一种介孔稀土复合抗菌材料及其制备方法与流程

本发明属于抗菌领域，尤其是涉及一种介孔稀土复合抗菌材料及其制备方法。

背景技术：

1、新型纳米材料的开发和应用成为了当今解决耐药菌感染问题的重要途径之一。纳米材料不仅有较高的比表面积并且还具有特殊的物理化学性质，从而备受关注。目前，应用于抗菌领域的纳米材料根据形态可以分为0-3维纳米材料。传统的0维材料（纳米颗粒）和1维材料（纳米纤维/纳米管）的抗菌活性主要源于贵金属，包含银、金、钯以及金属氧化物，如zno、tio2。二维（2d）纳米材料分为含金属的二维材料和不含金属的二维材料。前者包含过渡金属硫化物（tmds， 如mos2）和二维过渡金属氮化物或者碳化物（mxenes）。后者包括石墨烯及其衍生物，如氧化石墨烯（go）和还原氧化石墨烯（rgo），石墨氮化碳（g-c3n4）和氮化硼（bn）。为了避免直接或者潜在的重金属污染，在涉及健康和安全的应用中，如开发新的抗菌材料，应当首选不含金属的二维纳米材料。

2、作为一种重要的无金属碳基纳米材料，g- c3n4具有独特的纳米片结构，并且可以很容易地从尿素和三聚氰胺等低成本原料中煅烧制备。致密的层状结构是由三-s-三嗪单元缩聚形成，通过范德华力组装而成，具有很高的化学惰性和结构稳定性。为了提高g- c3n4的抗菌活性，拓宽其有效波长范围，许多研究将其与不同的纳米材料复合，包括金属或金属氧化物、石墨烯和硫代铝。另一方面，氧化石墨烯、二硫化钼和氮化硼等二维纳米材料可以通过直接与细胞膜相互作用导致细菌细胞破裂和死亡。稀土元素具有特殊的电子跃迁能力，将稀土镧掺杂于介孔二维氮化碳中能够提高材料的抗菌性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种介孔稀土复合抗菌材料及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1是将二氰二胺、盐酸胍与稀土盐混合均匀，向其中加入硫酸，在加热条件下搅拌，反应完全后冷却至室温，得到混合料；

5、步骤2是将所述的混合料放入内衬中，并在高压釜中进行反应，反应完成后得到中间体；

6、步骤3是将所述的中间体进行烘干、煅烧，得到所述的介孔稀土复合抗菌材料。

7、制备所述的介孔稀土复合抗菌材料的反应如式（ⅰ）-式（ⅱ）所示。

8、

9、式（ⅰ）

10、

11、式（ⅱ）

12、进一步，所述的步骤1中的稀土盐为稀土硝酸盐和/或稀土卤化盐；所述的步骤1中的稀土盐中的稀土元素为镧、铈、钆、钇或钐中的至少一种；所述的步骤1中的稀土盐为la(no3)3•6h2o、ce(no3)3•6h2o、y(no3)3•6h2o、gd(no3)3•6h2o、sm(no3)3•6h2o,lacl3•7h2o、cecl3•6h2o、ycl3•6h2o、gdcl3•6h2o或smcl3•6h2o中的至少一种。

13、进一步，所述的步骤1中的二氰二胺、盐酸胍、稀土盐与硫酸的固液比为1-3g：1-4g：2-4 g：1 ml；所述的硫酸的质量浓度为40-70%。

14、优选的，所述的步骤1中的二氰二胺、盐酸胍、稀土盐与硫酸的固液比为1 g：3 g：3g：1 ml。

15、进一步，所述的步骤1中的加热步骤的温度为70-100℃。

16、进一步，所述的步骤2中的内衬的材质为聚四氟乙烯。

17、进一步，所述的步骤2中的反应的温度为150-200℃，时间为1-4小时。

18、进一步，所述的步骤3中的煅烧步骤的温度为500-600℃，时间为1-4小时，升温速率为5-10℃/min。

19、本发明还提供了一种由所述的制备方法制得的介孔稀土复合抗菌材料。

20、前驱体二氰二胺和盐酸胍在高温搅拌的过程中，生成三嗪环。三嗪环在高温酸性条件下，进一步脱掉端位的氨基。稀土离子在三嗪环脱掉氨基的过程中与三嗪环的氮元素形成配位键。进一步的进行高温退火煅烧，最终形成稀土与氮化碳的复合材料，端位脱掉的氨基阻碍了聚合反应，其次稀土与氮元素形成的配位键形成空间效应同样也阻断了聚合反应的进行，使最终的反应物形成多孔状态。

21、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

22、本发明所述的介孔稀土复合抗菌材料由二氰二胺、盐酸胍和稀土盐作为原料进行合成，经过酸化后，二氰二胺与盐酸胍由于高温缩聚形成的石墨相氮化碳具有很多的孔状结构，为引入稀土离子提供了很多的位点，为此增加了稀土元素在二维材料氮化碳表面的掺杂量，从而提高材料的抗菌性能。

23、本发明所述的介孔稀土复合抗菌材料将稀土负载在多孔氮化碳表面后，对金黄色葡萄球菌具有高效的消毒杀菌性能，镧负载的氮化碳cn@la相比于g-c3n4和la2o3的消毒效果提高了1.88和1.1倍。

技术特征：

1.一种介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的稀土盐为稀土硝酸盐和/或稀土卤化盐；所述的步骤1中的稀土盐中的稀土元素为镧、铈、钆、钇或钐中的至少一种；所述的步骤1中的稀土盐为la(no3) 3•6h2o、ce(no3)3•6h2o、y(no3)3•6h2o、gd(no3)3•6h2o、sm(no3) 3•6h2o,lacl3•7h2o、cecl3•6h2o、ycl3•6h2o、gdcl3•6h2o或smcl3•6h2o中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的二氰二胺、盐酸胍、稀土盐与硫酸的固液比为1-3g：1-4 g：2-4 g：1 ml；所述的硫酸的质量浓度为40-70%。

4.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的加热步骤的温度为70-100℃。

5.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的内衬的材质为聚四氟乙烯。

6.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的反应的温度为150-200℃，时间为1-4小时。

7.根据权利要求1所述的介孔稀土复合抗菌材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中的煅烧步骤的温度为500-600℃，时间为1-4小时，升温速率为5-10℃/min。

8.一种由权利要求1-7中任一项所述的制备方法制得的介孔稀土复合抗菌材料。

技术总结本发明提供了一种介孔稀土复合抗菌材料及其制备方法，方法包括如下步骤：步骤1是将二氰二胺、盐酸胍与稀土盐混合均匀，向其中加入硫酸，在加热条件下搅拌，反应完全后冷却至室温，得到混合料；步骤2是将所述的混合料放入内衬中，并在高压釜中进行反应，反应完成后得到中间体；步骤3是将所述的中间体进行烘干、煅烧，得到所述的介孔稀土复合抗菌材料。本发明所述的介孔稀土复合抗菌材料由二氰二胺、盐酸胍和稀土盐作为原料进行合成，经过酸化后，二氰二胺与盐酸胍由于高温缩聚形成的石墨相氮化碳具有很多的孔状结构，为引入稀土离子提供了很多的位点，为此增加了稀土元素在二维材料氮化碳表面的掺杂量，从而提高材料的抗菌性能。技术研发人员：张春霞,刘岗,孙丕智,郭鹏博,崔鸿亮,李璐,阚丽欣受保护的技术使用者：天津包钢稀土研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12