一种纳米电催化接触消毒材料及其制备方法技术

纳米电催化接触消毒材料，其结构包括多孔金属基材、依次复合于基材上的纳米氧化物催化胶粒层、贵金属或稀土元素掺杂层以及功能高分子层。在电场作用下纳米电催化材料激发水体中的粒子产生.ＯＨ、.Ｏ、.Ｃｌ、ＣｌＯ－，Ｈ２Ｏ２等强氧化物质，有效杀灭和抑制水体中的藻类、细菌、病毒等各种微生物，达到净化水体的效果。纳米电催化接触消毒材料在使用中不需添加任何化学药剂，所以无二次污染，而且安全、高效、经济，可广泛用于人们生活和医疗上的杀菌消毒，城市供水、工业循环冷却水、水产养殖水体的杀菌消毒，以及江河湖海等自然水体中藻类、菌类、病毒等的灭绝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米电催化接触消毒材料，特别是一种通过在金属基材表面复合 纳米催化材料、利用电场效应产生抗菌消毒作用的纳米功能材料，使用该材料可以在不引 入任何化学药剂的情况下达到高效的消毒效果，属于环保、健康卫生领域。
技术介绍
在人类已经进入21世纪的今天，健康和环保问题越来越成为人们关注的焦点。经 历了 2003年“非典”和禽流感的中国和世界从来没有像现在这样关注自己生活上以及医疗 上的灭菌消毒。水产品的卫生问题直接关系到人们的身体健康，生产、食用绿色无公害农产品逐 渐成为人们的呼声。目前我国的水产养殖业已经取得了巨大的发展，沿海地区的水产养殖 已经实现了规模化生产，养殖密度很高，水体质量很差，其中包含大量的细菌、病毒等致病 微生物，一旦疫病爆发会造成鱼、虾、蟹等水生生物的大量死亡，给养殖业生产造成重大损 失，进而影响到人们的生活质量和国民经济的健康发展。在目前的水产养殖中为了防止疫 情爆发，人们过分依赖消毒剂和抗生素，这实际上走入了一个误区，严重威胁到水产品的安 全。抗生素在水产品中的残留可以通过食物链传导到人类的体内，某些药物对人体具有明 显的“三致”(致癌、致畸、致突变)毒性作用(如氯霉素磺胺类等)和过敏反应(如青霉素 类、四环素类、磺胺类等)，近年来逐渐成为人们关注的焦点。抗生素的残留不仅影响水产品 的质量和风味，也被认为是动物细菌耐药性提高而向人类传递的重要途径。所以，开发一种 新型的水体消毒净化技术、少用或不用化学消毒剂产品、生产绿色无公害的水产品是当前 规模化、高密度水产养殖业迫切需要解决的重大课题。环境问题尤其是水环境、水资源的净化和保护日益成为影响人们生产生活的关键 因素。近年来淡水水体蓝藻和近海赤潮频繁爆发，不但直接损害河流、湖泊、海洋生态系统 的健康，而且严重威胁到周边城市的饮用水源，以及海洋渔业生产的安全，形势颇为严峻。 我国从上世纪八十年代初期开始蓝藻治理，现有的蓝藻治理技术包括机械去除技术、电磁 波处理技术、化肥控失技术、水体氮磷藻移出技术、黏土除藻技术、化学固磷方法、生物酶分 解技术等几十种技术与方法。但不管是化学杀藻、生物抑藻，还是生态治藻，在一定程度上 缺乏系统性和连贯性，存在成本高，对水体产生二次污染等问题，还是未能阻止蓝藻的频繁 爆发。开发一种新型的安全、有效、经济的蓝藻治理技术是一项紧迫而意义深远的课题。医疗上现有灭菌消毒方法可以分为物理和化学两大类，其中物理灭菌包括热力、 电离辐射、微波等；化学灭菌所用药剂包括甲醛、戊二醛、环氧乙烷、过氧乙酸、过氧化氢等。 物理灭菌主要是针对一些耐高温、高湿的简单手术器械，而现有医疗器械因结构复杂、价格 昂贵、精度要求高，往往需要采用化学制剂灭菌。但化学制剂存在污染环境，对人体有害，配 制浓度标准要求高，灭菌不彻底，容易残留等，往往不能满足临床和人们生活的要求。针对以上传统抗菌消毒方式的缺陷，本专利技术旨在提供一种纳米电催化接触消毒材 料，在应用时无需添加任何化学药剂，不存在二次污染，安全、高效、经济，可广泛用于医疗3卫生、城市供水、生活用水、自然水体、景观水体、游泳池、工业循环冷却水、水产养殖水体的 杀菌消毒以及藻类等水体微生物的灭绝。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现在普遍使用的化学药剂消毒的缺陷，提出一种纳米电催化 接触消毒材料，并详细阐述这种新型功能材料的结构及其制备方法，在使用过程中水体通 过与材料的纳米表面进行连续接触而达到抗菌消毒效果，水体中不会引入任何化学药剂， 所以不存在二次污染和通过食物链传入人体的风险，具有安全、高效、经济的特点。