銀離子殺菌技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用研究

銀離子殺菌技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用研究一、研究背景近年來家電市場(chǎng)上有關(guān)銀離子殺菌、抗菌技術(shù)的應(yīng)用越來越多，包括三星、夏普、LG、TCL等家電生產(chǎn)企業(yè)都打出了銀離子技術(shù)牌。銀離子殺菌技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用可以包括冰箱、冷柜、電飯煲、凈水器、加濕器、吸塵器、空調(diào)過濾器、便座、梳妝臺(tái)、洗衣機(jī)、餐具、干燥機(jī)、換氣扇、電話和電熨斗等。三星在冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等產(chǎn)品的宣傳中稱：采用銀離子技術(shù)“殺菌效果更徹底”。在解釋抗菌原理時(shí)說：“金屬銀離子的殺菌活性在無機(jī)抗菌劑中是比較強(qiáng)的，由于具有抗菌長(zhǎng)效性好、高效光譜、安全環(huán)保以及無色無味、無毒無害等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前銀離子已經(jīng)成為國(guó)際上較為新型和理想的抗菌技術(shù)和材料”?！般y離子抗菌技術(shù)將金屬銀離子分離成納米級(jí)單位，納米銀離子使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固，破壞細(xì)胞活性，造成細(xì)菌喪失分裂繁殖能力而死亡，之后銀離子從細(xì)菌機(jī)體內(nèi)游離出來重復(fù)進(jìn)行殺菌活動(dòng)，因此抗菌效果持久?！比欠Q銀離子殺菌效果是一般殺菌劑的100倍以上，且殺菌范圍更廣泛，可有效殺死超過600種病原菌。三星WF-C963AC洗衣機(jī)，在功能上最大的特點(diǎn)就是它的銀離子殺菌功能，內(nèi)設(shè)（含純度99.99％銀片）銀離子發(fā)生器，在洗滌過程中電解釋放出4千億個(gè)溶于冷水的銀離子，對(duì)衣物進(jìn)行殺菌和抑菌，其殺菌和抑菌率均能達(dá)到99.9％以上。夏普的數(shù)款洗衣機(jī)也稱“結(jié)合銀離子保護(hù)層，清潔抗菌效果更佳。”洗衣機(jī)內(nèi)外桶使用復(fù)合無機(jī)銀材料，利用產(chǎn)生的銀離子來除菌消毒和防止異味，并阻止污垢在桶壁上沉積，隨時(shí)保持洗衣機(jī)自身清潔。同時(shí)，夏普洗衣機(jī)內(nèi)置了銀離子發(fā)生器，銀離子在漂洗時(shí)，于衣物上形成除菌防臭的銀離子層，并且在衣物干燥后銀離子層也不會(huì)揮發(fā)消失，持久抵御細(xì)菌侵害。LG的一些洗衣機(jī)和空調(diào)產(chǎn)品中同樣稱采用了納米銀離子技術(shù)。TCL的銀離子健康C系列空調(diào)產(chǎn)品中稱銀離子濾網(wǎng)“對(duì)金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的殺滅率達(dá)到99.98%以上?！蓖ㄟ^這些報(bào)道可見，銀離子殺菌技術(shù)將在未來的家電市場(chǎng)發(fā)展中有由特殊功能向基本功能轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)。因此迫切需要發(fā)展銀離子技術(shù)。銀離子材料本身的抗菌效果及其檢測(cè)不成問題。但家電產(chǎn)品采用抗菌材料，材料與細(xì)菌必須有一定面積和時(shí)間的接觸才發(fā)生作用，洗衣機(jī)采用銀離子涂層或銀離子發(fā)生器，空調(diào)采用銀離子過濾網(wǎng)，在實(shí)際使用中能對(duì)衣物或空氣起到怎樣的殺菌效果，還需要具體的檢測(cè)指標(biāo)來衡量，目前我國(guó)還沒有這方面的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，當(dāng)銀離子濃度過高時(shí)，會(huì)氧化成氧化銀，材料表面會(huì)發(fā)黑，洗衣機(jī)若采用該技術(shù)，特別需要控制銀離子的濃度，否則可能會(huì)“染黑”衣物。因此，在這一技術(shù)的發(fā)展過程中應(yīng)著重解決銀離子的釋放技術(shù)、濃度控制和殺菌效果的有效性評(píng)價(jià)。二、銀離子的殺菌作用機(jī)理關(guān)于銀離子的殺菌作用機(jī)理研究報(bào)告較多，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，超細(xì)狀態(tài)銀、膠態(tài)銀其比表面極大，遇水或在水溶液中呈現(xiàn)Ag=Ag++e反應(yīng)；而氧化銀遇水呈現(xiàn)AgO+H2O=Ag2++2OH-反應(yīng)；因此，銀的殺菌作用主要與銀離子有關(guān)，也有人還認(rèn)為Ag2+比Ag+離子的殺菌能力更強(qiáng)。Ag+能與菌體中酶蛋白的巰基-SH迅速結(jié)合，使一些以此為必要基的酶喪失活性，從而達(dá)到殺菌作用。當(dāng)菌體被Ag+殺死后，又有相當(dāng)一部分銀離子從死亡菌體上游離出來，再與其他細(xì)菌接觸，又殺滅其他細(xì)菌，周而復(fù)始，這就是銀殺菌性能可保持持久的緣由。