CN114645375A - 一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用 - Google Patents

一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌银盐/g‑C3N4复合纳米纤维膜的应用。具有抗菌性能的银盐/g‑C3N4复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料。本发明将具有光催化活性的银类化合物、环境友好的半导体材料g‑C3N4和静电纺丝技术相结合，制备出机械性能良好的银盐/g‑C3N4复合纳米纤维膜，将银盐/g‑C3N4复合纳米纤维膜作为口罩的过滤层，实现银盐/g‑C3N4复合纳米纤维膜在口罩领域的应用。本发明提供的抗菌口罩制备工艺简单，较好过滤颗粒和微生物的能力，且抗菌口罩可以重复使用。

Description

一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用
技术领域
本发明属于纳米纤维膜技术领域，特别涉及一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用。
背景技术
静电纺丝技术是指在高压静电的作用下将聚合溶液或者熔体纺制成微/纳米纤维膜的方法。通过静电纺丝技术制备得到的微/纳米纤维膜具有重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高、内部空隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合的优点。目前，通过静电纺丝技术制备的/纳米纤维膜逐渐被人们应用在废水处理、空气污染处理等领域。然而，现阶段静电纺丝技术制备的/纳米纤维膜的应用领域仍有局限，应用的范围不够广泛。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提供一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，可以拓展静电纺丝技术制备的纳米纤维膜的应用范围。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料。
可选地，在一些实施方式中，所述抗菌口罩还包括口罩外层、支撑层和口罩里层；所述口罩外层位于所述过滤层的一侧；所述支撑层位于所述过滤层远离所述口罩外层的一侧；所述口罩里层位于所述支撑层远离所述过滤层的一侧，所述口罩里层靠人体皮肤。
可选地，在一些实施方式中，所述口罩里层和口罩外层的材料为拒水型纺粘非织造布；所述支撑层的材料为棉纺织布或熔喷非织造布。
可选地，在一些实施方式中，所述支撑层的材料包括具有静电吸附作用的微粒。
可选地，在一些实施方式中，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的银盐选自磷酸银、草酸银、硫酸银、碳酸银、氯化银或溴化银中一种或多种的组合。
可选地，在一些实施方式中，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的厚度为10μm至50μm。
可选地，在一些实施方式中，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的基材为高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氨酯、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。
可选地，在一些实施方式中，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法包括：
配置纺丝溶液：将g-C3N4加入至有机溶剂中，混合均匀，加入高分子聚合物，加热搅拌溶解，得到所述纺丝溶液；
制备g-C3N4复合纳米纤维膜：将所述纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行纺丝成膜，获得所述g-C3N4/复合纳米纤维膜；
将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜：将所述g-C3N4/复合纳米纤维膜浸泡在银盐的阴离子溶液中，用水洗涤除去游离的阴离子，再浸泡在可溶性银盐溶液中，用水洗涤除去游离的银离子，干燥后得到所述银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
可选地，在一些实施方式中，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法还包括重复所述将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤5-10次，以得到5-10次负载的银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
可选地，在一些实施方式中，在进行所述配置纺丝溶液的步骤之前，还包括：
制备g-C3N4：将柠檬酸和尿素溶解于第一溶剂中，在高温反应釜中反应，反应结束后冷却至室温，离心后取上清液，得到溶液A；将三聚氰胺和第二溶剂混合搅拌均匀，加入溶液A，混合均匀后蒸干，转移至管式炉中加热，反应结束后冷却至室温，获得g-C3N4。
可选地，在一些实施方式中，在所述配置纺丝溶液的步骤中，
所述g-C3N4和所述有机溶剂通过超声混合均匀，所述超声混合均匀的时间为2h至5h；
所述g-C3N4加入量为0.008～0.03g/mL；
所述有机溶剂选自乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲酸中的一种或多种的组合；
所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氨酯、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合，所述高分子聚合物占所述纺丝溶液的总质量的5～12％。
可选地，在一些实施方式中，在所述制备g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤中：
所述静电纺丝装置的工作条件为：温度为25～35℃，相对湿度为30～50％，纺丝溶液的推进速度为100～250mm/s，电压为15～35kV，接收距离为15～25cm。
可选地，在一些实施方式中，在所述将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤中，
所述银盐的阴离子溶液中的阴离子的浓度为0.01～0.4mol/L；在银盐的阴离子溶液中浸泡的时间为1～10min；
所述可溶性银盐溶液的银离子浓度为0.02～0.4mol/L；在可溶性银盐溶液中浸泡的时间为1～10min；
所述干燥的方式为真空干燥，所述真空干燥的温度为40～60℃，所述真空干燥的时间为6～12h。
可选地，在一些实施方式中，银盐的阴离子溶液可以选自硫酸溶液、硫酸盐溶液、碳酸盐溶液、磷酸、磷酸盐溶液、盐酸、氯化盐溶液、氢溴酸或溴化盐溶液中一种或多种的组合。
可选地，在一些实施方式中，在所述制备g-C3N4的步骤中，
所述第一溶剂和所述第二溶剂均为水；
所述柠檬酸与所述第一溶剂的质量比为0.1～0.5:1；
所述尿素与所述第一溶剂的质量比为0.03～0.25:1；
