含有银离子玻璃的水处理抗菌作用
来源： 阅读：5464 更新时间：2007-12-26 15:49一．银的抗菌作用
针对菌、藻类的阻止生长与控制，使用银、铜等重金属离子具有效果，自古以来为人们所认识。但是关于抗菌作用下的结构不是很明确。虽然知道银离子有抗菌作用，但至今难以实现，是因为作为抗菌剂的银离子必须具备稳定性才能起到杀菌作用。由于含银离子的AgNO3水溶液中的银离子容易还原成银。所以不能起到持续杀菌作用和稳定长期杀菌效果。
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要成为具备有效的杀菌效果，必须在水溶液中的银离子具有稳定性，作为能稳定提供银离子的媒体——含银离子的玻璃正在被开发！含银离子玻璃在固体状态下也能显示抗菌作用。本文着重阐述的是：关于在水溶液中的含银离子玻璃的抗菌作用。
二.银玻璃的有利性
在含以Ag2O水溶液形式的银离子的玻璃在水或水溶性油剂里溶出时显示抗菌性，本来在需要抗菌性玻璃背景下有工业方面和环境保护方面的要求，那是因为目前水处理已存在的问题。本问题分别为（1）饮用水，游泳池，水池（2）冷却水（3）水溶性油剂的三大类。
（1）饮用水，游泳池，水池的水大都是从江河湖海中采取的，通过净水处理场净化采用杀菌剂杀菌，杀菌剂的类别在日本有氯气、亚氯酸钠等氯系化合物为合法的杀菌剂。现在氯被认为是最有效的安全杀菌剂，但会有沼气、甲烷等恶臭问题发生。还有在游泳池里大肠杆菌、霉菌的异常繁殖、藻类的产生会引起水质污染、净化功能下降等问题。
温水游泳池由于对卫生管理方面更加严格，在实际使用中会有氯浓度投放超标现象。这会引起对眼睛，喉咙危害。
（2）以冷却塔为代表的冷却水的使用分别为中央空调和工场内的机械循环冷却使用。在以上冷却水回路里细菌，霉，藻类二次利用水中的营养成分进行繁殖。从它被分泌的多糖类，粘着物质使水中的浮游悬浮物沉淀化粘着。该沉淀物就是淀渣。它和空气中的浮游灰尘，泥土混在一起粘着成的泥状物质后造成热量转换效率下降、水质变坏、管路腐蚀、甚至漏水等原因产生。要控制或除去淀渣、菌、藻类的发生，人们一直以来广泛采用过滤器过滤、陶瓷石、活性碳过滤吸附，用有机锡化合物等消毒法。由于冷却水系统不是完全封闭，在冷却塔中水分子被蒸发，水系统中的不良离子凝固生成氧化物膜被（俗称：锈垢）。组成的氧化物膜被的化合物除了有碳酸钙、磷酸钙以外还有硅石（二氧化硅），在使用锌钢管的情况中可以看到氢氧化锌、碳酸锌等多种化合物产生。实际上要防止膜被（结垢物）必须连续或断续地进行清洗。
（3）针对研磨、切削、滚扎、拉丝等加工作业的场合，以冷却、润滑为主，主目的使用水溶性油剂。例如：在切削加工上，切削油剂的作用为：
①工具表面润滑 ②冷却工具、被削材料 ③排除切屑细片 ④保护加工后的表面，防锈研磨，滚轧，拉丝也同样。
一般水溶性油剂经常腐坏，造成使用周期缩短。而为了防止腐坏添加杀微生物剂的场合比较多（而杀微生物剂都有一定的刺激性并伴有毒性）。因此需要有一种作为杀微生物剂以无臭灭毒的最为理想。由于水溶性油剂含有各种添加物有毒性，所以最好不要长期接触并吸入油剂喷雾状东西。
三. 用玻璃作为媒体的理由
只要能够离子稳定地存在，除了玻璃以外也在开发液体或固体有机物或无机物。但是，为什么溶解性玻璃受关注？是因为由于和玻璃同时溶出的连续凝结金属离子不需要补充和交换。为了能溶出稳定状态的银离子水溶性玻璃是备受关注的理由。
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1. 当银离子伴随玻璃溶化能够长期保持有效离子状态。
2. 由玻璃溶出连续供给银离子，不需要补充或交换。
3. 根据需要，变更玻璃组成而调节银离子的溶出速度。
4. 因为以硅酸盐为主体的具有杀菌性、防藻性效果以外还有凝固沉淀效果，抑止浊度、SS（悬浊物质）。
5. 对人体、生态系统无害。
关于：
⑴具有同样银离子浓度的玻璃溶解水溶液和硅酸银水溶液的杀菌防藻效果比较，确认玻璃体更有持续能力。结合重合性硅酸阴离子和硼酸阴离子在水里为一般而推测银离子会稳定化。其结构有很多不明之处。
⑵由于为一般所相信玻璃中的银离子虽然量少但平均分散，与玻璃溶解银离子的溶化速度固定，所以可根据玻璃组成粒径投放量调节。
⑶玻璃的溶出速度按每个成份不同。
