纳米金属簇净水材料简介

研发背景

随着经济的发展和物质生活水平的提高，人们对饮用水的质量要求越来越高，其中水中的溶解性污染物如有害重金属离子、余氯、消毒副产物等污染物对人体健康的影响日益引起人们的重视。在净水行业用于去除这些污染物的净水材料主要有KDF、活性炭及其它多孔吸附材料。

KDF是一种铜锌合金，主要是利用电位不等的铜和锌构成原电池，具有氧化还原活性。KDF与水接触时，水中的余氯、有害重金属离子被还原，有机污染物被氧化降解，从而达到降低水中的余氯、有害重金属离子等污染物浓度的目的。但KDF在使用过程中容易板结成块，使压损增大，从而影响水的流速和净水效果，而且出水的铜、锌离子浓度增加较多，甚至超过卫生部生活饮用水卫生规范（2001）的限值。而且KDF简单的合金，比表面积小，净水效果要由大的使用量来保证。

活性炭等多孔材料用于水净化时，主要是通过吸附来降低水中有害物质的量，但使用一段时间后，就会吸附饱和，细菌大量繁殖滋生，如果不能及时再生和更换，就会导致出水的水质的二次污染。

纳米金属簇净水材料解决了KDF和多孔吸附材料在净水过程中存在的缺陷。这种材料既有丰富的孔道和大的比表面积，又有强氧化还原性的活性组分，是一种结合了多孔吸附材料和KDF优点的新型净水材料。

纳米金属簇净水材料比表面积和孔隙率是KDF的100倍以上，纳米金属簇（纳米KDF）净水材料的净水原理与KDF一致。当水流过滤料时，水中的余氯、有害重金属离子等污染物被吸附到滤料的表面和孔道中，在纳米铜锌金属簇的作用下，这些有害重金属离子如Pb, Cd, Cr被还原成不溶于水的金属，余氯被还原成氯离子，有机污染物等在这些微原电池上发生反应，被氧化降解为无害物质，达到净水的目的。 反应过程中产生的电位变化，有很好的抑菌作用。同样用量的纳米金属簇滤料和KDF比较发现，前者的去除效果是后者的数倍至数十倍。是继活性炭和KDF之后又一种新型、高效的多功能净水材料，没有活性炭使用过程中细菌滋生和KDF长期使用易板结、阻力增大的现象。

1. 高效去除饮用水中余氯。

2. 高效去除饮用水中的铅、镉、铬、砷等重金属离子。

3. 有效降低水中有机微污染物的浓度。.

4. 使用过程中能有效抑制和杀灭细菌。

KDF在水净化领域已有大量的应用，是已纳入“涉及饮用水卫生安全产品分类目录”的水处理材料之一。纳米金属簇净水材料由于净水原理与KDF一致，其堆密度不到KDF的1/3，同样用量下净水效果明显优于KDF，所以相同的净水效果时可以明显减少滤料的用量。而且在使用过程中没有板结现象，水流阻力不会明显增加，丰富的孔隙和吸附性能，使其在净水过程铜、锌离子的增加也不明显，并且有明显的抑菌作用。纳米金属簇净水材料已通过广东省疾病预防控制中心的安全性检验，符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》（2001）对饮用水输配水设备的要求，与KDF相比具有的这些优点，使它逐渐被净水行业的使用者认同，应用范围也在日渐扩大。

