CN109645027A - 一种耐变色含银抗菌材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐变色含银抗菌材料及其制备方法。以六方氮化硼为载体，搭载抗菌剂银。本发明以三聚氰胺为氮源，以硼酸为硼源，加入硝酸银，通过化学沉淀反应获得前驱体；利用所获得的前驱体，在还原气氛下，经过煅烧，制备得到载银六方氮化硼纳米片。所制备的载银氮化硼呈二维片状结构，表面富含氨基和羟基等官能团，具有丰富的孔隙结构，可广泛应用于生物、化学、光电物理和材料等多个学科领域。本发明利用氮化硼的强吸附性能，使银不易于溶出氧化，解决了银的易变色问题。

Description

一种耐变色含银抗菌材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐变色的新型含银抗菌材料及其制备方法。
背景技术
抗菌剂的种类多种多样，根据抗菌有效成分的不同可分为金属离子抗菌剂（Ag、Cu、Zn等）、钛系抗菌剂、氧化锌系抗菌剂等。其中，银以其优异的抗菌强度、耐高温、不易分解等优点备受关注，在众多抗菌剂中脱颖而出。目前，用作银抗菌剂的载体主要有硅酸盐系、磷酸盐系、氧化物系等等，但是在载银抗菌材料中存在一个普遍问题---银易氧化为Ag2O变色，并且很大程度上影响了材料的杀菌效果、抗菌性能和美观性，载银抗菌材料的研究难点在于克服银的变色。中国发明专利（CN 102239887A）公开了一种载银磷酸锆，所制备的材料虽然具有抗银变色的功能，但由于使用的原材料含大量氯离子，氯离子易与银形成氯化银从而影响粉体的抗菌效果及耐变色能力，该技术方案中，为除去氯离子需要进行超滤处理，导致过程复杂化。
氮化硼是由氮原子和硼原子构成的非金属化合物，主要有四种不同的变体：六方氮化硼（h-BN)、菱方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)。其中，六方氮化硼又名“白色石墨”，具有类似石墨的层状结构，有良好的润滑性、耐高温和耐化学腐蚀性，因而，近年来受到广泛的关注。如文献（J. Mater. Chem. A,2015,3,16663-16669）中,对氮化硼使用单宁酸进行表面修饰，加入Ag后显著提高材料的催化性能。文献（Ceram.Int.,2017,16755-16762）中，使用Cu与BN进行复合，显著提高了材料的耐氧化耐热性能。但以氮化硼为载体，制备耐变色载银抗菌剂的技术方案未见报道。
发明内容
本发明针对现有抗菌剂存在的不足，提供一种成本低廉，工艺简单，耐变色的新型含银抗菌材料及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种耐变色含银抗菌材料的制备方法，包括如下步骤：
(a) 前驱体的配置
以三聚氰胺粉末为氮源，以硼酸粉末为硼源，按氮源与硼源的摩尔比为1:1～10:1，将三聚氰胺粉末完全溶解于去离子水中，依次加入硼酸粉末和银源硝酸银，搅拌至反应完全后，得到前驱体溶液；
(b) 旋蒸处理
将前驱体溶液经旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 煅烧处理
将前驱体粉末在还原气氛下进行煅烧；自然冷却至室温，得到载银氮化硼纳米片。
本发明制备方法的优选方案是：所述还原气氛为碳气氛、一氧化碳气氛、氢气氛、氨气氛、氮气氛、氩气氛中的一种，或它们的任意组合；所述前驱体溶液旋转蒸发的温度为30～95℃；所述煅烧处理的条件为：煅烧温度500～1200℃，煅烧时间0.5～8h。
本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种耐变色含银抗菌材料，它为六方氮化硼与银的复合材料，呈二维片状结构。
本发明的原理是：片状结构的六方氮化硼比表面积大，并且具有丰富的结构缺陷，吸附能力优异。由于材料表面富含氨基和羟基等官能团，它们能够与银形成有效的配位作用，使氮化硼与银之间产生类似化学键的强相互作用，使得银能够稳定地附着于氮化硼表面或内部，不易溶出形成自由离子而被氧化，从而解决了含银抗菌剂的变色问题。同时，抗菌剂还拥有耐高温、绿色安全等优点。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明制备得到10nm以下的银纳米颗粒，并使其均匀分布在片状BN载体上，提高了材料的接触面积，有利于抗菌性能的提升。对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌有良好的抗菌效果。
2.本发明利用氮化硼的强吸附性，使银离子不易溶出，且耐变色。
3.本发明制备的抗菌剂以层状氮化硼为载体，以银为抗菌金属离子，不仅有抗菌特性，同时还具有安全性，有利于人体健康。
4.本发明制备的载银氮化硼纳米粉体，制备工艺简单，制备成本低，污染小，容易实现量产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的载银氮化硼抗菌材料的XRD图谱。
图2是本发明实施例1制备的载银氮化硼抗菌材料的红外谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透过率。
图3是本发明实施例1制备的载银氮化硼抗菌材料的透射电镜图谱。
图4是本发明实施例1制备的载银氮化硼抗菌材料的紫外漫反射图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步描述。
实施例1
