專利名稱：抑制藻類生長的新穎復合材料及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來抑制藻類生長的復合材料，而且也提供本發明所提及的復合材料用于抑制藻類生長的使用方法。
背景技術：
在工業、漁業和一般家庭應用上，非常依賴于水的供應，所以控制水的品質于理想期望下是非常重要的。
用來運輸和保存給人類及動物飲用水的裝水容器，家庭用水和農業化學藥劑噴灑用水，類似這些方面的應用，都需要相當純度和無污染的水。一個重要的考慮是，藻類生長在殘留在儲水容器的少量水中的時間，遠超過可想象的時間周期，所以藻類生長于儲水容器中，是極為棘手的問題。
藻類生長會誘發很多問題，例如阻塞水過濾裝置的過濾器，或消耗掉水中的溶氧量，造成魚類及貝類窒息而死亡。
藻類有多種類型，有微細藻、單胞藻、類似毛發的絲狀藻、生長成片狀的藻類、看起來象植物的大型藻類；甚至有些藻類可以存活在類似「皮膚」的外層覆蓋物內部，或一些珊瑚、海葵和其它稱為蟲黃藻的無柄無脊椎動物鈣化外殼上。而某些看起來象泥濘的藻類，通常并不是藻類，而是進行原始光合作用的生物體所形成的群落，例如藍綠藻。另外也有一些很難被移除的綠色小點，這些綠色小點有時候會生長在水族箱的面板上，這些綠點也不是藻類，而是由硅藻類(diatom)或是散線蟲類(radiolarian)的各類動物群聚(微細的、單胞且帶有硬殼的動物)和藻類結合而形成。
藻類生長于水族箱中是不可避免的，藻類會消耗掉水中累積的養分，所以對魚類是有害的。
控制藻類生長可以分成三或四個類別一般來說，多數類別是根據基于最低的適當性而考慮，也就是按照長期花費、安全性、和容易使用各方面來考慮，這些類別都是以生物性、機械性、物理性、和化學性來控制藻類生長，在所有控制藻類生長的方法中，很少可完全符合實際需求。
渦螺(Turbo)、星螺(Astrea snails)、某些啤梨魚(blennies)和某些倒吊(tangs)是很好的食草(藻)者，螺類是最廣泛使用的清道夫，而且通常是最好的選擇；部份國家似乎喜歡用海膽和矮小神仙魚(dwarf angels)來清除藻類，前者容易死亡且會移動水族箱內的裝飾品，后者的問題是需要喂食昂貴的無脊椎動物。
目前較進步的方法，包括功能性去除蛋白質器材(化氮器材，蛋白質涂抹器)，有些附有臭氧和紫外線殺菌功能；這些物理性過濾器可去除和銷毀暴露在水中的藻類，和幫助散布于水中的營養物氧化及循環。
針對安全性和長期的效應來說，使用任何化合物來控制藻類生長是最不希望的途徑，市面上有數種品牌的抗生素(紅霉素，或是等效的普通名字)；所有觀點或說法皆同意應避免使用抗生素。且抗生素只針對癥狀下藥，而沒有根除藻類產生的原因。藻類產生的原因可能是源自于水系統的不平衡，所以使用抗生素明顯的副作用是改變了水系統化學性的“演化”，不要忘記抗生素(anti-biotic)意味著「對抗-生命」。
在商業及公共水族館所賣的銅制品，通常以硫酸銅水溶液的形式，來作為殺藻劑，也是一般動物流行病的寄生生物預防物。如果有打算保留無脊椎動物、巨型藻類、活巖石在系統中，不要使用銅制品于水中。這種金屬是極好的治療劑，并可應用于防止水槽、水中懸掛物、只有魚類的魚缸中的藻類滋生；市面上廣泛的使用銅制品當殺藻劑，但對所有生命是持續性帶有毒性的，尤其是非魚類的生物。
如果使用化學性殺藻劑，需要特別注意使用劑量，應該低于會引發急性中毒副作用的劑量，有數種產品皆標示在「較糟糕的情況」下，劑量可以加倍或是三倍使用，這導致實行藻類控制的不方便性。