本专利技术的技术构思为，以超细金属粉体经冷等静压、高温烧结制备的多孔金属材 料作为基材，通过溶胶-凝胶法合成纳米氧化物催化胶粒并复合在多孔金属基材的表面， 然后引入纳米级分散的贵金属或稀土元素对该催化胶粒层进行掺杂，最后在材料的外表面 接枝共聚功能高分子层。纳米氧化物催化胶粒层与贵金属掺杂层在烧结温度下会形成固溶 体，在通电状态下表面形成高电流密度的电子激发场，使活跃的贵金属电子发生跳跃迁移， 形成空穴，从而催化诱导水体中的分子、离子、水合粒子等发生协同反应，产生·ΟΗ、·ο、·α、 C10_，H202等强氧化性物种，这些强氧化物质极易与水体中的微生物细胞、DNA、RNA等发生生 物化学反应，导致细胞失活，从而有效杀灭和抑制水体中的藻类、细菌、病毒等各种微生物， 达到净化水体的效果。本专利技术的技术方案如下纳米电催化接触消毒材料，其结构包括多孔金属基材、依次复合于基材上的纳米 氧化物催化胶粒层、贵金属或稀土元素掺杂层以及功能高分子层，本专利技术纳米电催化接触 消毒材料的技术特征在于纳米氧化物催化胶粒层与多孔金属基材经过高温烧结反应产生 紧密的化学共价键结合，而贵金属或稀土元素掺杂层与纳米氧化物催化胶粒层经过高温烧 结反应形成完整的固溶体，功能高分子层通过表面接枝共聚的方式引入材料的表层。所述多孔金属基材，具有丰富的孔隙结构，孔径范围在0. 1-2 μ m之间，尤其在 0. 5-1 μ m之间，所述多孔金属基材其特征在于具有巨大的比表面积，比之传统的实心金属 基材可以附载更多的催化活性物质，因而在电场作用下产生的强氧化物质更多，消毒效果 更强。所述多孔金属基材包含一系列金属材料，尤其是耐腐蚀性较好、导电性较好的金 属材料，这类材料的典型例子有金、银、钼、铅、镍、铜、钛、不锈钢等，本专利技术优选价格较低、 耐腐蚀较好的钛材料，其中包括钛金属以及钛的各种合金材料。所述多孔金属基材的制备方法是冶金领域的专业人员所公知的技术，所以本专利 中并不作为阐述的重点。所述的纳米氧化物催化胶粒，其制备方法是通过公知的溶胶_凝胶法或高温热解 法进行合成，适宜的纳米粒子的直径在10-200nm之间，尤其是40-80nm之间。纳米粒子的 均一性对电催化消毒性能的影响很大，因为这不仅影响到催化胶粒层与金属基材的结合程 度，而且影响贵金属或稀土元素掺杂层与催化胶粒层的融合程度。所述的纳米氧化物催化胶粒，其成分包含二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化 锌(ZnO)、二氧化铅(PbO2)、氧化锡(SnO2)、三氧化二锑(Sb2O3)中的一种或一种以上，本发 明优选二氧化钛、氧化钽、氧化锡、氧化锑，尤其是二氧化钛。所述的纳米氧化物催化胶粒，可以均勻地分散于介质当中，介质的成分包含水、甲 醇、乙醇、异丙醇、丁醇、正己烷、正庚烷、甲苯中的一种或一种以上。纳米氧化物催化胶粒在 体系中的质量浓度控制在0. 1% -40%之间。所述的纳米氧化物催化胶粒，通过涂覆工艺沉积在多孔金属基材的表面，厚度控 制在0. 1-100 μ m，经过高温烧结反应，纳米氧化物催化胶粒与基材产生紧密的化学共价键 结合，烧结温度300-500°C，烧结时间2-6小时。纳米氧化物催化胶粒层的作用体现为两点一是使金属基材得到保护，减少腐蚀， 延长使用寿命；二是极大地提高反应区的比表面积，增加电催化消毒材料与外界环境的接 触程度，从而提高抗菌消毒的效果。所述的贵金属或稀土元素，其成分包含钼族贵金属元素钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、 锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)中的一种或一种以上，或稀土氧化物二氧化铈(CeO2)、三氧化二镧 (La2本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米电催化接触消毒材料，包括多孔金属基材、依次复合于基材上的纳米氧化物催化胶粒层、贵金属或稀土元素掺杂层以及功能高分子层，其特征在于：纳米氧化物催化胶粒层与多孔金属基材经过高温烧结反应产生紧密的化学共价键结合，而贵金属或稀土元素掺杂层与纳米氧化物催化胶粒层经过高温烧结反应形成完整的固溶体，功能高分子层通过表面接枝共聚的方式引入材料的表层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢长民，王文慧，
申请(专利权)人：北京道淼浩博科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]