CN115517268A - 一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法，包括：单层片状磷酸锆载体，负载在所述单层片状磷酸锆载体表面的金属层；所述金属层包含银离子、锌离子和铜离子。其中，按质量百分比计，单层片状磷酸锆载体78.5‑85.5％、银离子6.5‑10.5％、锌离子3.85‑5.55％、铜离子4.15‑5.55％。通过利用单层磷酸锆的强吸附性和离子交换性，使银离子、锌离子以及铜离子负载在其表面，构筑成有序的纳米结构薄膜，提升了银/锌/铜的负载率，使得实际的抗菌效果得到明显提升，同时，由于银离子、锌离子以及铜离子与单层磷酸锆的结合力较强，不易出现溶出发生氧化变色，延长了抗菌时效。
Description
技术领域
本发明涉及抗菌剂制备技术领域，尤其涉及一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法。
背景技术
专利CN102763678B公开了一种立方体磷酸锆载银抗菌粉的制备方法。该方法采用氯氧化锆、磷酸二氢钠、草酸钠先反应制得立方体磷酸锆。该方法反应后要洗涤除去氯化钠和模板剂，该过程需消耗大量的水资源，且产生大量废水要处理。银离子的交换法是先通过锌离子过渡后载银，最后的烘干煅烧结块，需进一步粉碎，整个制备步骤复杂，成本较大。
专利CN110934153B公开了一种磷酸锆载体、磷酸锆载铜抗菌剂、磷酸锆抗菌剂及其制备方法和应用，该方法采用氯氧化锆为锆源，在缓冲对的酸性溶液中滴入钠离子和磷酸二氢钠后混合，再与模板剂聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺和正丁胺充分混合。该方法反应的温度、压力及时间分别为110℃以上、0.15MPa以上，需要加压加热才能达到，对设备要求高不易量产，成本加大。
专利CN100345486A公开了一种层状磷酸锆载银无机抗菌粉及其制备新方法，交换方法也是采用锌离子过度的载银离子法，表现银离子利用率高，但最后的半成品需在115℃烘干后再在700-900℃煅烧，能耗太大，不符合安全、经济环保的工业化生产。
专利CN100345486A公开了一种层状磷酸锆载银粉末，它将磷酸锆α-Zr(HPO4)2·H2O加入到银盐和氨水的溶液中搅拌，再洗涤分离、烘干后得到高载银量的层状磷酸锆载银粉末。但该层状结构未剥离，所以在加工过程中，容易团聚，不利于均匀分散到其它应用材质里面，进而无法实现较优的抗菌效果。
因此，现有技术还有待于进一步的改进和提升。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法，旨在解决现有磷酸锆抗菌剂对银离子、锌离子或铜离子负载率低、导致抗菌效果差的问题。
一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其中，包括：单层片状磷酸锆载体，负载在所述单层片状磷酸锆载体表面的金属层；所述金属层包含银离子、锌离子和铜离子。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其中，按质量百分比计，包括：单层片状磷酸锆载体78.5-85.5％、银离子6.5-10.5％、锌离子3.85-5.55％、铜离子4.15-5.55％。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其中，所述单层片状磷酸锆载体由20-35wt％层状磷酸锆载体在0.5-1.0wt％两性表面活性剂水溶液中剥离得到。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其中，所述两性表面活性剂选自十二烷基氨基丙酸钠、十四烷基二羟乙基氧化胺、十八酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。
一种上述所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，包括：
将片状磷酸锆加入到两性表面活性剂水溶液中经搅拌超声处理，得到含单层片状磷酸锆载体的混合液；
分别将银离子、锌离子和铜离子分散在所述混合液中，在预定温度下搅拌反应，再经过滤、烘干，得到单层磷酸锆纳米片。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，所述层状磷酸锆的制备包括：
