含有銀離子玻璃的水處理抗菌作用
來源： 閱讀：5495 更新時間：2007-12-26 15:49一．銀的抗菌作用
針對菌、藻類的阻止生長與控制，使用銀、銅等重金屬離子具有效果，自古以來為人們所認識。但是關于抗菌作用下的結構不是很明確。雖然知道銀離子有抗菌作用，但至今難以實現，是因為作為抗菌劑的銀離子必須具備穩定性才能起到殺菌作用。由于含銀離子的AgNO3水溶液中的銀離子容易還原成銀。所以不能起到持續殺菌作用和穩定長期殺菌效果。
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要成為具備有效的殺菌效果，必須在水溶液中的銀離子具有穩定性，作為能穩定提供銀離子的媒體——含銀離子的玻璃正在被開發！含銀離子玻璃在固體狀態下也能顯示抗菌作用。本文著重闡述的是：關于在水溶液中的含銀離子玻璃的抗菌作用。
二.銀玻璃的有利性
在含以Ag2O水溶液形式的銀離子的玻璃在水或水溶性油劑里溶出時顯示抗菌性，本來在需要抗菌性玻璃背景下有工業方面和環境保護方面的要求，那是因為目前水處理已存在的問題。本問題分別為（1）飲用水，游泳池，水池（2）冷卻水（3）水溶性油劑的三大類。
（1）飲用水，游泳池，水池的水大都是從江河湖海中采取的，通過凈水處理場凈化采用殺菌劑殺菌，殺菌劑的類別在日本有氯氣、亞氯酸鈉等氯系化合物為合法的殺菌劑。現在氯被認為是最有效的安全殺菌劑，但會有沼氣、甲烷等惡臭問題發生。還有在游泳池里大腸桿菌、霉菌的異常繁殖、藻類的產生會引起水質污染、凈化功能下降等問題。
溫水游泳池由于對衛生管理方面更加嚴格，在實際使用中會有氯濃度投放超標現象。這會引起對眼睛，喉嚨危害。
（2）以冷卻塔為代表的冷卻水的使用分別為中央空調和工場內的機械循環冷卻使用。在以上冷卻水回路里細菌，霉，藻類二次利用水中的營養成分進行繁殖。從它被分泌的多糖類，粘著物質使水中的浮游懸浮物沉淀化粘著。該沉淀物就是淀渣。它和空氣中的浮游灰塵，泥土混在一起粘著成的泥狀物質后造成熱量轉換效率下降、水質變壞、管路腐蝕、甚至漏水等原因產生。要控制或除去淀渣、菌、藻類的發生，人們一直以來廣泛采用過濾器過濾、陶瓷石、活性碳過濾吸附，用有機錫化合物等消毒法。由于冷卻水系統不是完全封閉，在冷卻塔中水分子被蒸發，水系統中的不良離子凝固生成氧化物膜被（俗稱：銹垢）。組成的氧化物膜被的化合物除了有碳酸鈣、磷酸鈣以外還有硅石（二氧化硅），在使用鋅鋼管的情況中可以看到氫氧化鋅、碳酸鋅等多種化合物產生。實際上要防止膜被（結垢物）必須連續或斷續地進行清洗。
（3）針對研磨、切削、滾扎、拉絲等加工作業的場合，以冷卻、潤滑為主，主目的使用水溶性油劑。例如：在切削加工上，切削油劑的作用為：
①工具表面潤滑 ②冷卻工具、被削材料 ③排除切屑細片 ④保護加工后的表面，防銹研磨，滾軋，拉絲也同樣。
一般水溶性油劑經常腐壞，造成使用周期縮短。而為了防止腐壞添加殺微生物劑的場合比較多（而殺微生物劑都有一定的刺激性并伴有毒性）。因此需要有一種作為殺微生物劑以無臭滅毒的最為理想。由于水溶性油劑含有各種添加物有毒性，所以最好不要長期接觸并吸入油劑噴霧狀東西。
三. 用玻璃作為媒體的理由
只要能夠離子穩定地存在，除了玻璃以外也在開發液體或固體有機物或無機物。但是，為什么溶解性玻璃受關注？是因為由于和玻璃同時溶出的連續凝結金屬離子不需要補充和交換。為了能溶出穩定狀態的銀離子水溶性玻璃是備受關注的理由。
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1. 當銀離子伴隨玻璃溶化能夠長期保持有效離子狀態。
2. 由玻璃溶出連續供給銀離子，不需要補充或交換。
3. 根據需要，變更玻璃組成而調節銀離子的溶出速度。
4. 因為以硅酸鹽為主體的具有殺菌性、防藻性效果以外還有凝固沉淀效果，抑止濁度、SS（懸濁物質）。
5. 對人體、生態系統無害。
關于：
⑴具有同樣銀離子濃度的玻璃溶解水溶液和硅酸銀水溶液的殺菌防藻效果比較，確認玻璃體更有持續能力。結合重合性硅酸陰離子和硼酸陰離子在水里為一般而推測銀離子會穩定化。其結構有很多不明之處。
