一种无机涂层抗菌纤维及其制备方法技术

一种无机涂层抗菌纤维及其制备方法，本发明专利技术是将四针状氧化锌晶须掺杂银、氧化铁、二氧化钛或混合改性，拓展其在可见光领域的响应性。将四针状氧化锌晶须或改性四针状氧化锌晶须负载到纤维上，由于四针状氧化锌晶须独特的空间结构，对纤维的抓着力强，能良好地负载到纤维，使得四针状氧化锌晶须的高催化活性和纤维高比表面积特性得到良好的结合，大大提高了光催化剂催化效率，同时解决了光催化剂的回收问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所涉及一种无机抗菌剂及其制备方法，属于功能材料

技术介绍
随着抗生素和化学药物的大量使用，以细菌和病毒为代表的微生物对人 类发起了越来越猛烈的攻击，并造成了越来越严重的后果，随着国民经济的 迅速发展和人民生活水平的不断提高，改善生活条件，建设环保健康的生存 环境，已成为迫切需要解决的问题，无机抗菌材料因具有广谱抗菌、耐腐蚀、 使用范围广、使用安全等优点，成为抗菌剂研究的热点。目前使用的无机抗菌剂主要有两大类以银为首的溶出型无机抗菌剂和 以钛、锌为首的光催化型抗菌剂。银系抗菌材料中银离子具有很强的抗菌活 性，但银离子化学性质比较活泼，对热和光比较敏感，特别是经紫外线照射 后易被还原为黑色的单质银，从而影响白色或浅色制品的外观，其稳定性问 题一直未得到有效和最终的解决。光催化型抗菌剂具有无毒、反应条件温和 和选择性小等优点，在降解环境污染物的处理方面受到了广泛的重视，光催 化材料的研究开发，成为目前国内外研究的热点。但光催化剂存在如下缺点 ①大多数光催化剂帶隙较宽，电子-空穴对的重新复合降低了光催化剂的催化 效率；②只能在紫外区域显示光催化活性，太阳光中紫外光能量仅占5%左右，而可见光能量占40%以上，对太阳光的利用率很低，成本较高。并且作为环境净化材料，如果需要紫外光照射，必将限制其在室内的应用。③光催化剂的 回收一直未得到有效的解决。这些缺点的存在限制了光催化材料的工业化应 用。因此，为了有效利用太阳光，研究在可见光下具有高效光催化活性的催 化材料非常有意义，寻求可回收、环境友好并具有高性能可见光光催化材料 是光催化剂产业化发展的必然趋势。以ZnO为代表的活性氧化物是最早被应用的无机抗菌材料之一。从一些杀 菌软膏到贴片式膏药，从化妆品到药物，都在大量的使用。研究表明，Zn0对 多种皮肤病尤其是由金黄色葡萄球菌引起的各种特异性皮疹、湿疹具有奇特 的杀灭和抑制效果。氧化锌是一种具有良好生物相容性、环境协调性和安全 抗菌性的无机抗菌剂材料。但由于受抗菌活性的限制，其发展曾一度处于停滞状态。O.Yamanoto研究了ZnO粒径对抗菌活性的影响，发现在O. 1 0. 8mum 范围内，随着粒径减小，其抗菌活性明显增强(0. Yamamoto， Influence of particle size on the antibacterial activity of zinc oxide, International Journal of Inorganic Materials, 2001， 3: 643 - 646)。 研究发现，含ZnO/活性炭复合体系具有很强的抗菌效果，且抗菌活性随体系 中Zn0含量增加(52% 65%)和炭化温度下降而显著增加，而不含ZnO的活性 炭不具有抗菌性能。 (0. Yamamotoa ， K. Nakakoshia， T. Sasamoto， Adsorption and growth inhibition of bacteria on carbon materials containing zinc oxide, Carbon, 2001, 39: 1643 - 1651)日本松下公司 发现一种四针状ZnO晶须(T-Zn0w)比一般氧化锌的抗菌活性好，并成功地将其 应用于抗菌、防霉、污水处理、有害化学物质分解等领域，取得良好效果。 四针状氧化锌(T-ZnOw)晶须由于其具有独特的空间结构，作为新型的光催 化剂，既克服了一般银系无机抗菌剂易变色的缺点，又不同于光催化纳米抗 菌材料需要借助于紫外光催化才能抗菌，更不会像有机抗菌剂那样带来二次 污染和其他副作用。该类材料的开发可望在环境保护、污水处理、空气净化 等方面具有广阔的应用前景。纳米二氧化钛光催化剂体系的研究主要表现在 以下两个方面①二氧化钛光催化剂的染料敏化。敏化作用利用染料对可见 光的反应性以拓展纳米二氧化钛光催化剂在可见光领域的响应，然而，染料 本身也会被降解而使光催化剂失去活性；②纳米二氧化钛光催化剂的复合和 掺杂修饰。如采用金属离子(Ag+、 Fe"等)掺杂、掺氮等可提高纳米二氧化钛 的光催化效率和拓展其在可见光领域的响应性。Asahi报道了Ti02-xNx粉末和薄 膜光催化剂，在可见光(波长500nm)下具有高光催化活性和超亲水性(R. Asahi， T. Morikawa， T. 0hwaki， K. Aoki， Y. Taga， Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides， Science, 2001， 293: 269-271)
