CN108782607A - 一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,本发明整个反应过程绿色环保,分别采用“绿色”还原剂葡萄糖,以及“绿色”稳定剂可溶性淀粉,来防止纳米颗粒之间的相互团聚,上述材料是廉价易得的物质,且不具有毒性,不会对复合材料的生物安全性有影响,还节省了后续环保处理成本。此外,本发明对还原后的石墨烯/银纳米复合材料进行退火热处理,有助于结构的改善,增强导电性。此外,游离Ag纳米颗粒的抗菌活性保留在复合材料中,复合材料可广泛应用于生物材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料领域,尤其涉及一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯,是一种由sp2杂化的碳原子以六方形格子的形式成键,所形成的碳的二维平面单层结构,是碳的同素异形体。石墨烯是构建其他维数碳材料的基本单元,当它以包裹、卷绕和堆砌的方式变化时,可以分别形成零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的石墨。石墨烯具有良好的电学与光学性能、力学性能、热传导性能以及极高的电荷载流子迁移率,同时还有出色的机械强度和柔韧性。石墨烯的这些性质,让它受到众多关注而迅速成为研究的热点。通过化学修饰处理的石墨烯及其衍生物更是具有特殊功能的材料,可用于晶体管、液晶装置、电化学生物传感器、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等等。
纳米粒子具有稳定的物理化学性能,尤其是优良的电子传输能力,然而银纳米粒子的性质与其形貌、尺寸、颗粒间距等有着密切的关系。目前,虽已有一些关于石墨烯/银纳米复合材料的报道,但其制备方法较为复杂,并且生长在石墨烯表面的银纳米粒子尺寸、密度不可控。
此外,氧化还原溶液法因为不需要真空设备,能够显著降低成本,因此各国对该领域都在加紧研究。然而,氧化还原溶液法所得石墨烯为还原氧化石墨烯,其片层并不连续,为多层石墨烯片相互糅合组成的“碳饼”,严重影响石墨烯/银复合材料的导电性。此外,达到完全抗菌时的浓度较高,从而影响了其抗菌性能。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足,而提供一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法。
本发明为实现上述目的,采用以下技术方案:
一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.1~0.16g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为15~25min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为205℃~215℃,时间为90min。
优选地,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.05~0.08g/L。
优选地,步骤S2中第一次超声分散的温度为35~45℃、频率为15000~20000Hz、流速为2.0~3.0m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
优选地,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为20000~24000Hz、流速为3.0~4.0m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
优选地,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
优选地,步骤S5中所述还原时间为26h。
本发明的有益效果是,本发明整个反应过程绿色环保,分别采用“绿色”还原剂葡萄糖,以及“绿色”稳定剂可溶性淀粉,来防止纳米颗粒之间的相互团聚,上述材料是廉价易得的物质,且不具有毒性,不会对复合材料的生物安全性有影响,还节省了后续环保处理成本。此外,本发明对还原后的石墨烯/银纳米复合材料进行退火热处理,有助于结构的改善,增强导电性。此外,游离Ag纳米颗粒的抗菌活性保留在复合材料中,复合材料可广泛应用于生物材料领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.1~0.16g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为15~25min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为205℃~215℃,时间为90min。
优选地,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.05~0.08g/L。
优选地,步骤S2中第一次超声分散的温度为35~45℃、频率为15000~20000Hz、流速为2.0~3.0m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
优选地,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为20000~24000Hz、流速为3.0~4.0m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
优选地,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
优选地,步骤S5中所述还原时间为26h。
实施例1:
一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.1g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为25min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为205℃,时间为90min。
优选地,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.08g/L。
优选地,步骤S2中第一次超声分散的温度为35℃、频率为15000Hz、流速为2.0m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
优选地,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为20000Hz、流速为3.5m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
优选地,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
优选地,步骤S5中所述还原时间为26h。
实施例2:
一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.12g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为15min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为215℃,时间为90min。
优选地,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.06g/L。
优选地,步骤S2中第一次超声分散的温度为40℃、频率为20000Hz、流速为2.5m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
优选地,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为24000Hz、流速为3.0m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
优选地,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
优选地,步骤S5中所述还原时间为26h。
实施例3:
一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.16g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为20min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为210℃,时间为90min。
优选地,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.05g/L。
优选地,步骤S2中第一次超声分散的温度为45℃、频率为18000Hz、流速为3.0m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
优选地,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为22000Hz、流速为4.0m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
优选地,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
优选地,步骤S5中所述还原时间为26h。
上面结合具体实施例对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其步骤包括:
S1.制备氧化石墨烯:采用Hummers法制备氧化石墨烯;
S2.二次超声分散:将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次超声分散,得到单层氧化石墨烯水溶液;
S3.制备硝酸银/氧化石墨烯混合溶液:向单层氧化石墨烯水溶液中加入浓度为0.1~0.16g/L的硝酸银溶液,得到硝酸银/氧化石墨烯混合溶液;
S4.制备氧化石墨烯/纳米银复合材料:向硝酸银/氧化石墨烯混合溶液加入葡萄糖和可溶性淀粉,采用水热法反应,反应完后自然冷却至室温,然后分离产物,用去离子水和乙醇洗涤,冷冻干燥,得到氧化石墨烯/纳米银复合材料;
S5.石墨烯/银纳米抗菌复合材料:在步骤S4制备的氧化石墨烯/纳米银复合材料中,加入0.02wt%的柠檬酸钠,调节pH值为10,然后置于惰性气体氛围中,反应温度为80℃,时间为15~25min,反应完后,然后置于肼蒸汽中还原,反应完成以后用去离子水清洗、干燥,得到石墨烯/银纳米抗菌复合材料;
S6.热处理:将步骤S5制备得到的石墨烯/银纳米抗菌复合材料进行热处理,温度为205℃~215℃,时间为90min。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述单层氧化石墨烯水溶液浓度为0.05~0.08g/L。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S2中第一次超声分散的温度为35~45℃、频率为15000~20000Hz、流速为2.0~3.0m3/h、循环搅拌速度为1500r/min、超声分散时间为1h。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S2中第二次超声分散的温度为40℃、频率为20000~24000Hz、流速为3.0~4.0m3/h、循环搅拌速度为1800r/min、超声分散时间为4h。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S5中所述惰性气体为氮气、氩气、氦气的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/银纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S5中所述还原时间为26h。
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