⑵由于為一般所相信玻璃中的銀離子雖然量少但平均分散，與玻璃溶解銀離子的溶化速度固定，所以可根據玻璃組成粒徑投放量調節。
⑶玻璃的溶出速度按每個成份不同。
堿氧化物（Na2O,K2O）氧化硅素氧化硼素（B2O3）溶出速度大。反而SiO2,Al2O3,CaO慢，純水中的溶解速度與溶解度比例氧化銀（Ag2O）本身的溶解度低。那么，銀離子的溶出速度應該慢。然而，如果和B2O3一起溶出速度是一樣的。
另外，如堿濃度高，PH高，B2O3濃度高，PH低等有二次的效果。所以，如果在PH值有限制的實用組成受限制。當然在飲用水使用的抗菌玻璃中不應該含有B2O3成份。
⑷實用化的水溶性玻璃具有殺菌滅藻作用外，還具有下降濁度、分散、控制結垢（膜被物）的生成。水溶性玻璃溶出時，水中的浮游物粘土粒子、微粒子的有機物、無機物、浮游生物、細菌類等固體形狀物凝集沉淀、有部分被除去。
在循環水系統里，有報告提示水中的鐵份減少。當然有作為水中的有機物存在量標準生化學氧氣要求量（BOD）和化學氧氣要求量（COD）等減少的作用要體現抗菌性必須存在一定量的銀離子，作為玻璃要求含有需要量的銀（Ag2O）按適當的釋放速度容入水里，作為高濃度玻璃有磷酸系，然而從環境保護條件來考慮，不可以使用P2O5作為玻璃成份。
因此，可以為工業上使用的銀溶出速度快的有：
SiO2 -B2O3-Na2O-Ag2O系（例如Biosure SG），為飲用水使用不含B2O3成份的SiO2 - Al2 O-Na2O-K2(CaO-Ag2O系（例如Biosure SGD）
四.玻璃結構和銀離子
作為玻璃里面的銀形態分別有離子形（Ag+）和元素狀（金屬銀）。在高溫下，有銀離子會還原的趨勢。有可能急冷的玻璃里。氧氣要求量（COD）等減少的作用。要體現抗菌性必須，存在一定量的銀離子作為玻璃要求含有需要量的銀（Ag2O）按適當的速度溶入水里。作為高濃度玻璃的磷酸系。然而，從環境條件來看，不可使用P2O5作為玻璃成分。
因此，在工業上使用銀，溢出速度大的SiO2 -B2O3-Na2O-Ag2O系（例如Biosure SG），飲用水上使用不含B2O3成分的SiO2- Al2 O-Na2O-K2(CaO-Ag2O系（例如Biosure SGD）等價氧氣一起三載四配位硼素組成的AgBO4四面體結構：
B-O-B+Ag2O -> B-O-Ag（I）
B-O-B+Ag2O -> AgBO4 （II）
同樣為所知Al2O3和堿氧化物（M2O）或堿土類氧化物（NPO）結合而形成含有4配位鋁離子的MAlO4或MAlO4四面體結構。當然可以認為Al2O和Ag2O結合形成AgAlO4四面體。Al-O-Al＋Ag2O→AgAlO4（Ⅳ）Na2O 在玻璃里和SiO2、B2O3或Al2O3是結合時有優先次序。光譜測定判明Na2O優先和B2O3和Al2O3結合。Na2O和SiO2結合的濃度是和B2O3、Al2O3結合的1/2或其下。因此Ag2O大多數是和B2O3結合（Ⅱ或Ⅲ結構），可推定很少與SiO2結合（Ⅰ型結構）。如測試玻璃里給銀離子活動度系數帶來的B2O3或SiO2添加時可以得到同樣的結果。
已經說明玻璃溶解，在標準的場合，已經陳述過，已經說明與O3成分溶解速度快，從表2提示了解銀離子從SG玻璃溶出速度快。SGD玻璃以溶出速度慢的SiO2為主成分。可以知道，銀離子溶出速度也慢。
五.銀離子的穩定性
Na2O和K2O溶解度非常大（表1）和其比較，Ag2O本身對水的溶解度非常低（表1）因此含有堿氧化物和Ag2O玻璃溶出在水里的場合。堿離子（M＋）在水溶液里和質子（H＋）置換可能成為MOH溶出在水里。含Ag2O玻璃溶出的場合，銀離子不在水里游離，可推測留在玻璃網眼里。只要和電子陰性度大的氧離子結合銀離子就會保持穩定。
這就是玻璃里的銀離子不管在水里溶解還能保持穩定的理由。零散玻璃在水里溶解是的反應推定如下：
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.含有銀離子的玻璃用途
七.結尾
含有大量B2O3的SG系玻璃抗菌作用強，提示符合要求的作用。可是不含B2O3的SGD系玻璃對人體完全無害而抗菌作用比較弱。