纳米金属簇净水材料物性参数

纳米金属簇净水材料用途

（1）用于饮用水的深度净化，降低水中余氯、重金属离子、有害离子和消毒副产物、有机微污染物的浓度。有良好的抑菌性能。

（2）可单独用于家用净水器中，也可和活性炭混合使用，提高活性炭的使用寿命，有效控制活性炭使用过程细菌的滋生速度。

（3）用作超滤膜、反渗透膜的前置滤芯，可有效延长超滤膜、反渗透膜的使用寿命，提高其稳定性。

纳米金属簇净水材料使用参考指标

(1)PH范围：6-9

(2)使用温度： 5℃-95℃

(3)建议滤料层高度：一般重力渗漏式净水器 ≥10mm，家用净水器 ≥100mm（随滤料规格、水流速、进水水质、期望去除率和净水量不同而不同。）

(4)使用寿命：100~500L/g

(5)余氯去除率：50%-95%（随滤料用量、水流速、进水余氯浓度、进水水质和使用时间不同而不同）

(6)水质要求：市政自来水

纳米金属簇净水材料使用方法

（1）根据所需净化的水的水质和水流速度将一定量的纳米金属簇净水材料装入滤芯中，为防止水流将滤料颗粒带走，请在滤芯两端加装合适孔径的格网。

（2）将装填滤料后的滤芯装入净水装置中，打开进水开关，使需净化的水以一定流速流过滤料。

最初流出的水混浊，是多孔材料中的空气排出和颗粒表面的一些细粉脱落所致，属正常现象。

（3）长期使用后水流速降低、压降增加是由于水中污染物在净水材料表面和孔道吸附积聚所致，建议定时反冲。

纳米金属簇净水材料使用注意事项

（1）从未使用的纳米金属簇净水材料第一次与水接触时有放热现象，滤料用量多、水流速小时，开始出水温热为正常现象，很快出水水温就会恢复正常。

（2）纳米金属簇除余氯、重金属离子等净水效果与滤料用量、水流速和装填方法有关。

（3）如果有反冲设计，滤料在滤芯中不装满，建议装填体积≤2/3滤芯体积.

纳米金属簇净水材料储存和运输事项

（1）滤料密封干燥保存

（2）触摸滤料前，请将手擦干。不要用湿手触摸滤料。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

纳米科技是90年代初迅速发展起来的新兴科技，其最终目标是人类按照自己的意识直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高了前所未有的高度。有资料显示，2010年，纳米技术将成为仅次于芯片制造的第二大产业。

纳米科技nanotechnology）

纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

纳米科技包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究

纳米科技(英文：Nanotechnology)是一门应用科学，其目的在于研究于纳米尺寸时，物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用。纳米科技是许多如生物、物理、化学等科学领域在技术上的次级分类，美国的国家纳米科技启动计划(National Nanotechnology Initiative)将其定义为“1至100纳米尺寸间的物体，其中能有重大应用的独特现象的了解与操纵。”

纳米科技是尖端科技，却早就存在身旁。举例来说，荷叶表面的细致结构和粗糙度大小都在纳米尺度的范围内，所以不易吸附污泥灰尘。这种荷叶表面纳米化结构，自我清洁的物理现象，就被称作荷叶效应(lotus effect)。

纳米科技是学习纳米尺度下的现象以及物质的掌控，尤其是现存科技在纳米时的延伸。纳米科技的世界为原子、分子、高分子、量子点和高分子集合，并且被表面效应所掌控，如范德瓦耳斯力、氢键、电荷、离子键、共价键、疏水性、亲水性和量子穿隧效应等，而惯性和湍流等巨观效应则小得可以被忽略掉。举个例子，当表面积对体积的比例剧烈地增大时，开起了如催化学等以表面为主的科学新的可能性。

微小性的持续探究以使得新的工具诞生，如原子力显微镜和扫描隧道显微镜等。结合如电子束微影之类的精确程序，这些设备将使我们可以精密地运作并生成纳米结构。纳米材质，不论是由上至下制成(将块材缩至纳米尺度，主要方法是从块材开始通过切割、蚀刻、研磨等办法得到尽可能小的形状（比如超精度加工，难度在于得到的微小结构必须精确）。

或由下至上制成(由一颗颗原子或分子来组成较大的结构，主要办法有化学合成，自组装(self assembly)和定点组装(positional assembly)。难度在于宏观上要达到高效稳定的质量，都不只是进一步的微小化而已。物体内电子的能量量子化也开始对材质的性质有影响，称为量子尺度效应，描述物质内电子在尺度剧减后的物理性质。

这一效应不是因为尺度由巨观变成微观而产生的，但它确实在纳米尺度时占了很重要的地位。物质在纳米尺度时，会和它们在巨观时有很大的不同，例如：不透明的物质会变成透明的(铜)、惰性的物质变成可以当催化剂(铂)、稳定的物质变得易燃(铝)、固体在室温下变成了液体(金)、绝缘体变成了导体(硅)。

纳米科技的神奇来自于其在纳米尺度下所拥有的量子和表面现象，并因此可能可以有许多重要的应用和制造许多有趣的材质。