一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法

本发明涉及纳米二氧化钛的制备，尤其是涉及一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法。

背景技术：

1、细菌广泛地存在于自然界中，有害细菌的大量增殖对人类生产和生活都产生了很多不良的影响，严重的细菌感染甚至会导致死亡，细菌感染已经成为威胁人类生命的一个重要难题。

2、面对细菌感染的侵扰，人们一直在积极探寻应对方式。抗菌概念早在几千年前就已经得到了应用。在一些中国古代的中医著作中就记载了各种用于细菌感染的中草药，中草药中的天然抗菌剂具有一定的抗菌功能，但其存在效率较低、不耐久和药效慢等缺点。随着社会的发展和人类生活水平的不断提高，传统的抗菌剂并不能完全满足人们的需求，因此急需开发新的材料或药品来缓解所面临的困境。

3、1928年英国细菌学家弗莱明最先发现青霉素，青霉素被广泛应用到防止伤口感染中，并拯救了数千万人的性命。随后科学家研发了大量不同类型的抗生素并得到了广泛的应用，比如链霉素、红霉素和头孢菌素等。虽然抗生素在应对细菌感染方面起到了至关重要的作用，但是抗生素的大量滥用也引起了严重的耐药性问题，甚至出现了对目前抗生素都有耐药的细菌群体“超级细菌”。并且随着时间的推移，耐药细菌的数量逐渐增加，但是抗生素的开发数量呈逐年下降的趋势。由此可见如果任由耐药性问题发展，那么人们将面临无药可救的境地。因此开发不会引起耐药性的材料、药物显得尤为重要。

4、抗菌材料是一类具有抑制或杀灭微生物能力的功能材料。根据抗菌剂的不同，可以将抗菌材料分为天然抗菌材料、有机抗菌材料、无机抗菌材料三大类。

5、天然抗菌材料主要来自天然物质的提取物，其虽然相对于某些细菌具有良好的抗菌性，但是不具备广谱抗菌能力，并且容易产生抗药性、耐热性差、寿命短、安全性较差，其应用推广受到一定的限制。

6、有机抗菌材料是指以有机酸类、酚类、季铵盐类、苯并咪唑类等有机物为抗菌剂的抗菌材料，有机抗菌剂的性能与天然抗菌剂类似，其抗菌性具有即效性、对于不同菌种效果不一、易产生抗药性、易挥发、易分解、安全性较低。

7、无机抗菌材料是上世纪八十年代发展起来的一种抗菌材料。常见的无机抗菌材料包括金属离子、金属氧化物、纳米材料等。无机抗菌材料通过接触杀菌、溶出杀菌或活性氧杀菌方式杀菌。无机抗菌材料在抗菌性方面具有持久性、广谱性、不产生抗药性，并且具有很好的耐热性，安全性较高。无机抗菌材料具有十分广泛的应用前景。

8、无机纳米级抗菌材料是一种目前研究比较热门的，具有优良抑菌性能的新型功能材料。其中二氧化钛的氧化活性最高，且稳定性较强。其抗菌原理是：二氧化钛在紫外线的照射下，生成电子、空穴对，电子、空穴迁移到材料表面时与空气中的氧气和水反应生成超氧化物阴离子自由基和羟基，从而杀灭细菌。然而二氧化钛的禁带宽度较大，光吸收仅局限在近紫外区，对太阳光的利用率仅在1％左右，这极大限制了普通的纳米二氧化钛抗菌能力。通过在制备纳米二氧化钛的过程中添加多种金属离子掺杂改性，改变纳米二氧化钛的晶体结构，使其在可见光下就可以激发生成电子、空穴对，从而获得较好的抗菌性能。此外，在无光照条件下，纳米二氧化钛的抗菌活力较为有限，如何将光催化型纳米二氧化钛和离子抗菌型的纳米铜/银进行复合是目前的发展方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，利用锌铈的共掺杂解决二氧化钛的禁带宽度较大的问题，赋予其优异的抗菌、除甲醛、净味等特性；同时，利用抗坏血酸在多元共掺杂纳米二氧化钛表面原位还原出纳米氧化亚铜和纳米银，从而大幅提高其抗菌防霉能力。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将钛盐、铈盐、锌盐及去离子水加入反应釜中，加热并搅拌，缓慢滴入适量ph调节剂以及表面活性剂，反应后得到溶液a；

