CN100381053C - 一种低成本抗菌材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低成本抗菌材料，其特征在于采用以重量百分数TiO₂大于16.03%的含钛物料为原料，经粉磨、焙烧活化和光照激发而成。还可以向含钛物料中掺杂金属单质、金属化合物或者金属盐以进一步提高其抗菌性能。本发明还提供了一种制造上述抗菌材料的方法，按下述步骤进行：(1)原料磨细；(2)掺杂混料；(3)焙烧；(4)光照；(5)密封包装。本发明的抗菌材料抗菌性能良好，材料的生产工艺简单、生产成本低，更加有效地开发利用我国有限的钛资源，具有重大的经济意义和社会效益。该抗菌材料可用于建材、纺织、医药卫生和化工等领域。

Description

一种低成本抗菌材料及其制造方法

技术领域

本发明属于抗菌材料技术领域，即提供了一种低成本抗菌材料及其制造方法。

背景技术

半导体材料多相光催化反应得到了深入广泛的研究，目前广泛研究的半导体光催化剂有TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、Fe₂O₃、PbS、SnO₂、In₂O₃、ZnS、SrTiO₃、SiO₂等十几种。这些半导体氧化物均具有一定的光催化活性，但其中大部分易发生化学或光化学腐蚀。

TiO₂具有很好的化学稳定性、并且无毒、无二次污染、氧化能力强、催化活性高等特点，是良好的抗菌材料，但是纯TiO₂成本高。

钛虽然在我国是一种相对比较丰富的资源，但多数钛资源主要是与铁共生，品位低，达不到直接开发利用的水平。我国钢铁企业在大量开发利用铁资源时，将铁从钛铁矿里提取出来，而对矿物里其它的元素则没有充分利用，不但造成资源浪费，而且形成大量含钛渣，污染环境。

发明内容

本发明提出了一种含钛的抗菌材料，其特征在于采用重量百分数计算含TiO₂大于16.03的含钛物料为原料，并经磨细、焙烧活化和光照激发而成。

本发明的含钛抗菌材料，其特征在于可以向含钛物料中掺杂金属单质、金属化合物或者金属盐，以进一步提高其抗菌性能。

本发明还提出了一种制造上述含钛抗菌材料的方法，其特征在于以重量百分数计算含TiO₂大于16.03的含钛物料作原料，按下述主要步骤进行：

(1)粉磨  用球磨或气流磨磨细含钛物料，其平均粒径达2微米以下，以电磁场去除其中的铁屑；

(2)掺杂混料将金属单质、金属化合物或者金属盐磨至平均粒径达2微米以下，与磨细含钛物料均匀混合；

(3)焙烧活化  在600～1000摄氏度温度下，焙烧1～3小时，空气中冷却至室温；

(4)光照激发  采用波长为253.7纳米的紫外光照射5～50分钟；

(5)密封、包装。

上述金属单质可以是Ca、Fe、Zn，金属氧化物可以是MgO、CaO、V₂O₅，所说的金属盐类可以是AgCl、BaSiO₃、CaCO₃；上述的光照激发过程，也可以采用太阳光辐照，其光照时间可以为10～60分钟。

本发明所提供的抗菌材料以含钛物料为原料，经过简单的粉磨、高温焙烧活化和光照激发工艺制造而成。其工艺简便、制造成本较低，产品可广泛用于建材、纺织、医药卫生、化工等领域，不但解决了大量含钛炉渣的堆放给环境带来的污染问题，而且更加有效地开发利用我国有限的钛资源，具有很好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明的内容作进一步说明和补充。

本发明采用的含钛物料包括高钛渣、钛精矿、攀枝花钢铁公司高炉渣(攀钢渣)和承德钢铁公司高炉渣(承钢渣)，其中高钛渣是来自于锦州铁合金厂，钛精矿是来自海南清澜矿。

实施例1

采用攀钢渣，其中TiO₂为23.16wt％，含Fe约1.85wt％，含SiO₂ 24.01wt％，MgO 7.47wt％，Al₂O₃ 13.49wt％，CaO 27.19wt％，V₂O₅ 0.23wt％为原料。

将上述含钛渣经破碎和粉磨，其平均粒度达到2微米以下。电磁除铁后，将含钛渣粉放入焙烧炉中，进行活化处理，其工艺是将微粉加热至600℃，保温3小时后自然冷却至室温。未向其中作掺杂。