所述柠檬酸和所述尿素的质量比为3～1:1；
所述高温反应釜中反应的温度为150～180℃，反应的时间为3～8h；
所述三聚氰胺与所述第二溶剂的质量比0.05～0.25：1；
所述溶液A与所述第二溶剂的质量比为0～0.05:1；
所述离心条件为8000～10000rpm，离心20～40min；
所述管式炉中加热条件为300～600℃，所述加热时间为2～5h。
氮化碳(C3N4)是一种只含C和N元素的半导体光催化材料，C3N4在光催化过程中产生的活性氧，如羟基自由基(·OH)，超氧自由基(·O2 -)，过氧化氢具有很强的氧化能力，能杀灭有害微生物。其中，石墨相氮化碳(g-C3N4)由于具有良好的性能，如能带结构可控性、高化学稳定性以及对环境友好，适合作为光催化材料。
银类化合物因具有特殊的晶型结构、较好的光催化活性，在可见光下均具有较好的降解能力，从而适合作为高效的可见光催化剂。
静电纺丝是一种制备纳米纤维膜的简便而有效的技术，用静电纺丝的工艺制备的纳米纤维膜具有孔隙率可控、高比表面积、质量轻、稳定性好、柔韧等优点，从而使得其作为基底或支架得到实际应用，比如废水处理和空气污染处理。
本发明将具有光催化活性的银类化合物、环境友好的半导体材料g-C3N4和静电纺丝技术相结合，制备出机械性能良好的银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜，以银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为口罩的过滤层，得到抗菌口罩，实现抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明拓展了抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用范围。本发明以银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层。银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜在有可见光的环境中容易与膜材表面和鼻腔呼出的H2O发生氧化还原反应，生成活性氧化物((h+、·OH、·O2 -)，可将有机大分子有害物质降解为H2O、CO2等无机小分子物质，从而表现出较好的过滤颗粒物的功能。
(2)银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜产生的活性氧化物可以破坏膜壁结构，引起细胞质内的物质外泄，导致细胞死亡，使菌体失活。因此，本发明提供的抗菌口罩表现出较强的除菌效果。
(3)本发明提供的银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜可以与支撑层材料中的静电颗粒协同作用，进一步增强抗菌口罩过滤颗粒和微生物的效果。
(4)本发明将抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为口罩的过滤层，得到的抗菌口罩可以长时间使用重复使用，克服了现有技术的一次性口罩长时间使用或者遇水后过滤效率急剧下降，佩戴几小时后需要更换的缺点。
(5)本发明提供的银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜制备工艺简单，成本低廉，对设备处理条件要求较低。制备的抗菌口罩具有良好的市场竞争力。
(6)本发明提供的银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜具有较好的机械强度，可以延长抗菌口罩的使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的抗菌口罩的结构示意图。
图2为本发明提供的抗菌口罩沿A-A’处的剖面图。
图3为本发明提供的对比口罩1-3和抗菌口罩1-4过滤颗粒物的结果示意图。
图4为本发明提供的对比口罩1-3和抗菌口罩1-4过滤微生物的结果示意图。
图5为本发明提供的抗菌口罩1-4过滤颗粒物的结果示意图。
图6为本发明提供的抗菌口罩1-4过滤微生物的结果示意图。
图7为本发明提供的抗菌口罩2和5-10过滤颗粒物的结果示意图。
图8为本发明提供的抗菌口罩2和5-10过滤微生物的结果示意图。
图9为本发明提供的抗菌口罩2和11-15过滤颗粒物的结果示意图。
图10为本发明提供的抗菌口罩2和11-15过滤微生物的结果示意图。
图11为本发明提供的抗菌口罩2和16-18过滤颗粒物的结果示意图。
图12为本发明提供的抗菌口罩2和16-18过滤微生物的结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”和“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。
本发明提供抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用是指银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜在抗菌口罩领域中的应用。抗菌口罩的结构如图1和图2所示。抗菌口罩10包括口罩里层11、支撑层12、过滤层13和口罩外层14。
口罩里层11为靠近人体皮肤的一层。口罩里层11的材料包括拒水型纺粘非织造布。口罩里层11可以防止人体呼出的水汽对支撑层12、过滤层13和口罩外层14的性能造成影响。
支撑层12位于口罩里层11远离人体皮肤的一侧。支撑层12的材料包括棉纺织布或熔喷非织造布。支撑层12的材料还包括具有静电吸附作用的微粒，可以吸附空气中的灰尘、细菌和病毒，比如，支撑层12的材料可以选自静电驻极熔喷非织造布。在一些实施方式中，支撑层12可以包括具有过滤作用的非织造布。支撑层起到支撑口罩的作用，使口罩维持其形状。
过滤层13位于支撑层12远离口罩里层11的一侧。过滤层13的材料选自银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。过滤层13可以起到除菌、降解颗粒物和拦截气溶胶污染物的作用。过滤层13的厚度为10μm至50μm。与常见的过滤层材料相比，本发明提供的过滤层的材料较薄，制备得到的抗菌材料透气性更好。
对于银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜，银盐可以选自难溶于水或微溶于的银盐。具体的，银盐可以选自硫酸银、碳酸银、磷酸银、氯化银或溴化银中一种或多种的组合。上述银盐具有特殊的晶型结构和良好的光催化活性，可以与g-C3N4协同作用，提高银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜的除菌效果。
口罩外层14位于过滤层13远离支撑层12的一侧。口罩外层14的材料包括拒水型纺粘非织造布。口罩外层14不仅可以减少空气中的水汽进入到抗菌口罩10的内部，还可以阻挡空气中的飞沫。
本发明提供的抗菌口罩10通过以下方法制备得到：
将口罩里层11、支撑层12、过滤层13和口罩外层14的材料依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将鼻梁条固定到口罩主体内，对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带，然后放入真空干燥箱中干燥，经过消毒处理后得到可使用的抗菌口罩10。