銀是一種廣譜抗菌劑，少量銀離子就有很好的抗菌效果。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料，當(dāng)水中銀離子濃度為0.05mg/L時(shí)，能完全殺滅水中菌群，可保持90d內(nèi)不會(huì)繁殖出新的菌群。從機(jī)理上來說，銀離子抗菌具有長(zhǎng)效、慢效和高效的特點(diǎn)，無毒副作用，并有抗菌、凈化空氣、防污等功效。銀離子消毒劑受溫度影響較大，隨著溫度的升高，殺滅微生物作用不斷增強(qiáng)。銅、銀離子可增強(qiáng)氯的消毒作用，研究證明，銅、銀離子可增強(qiáng)氯對(duì)水中大腸桿菌及大腸桿菌F2噬菌體的消毒效果，且可降低使用劑量。銅與銀離子協(xié)同也可提高游離氯滅活水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的效果，以400μg/L銅離子加40μg/L銀離子與0.3mg/L游離氯協(xié)同作用30min，可將脊髓灰質(zhì)炎病毒I型存活率對(duì)數(shù)減少2.674。通過銅銀離子協(xié)同氯化消毒對(duì)脊灰病毒核酸的破壞作用的研究結(jié)果顯示，銅銀離子協(xié)同氯化消毒滅活水中病毒的作用位點(diǎn)可能在病毒的核酸，關(guān)于銅與銀離子協(xié)同提高游離氯滅活病毒的作用機(jī)理，尚待進(jìn)一步研究。銅銀離子化水消毒技術(shù)就是利用銅銀離子具有的殺菌功能和電化學(xué)原理，在控制條件下用電解的方法產(chǎn)生釋放定量的銅、銀離子強(qiáng)化其功能來達(dá)到殺菌的目的。電解銅銀離子都是在遠(yuǎn)低于飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的濃度情況下取得的(美國(guó)EPA，Cu2+1.0mg/L，Ag+0.1mg/L；我國(guó)Cu2+1.0mg/L，Ag+0.05mg/L)。有機(jī)物的存在使殺菌作用減弱，氯離子也可使銀離子殺菌效果下降。三、研究?jī)?nèi)容3.1銀電極在自來水中的陽(yáng)極溶解性能3.2銅電極在自來水中的陽(yáng)極溶解性能3.3銀銅合金或銀銅電極在自來水中的共溶解性能3.4在自來水中低濃度有效氯發(fā)生陽(yáng)極材料研究3.5銀、銅離子與有效氯協(xié)同殺菌性能研究根據(jù)所提供資金能力，本項(xiàng)目目前擬先啟動(dòng)3.1項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。主要研究方案、進(jìn)度如下：四、研究方案與進(jìn)度3.20~3.27銀電極材料采購(gòu)（絲、帶、網(wǎng)），同時(shí)篩選輔助電極材料（銅、不銹鋼或鈦），輔助電極材料是作為對(duì)電極使用的，因此要研究在自來水中其表面發(fā)生的陰極還原反應(yīng)，選擇耐腐蝕和具有低陰極過電位的金屬。研究方法：極化曲線、交流阻抗、計(jì)時(shí)電流和計(jì)時(shí)電位。評(píng)價(jià)指標(biāo)腐蝕電位、腐蝕電流、氧陰極還原極限電流密度和析氫電位等。3.28~4.5銀在自來水中的陽(yáng)極溶解反應(yīng)機(jī)制，確定銀陽(yáng)極溶解速度，銀活性溶解電位區(qū)間，銀電極表面積、銀離子在溶液中的溶解濃度與時(shí)間關(guān)系。研究方法：極化曲線、交流阻抗、計(jì)時(shí)電流和計(jì)時(shí)電位。評(píng)價(jià)指標(biāo)腐蝕電位、腐蝕電流、陽(yáng)極溶解電流密度、陽(yáng)極溶解電位、陽(yáng)極塔菲爾斜率和銀溶解效率方程。4.6~4.12銀在自來水中陽(yáng)極溶解的穩(wěn)定性能，確定銀電極間歇電解的穩(wěn)定性能，銀在空氣中氧化后的電解性能，銀在水中氧化后的電解性能。研究方法：恒槽壓、恒電位、恒電流等直流控制方式，測(cè)量電流或電位的穩(wěn)定性能，以及銀離子溶解性能與時(shí)間關(guān)系。4.13~4.19銀電解單元設(shè)計(jì)。基于上述研究根據(jù)電熨斗的工況要求，設(shè)計(jì)銀電解槽。包括：銀電極形狀和面積，輔助電極形狀和面積，兩電極間距，電連接，電極固定方式，槽壓，電流，直流電源控制方式，工作時(shí)間等。4.20~4.30工作總結(jié)與驗(yàn)收，與海爾技術(shù)人員合作對(duì)工作進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和驗(yàn)收。協(xié)助確定電解單元安裝適用條件，并提供技術(shù)支持。五、研究成果形式提供技術(shù)報(bào)告和設(shè)計(jì)參數(shù)，以及提供一套電解單元（電解槽）樣品。六、研究經(jīng)費(fèi)材料費(fèi)、試制費(fèi)、加工費(fèi)、能源動(dòng)力費(fèi)、管理費(fèi)和人員勞務(wù)費(fèi)等開支共計(jì)1萬元，并在合同簽定后一次性支付。七、后續(xù)研究計(jì)劃針對(duì)銀離子技術(shù)，還有很多深入的研究工作需要開展，具體的研究方向已在前面研究?jī)?nèi)容中提到。第一次合作的內(nèi)容還只是一個(gè)進(jìn)入該領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作。