在市面上的大部分殺藻劑是以水溶液的形式存在。以水溶液形式確實有些缺點，然而并非在于根除藻類的效率；舉例來說，液態的殺藻劑成份，包括鈉次氯酸鹽，這限制了殺藻劑保存期限，一般期限是六到八個月；但如果需要很大數量的殺藻劑成分，以水溶液形式運輸則較昂貴且較為不利的(一般而言，一加侖水溶液包含大約百分之十的鈉次氯酸鹽)。若以濃縮的固態殺藻劑型式，可能更加容易地運輸。

發明內容
本發明是關于一種用來抑制藻類生長的復合材料，包括一種以多孔基質的載體，和一種覆蓋于載體上的納米金屬混合物；其中該混合物包括納米金屬顆粒和將納米金屬顆粒固定在載體上的物質。
本發明的組成中，載體可以是任何適于用來攜帶本發明的納米金屬混合物，舉例如下粘土、陶瓷、氧化金屬、塑料和聚合物，都可以運用于本發明上。本發明較佳實施例是載體為多孔基質載體；更佳的實施例是基質載體為陶瓷；最佳的實施例是，此載體為陶瓷隕石型式的濾水器。
納米銀長久以來都知道，銀可以抑制細菌的氧氣交換，而殺死細菌。納米銀可以直接進入細菌內和氧代謝酵素(-SH)結合，而使細菌無法呼吸，結果導致與納米銀接觸的大部分微生物死亡，包括細菌、附生植物、霉菌和孢子。納米銀具有完整的抗生素活性，可對抗抗藥性的致病性細菌，例如抗藥性腸桿菌(colibacillus)、抗藥性金黃色葡萄球菌(staphylococcusaureus)、抗藥性綠膿桿菌(pseudomonas aeruginosa)、化膿球菌(pyococcus)、抗藥性腸道桿菌(enteric bacilli)和厭氧菌(anaerobes)。納米銀可以殺死附著于燙傷或是創傷傷口上的細菌，如金黃色葡萄球菌、腸桿菌、綠膿桿菌、白色念珠菌、其它格蘭氏陽性或是格蘭氏陰性的致病菌；也可以實質性殺死在生殖道繁殖的致病菌，如淋病雙球菌。
用在本發明中的納米金屬是納米銀；其中納米金屬顆粒具有直徑10nm到100nm的結晶體顆粒。
物質本發明的復合材料中，用來固定顆粒在載體上的物質，是指適合固定納米金屬在基本載體上的任何物質。本發明中較佳的實施例是該物質是納米氧化鋅，且納米氧化鋅呈針狀、樹枝狀或是線狀。最佳的實施例是指由納米氧化鋅形成單一型式的四針狀，例如氧化鋅晶須(Zinc Oxide Whisker，ZnOw)。
氧化鋅晶須，微觀下是具有四針的形狀，宏觀狀態下則是具有孔洞的外表。氧化鋅晶須具有好的廣泛性特征，例如高強度、半導電性、耐磨性、防震、吸收微波和抗菌效能，是可以被廣泛運用的功能性和結構性物質，因為帶有單一晶態的獨特形狀而顯著。
納米氧化鋅具有裂解能力，如同光觸媒，可摧毀致病菌(例如細菌)殘留于水中的碎屑的能力，而提高水的純度和品質。
電氣石本發明的復合材料，其中該混合物進一步包括電氣石；該電氣石選自黑色(黑電氣石)、棕色(鎂電氣石)、藍色(藍電氣石)、粉紅色(紅電氣石)、綠色、黃色、橘色、多色或無色電氣石。
電氣石是一種自然礦物，是屬于帶有多種元素的硅石礦物，化學組成主要是硅、硼、鎂、鋁和對人有益的微量元素，例如鎂、鐵和銫等。一般化學式是NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH，F)4，它的結晶屬于一群，稱為環狀結構硅礦形成的3D立體結晶系統，化學式中的R是指帶正電離子的金屬，R的種類和組成會影響電石的顏色，當R是二價鎂離子、三價鐵離子、或是(一價鋰離子，三價鋁離子)是分別代表鎂電氣石、黑電氣石、和鋰電氣石三個成員。
