CN101273723A - 一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种纳米氧化铜的制备方法。本发明采用微波辅助方法先制备出前驱物，然后在适当温度下进行焙烧，获得具有板块状结构的纳米氧化铜，并将纳米氧化铜粉体进行抑菌圈抗菌性能测试。发现具有这种特殊板块状结构的纳米氧化铜对金黄色葡萄球菌和枯草杆菌均具有较好的抗菌作用。本发明方法具有清洁、高效、能耗低、污染小，在有限的时间内能够合成纯度高、分布均匀的纳米材料等特点，开辟了纳米材料合成的新领域。
Description
技术领域
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及板块状结构的、高效的纳米氧化铜抗菌剂的制备方法。
背景技术
氧化铜是一种用途广泛的多功能精细无机材料，具有独特的电、磁、催化等特性，在催化、印染、玻璃、陶瓷、医药等领域的应用已有多年的历史。当氧化铜的颗粒尺度减小到纳米级，将会使它的性质更为独特，应用也将更为广泛。由于纳米材料的制备方法将影响到材料的微观结构，进而直接影响到材料的性质。因此，不同的制备方法被不断研究开发，以期获得理想结构和特殊性能的纳米材料。常见的纳米氧化铜的制备方法有沉淀法、固相合成法、水热法、电化学沉积法等。但通常这些合成方法需要的时间较长、能源消耗较高、纳米氧化铜的抗菌性能较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种绿色环保、合成方法简单，原料廉价，成本低，可获得板块状结构的高效纳米氧化铜抗菌剂的制备方法。
发明综述
本发明采用微波辅助方法先制备出前驱物，然后在适当温度下进行焙烧，获得具有板块状结构的纳米氧化铜，并将纳米氧化铜粉体进行抑菌圈抗菌性能测试。发现具有这种特殊板块状结构的纳米氧化铜对金黄色葡萄球菌和枯草杆菌均具有较好的抗菌作用。本发明方法具有清洁、高效、能耗低、污染小，在有限的时间内能够合成纯度高、分布均匀的纳米材料等特点，开辟了纳米材料合成的新领域。
发明详述
一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法，其特征在于，采用微波辅助方法，具体包括以下步骤：
1)分别配制硝酸铜、尿素的去离子水溶液，硝酸铜溶液浓度为0.1M，尿素溶液浓度为0.4～0.6M；
2)取等体积的上述硝酸铜溶液和尿素溶液于三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于微波炉内，磁力搅拌下，设置功率300～900W、50～100℃条件下反应15～60min，得到绿色混浊液；
3)将步骤2)获得的混浊液进行离心分离，分离得到的固体依次用去离子水和无水乙醇分别洗涤1～4次，然后置于80℃的恒温干燥箱内烘干2h，制得碱式碳酸铜前驱物；
4)将步骤3)获得的碱式碳酸铜前驱物放入马弗炉内，在350～600℃条件下焙烧1.5～4.5h后，得到黑色纳米氧化铜粉体。
所述步骤2)中，微波炉的功率优选400～700W、反应温度优选60～90℃，反应时间优选15～20min。
所述步骤(4)中，碱式碳酸铜前驱物在马弗炉内焙烧2～3h。
所述步骤(4)中，碱式碳酸铜前驱物在马弗炉内焙烧2h。
整个反应过程的化学反应式可表示如下：
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2
2Cu(NO3)2+4NH3+3H2O+CO2→CuCO3·Cu(OH)2↓+4NH4NO3
CuCO3·Cu(OH)2→2CuO+CO2+H2O
微波是一种高频非电离电磁波。在微波场中加热进行化学反应，反应器内部受热均匀，加热速度快，导致反应分子快速成核生长，最终获得结构独特的纳米材料。
在本发明所述不同的浓度、反应温度及功率等条件下，均能得到板块状结构的纳米氧化铜粉体。
本发明方法制备的纳米氧化铜产品为黑色粉体，属于单斜晶系，结晶度高。通过X射线粉末衍射分析(XRD)，根据Scherrer公式计算可知，其平均粒径大约为32nm；该计算结果与透射电镜(TEM)观察的结果基本一致；通过扫描电镜(SEM)观察到纳米氧化铜颗粒聚集，形成厚度大约为100nm的板块状结构；比表面积大约为30m2/g，纯度高，产品质量好。
采用抑菌圈抗菌活性实验方法对产品的抗菌性能进行评价，如果抑菌圈直径大于7mm就判定有抑菌作用。本方法合成的纳米氧化铜产品对金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抑菌圈直径可达到18～21nm，说明产品的抗菌效果好，有推广应用的前景。
本发明的优良效果如下：
(1)原料可以直接从市场上购买，价格便宜，成本低。