其中，过滤层选用的材料银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜通过以下方法制备得到：
配置纺丝溶液：将g-C3N4加入至有机溶剂中，混合均匀，加入高分子聚合物，加热搅拌溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4复合纳米纤维膜：将纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行纺丝成膜，获得g-C3N4/复合纳米纤维膜。
将银盐负载至g-C3N4复合纳米纤维膜：将g-C3N4/复合纳米纤维膜浸泡在银盐的阴离子溶液中，用水洗涤除去游离的阴离子，浸泡在可溶性银盐溶液中，用水洗涤除去游离的银离子，干燥后得到银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
其中，银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法还包括重复将银盐负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤5-10次，以得到5-10次负载的银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
在配置纺丝溶液的步骤中，g-C3N4和有机溶剂通过超声混合均匀，超声混合均匀的时间为2h至5h。g-C3N4加入量为0.008～0.03g/mL。有机溶剂选自乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲酸中的一种或多种的组合。高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氨酯、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合，其中高分子聚合物的重均分子量均为100000～200000，高分子聚合物占纺丝溶液的总质量的5～12％。
在制备g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤中，静电纺丝装置的工作条件为：温度为25～35℃，相对湿度为30～50％。纺丝溶液的推进速度为100～250mm/s，电压为15～35kV，接收距离为15～25cm。
在将银盐负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤中，银盐的阴离子溶液中的阴离子的浓度为0.01～0.4mol/L。可溶性银盐溶液的银离子浓度为0.02～0.4mol/L。干燥的方式为真空干燥。真空干燥的温度为40～60℃。真空干燥的时间为6～12h。其中，银盐的阴离子溶液可以选自硫酸溶液、硫酸盐溶液、碳酸盐溶液、磷酸、磷酸盐溶液、盐酸、氯化盐溶液、氢溴酸或溴化盐溶液中一种或多种的组合。比如，银盐的阴离子溶液可以为硫酸溶液、硫酸钠溶液、碳酸钠溶液、磷酸钠溶液、盐酸、氯化钠溶液、氢溴酸或溴化钠溶液。银盐的阴离子溶液可以依据制备工艺的具体需要进行选择，此处不作具体的限定。
在银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法中，g-C3N4可以为商业购买的试剂，也可以通过以下方法制备得到：
将柠檬酸和尿素溶解于第一溶剂中，在高温反应釜中反应，反应结束后冷却至室温，离心后取上清液，得到溶液A。将三聚氰胺和第二溶剂混合搅拌均匀，加入溶液A，混合均匀后蒸干，转移至管式炉中加热，反应结束后冷却至室温，获得g-C3N4。
其中，第一溶剂和第二溶剂均为水。柠檬酸与第一溶剂的质量比为0.1～0.5:1。尿素与第一溶剂的质量比为0.03～0.25:1。柠檬酸和尿素的质量比为3～1:1。三聚氰胺与所述第二溶剂的质量比0.05～0.25：1。溶液A与所述第二溶剂的质量比为0～0.05:1。离心条件为8000～10000rpm，离心20～40min。高温反应釜加热条件为150～180℃，反应时间3～8h。管式炉中加热条件为300～600℃，所述加热时间为2～5h。
以下为具体的实施例：
制备抗菌口罩的实施例和对比例如下：
实施例1-4
实施例1：
制备g-C3N4：称量3g柠檬酸和1g尿素溶于15mL去离子水中，将溶液转移至高温水热反应釜中，并在烘箱中180℃反应5h，反应结束后冷却至室温，将所得的溶液在9500rpm的条件下离心30min去除大颗粒，取上清液，得到溶液A；称量3g三聚氰胺和20mL去离子水混合搅拌均匀，向其中加入75mg溶液A混合搅拌均匀，将水分蒸干，转移至管式炉中550℃加热3h，结束后待冷却至室温，将得到的固体进行研磨，得到g-C3N4。
配置纺丝溶液：称量80mg上述步骤制备的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.008g/mL)，并超声3h使之混合均匀，称量1g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为200mm/s，电压为20kV，接收距离为20cm，纺丝液的注入速率为3ml/h，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜在50℃真空干燥3h，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
将磷酸银负载至g-C3N4复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜置于0.067mol/L磷酸钠溶液中浸泡2min，随后用去离子水进行洗涤，再在0.2mol/L硝酸银溶液中浸泡2min，用去离子水洗涤，60℃真空干燥3h后得到1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到抗菌口罩1。
实施例2
重复实施例1的制备g-C3N4和制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜步骤，并且重复实施例1将磷酸银负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤5次，得到5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
重复实施例1制备抗菌口罩的步骤制备得到抗菌口罩2。
实施例3
重复实施例1的制备g-C3N4和制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜步骤，并且重复实施例1将磷酸银负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤10次，得到10次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。10次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
重复实施例1制备抗菌口罩的步骤制备得到抗菌口罩3。
实施例4
重复实施例1的制备g-C3N4和制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜步骤，并且重复实施例1将磷酸银负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤15次，得到15次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。15次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
