CN114931146A - 一种MOFs抗菌材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MOFs抗菌材料及其制备方法，所述MOFs抗菌材料由下述重量份的原料制成：含铁物质3份、均苯三甲酸7‑10份、光催化粉末1.5‑2.5份、有机溶剂2份。本发明的有益效果为：本发明所述MOFs抗菌材料在制备过程中采用低温惰性氛围下对原料进行处理，及原料之间用量的调整和制备方法的结合，避免了制备过程中腐蚀性物质HF的应用，提高了原料的转化率和反应速率，减少了生产工序，且所得MOFs抗菌材料的抗菌性能得到提高。

Description

一种MOFs抗菌材料及其制备方法
技术领域
本发明属于消杀材料技术领域，具体涉及一种MOFs抗菌材料及其制备方法。
背景技术
微生物能够导致人类及动植物疾病的传播，尤其近年来一些大的公共卫生事件的发生都与微生物污染有关。目前市场上使用的抗菌产品大部分只对细菌表面包膜进行消杀，对内核中的RNA无法产生致命危险，而包膜可以再生，意味着细菌无法根除。
纳米抗菌材料，有效成分主要有：纳米银、纳米锌、纳米钒、纳米钛等，是一种不使用有害化学物质，安全有效的消杀材料。对人体皮肤无刺激，杀菌效果良好。其采用电离的方式进行杀菌，电离中心温度能够达到3000℃，可达到对细菌乃至病毒的瞬间消杀，完全隔绝其再生。可现有的纳米抗菌材料平均粒径小于10nm，在使用过程中存在粒子脱落的风险，以致降低杀菌持久性及产生纳米污染。
而金属-有机骨架材料(MOFs)是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料。其具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。通过将纳米抗菌材料包裹至金属-有机骨架材料中，可大大提高纳米抗菌材料的光催化效率，包覆的纳米材料无脱落风险，安全无毒。现有制备承载纳米病毒消杀材料的有机骨架材料的制备工艺中，通过先合成MOFs材料，再将纳米材料包裹至MOFs材料，需要用HF等腐蚀性原材料提高MOFs材料对纳米材料的包裹率，且在配制纳米材料时需添加大量水，后期干燥处理时易导致粉体团聚。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种在生产过程中无污染，且工艺流程更简便，纳米材料的包裹率更高、抗菌率达99.99％的MOFs抗菌材料的生产工艺。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种MOFs抗菌材料，由下述重量份的原料制成：含铁物质3份、均苯三甲酸7-10份、光催化粉末1.5-2.5份、有机溶剂2份。
上述一种MOFs抗菌材料，作为一种优选的实施方案，由下述重量份的原料制成：含铁物质3份、均苯三甲酸9份、光催化粉末2份、有机溶剂2份。
上述一种MOFs抗菌材料，作为一种优选的实施方案，所述含铁物质为九水硝酸铁、六水合氯化铁、氯化亚铁或纯铁。
上述一种MOFs抗菌材料，作为一种优选的实施方案，所述光催化粉末为纳米银、纳米锌、纳米钒或纳米钛。
上述一种MOFs抗菌材料，作为一种优选的实施方案，所述有机溶剂为乙醇或三氯甲基碳酸酯。选择乙醇或三氯甲基碳酸酯作为有机溶剂有利于保持MOFs抗菌材料粉体的稳定性，防止在干燥过程中粉体团聚而影响产物的颗粒大小和分散性。
本申请的第二方面，提供一种MOFs抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在-80℃至-20℃惰性气氛下，将含铁物质和均苯三甲酸研磨至1-2μm；低温氮气气氛下有利于保持铁物质和均苯三甲酸原料的稳定性，以及保证研磨后颗粒形状和大小一致性。
将粒径较大的含铁物质和均苯三甲酸预研磨有利于得到与纳米材料粒径更为接近的粉体，使其与纳米材料接触效率更高。
(2)向步骤(1)所得混合物中加入光催化粉末，并研磨至50-500nm；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入有机溶剂，在惰性气氛的条件下进行搅拌发生溶剂热反应，待反应完毕，沉降分离、常温自然干燥得所述MOFs抗菌材料。
上述一种MOFs抗菌材料的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(1)和步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气气氛。
上述一种MOFs抗菌材料的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，所述研磨为采用高压微射流均质机进行研磨，微射流机研磨的压力为40-80Mpa。
高压微射流均质机是一种用于数学领域的分析仪器，是专用的超高压细胞破碎机；破碎率高，一次破碎可达95％以上，具有特殊的进料阀设计,无需排气，直接进料。
上述一种MOFs抗菌材料的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为140-180℃，压力为0.5-2Mpa(有利于纳米材料在MOFs材料上的吸附)，搅拌速度为800-1200r/s，反应时间为3-6h。
上述一种MOFs抗菌材料的制备方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，所述干燥为常温自然干燥。
本发明的有益效果为：本发明所述MOFs抗菌材料在制备过程中采用低温惰性氛围下对原料进行处理，及原料之间用量的调整和制备方法的结合，避免了制备过程中腐蚀性物质HF的应用，提高了原料的转化率和反应速率，减少了生产工序，且所得MOFs抗菌材料的抗菌性能得到提高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合案例对本申请实施例中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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
实施例1所述MOFs抗菌材料，由下述重量份的原料制成：含铁物质九水硝酸铁3重量份、均苯三甲酸7重量份、光催化粉末纳米银1.5重量份、有机溶剂乙醇2重量份。
实施例1所述MOFs抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在-80℃氮气气氛下，将含铁物质九水硝酸铁和均苯三甲酸研磨至1-2μm；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入光催化粉末纳米银，采用高压微射流均质机进行研磨，微射流机研磨的压力为40Mpa，研磨至50-80nm；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入有机溶剂乙醇，在氮气气氛的条件下进行搅拌反应，搅拌反应的温度为140℃、压力为2MPa、转速为800r/s，待反应6h后，沉降分离、室温自然干燥得所述MOFs抗菌材料。