将锆盐和水加入到玻璃材质的反应容器中，得到锆盐溶液；
将氢氟酸和磷酸分散在所述锆盐溶液中，于60-90℃搅拌2-4小时，经冷却过滤，得到所述层状磷酸锆。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，所述预定温度为65-80℃。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，所述片状磷酸锆与所述银离子、锌离子和铜离子的质量比为30:2:1:1。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，所述锆盐选自氧氯化锆、碳酸锆和硫酸氧锆中的一种。
可选地，所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其中，所述分别将银离子、锌离子和铜离子分散在所述混合液中，在预定温度下搅拌反应，经过滤、烘干，得到单层磷酸锆纳米片，其中，搅拌速率为2000-2500r/min，搅拌时间为10-20分钟。
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，利用单层磷酸锆的强吸附性和离子交换性，使银离子、锌离子以及铜离子负载在其表面，构筑成有序的纳米结构薄膜，提升了银/锌/铜的负载率，使得实际的抗菌效果得到明显提升，同时，由于银离子、锌离子以及铜离子与单层磷酸锆的结合力较强，不易出现溶出发生氧化变色，延长了抗菌时效。
附图说明
图1为实施例1层状磷酸锆材料的扫描电镜图；
图2为层状磷酸锆、银离子、锌离子和铜离子的示意图；
图3为实施例2载银锌铜层状磷酸锆材料的扫描电镜图；
图4为实施例2载银锌铜层状磷酸锆纳米材料的示意图；
图5为实施例3载银锌铜单层磷酸锆材料的扫描电镜图；
图6为实施例3载银锌铜层状磷酸锆纳米材料的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有的磷酸锆抗菌剂对银离子、锌离子或铜离子负载率低、导致抗菌效果差的问题。本实施例提供了一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片，包括：单层片状磷酸锆载体，负载在所述单层片状磷酸锆载体表面的金属层；所述金属层包含银离子、锌离子和铜离子。载银锌铜单层磷酸锆纳米片的具体制备在后续会做详细的解释，在此不做赘述。
在本实施例中，采用的是单层片状磷酸锆作为载体，相较于块状载体具有较高的负载率，因为是单层片状，负载在其表面的银离子、锌离子和铜离子较为均匀，不易出现团聚。
在本实施例中，所述金属层可以采用层层自组装法来得到，其中，所述层层自组装法指的是，将两种具有相互作用的物质通过交替反复浸涂，然后负载在基体表面，可以在纳米尺度范围内构筑有序的纳米结构薄膜。
示例性地，如采用单层片状磷酸锆反复浸入到含有银、锌、铜离子的溶液中，利用单层片状磷酸锆的吸附性，将银离子、锌离子和铜离子负载在其表面，形成金属层。金属层的厚度可以根据实际的使用进行设定，如可以增加浸入次数，提升金属层厚。
在本实施例中，按质量百分比计，所述银锌铜单层磷酸锆纳米片包括：单层片状磷酸锆载体78.5-85.5％、银离子6.5-10.5％、锌离子3.85-5.55％、铜离子4.15-5.55％。通过控制银离子的含量可以在满足抗菌性能的前提下，降低载银锌铜单层磷酸锆纳米片的生产成本。同时，锌离子和铜离子与银离子协同作用，也提升了抗菌效果。
在本实施例中，所述单层片状磷酸锆载体是采用两性表面活性剂对层状磷酸锆载体进行剥离得到的。具体来说，可以将层状磷酸锆载体加入到水中，其中，层状磷酸锆载体的质量百分比浓度为20-35％，两性表面活性剂的质量百分比浓度为0.5-1.0％。两性表面活性剂的种类包括但不限于十二烷基氨基丙酸钠、十四烷基二羟乙基氧化胺、十八酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，包括：
S10、将层状磷酸锆加入到两性表面活性剂水溶液中经超声处理，得到含单层片状磷酸锆载体的混合液。
具体来说，可以将层状磷酸锆加入到水中，得到质量百分比浓度为20-35％的层状磷酸锆水溶液，然后将其加入到质量百分比浓度为0.5-1.0wt％两性表面活性剂溶液中，高速搅拌1-2小时，超声20-30分钟，即得到含单层片状磷酸锆载体的混合液。其中，搅拌速率可以是3000r/min，超声波的频率可以是30-40KHz，容易理解的是，所述两性表面活性剂的种类包括但不限于十二烷基氨基丙酸钠、十四烷基二羟乙基氧化胺、十八酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱。