需要说明的是，由于负载过程对磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度的影响不大，所以实施例1-4中不同负载次数的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度基本没有变化。
重复实施例1制备抗菌口罩的步骤制备得到抗菌口罩4。
抗菌口罩1-4的区别在于过滤层材料中负载磷酸银的次数不同。抗菌口罩1的过滤层为1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，抗菌口罩2的过滤层为5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，抗菌口罩3的过滤层为10次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，抗菌口罩4的过滤层为15次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
实施例5-10
实施例5
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为0.5ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为5μm，制备得到抗菌口罩5。
实施例6
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为1ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为10μm，制备得到抗菌口罩6。
实施例7
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为2ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为20μm，制备得到抗菌口罩7。
实施例8
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为4ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度设置为40μm，制备得到抗菌口罩8。
实施例9
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为5ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度设置为50μm，制备得到抗菌口罩9。
实施例10
重复实施例2制备的步骤，区别在于将纺丝液的注入速率改为6ml/h，其余条件不变，得到的5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度设置为60μm，制备得到抗菌口罩10。
抗菌口罩2和抗菌口罩5-10的区别在于过滤层材料的厚度不同。抗菌口罩2的过滤层的厚度为30μm。抗菌口罩5的过滤层的厚度为5μm。抗菌口罩6的过滤层的厚度为10μm。抗菌口罩7的过滤层的厚度为20μm。抗菌口罩8的过滤层的厚度为40μm。抗菌口罩9的过滤层的厚度为50μm。抗菌口罩10的过滤层的厚度为60μm。
实施例11-15
实施例11
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2中的0.067mol/L磷酸钠溶液更换为0.1mol/L的草酸钠溶液，其余不变，制备得到5次负载的草酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。以草酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩11。
实施例12
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2中的0.067mol/L磷酸钠溶液更换为0.1mol/L的硫酸钠溶液，其余不变，制备得到5次负载的硫酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。以硫酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩12。
实施例13
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2中的0.067mol/L磷酸钠溶液更换为0.1mol/L的碳酸钠溶液，其余不变，制备得到5次负载的碳酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。以碳酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩13。
实施例14
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2中的0.067mol/L磷酸钠溶液更换为0.2mol/L的盐酸，其余不变，制备得到5次负载的氯化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。以氯化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩14。
实施例15
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2中的0.067mol/L磷酸钠溶液更换为0.2mol/L的氢溴酸，其余不变，制备得到5次负载的溴化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。以溴化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩15。
抗菌口罩2和抗菌口罩11-15的区别在于过滤层材料中银盐不同。抗菌口罩11的过滤层为5次负载的草酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。抗菌口罩12的过滤层为5次负载的硫酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。抗菌口罩13的过滤层为5次负载的碳酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。抗菌口罩14的过滤层为5次负载的氯化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。抗菌口罩15的过滤层为5次负载的溴化银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
实施例16-18
实施例16
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2的配置纺丝溶液步骤中的1g聚乙烯醇修改为1g的聚丙烯腈(重均分子量100000～200000)，其余不变，制备得到5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚丙烯腈复合纳米纤维膜。以5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚丙烯腈复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩16。