電氣石大部分和氣化作用有關，一般電氣石的來源是偉晶花崗巖和變性的變質巖中，電氣石結晶具有壓電性，可以運用于無線電工業上，帶有明亮顏色和光澤的晶體，做成珠寶就成為中國皇帝的碧璽。當電氣石加熱時，晶體兩端會彎曲、變形而誘發正負靜電，因為熱電特性(加熱產生電)，這種種類的礦物稱為「電石」，其英文名字就是“Tourmaline”，取自于斯里蘭卡人祖先語言“Turmali”，意指混合寶石、混合寶玉。
因為其組成不同，電氣石有著不同顏色，帶有大量的鐵就是黑色，帶有大量的鋰、鎂或銫，就分別是薔薇色、或是深藍色，帶有大量的鎂，就是棕色或是黃色，帶有鉻就是深綠色。
根據其形狀，電氣石有結晶電氣石、纖維電氣石和工藝電氣石，從電石顏色和特殊光學效應，可以分類成紅色電氣石(也稱為紅碧璽)、綠色電氣石(也稱為綠碧璽)、黃色電氣石(也稱為黃碧璽)、紫色電氣石(也稱為紫碧璽)、透明電氣石(也稱為透明碧璽)、黑色電氣石(也稱為碧璽)、多種顏色電氣石(也稱為多種顏色碧璽或是雜色碧璽)，和電氣石、蛋白石、貓眼石等等。
電氣石可活化和還原水分子，通過物理作用增加自然礦物質，例如離子化、遠紅外線(far infrared ray)和水電解，電氣石如何活化水的純化作用與礦物化作用，達到益于人體的效果，將在下面陳述A.產生負離子負離子，又稱為「空氣的維他命」，負離子可以調控人體離子平衡，具有活化細胞、增加自然治愈能力、抑制氧化或是老化的功能，也可以去除臭味。
B.電解水水電解化后可以獲得很多效能，例如接口的活化作用、氯穩定作用、鈍化處理(防止鐵氧化和紅色銹水產生)、水去氧化作用、去除二氧化硅和其結合物(微生物聚集物)等。當電氣石和水作用，可以解決化學水溶液和化學物質難以溶解的問題。
C.還原水分子團水分子(H2O)不能單獨存在，水分子必須和其它分子結合，而形成分子束，這種分子束可以去除，或是過濾雜質，而增加身體的滲透性。
D.放射遠紅外線(far infrared ray)(4-14 micronmeter ray)增加水中的溶氧量，促進血液循環和代謝，有益于人體吸收。調節和平衡水中酸堿值，而加強抵抗力。
E.包含有效的微量礦物質水透過了電氣石，可以分離出對人體有益的礦物質，和微量元素，例如鋅、鈣、鎂、鉀和鍶等，容易被人體吸收，是最好的礦物質來源。本發明中的較佳實施例是該電氣石為粉紅色電氣石。
濃度當納米金屬混合物覆蓋于載體上，該混合物包括根據載體的總量計1000至3500ppm的納米銀和500至2000ppm的氧化鋅。較佳濃度為納米銀的濃度為1000～2500ppm，更佳濃度為1000～2000ppm，最佳濃度是2000ppm。氧化鋅的濃度介于500～2000ppm，更佳濃度為1000～2000ppm，最佳濃度是1500ppm。
本發明的最佳實施例是，該混合物包括根據載體的總量計100至1000ppm的電氣石，電氣石的較佳濃度為150～500ppm，更佳濃度為150～300ppm，最佳濃度是250ppm。
真正實施是指本發明的復合材料足夠讓水在外觀上從綠色轉變成無色。
本發明更進一步提供一種用來抑制藻類生長的方法，是將本發明的復合材料，施用于有藻類產生的地方。
藻類產生的地方包括儲水容器，例如水族箱、游泳池，較佳的實施例是該地方為水族箱，且該水族箱包含動物在內，如魚類。
本發明中所提及的方法，其中納米銀從經覆蓋的多孔物質所釋放出來的濃度，足以將水的顏色由綠色轉變成無色。


圖1可顯示使用本發明的復合材料抑制藻類生長的效果。(A)為剛將氧化鋅晶須和紅色電氣石混合物陶瓷隕石載體6公克，放入2公升的水槽的情況，(B)為24小時后，(C)為48小時后的情況。
具體實施例方式
提供以下實施例不意欲限制發明的范圍，但可說明本發明的各種各樣的觀點。