4、(2)将所述溶液a静置后过滤出水分，得到沉淀b；

5、(3)将所述沉淀b干燥后研磨，得到粉末c；

6、(4)将所述粉末c煅烧，得到锌铈共掺杂纳米二氧化钛粉末d；

7、(5)将所述粉末d、铜盐、银盐、抗坏血酸及去离子水加入反应釜中，缓慢滴入适量ph调节剂，加热并搅拌，得到溶液e；

8、(6)将所述溶液e静置后过滤，得到沉淀f；

9、(7)将所述沉淀f干燥后研磨，得到多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末g。

10、优选的，步骤(1)中所述钛盐是硫酸氧钛、四氟化钛、偏钛酸中的一种，铈盐是硝酸铈、三氯化铈、硫酸铈中的一种或几种的组合，所述锌盐是醋酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或几种的组合，步骤(5)中所述铜盐是硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种或几种的组合，所述银盐是硝酸银、乙酸银中的一种。

11、优选的，步骤(1)所述溶液a中，每1l去离子水加入钛盐40-100g，铈盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，锌盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，步骤(5)中所述溶液e中，铜盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，银盐添加量为钛盐的0.1％-0.5％(摩尔比)，抗坏血酸添加量为铜盐和银盐之和的50％-80％(摩尔比)。

12、优选的，步骤(1)和步骤(5)中所述的ph调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或几种，滴定终点ph值为8-9。

13、优选的，步骤(1)中所述的表面活性剂为ctab、sds、pvp中的一种或几种。

14、优选的，步骤(1)中所述的加热温度为70-90℃，所述的反应时间为2-4小时。

15、优选的，步骤(2)中所述的静置时间为3-12小时。

16、优选的，步骤(3)和(7)中所述的干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24小时。

17、优选的，步骤(4)中所述的煅烧温度为450-600℃，保温时间为3-6小时。

18、优选的，步骤(5)中所述的加热温度为60-80℃，所述搅拌时间为2-4小时。

19、因此，本发明采用上述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，具备以下有益效果：

20、(1)通过多种金属元素共掺杂改性，有效降低二氧化钛的禁带宽度，促进二氧化钛光生电子和空穴的有效分离，提高了光催化抗菌、防霉、分解净化有害气体(如甲醛、苯)能力；

21、(2)通过在纳米二氧化钛表面原位还原纳米氧化亚铜和纳米银，制备出光催化-离子复合型纳米二氧化钛，大幅提高了抗菌、防霉能力；加速老化3000多小时(相当于自然老化10年)后，仍具有99.9％以上的抗菌率及0级防霉能力。

22、(3)本发明制备工艺简单，成本低，原料来源丰富，具有优异的应用前景。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钛盐是硫酸氧钛、四氟化钛、偏钛酸中的一种，铈盐是硝酸铈、三氯化铈、硫酸铈中的一种或几种的组合，所述锌盐是醋酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或几种的组合，步骤(5)中所述铜盐是硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种或几种的组合，所述银盐是硝酸银、乙酸银中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶液a中，每1l去离子水加入钛盐40-100g，铈盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，锌盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，步骤(5)中所述溶液e中，铜盐添加量为钛盐的1％-5％(摩尔比)，银盐添加量为钛盐的0.1％-0.5％(摩尔比)，抗坏血酸添加量为铜盐和银盐之和的50％-80％(摩尔比)。

4.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(5)中所述的ph调节剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或几种，滴定终点ph值为8-9。

5.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的表面活性剂为ctab、sds、pvp中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的加热温度为70-90℃，所述的反应时间为2-4小时。

7.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的静置时间为3-12小时。

8.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)和(7)中所述的干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24小时。

9.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的煅烧温度为450-600℃，保温时间为3-6小时。

10.根据权利要求1所述的一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的加热温度为60-80℃，所述搅拌时间为2-4小时。

技术总结本发明提供了一种多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末的制备方法，属于纳米二氧化钛的制备技术领域，包括以下步骤：将钛盐、铈盐、锌盐及适量去离子水加入反应釜中加热至70‑90℃并搅拌，缓慢滴入pH调节剂至pH为8‑9以及表面活性剂，反应2‑4小时后，静置过滤出水分，将沉淀干燥后研磨成粉末，将粉末置于450‑600℃下煅烧，得到锌铈共掺杂纳米二氧化钛粉末后混合铜盐、银盐、抗坏血酸及去离子水加入反应釜中，缓慢滴入适量pH调节剂，在60‑80℃下水热还原2‑4小时静置后过滤，将沉淀干燥研磨，得到多功能二氧化钛基纳米复合抗菌粉末。本发明方法工艺简单，反应过程易于控制，制得的二氧化钛基纳米复合抗菌粉末具有优异的杀菌、防霉、抗病毒、除甲醛、净味多重效果。技术研发人员：胡剑,张恒,颜丝节,曾贵林,方武,胡志斌,胡佳俊,邱靖受保护的技术使用者：华东交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5