專利名稱：非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種活性炭表面的季銨鹽改性方法和應(yīng)用。具體涉及ー種活性炭表面的季銨鹽硅氧烷単體化合物現(xiàn)場(chǎng)聚合方法以及季銨鹽改性活性炭在水處理方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
活性炭(AC)已被廣泛應(yīng)用于水的常規(guī)處理和深度處理中。由于活性炭自身的超強(qiáng)吸附能力，使之成為去除水中有機(jī)污染物的最成熟最有效的方法之一。美國(guó)水質(zhì)協(xié)會(huì)(Water Quality Association)已經(jīng)認(rèn)可活性炭過濾是ー種可以使飲用水中的一些污染物含量低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定的國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)的有效手段。然而活性炭在水處理，特別是用于飲用水深度處理的浄化設(shè)備中，也存在著無法解決的問題，即活性炭介質(zhì)的自身污染問題。它就像一個(gè)超級(jí)的海綿，在吸附大量的有毒有害污染物的同時(shí)，在它的微孔中會(huì)繁殖大量的細(xì)菌。另外，含氮有機(jī)化合物在微生物的作用下于活性炭表面發(fā)生硝化分解，有機(jī)氮逐步分解為蛋白氮、氨氮、亞硝酸鹽氮等，從而使活性炭過濾器在使用一段時(shí)間 后，經(jīng)其凈化的水中亞硝酸鹽含量大大增加，這樣不但達(dá)不到?jīng)坊|(zhì)的目的，反而會(huì)污染水質(zhì)。如何既經(jīng)濟(jì)又有效地解決這個(gè)問題直至今日仍然是ー個(gè)具有挑戰(zhàn)性的工作。為了克服活性炭在使用一段時(shí)間后可能出現(xiàn)上述的ー些缺點(diǎn)，可行的辦法是將具有殺菌功能的物質(zhì)固載到活性炭的表面，以消除采用活性炭浄化水過程中微生物繁殖所帯來的二次污染。中國(guó)專利101337704A公開了ー種抗菌殺藻活性炭及制備方法。該專利方法將丙烯腈-苯こ烯樹脂涂抹在活性炭表面，經(jīng)化學(xué)處理使丙烯腈-苯こ烯樹脂結(jié)合銅離子來制備抗菌殺藻活性炭。日本專利JP6287103公開了ー種通過活性炭外表面上的多孔硅膠固定銀來制備抗菌活性炭的方法。韓國(guó)專利KR20040110398公開了ー種通過在活性炭中摻雜納米金來制備抗菌活性炭的方法。以上這些方法制備的抗菌活性炭雖然具有良好的抗菌性能，但金、銀、銅等金屬價(jià)格比較昂貴且稀缺。因此，開發(fā)ー種抗菌材料來源廣泛便宜的抗菌活性炭具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有抗菌活性炭材料及其技術(shù)存在的ー些缺點(diǎn)，提供ー種抗菌材料來源廣泛便宜、制備路線簡(jiǎn)單的抗菌活性炭材料及其技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案為，季銨鹽是ー類帶有正電荷的非氧化型殺菌劑，其殺菌功效穩(wěn)定長(zhǎng)久。如果通過獨(dú)特的現(xiàn)場(chǎng)聚合方法，使得季銨鹽硅氧烷単體化合物均勻地聚合于活性炭的表面，充分利用季銨鹽的抗菌性能和活性炭的高比表面積和強(qiáng)吸附性能，就有可能制備抗菌性能優(yōu)良的非溶出型聚季銨鹽改性活性炭材料。目前，還沒有這方面的報(bào)道。為此，本發(fā)明采用活性炭為載體，通過季銨鹽硅氧烷單體化合物在其表面的現(xiàn)場(chǎng)聚合來制備對(duì)環(huán)境無害的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭，現(xiàn)場(chǎng)聚合反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1.一種非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 (1)季銨鹽硅氧烷単體化合物的合成 將鹵烷基硅氧烷和叔胺按1:1 5:1的摩爾比加入到有機(jī)溶劑中，在氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)下，40°C 150°C反應(yīng)4至72小時(shí)；減壓蒸餾除去未反應(yīng)的鹵烷基硅氧烷和叔胺以及溶剤，獲得季銨鹽硅氧烷單體化合物。
(2)季銨鹽硅氧烷単體在活性炭表面的現(xiàn)場(chǎng)聚合 將活性炭和季銨鹽硅氧烷単體化合物與鹽酸溶液混合，在O 100°C下反應(yīng)I至72小時(shí)；活性炭和季銨鹽硅氧烷單體化合物重量比為10:1 10000:1，鹽酸溶液濃度為0.001 10mol/L，過濾洗滌后獲得抗菌聚季銨鹽改性活性炭，并烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于，所述的鹵烷基硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)如式(I)所亍
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于，R” R2和R3為C1 C8烷基。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于，所述的叔胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)如式所示
5.權(quán)利要求4所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于，所述R4> R5和R6為C1 C18烷基。
6.權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于步驟(I)的有機(jī)溶劑為C1-C6醇、丙酮、ニ氧六環(huán)、四氫呋喃、ニ甲基甲酰胺中的一種或兩種以上的混合物。
7.權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于步驟(I)中，鹵烷基硅氧烷和叔胺的摩爾比為I: I 2:1，反應(yīng)溫度為80°C 120°C，反應(yīng)時(shí)間為24 48小時(shí)。
8.權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于步驟(2)的反應(yīng)溫度為15 60°C，反應(yīng)時(shí)間為4 24小時(shí)，鹽酸溶液濃度為0. 05 Imol/L,鹽酸與活性炭的用量比為I 5mmol/g。
9.權(quán)利要求I所述的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭表面的制備方法，其特征在于步驟(2)中， 活性炭與季銨鹽硅氧烷単體化合物重量比為10:1 200:1。
全文摘要
活性炭(AC)由于具有超大的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力而被廣泛應(yīng)用于水的常規(guī)處理和深度處理中，特別是水中有機(jī)污染物的去除。但吸附了有機(jī)污染物的活性炭成為有害微生物生長(zhǎng)和繁殖的溫床，從而造成被處理水微生物超標(biāo)。本發(fā)明以活性炭為載體，通過季銨鹽硅氧烷單體化合物在其表面的現(xiàn)場(chǎng)聚合來制備對(duì)環(huán)境無害的非溶出型抗菌聚季銨鹽改性活性炭。這種聚季銨鹽改性活性炭的表面帶有正電荷，具有很強(qiáng)的抑菌抗菌功效，能廣泛應(yīng)用于各種水體的凈化和消毒處理。
文檔編號(hào)B01J20/26GK102784623SQ201210251679
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者亢真真, 張冰, 梁杰, 焦玉超 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)