实施例17
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2的配置纺丝溶液步骤中的1g聚乙烯醇修改为1g的聚丙烯(重均分子量100000～200000)，其余不变，制备得到5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚丙烯复合纳米纤维膜。以5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚丙烯复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩17。
实施例18
重复实施例2的步骤，区别在于将实施例2的配置纺丝溶液步骤中的1g聚乙烯醇修改为1g的聚氧化乙烯(重均分子量100000～200000)，其余不变，制备得到5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚氧化乙烯复合纳米纤维膜。以5次负载的磷酸钠/g-C3N4/聚氧化乙烯复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料，制备得到抗菌口罩18。
实施例19
制备g-C3N4：称量3g柠檬酸和1.5g尿素溶于18mL去离子水中，将溶液转移至高温水热反应釜中，并在烘箱中150℃反应8h，反应结束后冷却至室温，将所得的溶液在9000rpm的条件下离心35min去除大颗粒，取上清液，得到溶液A；称量5g三聚氰胺和25mL去离子水混合搅拌均匀，向其中加入90mg溶液A混合搅拌均匀，将水分蒸干，转移至管式炉中500℃加热4h，结束后待冷却至室温，将得到的固体进行研磨，得到g-C3N4。
配置纺丝溶液：称量100mg上述步骤制备的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.01g/mL)，并超声4h使之混合均匀，称量0.75g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌10h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为30℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为150mm/s，电压为21kV，接收距离为19cm，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜在55℃真空干燥12h。
将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜置于0.2mol/L硫酸钠溶液中浸泡5min，随后用去离子水进行洗涤，再在0.02mol/L硝酸银溶液中浸泡5min，随后用去离子水洗涤，50℃真空干燥4h后得到1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。重复上述将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的步骤，得到5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到抗菌口罩19。
实施例20
制备g-C3N4：称量3g柠檬酸和2g尿素溶于12mL去离子水中，将溶液转移至高温水热反应釜中，并在烘箱中160℃反应7h，反应结束后冷却至室温，将所得的溶液10000rpm离心25min去除大颗粒，取上清液，得到溶液A；称量3.75g三聚氰胺和15mL去离子水混合搅拌均匀，向其中加入100mg溶液A混合搅拌均匀，将水分蒸干，转移至管式炉中525℃加热5h，结束后待冷却至室温，将得到的固体进行研磨，得到g-C3N4；
配置纺丝溶液：称量90mg上述步骤制备的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.009g/mL)，并超声5h使之混合均匀，称量0.9g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌11h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为33％，纺丝溶液的推进速度为250mm/s，电压为25kV，接收距离为18cm，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜在60℃真空干燥8h。
将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜置于0.02mol/L磷酸钠溶液中浸泡10min，随后用去离子水进行洗涤，再在0.3mol/L硝酸银溶液中浸泡10min，随后用去离子水洗涤，45℃真空干燥5h后得到1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。重复上述将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的步骤，得到5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到抗菌口罩20。
实施例21
制备g-C3N4：称量3g三聚氰胺和20mL去离子水混合搅拌均匀，将水分蒸干，转移至管式炉中550℃加热3h，结束后待冷却至室温，将得到的固体进行研磨，得到g-C3N4。
配置纺丝溶液：称量80mg上述步骤制备的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.008g/mL)，并超声3h使之混合均匀，称量1.0聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为200mm/s，电压为20kV，接收距离为20cm，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜在50℃真空干燥10h。
将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜置于0.3mol/L磷酸钠溶液中浸泡2min，随后用去离子水进行洗涤，再在0.05mol/L硝酸银溶液中浸泡2min，用去离子水洗涤，60℃真空干燥3h后得到1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。重复上述将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的步骤，得到5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到抗菌口罩21。
实施例22
配置纺丝溶液：称量90mg从商业渠道购买的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.009g/mL)，并超声3h使之混合均匀，称量1g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液.