实施例2
实施例2所述MOFs抗菌材料，由下述重量份的原料制成：含铁物质六水合氯化铁3重量份、均苯三甲酸9重量份、光催化粉末纳米锌2重量份、有机溶剂乙醇2重量份。
实施例2所述MOFs抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在-40℃氮气气氛下，将含铁物质和均苯三甲酸研磨至1-2μm；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入光催化粉末，采用高压微射流均质机进行研磨，微射流机研磨的压力为60Mpa，研磨至70-100nm；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入有机溶剂，在氮气气氛的条件下进行搅拌反应，搅拌反应的温度为160℃、压力为1.5MPa、转速为1000r/s，待反应4h后，沉降分离、室温自然干燥得所述MOFs抗菌材料。
实施例3
实施例3所述MOFs抗菌材料，由下述重量份的原料制成：含铁物质氯化亚铁3重量份、均苯三甲酸9重量份、光催化粉末纳米钒2重量份、有机溶剂三氯甲基碳酸酯2重量份。
实施例3所述MOFs抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在-80℃氮气气氛下，将含铁物质和均苯三甲酸研磨至1-2μm；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入光催化粉末，采用高压微射流均质机进行研磨，微射流机研磨的压力为80Mpa，研磨至400-500nm；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入有机溶剂，在氮气气氛的条件下进行搅拌反应，搅拌反应的温度为180℃、压力为2MPa、转速为1200r/s，待反应6h后，沉降分离、室温自然干燥得所述MOFs抗菌材料。
1、含铁物质和均苯三甲酸的含量不同，对本申请所述MOFs抗菌材料的抗菌性能的影响，研究结果如表1所示。
备注：除含铁物质和均苯三甲酸的含量不同外，其余原料及制备方法均与实施例1相同。
表1
含铁物质：均苯三甲酸 3:6 3:7 3:8 3:9 3:10 3:11
抗菌率 85.00％ 95.00％ 95.90％ 99.99％ 95.99％ 89.90％
备注：表1所述抗菌率为对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率，按GB/T21866-2008测试方法测试。
从表1可以看出：当含铁物质和均苯三甲酸的比为3：9时抗菌率达到最大，小于3：9时含铁物质反应不完全，大于3：9时均苯三甲酸反应不完全，导致抗菌效果减弱。
2、光催化粉末的含量不同，对本申请所述MOFs抗菌材料的抗菌性能的影响，研究结果如表2所示。
备注：除光催化粉末的含量不同外，其余原料及制备方法均与实施例2相同。
表2
光催化粉末 0 1 1.5 2 2.5 3
抗菌率 30.00％ 89.50％ 95.90％ 99.99％ 99.99％ 99.99％
备注：表2所述抗菌率为对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率，按GB/T21866-2008测试方法测试。
从表2可以看出：当光催化粉末的重量份达到2重量份及以上时，所得抗菌材料的抗菌效果较佳；当光催化粉末的重量份小于2重量份时，所得抗菌材料的抗菌效果变差，但大于2重量份时，会导致纳米材料过量，在后期处理未包裹的团聚纳米材料时会造成浪费。
3、反应温度不同，对本申请所述MOFs抗菌材料的抗菌性能的影响，研究结果如表3所示。
备注：除反应温度不同外，所含原料及制备方法均与实施例3相同。
表3
温度 100℃ 120℃ 140℃ 160℃ 180℃ 200℃
抗菌率 85.0％ 95.00％ 99.99％ 99.99％ 99.99％ 96.5％
备注：表3所述抗菌率为对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率，按GB/T21866-2008测试方法测试。
从表3可以看出：在反应温度为140-180℃时，本申请所述MOFs抗菌材料的抗菌率可达到99.99％，低于140℃或高于180℃所得MOFs抗菌材料的抗菌率均有所下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MOFs抗菌材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成：含铁物质3份、均苯三甲酸7-10份、光催化粉末1.5-2.5份、有机溶剂2份。
2.根据权利要求1所述MOFs抗菌材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成：含铁物质3份、均苯三甲酸9份、光催化粉末2份、有机溶剂2份。
3.根据权利要求1所述MOFs抗菌材料，其特征在于，所述含铁物质为九水硝酸铁、六水合氯化铁、氯化亚铁或纯铁。
4.根据权利要求1所述MOFs抗菌材料，其特征在于，所述光催化粉末为纳米银、纳米锌、纳米钒或纳米钛。
5.根据权利要求1所述MOFs抗菌材料，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇或三氯甲基碳酸酯。
6.权利要求1-5任一项所述MOFs抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在-80℃至-20℃惰性气氛下，将含铁物质和均苯三甲酸研磨至1-2μm；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入光催化粉末，并研磨至50-500nm；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入有机溶剂，在惰性气氛的条件下进行搅拌反应，待反应完毕，沉降分离、干燥得所述MOFs抗菌材料。
7.根据权利要求6所述MOFs抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气气氛。
8.根据权利要求6所述MOFs抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述研磨为采用高压微射流均质机进行研磨，微射流机研磨的压力为40-80Mpa。
9.根据权利要求6所述MOFs抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为140-180℃，压力为0.5-2MPa，搅拌速度为800-1200r/s，反应时间为3-6h。
10.根据权利要求6所述MOFs抗菌材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥自然干燥。
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