碱氧化物（Na2O,K2O）氧化硅素氧化硼素（B2O3）溶出速度大。反而SiO2,Al2O3,CaO慢，纯水中的溶解速度与溶解度比例氧化银（Ag2O）本身的溶解度低。那么，银离子的溶出速度应该慢。然而，如果和B2O3一起溶出速度是一样的。
另外，如碱浓度高，PH高，B2O3浓度高，PH低等有二次的效果。所以，如果在PH值有限制的实用组成受限制。当然在饮用水使用的抗菌玻璃中不应该含有B2O3成份。
⑷实用化的水溶性玻璃具有杀菌灭藻作用外，还具有下降浊度、分散、控制结垢（膜被物）的生成。水溶性玻璃溶出时，水中的浮游物粘土粒子、微粒子的有机物、无机物、浮游生物、细菌类等固体形状物凝集沉淀、有部分被除去。
在循环水系统里，有报告提示水中的铁份减少。当然有作为水中的有机物存在量标准生化学氧气要求量（BOD）和化学氧气要求量（COD）等减少的作用要体现抗菌性必须存在一定量的银离子，作为玻璃要求含有需要量的银（Ag2O）按适当的释放速度容入水里，作为高浓度玻璃有磷酸系，然而从环境保护条件来考虑，不可以使用P2O5作为玻璃成份。
因此，可以为工业上使用的银溶出速度快的有：
SiO2 -B2O3-Na2O-Ag2O系（例如Biosure SG），为饮用水使用不含B2O3成份的SiO2 - Al2 O-Na2O-K2(CaO-Ag2O系（例如Biosure SGD）
四.玻璃结构和银离子
作为玻璃里面的银形态分别有离子形（Ag+）和元素状（金属银）。在高温下，有银离子会还原的趋势。有可能急冷的玻璃里。氧气要求量（COD）等减少的作用。要体现抗菌性必须，存在一定量的银离子作为玻璃要求含有需要量的银（Ag2O）按适当的速度溶入水里。作为高浓度玻璃的磷酸系。然而，从环境条件来看，不可使用P2O5作为玻璃成分。
因此，在工业上使用银，溢出速度大的SiO2 -B2O3-Na2O-Ag2O系（例如Biosure SG），饮用水上使用不含B2O3成分的SiO2- Al2 O-Na2O-K2(CaO-Ag2O系（例如Biosure SGD）等价氧气一起三载四配位硼素组成的AgBO4四面体结构：
B-O-B+Ag2O -> B-O-Ag（I）
B-O-B+Ag2O -> AgBO4 （II）
同样为所知Al2O3和碱氧化物（M2O）或碱土类氧化物（NPO）结合而形成含有4配位铝离子的MAlO4或MAlO4四面体结构。当然可以认为Al2O和Ag2O结合形成AgAlO4四面体。Al-O-Al＋Ag2O→AgAlO4（Ⅳ）Na2O 在玻璃里和SiO2、B2O3或Al2O3是结合时有优先次序。光谱测定判明Na2O优先和B2O3和Al2O3结合。Na2O和SiO2结合的浓度是和B2O3、Al2O3结合的1/2或其下。因此Ag2O大多数是和B2O3结合（Ⅱ或Ⅲ结构），可推定很少与SiO2结合（Ⅰ型结构）。如测试玻璃里给银离子活动度系数带来的B2O3或SiO2添加时可以得到同样的结果。
已经说明玻璃溶解，在标准的场合，已经陈述过，已经说明与O3成分溶解速度快，从表2提示了解银离子从SG玻璃溶出速度快。SGD玻璃以溶出速度慢的SiO2为主成分。可以知道，银离子溶出速度也慢。
五.银离子的稳定性
Na2O和K2O溶解度非常大（表1）和其比较，Ag2O本身对水的溶解度非常低（表1）因此含有碱氧化物和Ag2O玻璃溶出在水里的场合。碱离子（M＋）在水溶液里和质子（H＋）置换可能成为MOH溶出在水里。含Ag2O玻璃溶出的场合，银离子不在水里游离，可推测留在玻璃网眼里。只要和电子阴性度大的氧离子结合银离子就会保持稳定。
这就是玻璃里的银离子不管在水里溶解还能保持稳定的理由。零散玻璃在水里溶解是的反应推定如下：
Si—O—Na(零散玻璃) ＋H2O→Si- O- H（水溶液）＋NaOH（水溶液）
B—O—Na(零散玻璃) ＋H2O→ B- O- H（水溶液） ＋NaOH（水溶液）
NaBO4 (零散玻璃) ＋H2O→ HBO4 （水溶液） ＋NaOH（水溶液）
NaAlO4 (零散玻璃) ＋H2O→Al- O H（水溶液）＋NaOH（水溶液）
Si—O—Ag(零散玻璃) ＋H2O→Si- O- Ag（水溶液）
B—O—Ag(零散玻璃) ＋H2O→B- O- Ag（水溶液）
AgBO4 (零散玻璃) ＋H2O→AgBO4 （水溶液）
AgAlO4 (零散玻璃) ＋H2O→AgAlO4 （水溶液）
六.含有银离子的玻璃用途
七.结尾
含有大量B2O3的SG系玻璃抗菌作用强，提示符合要求的作用。可是不含B2O3的SGD系玻璃对人体完全无害而抗菌作用比较弱。