實施例一制備覆蓋有納米銀的陶瓷隕石-氧化鋅晶須-粉紅色電氣石混合物步驟一制備基本載體-多孔陶瓷隕石1.材料材料黏土；納米氧化鋁nano-Al2O3；納米氧化鋯nano-ZrO2；納米氧化硅nano-SiO2和納米碳化硅nano-SiC控制因素純度、密度、化學組成、粉末顆粒大小、穿孔、磨損、吸收性、形狀和數量。
2.鑄作模型倒入厚實的液體塑造滑動鑄件，壓退出，刮邊切削，刮刀成形，射出成形。
控制因素有機物質撤除(例如粘著劑)3.燒結快燒，迅速反應燒結，熱均壓燒結。
控制因素燒結電容器、曲線控制和收縮率。
4.處理加工納米銀涂布和分離控制。
步驟二制備納米銀-氧化鋅晶須-粉紅色電氣石混合物純水中的一種均質混合物根據以下配方制備組成(a)納米銀→2000ppm
(b)氧化鋅晶須→1500ppm(c)紅色電氣石→250ppm室溫25℃下組成物(a)，(b)，和(c)加入純水中混合，然后混合物維持3到5個小時，而產生均質的混合物，容易使用于下一步驟。
步驟三將陶瓷隕石載體覆蓋上氧化鋅晶須和紅色電氣石混合物覆蓋上氧化鋅晶須和紅色電氣石混合物的步驟列于下面a.完全地浸泡陶瓷顆粒于步驟二所制備的氧化鋅晶須和紅色電氣石混合物中一個小時內不加以干擾。
b.取出陶瓷顆粒。
c.于液態氮下加熱80到120℃處理陶瓷顆粒15到30分鐘。
d.于散熱器500℃烘干陶瓷顆粒。
實施例二對陶瓷隕石的性能分析陶瓷隕石樣本特性于下面表一和表二中列出。
表一.陶瓷隕石化學分析結果

表二.陶瓷隕石物理分析結果


實施例三陶瓷隕石濾水器的殺菌效果陶瓷隕石的抑制微生物能力被展示出來。
陶瓷隕石的抗菌特性利用ASTM E2149-011(American Society forTesting and Materials，2001)來評估，為一個定量抗菌測試方法，在動態接觸情況下執行。大腸桿菌(ATCC 11229)被用來作為測試有機體，培養測試實驗是在營養的培養液下，用0.3mM磷酸鹽緩沖(pH 7.2)稀釋成105～106菌落形成單位(CFU/ml)，用來作為執行培養測試試驗時的細菌稀釋溶液。
每一個陶瓷隕石(1.08克，納米銀處理和沒有納米銀處理，也就是對照組)首先用紫外線殺菌，然后裝入已經裝有3毫升的細菌稀釋溶液的10毫升試管中，使被試驗的物質(大腸桿菌)充分暴露于陶瓷隕石下。
所有的試管蓋不要轉緊，放入培養箱中，在37℃下利用培養箱震蕩器(New Brunswick Scientific，NJ，USA)以120rpm轉速震蕩，當離心管震蕩1分鐘加減5秒時，每一個管子被當成“0”接觸時間，直接從每一管中取出0.2毫升加減0.002毫升的混合物，裝入1.5毫升離心管中，連續稀釋并涂抹于培養基上。取出上述樣本后，蓋上蓋子，將管子放入機械式震蕩器中3和6小時；如同“0”接觸時間的菌液涂抹技術，執行連續稀釋及涂抹陪養基而定出每一個樣本(3和6小時)的細菌濃度。培養基在37℃下培養18小時后，計算培養基上的菌落數，并按照稀釋倍數回推出每毫升中的菌落，算出重復樣本的平均值。
抗菌能力就是以大腸桿菌與納米銀接觸后，減少的菌落數百分比來呈現，利用下面的公式算出減少的菌落百分比(CFU/ml)＝(B-A/B)×100％A是指納米銀(NMA-HTCC treated cotton)處理3或是6小時后存活的菌落數(CFU/ml)，B是指“0”接觸時間的存活菌落數，測試結果列于表三和表四。
表三

**培養基于37℃下培養3小時，獨立的試驗和計數出存活菌落數。
表四

**培養基于37℃下培養6小時，獨立的試驗和計數出存活菌落數。
在本試驗中，納米銀處理的陶瓷隕石，具有很好的殺菌效能，減少百分之99.99的細菌生長的能力。