我相信通過這次合作后我們雙方一定會(huì)建立起信任關(guān)系，并能充分認(rèn)識(shí)到這一技術(shù)的重要性和發(fā)展?jié)摿?，為后續(xù)工作的開展，為最終取得技術(shù)創(chuàng)新，獲得獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。八、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)介徐海波：1972年5月4日生，男專業(yè)：材料電化學(xué)工作職務(wù)：中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高級(jí)工程師博士主要經(jīng)歷：2003.12~至今，中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，主要從事新能源關(guān)鍵材料技術(shù)研究；博士論文《基于TiN制備耐腐蝕電極材料及在能源領(lǐng)域的應(yīng)用》。1997.8~2003.11，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第725研究所青島分部，工程師；主要從事腐蝕電化學(xué)和電極材料研究。1994.8~1997.7，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，腐蝕與防護(hù)專業(yè)，工學(xué)碩士；碩士論文：《吸附型緩蝕劑作用機(jī)制的電化學(xué)和表面增強(qiáng)拉曼光譜研究》。1990.8~1994.7，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，材料工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士；畢業(yè)論文在中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所從事有關(guān)稀土熔鹽化學(xué)的基礎(chǔ)理論研究。近期的相關(guān)論文：(1)“納米TiN粉體氧化制備銥鈦氧化物為中間層的鈦基氧化銥電極”，胡杰珍,徐海波（通訊作者）,蘆永紅等,催化學(xué)報(bào)，29(12)(2008)1253-1258.(2)“TiN浸漬－熱分解法制備IrOx-TiO2粉體催化劑”,孫仁興,徐海波（通訊作者）,萬年坊,王佳，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),28(5)(2007)904-908.(3)“TiN基IrO2＋Ta2O5涂層電催化性能研究”，姜俊峰，徐海波，王廷勇，王佳，稀有金屬材料與工程,36(2）(2007)344-348.(4)“TiN基IrO2＋Ta2O5涂層析氫電極催化性能研究”，徐海波，姜俊峰，王廷勇，王佳，許立坤，催化學(xué)報(bào)，27(11)(2006)952-956.(5)“SynthesesandCharacterizationofRuthenium-TitaniumCompoundOxideandItsSupportedPlatinumCatalyst”,AipingWang,HaiboXu(Correspondingauthor),YonghongLu,etal.,ChineseJournalofCatalysis(Englishedition)，30(3)(2009),articleinpress.(6)“Oxygenreductionmechanismoncopperina0.5MH2SO4”,YonghongLu,HaiboXu(Correspondingauthor),JiaWang,XiangfengKong,Electrochim.Acta(2009),doi:10.1016/j.electacta.2009.02.019(articleinpress)(7)“ElectrochemicaltechniquesusedinMICstudies”,W.Wang,J.Wang,H.B.Xu,etal.,MaterialsandCorrosion,57(10)(2006)800-804.(8)“Relationshipbetweentheennoblementofpassivemetalsandmicrobeadsorptionkineticsinseawater”,W.Wang,J.Wang,H.B.Xu,etal.,MaterialsandCorrosion,56(5)(2005)329-333.(9)“在氯化鈉溶液中銅絲尺寸效應(yīng)對(duì)腐蝕行為影響的研究”,蘆永紅,徐海波（通訊作者）,王佳,孔祥峰,姜晶,物理化學(xué)學(xué)報(bào),24(10)(2008)1907-1911.(10)“二苯基脲類化合物在銀電極上吸附行為的SERS研究”,徐海波，林海潮,余家康，光散射學(xué)報(bào)，15(1)(2003)59-62.近期的專利成果：(11)“納米粉體催化劑及其制備方法”，徐海波，蘆永紅，王佳，孫仁興，國(guó)際專利PCT/CN2007/070689,WO2008/040222A1(12)“一種納米粉體光催化劑的制備方法”，徐海波，王偉，王佳，發(fā)明專利號(hào)ZL200610069077X,2008.(13)“一種納米粉體的制備方法”，徐海波，蘆永紅，王佳，發(fā)明專利號(hào)ZL2006100690765,2008.(14)“一種納米粉體催化劑的制備方法”，徐海波，孫仁興，王佳，發(fā)明專利號(hào)ZL20