再按合適比例加到瓷釉中去混勻制作成具有自潔功能(衛生學消毒和化學消毒功能)的瓷釉。
2、將特殊的功能瓷釉代替普通瓷釉，在適當地工藝下燒制成搪、陶瓷材料和制品，使該材料和制品具有自消毒功能。
3、本發明的特征在于a、采用一種特殊的功能瓷釉，瓷釉中含有適量的半導體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。
b、復合半導體光催化劑中，TiO2占80％左右、ZnO、SnO2和WO3共占20％左右。
c、復合半導體光催化劑占整個瓷釉的比例范圍為3％-30％。
d、自動消毒的搪、陶瓷材料是由未上瓷釉的搪、陶材料上加入特殊的功能瓷釉燒制而成。
e、特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600-800℃，然后恒溫4-6小時，再用3-6小時降至室溫。
f、由該自動消毒的搪、陶材料可制成各種顏色和造型的衛生潔具、廚房用具、飲食及個人衛生用品。
實例將直徑＜5μm，比例為TiO2∶ZnO∶SnO2∶WO3＝80∶8∶6∶6的100g復合半導體催化劑，加入到1100g普通瓷釉中去混勻研制成具有自潔功能的瓷釉，然后，涂在未上瓷釉的搪、陶瓷材料上去。在4小時內緩慢升到680℃，恒溫3小時，4小時內降至室溫。然后測試搪、陶瓷材料對大腸肝菌和f2噬菌體的滅活活性。測定不同陽光照射時間下的消毒效果，發現大腸桿菌和f2噬菌體在8分內被殺死，且消毒符合一級動力學方程式，6分鐘時，大腸桿菌和f2噬菌體的殺滅率為99.9％和99.8％。
權利要求
1.一種自動消毒的搪、陶瓷材料及其制備方法，其特征a、采用一種特殊的功能瓷釉，瓷釉中含有適量的半導體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。b、復合半導體光催化劑中，TiO2占80％左右，ZnO、SnO2和WO3總共占20％左右。c、復合半導體光催化劑占整個瓷釉的比例范圍為3％-30％。d、自動消毒的搪、陶瓷材料是由未上瓷釉的搪、陶材料上加入特殊的功能瓷釉燒制而成。e、特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600-800℃，然后恒溫4-6小時，再用3-6小時降至室溫。f、由該自動消毒的搪、陶材料可制成各種顏色和造型的衛生潔具、廚房用具、飲食及個人衛生用品。
2.根據權利要求1所述，其特征在于a在瓷釉中加入了四種半導體光催化劑TiO2、ZnO、SnO2和WO3。
3.根據權利要求1所述，其特征在于b和c特殊功能瓷釉中復合半導體光催化劑占整個瓷釉的3％-30％，且復合半導體光催劑中TiO2約占80％，其三種半導體光催化劑約占20％。
4.根據權利要求1所述，其特征在于d和e特殊的燒制工藝為3-6小時由室溫升到600℃-800℃，恒溫4-6小時，然后3-6小時降至室溫。
5.根據權利要求1所述，其特征在于f用該自消毒搪、陶瓷材料制成的各種衛生潔具、廚房用具、飲食及個人生活用品。
全文摘要
本發明屬于功能搪、陶瓷材料及其制備技術領域。利用半導體光催化原理,研制成一種能自動殺滅細菌和病毒的新材料。該材料在微量水和光的作用下催化產生高活性自由基,無選擇性地氧化細菌和病毒,達到滅菌消毒的目的。該材料是在普通瓷釉中混入復合半導體光催化劑(TiO
文檔編號C04B33/02GK1186785SQ9710560
公開日1998年7月8日 申請日期1997年1月2日 優先權日1997年1月2日
發明者孫華斌, 邢桂平, 彭作林, 陳文華, 王樹華, 楊新芳, 王欣梅, 霍魯鵬 申請人:中國人民解放軍濟南軍區后勤部軍事醫學研究所