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为250mm/s，电压为25kV，接收距离为18cm，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜在60℃真空干燥8h；
将磷酸银负载至g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜在0.2mol/L磷酸钠溶液中浸泡10min，用离子水进行洗涤，再在0.15mol/L中浸泡10min，用去离子水洗涤，45℃真空干燥5h后得到1次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。重复上述将磷酸银负载至g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤，得到5次负载的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到抗菌口罩22。
对比例1-3
对比例1
配置纺丝溶液：称量1g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)加入10mL N,N-二甲基甲酰胺在60℃加热并搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为200mm/s，电压为20kV，接收距离为20cm，纺丝液的注入速率为3ml/h，得到聚乙烯醇纳米纤维膜，将所得聚乙烯醇纳米纤维膜在50℃真空干燥3h。聚乙烯醇纳米纤维膜的厚度为30μm。
制备口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的聚乙烯醇纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到对比口罩1。
对比例2
制备g-C3N4：称量3g柠檬酸和1g尿素溶于15mL去离子水中，将溶液转移至高温水热反应釜中，并在烘箱中180℃反应5h，反应结束后冷却至室温，将所得的溶液9500rpm离心30min去除大颗粒，取上清液，得到溶液A；称量3g三聚氰胺和20mL去离子水混合搅拌均匀，向其中加入75mg溶液A混合搅拌均匀，将水分蒸干，转移至管式炉中550℃加热3h，结束后待冷却至室温，将得到的固体进行研磨，得到g-C3N4。
配置纺丝溶液：称量80mg上述步骤制备的g-C3N4加入到10mL N,N-二甲基甲酰胺中(g-C3N4的添加量为0.008g/mL)，并超声3h使之混合均匀，称量1g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)，加热搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为200mm/s，电压为20kV，接收距离为20cm，得到g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜，将所得g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜在50℃真空干燥3h。g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
制备口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到对比口罩2。
对比例3
配置纺丝溶液：称量1g聚乙烯醇(重均分子量100000～200000)加入10mL N,N-二甲基甲酰胺在60℃加热并搅拌8h使完全溶解，得到纺丝溶液。
制备纳米纤维膜：将上述步骤制备的纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，纺丝的温度为25℃，相对湿度为35％，纺丝溶液的推进速度为200mm/s，电压为20kV，接收距离为20cm，得到聚乙烯醇纳米纤维膜，将所得聚乙烯醇纳米纤维膜在50℃真空干燥3h。
将磷酸银负载至聚乙烯醇复合纳米纤维膜：将上述步骤制备的聚乙烯醇纳米纤维膜置于0.067mol/L磷酸钠溶液中浸泡2min，随后用去离子水进行洗涤，再在0.2mol/L硝酸银溶液中浸泡2min，用去离子水洗涤，60℃真空干燥3h后得到1次负载的磷酸银/聚乙烯醇复合纳米纤维膜。重复该步骤5次，得到5次负载的磷酸银/聚乙烯醇复合纳米纤维膜5次负载的磷酸银/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的厚度为30μm。
制备抗菌口罩：将拒水型聚丙烯非织造布(口罩里层)、静电驻极熔喷非织造布(支撑层)、上述步骤制备的磷酸银/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)和防飞沫处理的聚丙烯非织造布(口罩外层)依次重叠，复合为一体，形成口罩主体。将聚丙烯/镀锌铁丝(鼻梁条)固定到口罩主体内对口罩主体的中间部分进行三折处理，形成褶皱区。对口罩主体进行封边，在将其裁断形成单个的口罩主体。将单个的口罩主体转到耳带机上进行点带。将口罩在40℃的条件下进行真空干燥。经紫外消毒后得到对比口罩3。
测试例：口罩性能测试