(2)合成反应在微波炉内进行，设备简单，反应时间较短，效率高，功耗低，节约能源。
(3)该方法获得的纳米氧化铜具有特殊的板块状结构，产品纯度高。对常见的金黄色葡萄球菌和枯草杆菌均具有较好的抗菌作用。另外，这种特殊的结构使它更加易于掺入塑料、合成纤维、颜料、黏合剂和涂料中，具有产品商业化的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备的纳米氧化铜的XRD谱图；纵坐标是强度，任意单位；横坐标是2θ，单位：度。
图2是本发明制备的纳米氧化铜的TEM照片；
图3是本发明制备的纳米氧化铜的SEM照片；
图4是本发明制备的纳米氧化铜对金黄色葡萄球菌的抑菌圈抗菌活性实验照片；
图5是本发明制备的纳米氧化铜对枯草杆菌的抑菌圈抗菌活性实验照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
1)称取12.09克三水合硝酸铜、12.01克尿素，分别溶于500mL容量瓶去离子水中，定容，摇匀待用。
2)用移液管分别移取25mL步骤1)的两种溶液于100mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于微波炉内，磁力搅拌，400W的功率下反应20min，反应温度为80℃，得到绿色混浊液。
3)将步骤2)获得的绿色混浊液离心分离，分离得到的固体用去离子水洗涤4次，无水乙醇洗涤1次，在80℃烘箱内烘干2h。得到碱式碳酸铜前驱物。
4)将步骤3)得到的碱式碳酸铜前驱物置于400℃马弗炉中，焙烧2h后，得黑色纳米氧化铜产物。
实施例2：
1)称取12.09克三水合硝酸铜、15.00克尿素，分别溶于500mL容量瓶去离子水中，，定容，摇匀待用。
2)用移液管分别移取25mL步骤1)的两种溶液于100mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于微波炉内，磁力搅拌，500W的功率下反应15min，反应温度为90℃，得到绿色混浊液。
3)将步骤2)获得的绿色混浊液离心分离，分离得到的固体用去离子水洗涤4次，无水乙醇洗涤1次，在80℃烘箱内烘干2h。得到碱式碳酸铜前驱物。
4)将步骤3)得到的碱式碳酸铜前驱物置于350℃马弗炉中，焙烧2h后，得黑色纳米氧化铜产物。
实施例3：
1)称取12.09克三水合硝酸铜、18克尿素，分别溶于500mL容量瓶去离子水中，定容，摇匀待用。
2)用移液管分别移取25mL步骤1)的两种溶液于100mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于微波炉内，磁力搅拌，700W的功率下反应15min，反应温度为60℃，得到绿色混浊液。
3)将步骤2)获得的绿色混浊液离心分离，分离得到的固体用去离子水洗涤4次，无水乙醇洗涤1次，在80℃烘箱内烘干2h。得到碱式碳酸铜前驱物。
4)将步骤3)得到的碱式碳酸铜前驱物置于500℃马弗炉中，焙烧2h后，得黑色纳米氧化铜产物。
Claims (4)
1、一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法，其特征在于，采用微波辅助方法，具体包括以下步骤：
1)分别配制硝酸铜、尿素的去离子水溶液，硝酸铜溶液浓度为0.1M，尿素溶液浓度为0.4～0.6M；
2)取等体积的上述硝酸铜溶液和尿素溶液于三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于微波炉内，磁力搅拌下，设置功率300～900W、50～100℃条件下反应15～60min，得到绿色混浊液；
3)将步骤2)获得的混浊液进行离心分离，分离得到的固体依次用去离子水和无水乙醇分别洗涤1～4次，然后置于80℃的恒温干燥箱内烘干2h，制得碱式碳酸铜前驱物；
4)将步骤3)获得的碱式碳酸铜前驱物放入马弗炉内，在350～600℃条件下焙烧1.5～4.5h后，得到黑色纳米氧化铜粉体。
2、如权利要求1所述的一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，微波炉的功率优选400～700W、反应温度优选60～90℃，反应时间优选15～20min。
3、如权利要求1所述的一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，碱式碳酸铜前驱物在马弗炉内焙烧2～3h。
4、如权利要求1所述的一种纳米氧化铜抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，碱式碳酸铜前驱物在马弗炉内焙烧2h。
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