實施例四本發明復合材料用來抑制藻類生長的效果將實施列一所制備的覆蓋上氧化鋅晶須和紅色電氣石混合物陶瓷隕石載體，放入2公升的水槽中(圖1A)測試抑制藻類生長的能力。
放入6公克陶瓷隕石到2公升的水槽。24小時后的情況如圖1B所示，綠色明顯減少；陶瓷隕石處理48小時后的情況如圖1C所示，令人驚訝的結果是，水幾乎呈現清澈顏色，魚類在水槽里也活得很好。
權利要求
1.一種用來抑制藻類生長的復合材料，其特征是包括一種以多孔基質的載體，和一種覆蓋于載體上的納米金屬混合物；其中該混合物包括納米金屬顆粒和將納米金屬顆粒固定在載體上的物質。
2.根據權利要求1所述的復合材料，其特征是該載體為多孔基質載體。
3.根據權利要求2所述的復合材料，其特征是該基質載體為陶瓷。
4.根據權利要求1所述的復合材料，其特征是該物質是納米氧化鋅。
5.根據權利要求4所述的復合材料，其特征是該物質是納米氧化鋅，呈針狀、樹枝狀或是線狀。
6.根據權利要求4所述的復合材料，其特征是該納米氧化鋅具有裂解能力。
7.根據權利要求4所述的復合材料，其特征是該納米金屬是納米銀。
8.根據權利要求1所述的復合材料，其特征是該混合物進一步包括電氣石。
9.根據權利要求8所述的復合材料，其特征是該電氣石選自黑色(黑電氣石)、棕色(鎂電氣石)、藍色(藍電氣石)、粉紅色(紅電氣石)、綠色、黃色、橘色、多色或無色電氣石。
10.根據權利要求9所述的復合材料，其特征是該電氣石是粉紅色電氣石。
11.根據權利要求7所述的復合材料，其特征是該混合物包括根據載體的總量計1000至3500ppm的納米銀和500至2000ppm的氧化鋅。
12.根據權利要求11所述的復合材料，其特征是該混合物包括根據載體的總量計100至1000ppm的電氣石。
13.根據權利要求1所述的復合材料，其特征是其足夠將水的外觀顏色由綠色轉變成無色。
14.根據權利要求1所述的復合材料，其特征是納米金屬顆粒具有直徑10nm到100nm的結晶體顆粒。
15.一種用來抑制藻類生長的方法，其特征是將權利要求1所述的復合材料，施用于有藻類產生的地方。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征是該地方包括儲水容器。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征是該地方為水族箱。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征是該水族箱包含動物。
19.根據權利要求18所述的方法，其特征是該動物是魚類。
20.根據權利要求15所述的方法，其特征是納米銀從經覆蓋的多孔物質所釋放出來的濃度，足以將水的顏色由綠色轉變成無色。
全文摘要
本發明是關于一種用來抑制藻類生長的復合材料，包括一種以多孔基質的載體，和一種覆蓋于載體上的納米金屬混合物；其中該混合物包括納米金屬顆粒和將納米金屬顆粒固定在載體上的物質。本發明更進一步提供一種用來抑制藻類生長的方法，將本發明的復合材料，施用于有藻類產生的地方。
文檔編號C02F1/00GK1891636SQ20051008068
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月6日 優先權日2005年7月6日
發明者林學廉, 洪碩廷, 胡坴培, 張伯薰, 林鴻明, 林錦泉 申請人:邰港科技股份有限公司, 尖端奈米科技股份有限公司, 景明奈米生物科技股份有限公司