(a) 取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于200mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，再加入20mg硝酸银粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；
(b) 将前驱体溶液通过旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至900℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为载银氮化硼纳米片。
参见附图1，它是本实施例制备的载银氮化硼抗菌材料的XRD图谱。从图1中可以看出，本实施例制备得到的样品为六方氮化硼与银的复合材料。
参见附图2，它是本实施例制备的载银氮化硼抗菌材料的红外谱图。从图2中可以看出样品中存在B-N、N-B-N的振动带（~1384cm-1、~792cm-1），-OH的振动峰（~3431cm-1），以及-NH2的振动峰（~3220cm-1）。
参见附图3，它是本实施例制备的载银氮化硼抗菌材料的透射电镜图谱。从图3中可以看出，本实施例所制备的载银氮化硼抗菌材料呈二维片状结构，银以纳米颗粒均匀分布在氮化硼纳米片上。
参见附图4，它是本实施例制备的载银氮化硼抗菌材料的紫外漫反射图谱。从图中可以看出，放置15天与45天的样品，其漫反射图谱没有发生明显变化，图中没有出现氧化银的峰，证明载银氮化硼有良好的耐变色能力。
实施例2
(a) 取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于200mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，再加入40mg硝酸银粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；
(b) 将前驱体溶液通过旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至800℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为载银氮化硼纳米片。
实施例3
(a) 取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于200mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，再加入10mg硝酸银粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；
(b) 将前驱体溶液通过旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至850℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为载银氮化硼纳米片。
实施例4
(a) 取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于200mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，再加入40mg硝酸银粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；
(b) 将前驱体溶液通过旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至950℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为载银氮化硼纳米片。

Claims (5)

1.一种耐变色含银抗菌材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(a) 前驱体的配置
以三聚氰胺粉末为氮源，以硼酸粉末为硼源，按氮源与硼源的摩尔比为1:1～10:1，将三聚氰胺粉末完全溶解于去离子水中，依次加入硼酸粉末和银源硝酸银，搅拌至反应完全后，得到前驱体溶液；
(b) 旋蒸处理
将前驱体溶液经旋转蒸发得到白色粉末，干燥后得到前驱体粉末；
(c) 煅烧处理
将前驱体粉末在还原气氛下进行煅烧；自然冷却至室温，得到载银氮化硼纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种耐变色含银抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述还原气氛为碳气氛、一氧化碳气氛、氢气氛、氨气氛、氮气氛、氩气氛中的一种，或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种耐变色含银抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述前驱体溶液旋转蒸发的温度为30～95℃。
4.根据权利要求1所述的一种耐变色含银抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧处理的条件为：煅烧温度500～1200℃，煅烧时间0.5～8h。
5.按权利要求1制备方法得到的一种耐变色含银抗菌材料，它为六方氮化硼与银的复合材料，呈二维片状结构。
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