用波长253.7纳米的紫外光照射活化后的渣粉5分钟，作进一步地激发处理。经上述紫外光激发处理后即制成了含TiO₂的抗菌材料。密封、包装后即可出厂。

实施例2

采用锦州铁合金厂的含50.89wt％TiO₂高钛渣作原料，经过下述工序：

(1)粉磨  选用粉碎机将高钛渣破碎至约100微米后，再用球磨研磨48小时，其平均粒径达2微米以下，并用电磁场去除其中的铁屑，使Fe量在4wt％以下；

(2)掺杂混料加入金属5wt％的Zn粉、5wt％的MgO粉、20wt％的V₂O₅粉和5wt％的AgCl粉，再进一步研磨至平均粒径达2微米以下；

(3)焙烧活化  将上述微粉置于焙烧炉中，加热至在800℃，保温2小时，冷却至室温；

(4)光照激发  以太阳光照晒60分钟作进一步的激发处理；

(5)密封、包装。

实施例3

采用承德钢铁公司高炉渣作原料，经化验该渣中含TiO₂为16.03wt％，含Fe约0.40wt％，MgO 14.89wt％，Al₂O₃ 24.94wt％，CaO 32.12wt％。经过下述工序：

(1)粉磨  选用粉碎机将承德钢铁公司高炉渣破碎至约100微米后，再用球磨研磨8小时左右，其平均粒径达2微米以下，因铁含量较少，勿需用磁性分离；

(2)掺杂混料加入12wt％的AgCl微粉，用球磨机研磨至平均粒径达2微米以下，与承钢渣微粉混匀；

(3)焙烧活化  将上述混匀好的含AgCl的承钢渣微粉置于焙烧炉中，加热至1000℃，保温1小时，冷却至室温；

(4)光照激发  将活化后的含AgCl的承钢渣微粉摊平，用波长为253.7纳米的紫外光照射50分钟，进一步得到激发；

(5)密封、包装。

实施例4

采用锦州铁合金厂的高钛渣为原料，经化验该渣中含TiO₂为50.89wt％，含Fe约28.40wt％，SiO₂为4.64wt％，MgO 0.39wt％，Al₂O₃ 2.14wt％，CaO0.46wt％，V为0.049wt％。按以下步骤制造本发明的抗菌材料：

(1)粉磨  同前述的实施例2；

(2)掺杂混料加入金属单质Cu 2wt％、Zn 4wt％，化合物AgCl 25wt％和CaCO₃ 5wt％，用球磨机研磨至平均粒径达2微米以下，与高钛渣微粉相混匀；

(3)焙烧活化  将上述混匀好的含AgCl的高钛渣微粉置于焙烧炉中，采用不同温度进行活化，保温时间均定为2小时，温度为600℃、800℃、1000℃，取出冷却至室温；

(4)光照激发  将活化后的含AgCl的高钛渣微粉摊平，用波长为253.7纳米的紫外光照射50分钟，进一步得到激发；

(5)密封、包装。

分别取不同焙烧温度活化的抗菌材料，每份以0.75g为标准。选择0.75g是考虑到样品的重量对肉膏蛋白胨琼脂培养基的影响，因为在较大压力下培养基很容易受到破坏，从而影响实验结果的准确性。为了改善渣料粉末的成型性，在压片时加入适量的无水乙醇，混匀后使用Ф12mm的模具在10MPa的压力下成型，然后放入烘箱中于80℃条件下烘干待用。

抗菌性实验主要考察产品对大肠杆菌的灭杀作用，菌株采用国际标准的大肠埃希菌(ATCC8099为标准菌株)。经过浓度配比后，选用浓度为10⁶CFU/ml的大肠杆菌菌液作为实验对象。将细菌液均匀涂在含有肉膏蛋白胨琼脂培养基的无菌培养皿里，使其形成均匀的菌液膜，然后将样品轻轻放置在培养皿中，整体放入培养箱内于37℃下培养18小时，观察样品周围的细菌生长情况，并测量抑菌环。实验结果见表1。

表1不同焙烧温度后含钛渣的抗菌性能

抑菌环越大，抗菌性越好，故可以看出以800℃温度焙烧活化，性能最佳。

实施例5

采用攀钢渣为原料，其中TiO₂为23.16wt％，含Fe约1.85wt％，含SiO₂24.01wt％，MgO 7.47wt％，Al₂O₃ 13.49wt％，CaO 27.19wt％，V₂O₅ 0.23wt％。