在本实施例中，所述层状磷酸锆的制备，可以采用如下制备方法：
S100、将锆盐和水加入到玻璃材质的反应容器中，得到锆盐溶液；
S200、将氢氟酸和磷酸分散在所述锆盐溶液中，于60-90℃搅拌2-4小时，经冷却过滤，得到所述层状磷酸锆。
具体来说，所述锆盐为可溶性锆盐，包括但不限于氧氯化锆、碳酸锆和硫酸氧锆。此制备方法先是氢氟酸与锆盐(如氧氯化锆)反应形成锆的配合物，然后再通过玻璃与氢氟酸的反应而不断消耗氢氟酸来促进配合物的分解，并通过控制该配合物的分解速度来控制锆离子与磷酸生成磷酸锆沉淀过程。所述制备方法操作简单，工艺路线少，转化率高。此方法具有对设备要求低，生产周期短，可有效提高产量等优点。
在所述步骤S10之后还包括步骤S20、分别将银离子、锌离子和铜离子分散在所述混合液中，在预定温度下搅拌反应，再经过滤、烘干，得到单层磷酸锆纳米片。
具体来说，所述银离子可以来自硝酸银、银氨溶液、氧化银或醋酸银溶解后得到的溶液；所述锌离子可以来自硝酸锌、氧化锌或醋酸锌溶解后得到的溶液；所述铜离子可以来自硝酸铜、硫酸铜或醋酸铜溶解后得到的溶液。
示例性地，将一定量的银离子、锌离子、铜离子，搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银锌单层磷酸锆纳米抗菌剂。
本实施例所提供的制备方法，在整个过程中工艺简单，操作方便，选择性大，无废水产生和排放，对设备的要求不高，极易推广使用，具有极强的实用性和适用性。抗菌剂中的银/锌/铜的负载率高，降低了单独银离子的使用成本，抗菌效果更佳，且具有抗菌力更持久等优点。
下面通过具体的制备实施例来对本发明所提供的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法做进一步的解释说明。
实施例1：采用甜菜碱剥离层状磷酸锆制备单层片状磷酸锆载体
称取5-10g十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱溶于1000ml水中，混合后再加入300g层状磷酸锆，3000-3500r/min的搅拌速度搅拌1-2h，超声20-30分钟后洗涤过滤，干燥后即得到含单层片状磷酸锆载体。
实施例2：采用硝酸银、硝酸锌、硝酸铜溶液制备载银锌铜单层磷酸锆
称取30g单层磷酸锆溶于1000ml水中，然后分别加入硝酸银3.6g(含银2.28g)、硝酸锌3.7g(含锌1.35g)和硝酸铜4.3g(含铜1.45g)，2000-2500r/min的搅拌速度搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银锌铜层状磷酸锆纳米抗菌剂。
实施例3：采用硝酸银、硝酸锌、硝酸铜溶液制备载银锌铜层状磷酸锆
称取30g层状磷酸锆溶于1000ml水中，然后分别加入硝酸银3.6g(含银2.28g)、硝酸锌3.7g(含锌1.35g)和硝酸铜4.3g(含铜1.45g)，2000-2500r/min的搅拌速度搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银锌铜单层磷酸锆纳米抗菌剂。
实施例4：采用硝酸银溶液制备载银单层磷酸锆
称取30g单层磷酸锆溶于1000ml水中，然后分别加入硝酸银3.6g(含银2.28g)，2000-2500r/min的搅拌速度搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银层状磷酸锆纳米抗菌剂。
实施例5：采用硝酸银、硝酸锌溶液制备载银锌单层磷酸锆
称取30g单层磷酸锆溶于1000ml水中，然后分别加入硝酸银3.6g(含银2.28g)、硝酸锌3.7g(含锌1.35g)，2000-2500r/min的搅拌速度搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银锌单层磷酸锆纳米抗菌剂。
实施例6：采用硝酸银、硝酸铜溶液制备载银铜单层磷酸锆
称取30g层状磷酸锆溶于1000ml水中，然后分别加入硝酸银3.6g(含银2.28g)、硝酸铜4.3g(含铜1.45g)，2000-2500r/min的搅拌速度搅拌10-20分钟，超声10-20分钟，随后在75℃下搅拌反应4-6h。结束后进行洗涤过滤；烘干后得到载银铜单层磷酸锆纳米抗菌剂。