颗粒过滤效率：将实施例1-18和对比例1-3的制备的口罩按照《医用防护口罩技术要求》GB19083-2010进行颗粒过滤的测试，其中，抗菌口罩的颗粒过滤效率的测试介质为氯化钠颗粒物。
微生物过滤效率：将实施例1-18和对比例1-3的制备的口罩置于测试设备中，进行微生物过滤效率的测试。在进行微生物过滤效率的测试时，通过微生物气溶胶发生器将菌液转变为微生物气溶胶。微生物气溶胶通过接入管随着风量吹入到实施例1-18和对比例1-3制备的口罩的前后。通过上游采样管、下游采样管连接的采样器采集上下游微生物。通过培养基培养后记录活菌菌落数，计算出过滤器的微生物气溶胶过滤效率。
在本发明中，微生物选自大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。大肠杆菌的菌液浓度和金黄色葡萄球菌的菌液浓度分别为1×104-1×106之间。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌液混合比为1:1。
上述两个测试使用的测试设备为SX-L1053滤料测试机，测试条件控制环境温度25℃，相对湿度35％，气流速度85L/min。
测试结果如表1和表2所示。
表1抗菌口罩的颗粒过滤效率
Figure BDA0003556274440000201
Figure BDA0003556274440000211
表2抗菌口罩的微生物过滤效率
Figure BDA0003556274440000212
Figure BDA0003556274440000221
表格中的循环次数是指口罩重复使用的次数。
将表1和2中对比口罩1-3和抗菌口罩1-4的测试数据进行整理，如图3和4所示。从图中可以看出，抗菌口罩1-4对颗粒的过滤效率和对微生物的过滤效率均优于对比口罩1-3，说明磷酸银和g-C3N4负载在聚乙烯醇纳米纤维膜后具有协同作用，可以增强抗菌口罩过滤颗粒和过滤微生物的能力。具体的，磷酸银与g-C3N4在聚乙烯醇纳米纤维膜上形成了异质结，使得纳米纤维膜的光催化能力得到显著提升，进而提高了口罩的降解颗粒物的能力和除菌的能力。
抗菌口罩1-4的测试结果如图5和6所示。抗菌口罩2和3的过滤颗粒物和微生物的效果优于抗菌口罩1和4的效果。在过滤颗粒物的试验中，首次使用的抗菌口罩2-4对颗粒过滤效率均大于99％，达到了GB19083-2010的2级标准。在第4次使用时，抗菌口罩2和3对颗粒过滤效率均大于97％，达到了GB19083-2010的1级标准。在过滤微生物的试验中，抗菌口罩2和3在第4次使用时对微生物的过滤效率在90％以上，而抗菌口罩1和4在第4次使用时对微生物的过滤效率在60％以下，这说明磷酸银的负载次数会影响抗菌口罩的过滤颗粒和微生物的效果。磷酸银的负载次数应控制在5次至10次之间。
抗菌口罩2、5-10的测试结果如图7和8所示。抗菌口罩2、5-10的区别在于过滤层的厚度不同。抗菌口罩5、6、7、2、8、9、10的过滤层的厚度分别是5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm和60μm。抗菌口罩2、6-9过滤颗粒和微生物的效率优于抗菌口罩5和10。在第4次循环使用时，抗菌口罩2、6-9对颗粒的过滤效率仍可达到90％，对微生物的过滤效率在80％以上，而抗菌口罩5和10对颗粒的过滤效率只有56.35％和87.48％，对微生物的过滤效率只有76.3％和75.3％。上述结果说明抗菌口罩过滤层的厚度会影响口罩过滤颗粒和微生物的能力。抗菌口罩过滤层的厚度要设置在10μm至50μm之间。当抗菌口罩过滤层的厚度过小时，过滤层过滤颗粒和微生物的效果较差。当抗菌口罩过滤层的厚度过大时，磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜与静电驻极熔喷非织造布之间的协同作用减弱，导致过滤层过滤颗粒和微生物的效果较差。
抗菌口罩2、11-15的测试结果如图9和10所示。抗菌口罩2、11-15的区别在于过滤层中负载的银盐不同。负载的银盐如下表所示。
表3不同抗菌口罩对应的银盐
抗菌口罩2 抗菌口罩11 抗菌口罩12 抗菌口罩13 抗菌口罩14 抗菌口罩15
磷酸银 草酸银 硫酸银 碳酸银 氯化银 溴化银
如图9和10所示，银盐的种类会影响g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜(过滤层)过滤颗粒物和微生物的效果。负载磷酸银的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜过滤颗粒和微生物的效果最好，负载草酸银的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜过滤颗粒和微生物的效果最差。负载硫酸银、碳酸银、氯化银和溴化银的g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的过滤效果位于两者之间。
抗菌口罩2、16-18的测试结果如图11和12所示。抗菌口罩2、16-18的区别在于纳米纤维膜选用的高分子材料不同，具体如下表所示。
表4不同抗菌口罩对应的高分子材料
抗菌口罩2 抗菌口罩16 抗菌口罩17 抗菌口罩18
聚乙烯醇 聚丙烯腈 聚丙烯 聚氧化乙烯