技术实现思路
本专利技术为克服目前光催化剂中在可见光领域响应和光催化剂 的回收问题，提出了一无机涂层抗菌纤维及其制备方法，该抗菌纤维以四针 状氧化锌晶须或改性四针状氧化锌晶须为光催化剂，纤维为负载材料，既能 提高光催化剂催化效率，又具有可见光领域响应性，并能解决光催化剂回收 问题。本专利技术适用于用T-Zn0w或改性T-Zn0w负载到纤维上制备无机涂层抗菌 纤维，其中改性剂在T-ZnOw上掺杂量为O. l 10wt%，在纤维上T-ZnOw或改 性T-ZnOw负载量为l 20wt%。所述的改性剂为银盐溶液或溶胶、铁盐溶液或 溶胶、二氧化钛溶胶、银盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶、铁盐和二氧化钛 的混合溶液或溶胶。其中银盐指硝酸盐，铁盐指硝酸盐、氯化铁或氯化亚铁 中一种。所述的银盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶中元素银和二氧化钛的摩 尔比为0. 01 10%;铁盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶中铁和二氧化钛的摩尔 比为0. 05 15%。本专利技术提供的纤维为陶瓷纤维包括碳纤维、活性碳纤维、碳化硅纤维和 玻璃纤维，有机纤维包括芳纶纤维、棉纤维或聚酯纤维。本专利技术采用的技术方案为①T-Zn0w的改性。在超声条件下，将T-Zn0w 分散在改性剂溶液或溶胶体系中，获得改性T-ZnOw的混合溶胶体系；②在超 声条件下，纤维在混合溶胶体系中的多次浸丝-烧丝，获得纤维负载改性 T-ZnOw光催化材料。具体的参数如下1. 改性溶液或溶胶的配制室温下，将银盐、铁盐或钛化合物完全溶解于去离子水中，配制成25 250g/L的溶液，将氨水、碳酸钠或氢氧化钠调节溶液的pH值为2 11，加入 聚乙烯吡咯垸酮、十二垸基苯磺酸钠或聚乙二醇等分散剂，制得改性溶液或 溶胶体系。2. 改性T-Zn0w胶体溶液的合成根据改性T-ZnOw的掺杂量，在改性剂溶液或溶胶体系加入T-Zn0w，在超 声条件下将T-ZnOw均匀分散在溶胶体系中，超声时间2 30min。3. 纤维负载改性T-Zn0w纤维在氮气保护下60 900'C烧结1 20min脱胶，然后在超声条件下水 溶液体系中进行浸洗，再在50 18(TC下烘干，所得洁净活性碳纤维放入在超 声状态下含有改性T-ZnOw胶体溶液中浸丝，浸丝时间1 10min。4. 纤维负载改性T-ZnOw的烧成负载改性T-ZnOw的纤维进入烧结炉进行烧结，可采用氮气、惰性气体或 氢气进行保护性烧结反应，烧结时间1 20min，烧结温度60 30(TC，烧成后即得纤维负载改性T-Zn0w光催化剂。所述的银盐、铁盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机涂层抗菌纤维，其特征在于：用Ｔ－ＺｎＯｗ或改性Ｔ－ＺｎＯｗ负载到纤维上，其中改性剂在Ｔ－ＺｎＯｗ上掺杂量为０．１～１０ｗｔ％，在纤维上Ｔ－ＺｎＯｗ或改性Ｔ－ＺｎＯｗ负载量为１～２０ｗｔ％，所述的改性剂为银盐溶液或溶胶、铁盐溶液或溶胶、二氧化钛溶胶、银盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶、铁盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶，其中银盐为硝酸盐，铁盐指硝酸盐、氯化铁或氯化亚铁中一种，所述的银盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶中元素银和二氧化钛的摩尔比为０．０１～１０％；铁盐和二氧化钛的混合溶液或溶胶中铁和二氧化钛的摩尔比为０．０５～１５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小忠，杜作娟，黎炎图，张承辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]