(1)粉磨  选用粉碎机将攀钢渣破碎至约100微米后，再用球磨研磨至其平均粒径达2微米以下；

(2)掺杂混料  加入Cu 4wt％、Zn 2wt％，再加BaSO₄ 4wt％和V₂O₅12wt％，用球磨机研磨至平均粒径达2微米以下，并混料混匀；

(3)焙烧活化  将上述混匀的含钛渣微粉置于焙烧炉中，加热至800℃，保温2小时，取出冷却至室温；

(4)光照激发  将活化后的掺杂含钛渣微粉分为三份，摊平后分别以253.7纳米的紫外光辅照、太阳光直照和自然状态30分钟；

(5)密封、包装。

将上述采用不同的光照激发的样品按实施例4所用的抗菌性实验方法和步骤考察其抗菌效果，本实施例以金黄色葡萄球菌(ATCC6538标准菌株)为实验对象，如表2所示。

表2三种光照激发后含钛渣的抗菌性能

可见经紫外光和太阳光激发后，材料的抗菌性能确有提高。

实施方式6

采用承德钢铁公司高炉渣作原料，按以下步骤进行：

(1)粉磨  见实施例3；

(2)掺杂混料加入0.5wt％的AgCl，3.5wt％V₂O₅用球磨机制粉，并与承钢渣微粉混匀；

(3)焙烧活化  见实施例3；

(4)光照激发  将微粉摊平，用太阳光直射60分钟；

(5)密封、包装。

实施例7

采用海南清澜的钛精矿作原料，该矿石含TiO₂为54.5wt％，含Fe约35.33wt％，步骤如下：

(1)粉磨  同实施例2，粉磨后用电磁分离技法使Fe量控制在4wt％以下；

(2)掺杂混料  为了比较AgCl的加入量对抗菌材料的影响，分别加入5、10、20、35wt％的AgCl，连同不加AgCl的试样做成五种试样，研磨至平均粒径达2微米以下，同去铁后的钛精矿微粉均匀混合；

(3)焙烧活化  方法同实施例2，焙烧条件为800℃，保温2小时，空气中冷却至室温；

(4)光照激发  紫外光照射30分钟；

(5)密封、包装。

将不同含AgCl量的五个试样按实施例4的方法进行抗菌性能实验，以金黄色葡萄球菌(ATCC6538标准菌株)为实验对象。其结果示于表3。

表3三种AgCl配比的含钛渣的抗菌性能

显然，银离子的引入增加了含钛渣的抗菌性能，但因AgCl成本相对较高，从实用性来看，只要加入0.1～5wt％的AgCl即可。

实施例8

采用海南清澜的钛精矿作原料，其步骤同实施例7，不再赘述。

为了比较V₂O₅的加入量对对抗菌材料的影响，在掺杂混料工序中，分别加入5、10、20、35wt％的V₂O₅，连同不加V₂O₅的试样按实施例7的方法和步骤做成五个试样，再按实施例4所叙述的方法进行抗菌性能试验，以金黄色葡萄球菌(ATCC6538标准菌株)为实验对象。如表4所示。

表4不同V₂O₅配比的含钛渣的抗菌性能

表中可见V₂O₅对含钛渣微粉抗菌性能的提高作用更为明显。只要加入5wt％的V₂O₅就可取得显著效果。

Claims (3)

1.一种低成本抗菌材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)粉磨将按重量百分数计算含TiO₂大于16.03％的高钛渣或钛精矿或含钛高炉渣球磨粉碎，其平均粒径达2微米以下；

(2)掺杂混料  加入金属单质、金属化合物或者金属盐，磨至平均粒径达2微米以下，与磨细含钛物料均匀混合；

(3)焙烧活化  将混合均匀的含TiO₂微粉放置于焙烧炉加热活化，活化温度为600～1000℃，保温1～3小时，空气中冷却至室温；

(4)光照激发  将活化后的含TiO₂微粉摊平，用波长253.7纳米的紫外光辅照5～50分钟，或者用太阳光照射10～60分钟；

(5)密封、包装出厂。

2.根据权利要求1所述的一种低成本抗菌材料的制造方法，其特征在于所述掺杂的金属元素是铁、锌或者铜；掺杂的金属氧化物是氧化镁、氧化铝、氧化钙或者氧化钒。

3.根据权利要求1所述的一种低成本抗菌材料的制造方法，其特征在于所述掺杂的金属盐是氯化银、硫酸钡或者碳酸钙。