如图11和12所示，高分子材料的选择会影响影响纤维膜料过滤颗粒和微生物的效果。磷酸银/g-C3N4/聚乙烯醇复合纳米纤维膜过滤颗粒和微生物的效果最好，磷酸银/g-C3N4/聚丙烯腈复合纳米纤维膜过滤颗粒和微生物的效果最差。磷酸银/g-C3N4/聚丙烯复合纳米纤维膜和磷酸银/g-C3N4/聚氧化乙烯复合纳米纤维膜的过滤效果位于两者之间。
综上所述，本发明提供一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用。具有抗菌性能的银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料。银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜在有可见光的环境中容易与膜材表面和鼻腔呼出的H2O发生氧化还原反应，生成活性氧化物((h+、·OH、·O2 -)，可将有机大分子有害物质降解为H2O、CO2等无机小分子物质，也可以破坏膜壁结构，引起细胞质内的物质外泄，导致细胞死亡，使菌体失活从而表现出较好过滤颗粒和微生物的能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜作为抗菌口罩的过滤层材料。
2.根据权利要求1所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述抗菌口罩还包括口罩外层、支撑层和口罩里层；
所述口罩外层位于所述过滤层的一侧；
所述支撑层位于所述过滤层远离所述口罩外层的一侧；
所述口罩里层位于所述支撑层远离所述过滤层的一侧，所述口罩里层靠人人体皮肤。
3.根据权利要求1所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的银盐选自磷酸银、草酸银、硫酸银、碳酸银、氯化银或溴化银中一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述过滤层的厚度为10μm至50μm。
5.根据权利要求1所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的基材为高分子聚合物，所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氨酯、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法包括：
配置纺丝溶液：将g-C3N4加入至有机溶剂中，混合均匀，加入高分子聚合物，加热搅拌溶解，得到所述纺丝溶液；
制备g-C3N4复合纳米纤维膜：将所述纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行纺丝成膜，获得所述g-C3N4/复合纳米纤维膜；
将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜：将所述g-C3N4/复合纳米纤维膜浸泡在银盐的阴离子溶液中，用水洗涤除去游离的阴离子，浸泡在可溶性银盐溶液中，用水洗涤除去游离的银离子，干燥后得到所述银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
7.根据权利要求6所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的制备方法还包括重复所述将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤5-10次，以得到5-10次负载的银盐/g-C3N4/复合纳米纤维膜。
8.根据权利要求6所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，在所述配置纺丝溶液的步骤中，
所述g-C3N4和所述有机溶剂通过超声混合均匀，所述超声混合均匀的时间为2h至5h；
所述g-C3N4加入量为0.008～0.03g/mL；所述有机溶剂选自乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲酸中的一种或多种的组合；
所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氨酯、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合，所述高分子聚合物占所述纺丝溶液的总质量的5～12％。
9.根据权利要求6所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，在所述将银盐负载至所述g-C3N4复合纳米纤维膜的步骤中，
所述银盐的阴离子溶液中的阴离子的浓度为0.01～0.4mol/L；在银盐的阴离子溶液中浸泡的时间为1～10min；
所述可溶性银盐溶液的银离子浓度为0.02～0.4mol/L；在可溶性银盐溶液中浸泡的时间为1～10min；
所述干燥的方式为真空干燥，所述真空干燥的温度为40～60℃，所述真空干燥的时间为6～12h。
10.根据权利要求2所述的抗菌银盐/g-C3N4复合纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述口罩里层和口罩外层的材料为拒水型纺粘非织造布；所述支撑层的材料为棉纺织布或熔喷非织造布。
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