对照例1：本对照例提供了一种是市售银锌抗菌粉体，其选自达西浓纳米科技(常州)有限公司生产的DXN--AG30银锌抗菌粉体。
试验例1：
分别使用等质量实施例2-6制备所得的抗菌剂及对照例1中的银锌抗菌粉体进行抗菌性能测试，通过抗菌性能测测定来评估材料的抗菌效果。抗菌性能测试依据GB/T21510-2008粉末抗菌性能试验及震荡法。测试大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌效果，抗菌率的结果见下表：
综上所述，本发明提供一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片及其制备方法，包括：单层片状磷酸锆载体，负载在所述单层片状磷酸锆载体表面的金属层；所述金属层包含银离子、锌离子和铜离子。其中，按质量百分比计，单层片状磷酸锆载体78.5-85.5％、银离子6.5-10.5％、锌离子3.85-5.55％、铜离子4.15-5.55％。通过利用单层磷酸锆的强吸附性和离子交换性，使银离子、锌离子以及铜离子负载在其表面，构筑成有序的纳米结构薄膜，提升了银/锌/铜的负载率，使得实际的抗菌效果得到明显提升，同时，由于银离子、锌离子以及铜离子与单层磷酸锆的结合力较强，不易出现溶出发生氧化变色，延长了抗菌时效。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其特征在于，包括：单层片状磷酸锆载体，负载在所述单层片状磷酸锆载体表面的金属层；所述金属层包含银离子、锌离子和铜离子。
2.根据权利要求1所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其特征在于，按质量百分比计，包括：单层片状磷酸锆载体78.5-85.5％、银离子6.5-10.5％、锌离子3.85-5.55％、铜离子4.15-5.55％。
3.根据权利要求1所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其特征在于，所述单层片状磷酸锆载体由20-35wt％层状磷酸锆载体在0.5-1.0wt％两性表面活性剂水溶液中剥离得到。
4.根据权利要求3所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片，其特征在于，所述两性表面活性剂选自十二烷基氨基丙酸钠、十四烷基二羟乙基氧化胺、十八酰胺丙基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱、癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。
5.一种权利要求1-4任一所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，包括：
将层状磷酸锆加入到两性表面活性剂水溶液中经超声处理，得到含单层片状磷酸锆载体的混合液；
分别将银离子、锌离子和铜离子分散在所述混合液中，在预定温度下搅拌反应，再经过滤、烘干，得到载银锌铜单层磷酸锆纳米片。
6.根据权利要求5所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，所述层状磷酸锆的制备包括：
将锆盐和水加入到玻璃材质的反应容器中，得到锆盐溶液；
将氢氟酸和磷酸分散在所述锆盐溶液中，于60-90℃搅拌2-4小时，经冷却过滤，得到所述层状磷酸锆。
7.根据权利要求5所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，所述预定温度为65-80℃。
8.根据权利要求5所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，所述片状磷酸锆与所述银离子、锌离子和铜离子的质量比为30:2:1:1。
9.根据权利要求6所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，所述锆盐选自氧氯化锆、碳酸锆和硫酸氧锆中的一种。
10.根据权利要求5所述的载银锌铜单层磷酸锆纳米片的制备方法，其特征在于，所述分别将银离子、锌离子和铜离子分散在所述混合液中，在预定温度下搅拌反应，经过滤、烘干，得到单层磷酸锆纳米片，其中，搅拌速率为2000-2500r/min，搅拌时间为10-20分钟。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |