CN1331400C - 复合光触媒抗菌剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种化工技术领域的复合光触媒抗菌粉体的制备方法，所述的复合光触媒抗菌剂组分及重量百分比为：TiO2 73.7-87.0%，SiO2 10.7-22.6%，Ag 2.3-3.7%，首先分别配制钛酸四丁酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液中，搅拌得到均匀透明的二氧化钛溶胶；然后分别配制正硅酸乙酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液中，搅拌得到均匀透明的二氧化硅溶胶；在将二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶混合；接着配制硝酸银水溶液，将硝酸银水溶液滴入混合溶胶中，搅拌形成凝胶；最后陈化、干燥、研磨、焙烧得到复合光触媒抗菌粉体。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种化工技术领域的方法，具体是一种复合光触媒抗菌剂的制备方法。
背景技术
纳米TiO2在紫外线的照射下，电子从价带跃迁到导带上，形成空穴电子对，吸附溶解在纳米TiO2表面的氧俘获电子形成活性氧O2 -，而空穴则将吸附在纳米TiO2表面的OH-和H2O氧化成自由基HO·。生成的活性氧O2 -和自由基HO·能穿透细菌的细胞壁，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效杀灭细菌。纳米TiO2杀菌的另一个优势在于它能降解细菌死亡时释放出的有毒物质。自由基HO·具有很高的氧化能力，能够有效降解有机物和环境污染物。普通光触媒抗菌剂具有广谱、耐久、安全的特点，在纺织品、卫生用品方面获得广泛应用，但纳米TiO2只能吸收激发波长为385nm(紫外波长)以下的光进行反应，因而，普通光触媒抗菌剂必须在紫外线照射才能发挥抗菌作用，这使得普通光触媒抗菌剂的应用受到一定限制。
经对现有技术的文献检索发现，发表在《应用化工》2005年1月第34卷第1期的文章“载银二氧化钛光催化杀菌性能的研究”，该文为了克服纳米二氧化钛要在紫外线照射下才能发挥抗菌作用之不足，以偏钛酸为前驱体，浸渍一定浓度的硝酸银溶液，用热沉积法制备出载银二氧化钛，并研究载银二氧化钛的抗菌性能。但是采用热沉积法制备出的载银二氧化钛粒径较粗，光催化抗菌性能较差；二氧化钛表面没有经过改性，不能用于制备具有抗菌性能的纤维和纺织品。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种复合光触媒抗菌剂的制备方法，使其制备的复合光触媒抗菌剂，克服普通光触媒抗菌剂要在紫外线照射下才能发挥抗菌作用的局限，本发明制备的抗菌剂具有优良的抗菌、防污、除臭功能，能用于制备具有抗菌、防污、除臭功能的纺织品和卫生用品。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的复合光触媒抗菌剂，各组分及其重量百分比为：TiO2 73.7-87.0％，SiO2 10.7-22.6％，Ag 2.3-3.7％，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备二氧化钛溶胶。
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制重量百分比浓度为10-20％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶1-5的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸，将去离子水、乙醇混合液的PH值调至4-5，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液中，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在15-35℃，待去离子水、乙醇混合液完全加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，继续搅拌4-6小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
(2)制备二氧化硅溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制重量百分比浓度为10-20％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶1-3的比例配制去离子水、乙醇混合液，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液中，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在15-35℃。待去离子水、乙醇混合液完全加入正硅酸乙酯乙醇溶液后，搅拌8-16小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。
(3)将二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶混合。
将二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶的体积比为4-10∶1，溶胶温度保持在15-35℃，搅拌2-4小时，得到均匀透明的混合溶胶。
(4)掺入银。
配制重量百分比浓度为2.5％硝酸银水溶液，将硝酸银水溶液滴入混合溶胶中，硝酸银水溶液的体积为二氧化钛、二氧化硅混合溶胶的1.8-4％，一边滴入一边搅拌，溶胶温度保持在15-35℃，搅拌1-2小时。形成不具流动性的凝胶。
(5)陈化、干燥、研磨、焙烧
经步骤(4)获得的凝胶，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
本发明中，TiO2、SiO2和Ag的尺寸均为纳米级。SiO2包覆在TiO2纳米粒子表面，形成一层特殊的多孔膜，克服了TiO2纳米粒子在聚合物中的团聚问题，提高了TiO2纳米粒子在聚合物中的分散性，从而使这种复合光触媒抗菌剂能用于制备抗菌的高分子材料和纺织品。Ag本身具有很强的抗菌性能，它遇水能溶出Ag+，强烈吸引细菌机体中与呼吸有关的酶蛋白的疏基，并通过化学键结合在一起，使其呼吸代谢受阻，使细菌死亡，从而使这种复合光触媒抗菌剂在没有紫外线照射的情况下，也具有良好的抗菌性能。Ag能促进TiO2从锐钛矿向金红石相转变，而含有一定比例金红石相的锐钛矿具有更高的催化活性，因而Ag能提高光触媒抗菌剂的抗菌性能。
本发明制备的复合光触媒抗菌粉体粒径分布较均匀，粒径小于100nm，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率大于99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率大于90％。本发明提供的复合光触媒抗菌剂制备方法工艺简单，不需要特殊设备，产业化前景良好。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明。
实施例1：
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制10％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶5的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸使去离子水、乙醇混合液的PH值为4，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在15℃。待去离子水、乙醇混合液加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，搅拌6小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制10％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶3比例配制去离子水、乙醇混合液，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在15℃，搅拌16小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。将体积比为10∶1的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，搅拌4小时，溶胶温度保持在15℃，得到均匀透明的混合溶胶。
配制重量百分比浓度为2.5％的硝酸银溶液，将混合溶胶体积1.8％的硝酸银水溶液滴入混合溶胶中，一边滴入一边搅拌，溶胶温度保持在15℃，搅拌2小时。形成不具流动性的凝胶后，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
这种复合光触媒抗菌粉体的组分及其重量百分比为：TiO2(87.0％)、SiO2(10.7％)和Ag(2.3％)，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为90.5％。
实施例2：
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制15％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶3的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸使去离子水、乙醇混合液的PH值为4.5，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在25℃，待去离子水、乙醇混合液加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，搅拌5小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制15％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶2比例配制去离子水、乙醇混合液，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在25℃，搅拌12小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。将体积比为6∶1的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，搅拌3小时，溶胶温度保持在25℃，得到均匀透明的混合溶胶。
配制重量百分比浓度为2.5％的硝酸银溶液，将混合溶胶体积2.8％的硝酸银水溶液滴加入混合溶胶中，一边加入一边搅拌，溶胶温度保持在25℃，搅拌1.5小时。形成不具流动性的凝胶后，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
这种复合光触媒抗菌粉体的组分及其重量百分比为：TiO2(81.1％)、SiO2(16.6％)和Ag(2.4％)，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为90.8％。
实施例3：
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制20％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶1的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸使去离子水、乙醇混合液的PH值为5，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在35℃，待去离子水、乙醇混合液加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，搅拌4小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制20％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶1比例配制去离子水、乙醇混合液，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在35℃，搅拌8小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。将体积比为4∶1的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，搅拌2小时，溶胶温度保持在35℃，得到均匀透明的混合溶胶。
配制重量百分比浓度为2.5％的硝酸银溶液，将混合溶胶体积4％的硝酸银水溶液滴加入混合溶胶中，一边加入一边搅拌，溶胶温度保持在35℃，搅拌1小时。形成不具流动性的凝胶后，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
这种复合光触媒抗菌粉体的组分及其重量百分比为：TiO2(74.9％)、SiO2(22.6％)和Ag(2.5％)，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为91.6％。
实施例4：
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制10％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶3的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸使去离子水、乙醇混合液的PH值为4.5，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在25℃，待去离子水、乙醇混合液加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，搅拌5小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制10％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶3比例配制去离子水、乙醇混合液，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在25℃，搅拌12小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。将体积比为6∶1的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，搅拌3小时，溶胶温度保持在25℃，得到均匀透明的混合溶胶。
配制重量百分比浓度为2.5％的硝酸银溶液，将混合溶胶体积2.3％的硝酸银水溶液滴加入混合溶胶中，一边加入一边搅拌，溶胶温度保持在25℃，搅拌1.5小时。形成不具流动性的凝胶后，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
这种复合光触媒抗菌粉体的组分及其重量百分比为：TiO2(80.6％)、SiO2(16.5％)和Ag(2.9％)，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为96.6％。
实施例5：
将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制10％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶3的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸使去离子水、乙醇混合液的PH值为5，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在35℃，待去离子水、乙醇混合液加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，搅拌4小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制10％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶3比例配制去离子水、乙醇混合液，将等体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液，一边滴入一边搅拌，溶液温度保持在35℃，搅拌8小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。将体积比为4∶1的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，搅拌2小时，溶胶温度保持在35℃，得到均匀透明的混合溶胶。
配制重量百分比浓度为2.5％的硝酸银溶液，将混合溶胶体积3％的硝酸银水溶液滴加入混合溶胶中，一边加入一边搅拌，溶胶温度保持在35℃，搅拌1小时。形成不具流动性的凝胶后，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min，保温12小时，研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
这种复合光触媒抗菌粉体的组分及其重量百分比为：TiO2(73.7％)、SiO2(22.6％)和Ag(3.7％)，在紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.99％，在没有紫外线照射下，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、枯草杆菌(48小时)抗菌率为99.5％。
Claims (10)
1、一种复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述的复合光触媒抗菌剂，各组分及其重量百分比为：TiO2 73.7-87.0％，SiO2 10.7-22.6％，Ag 2.3-3.7％，其制备方法包括以下步骤：
(1)制备二氧化钛溶胶：分别配制钛酸四丁酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入钛酸四丁酯乙醇溶液中，一边滴入一边搅拌，得到均匀透明的二氧化钛溶胶；
(2)制备二氧化硅溶胶：分别配制正硅酸乙酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，将相同体积的去离子水、乙醇混合液滴入正硅酸乙酯乙醇溶液中，一边滴入一边搅拌，得到均匀透明的二氧化硅溶胶；
(3)将二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶混合：将二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合，保温搅拌，得到均匀透明的混合溶胶；
(4)掺入银：配制硝酸银水溶液，将硝酸银水溶液滴入混合溶胶中，一边滴入一边搅拌，形成凝胶；
(5)陈化、干燥、研磨、焙烧。
2、根据权利要求1所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(1)中，分别配制钛酸四丁酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，是指：将钛酸四丁酯溶入无水乙醇中，配制重量百分比浓度为10-20％的钛酸四丁酯乙醇溶液，按体积比1∶1-5的比例配制去离子水、乙醇混合液，滴入少量冰醋酸，将去离子水、乙醇混合液的PH值调至4-5。
3、根据权利要求1或者2所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(1)中，一边滴入一边搅拌时，溶液温度保持在15-35℃，待去离子水、乙醇混合液完全加入钛酸四丁酯乙醇溶液后，继续搅拌4-6小时，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。
4、根据权利要求1所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(2)中，分别配制正硅酸乙酯乙醇溶液和去离子水、乙醇混合液，是指：将正硅酸乙酯溶入无水乙醇中，配制重量百分比浓度为10-20％的正硅酸乙酯乙醇溶液，按体积比1∶1-3的比例配制去离子水、乙醇混合液。
5、根据权利要求1或者4所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(2)中，一边滴入一边搅拌时，溶液温度保持在15-35℃，待去离子水、乙醇混合液完全加入正硅酸乙酯乙醇溶液后，搅拌8-16小时，得到均匀透明的二氧化硅溶胶。
6、根据权利要求1所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)中，二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶混合的体积比为4-10∶1。
7、根据权利要求1或者6所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)中，保温搅拌是指：混合溶胶温度保持在15-35℃，搅拌2-4小时。
8、根据权利要求1所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(4)，配制重量百分比浓度为2.5％硝酸银水溶液，将硝酸银水溶液滴入混合溶胶中，硝酸银水溶液的体积为二氧化钛、二氧化硅混合溶胶体积的1.8-4％，一边滴入一边搅拌，溶胶温度保持在15-35℃，搅拌1-2小时。
9、根据权利要求1所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(5)，具体为：将步骤(4)获得的凝胶，净置3天，保温12小时，研磨后，保温3小时，得到复合光触媒抗菌粉体。
10、根据权利要求1或者9所述的复合光触媒抗菌剂的制备方法，其特征是，所述的步骤(5)，净置3天，在真空下升温至100℃，升温速度为1℃/min；研磨后，在空气气氛中升温至600℃，升温速度为3℃/min。
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2005
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