CN113287606A - 一种石墨烯消毒剂的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯消毒剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括的步骤依次为：步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中，4‑8min后获得石墨烯悬浮液，经过1h～2h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌；步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度并进行微调；步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。好处为：石墨烯与季铵盐协同作用，提高季铵盐杀菌效果，降低季铵盐的使用时浓度，减少消毒剂使用量，保护环境，节约费用。

Description

一种石墨烯消毒剂的制备方法
技术领域
本发明涉及消杀技术领域，具体是指一种石墨烯消毒剂的制备方法。
背景技术
消毒液(disinfector，常称消毒剂、消毒水)是液体的消毒剂，主要用于各种场所和要求的消毒工作，杀灭细菌、真菌、病毒等微生物。
依据使用场所不同，消毒液可分为家用消毒液、工业级消毒液、食品级消毒液等，按照化学成分有次氯酸钠(84消毒液)、季铵盐(94消毒液)、氯间二甲苯酚(滴露消毒液、威露士消毒液)、过氧乙酸等。消毒水的种类有很多，根据其消毒原理的不同，主要分为氧化类、醛类、酚类、醇类、碱盐类、卤素类、表面活性剂类等。
其中氧化类杀菌机理是释放出新生态原子氧、氧化菌体中的活性基团。杀菌特点是作用快而强，能杀死所有微生物，包括细菌芽孢、病毒。以表面消毒为主，如二氧化氯、双氧水、臭氧、次氯酸钠等，该类消毒剂为灭菌剂。醛类的杀菌机理是使蛋白变性或烷基化。杀菌特点是对细菌、芽孢、真菌、病毒均有效。但温度影响较大。如甲醛、戊二醛等。该类消毒剂可做灭菌剂使用。酚类的杀菌机理是使蛋白变性、沉淀或使酶系统失活。杀菌特点是对真菌和部分病毒有效。醇类的杀菌机理是使蛋白变性，干扰代谢。杀菌特点是对细菌有效，对芽孢、真菌、病毒无效，如乙醇、乙丙醇等。该类消毒剂为中效消毒剂，只能用于一般性消毒。碱盐类的杀菌机理是使蛋白变性、沉淀或溶解。杀菌特点是能杀死细菌繁殖体，能杀死细菌芽孢、病毒和一些难杀死的微生物。杀菌作用强，有强腐蚀性，如氢氧化钠、氧化钙、食盐(无腐蚀性)等。一般只能作为预防消毒液和灭菌洗涤液。卤素类的杀菌机理是氧化菌体中的活性基因，与氨基结合使蛋白变性。特点是能杀死大部分微生物，以表面消毒为主，性质不稳定，杀菌效果受环境条件影响大，如次氯酸钠、优氯净等。该类消毒剂为中效消毒液，可以作为一般消毒剂使用。表面活性剂类的杀菌机理是改变细胞膜透性，使细胞质外漏，妨碍呼吸或使蛋白酶变性。杀菌特点是能杀死细菌繁殖体，但对芽孢、真菌、病毒、结核病菌作用差。碱性、中性条件下效果好，如新洁尔灭、百毒杀等。该类消毒剂为中低效消毒剂，可以作为一般消毒剂使用。
有的研究报告指出，消毒水或者抗生素等的过度使用容易刺激细菌或病毒变异，甚至导致细菌或病毒产生抗性。同时消毒水或者抗生素等的过度使用，一定程度上会对人体产生伤害。
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。同时石墨烯还具有优异的抗菌功能，可有效避免细菌滋生，可应用在众多领域。
石墨烯抗菌原理：石墨烯材料的抗菌抗病毒能力主要基于以下几种机制的混合协同作用：1)物理切割，也称纳米刀(nano-knives)，石墨烯材料尖锐物理边缘可有效切割细菌病毒表面，破坏细胞壁和膜结构，造成胞内物质泄漏和代谢紊乱，最终导致细菌病毒死亡，是石墨烯材料的主要抗菌抗病毒机制之一；2)膜表面成分提取(insertionandextraction)，石墨烯材料具有大的比表面积和疏水性，可以有效通过接触或插入方式吸附结合细菌病毒表面的磷脂分子，从而破坏其细胞膜结构引起细菌病毒死亡；3)物理捕获(wrapping)，石墨烯材料会通过包裹方式将细菌同周围介质隔离，进而阻断其增殖，起到抑菌作用；4)氧化应激作用(ros)，在同细菌接触过程中，石墨烯表面缺陷和尖锐的边缘结构均会诱导细菌产生活性氧成分，从而导致其正常生理代谢紊乱，造成细菌死亡。除了上述主要抗菌抗病毒机制外，电荷传导也是重要的石墨烯抗菌机制，该机制通过石墨烯传导细菌表面电荷，破坏细胞膜的生理活动和功能，造成细菌代谢紊乱，进而促进细菌死亡。因此，石墨烯在抗菌消毒领域有着非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可使石墨烯与季铵盐协同作用的石墨烯消毒剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括的步骤依次为：
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中，4-8min后获得石墨烯悬浮液，经过1h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。
作为改进，所述石墨烯粉末选自机械剥离的石墨烯，机械剥离的石墨烯缺陷少。
作为改进，所述石墨烯粉末与分散剂的质量比为1：(0.4～3)，根据不同的分散剂作出不同的调整。
作为改进，所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮、N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甲苯、丙酮中的一种或几种，能够有效使石墨烯粉末溶于水。
作为改进，所述微波反应器的功率为400-900W，能够快速获得石墨烯悬浮液。
作为改进，所述非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂中的一种或多种组合，使石墨烯分散液能够有效与季铵盐相溶。
作为改进，所述反应釜内的温度为40°～90°，适宜反应，减少结晶。
作为改进，所制得的石墨烯消毒剂浓度为200mg/L～600mg/L，使消毒剂降低的同时又具有良好的消毒作用。
本发明具有如下优点：主要成分以石墨烯为载体，不含酒精，不含次氯酸，安全无毒，不燃不爆，无色无味，能杀灭多种细菌，真菌及病毒，具有长效作用，可直接喷于空气，皮肤，衣物等，对于眼部及口腔呼吸道系统无危害，石墨烯与季铵盐协同作用，提高季铵盐杀菌效果，降低季铵盐的使用时浓度，减少消毒剂使用量，保护环境，节约费用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括的步骤依次为:
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液，所述石墨烯粉末选自机械剥离的石墨烯，机械剥离的石墨烯缺陷少，所述石墨烯粉末与分散剂的质量比为1：(0.4～3)，根据不同的分散剂作出不同的调整，所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮、N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甲苯、丙酮中的一种或几种，能够有效分散石墨烯粉末。
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中，4-8min后获得石墨烯悬浮液，经过1h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液，所述微波反应器的功率为400-900W，能够快速获得石墨烯悬浮液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂，所述非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂中的一种或多种组合，使石墨烯分散液能够有效与季铵盐相溶，所述反应釜内的温度为40°～90°，适宜反应，减少结晶；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂，所制得的石墨烯消毒剂浓度为200mg/L～600mg/L，使消毒剂降低的同时又具有良好的消毒作用。
本发明的实施例1提供一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下重量份的原料：石墨烯粉末1重量份，分散剂(N-甲基吡咯烷酮)0.6重量份，水120重量份，非离子表面活性剂(烷基酚聚氧乙烯醚)0.4重量份，季铵盐50重量份。
上述一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中(功率为500W)，6min后获得石墨烯悬浮液，经过2h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入60°的反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度是否在430mg/L～440mg/L，并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。
本发明的实施例2提供一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下重量份的原料：石墨烯粉末1重量份，分散剂(N-二甲基甲酰胺)1重量份，水150重量份，非离子表面活性剂(脂肪酸聚氧乙烯酯)0.6重量份，季铵盐60重量份。
上述一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中(功率为400W)，8min后获得石墨烯悬浮液，经过1.2h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入70°的反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度是否在410mg/L～420mg/L，并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。
本发明的实施例3提供一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下重量份的原料：石墨烯粉末1重量份，分散剂(乙二醇)2重量份，水200重量份，非离子表面活性剂(脂肪酸甲酯乙氧基化物)2重量份，季铵盐100重量份。
上述一种石墨烯消毒剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中(功率为800W)，4min后获得石墨烯悬浮液，经过1.6h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入50°的反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度是否在520mg/L～530mg/L，并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：包括的步骤依次为：
步骤一：将石墨烯粉末倒入水中，加分散剂后搅拌均匀，获得石墨烯预分散液；
步骤二：将获得的石墨烯预分散液置于微波反应器中，4-8min后获得石墨烯悬浮液，经过1h～2h超声波处理获得均质稳定的石墨烯分散液；
步骤三：将稳定的石墨烯分散液倒入反应釜中，向反应釜中加入非离子表面活性剂进行搅拌混合，再加入季铵盐混合搅拌，获得石墨烯预消毒剂；
步骤四：检测此时石墨烯预消毒剂的浓度并进行微调；
步骤五：再次搅拌石墨烯预消毒剂，使其充分反应，得到石墨烯消毒剂。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述石墨烯粉末选自机械剥离的石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述石墨烯粉末与分散剂的质量比为1：(0.4～3)。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮、N-二甲基甲酰胺、乙二醇、二甲苯、丙酮中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述微波反应器的功率为400-900W。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所述反应釜内的温度为40°～90°。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯消毒剂的制备方法，其特征在于：所制得的石墨烯消毒剂浓度为200mg/L～600mg/L。
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