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Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用

阅读:1发布:2020-06-08

专利汇可以提供Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种Ag/AgCl/ 纤维 素复合抗菌材料及其制备方法和应用,其中制备方法包括将 纤维素 溶于氯化锌溶液形成纤维素溶液,然后将所述纤维素溶液与 银 盐在40~80℃下反应。本发明将纤维素溶解在氯化锌溶液中,所得纤维素溶液可同时作为反应 溶剂 和还原剂,Ag、AgCl、纤维素三者之间的复合与银离子的还原同时发生,实现了Ag和AgCl无机颗粒在纤维素基质上的均匀分散,从而制得的材料抗菌性能优异, 稳定性 好。本发明中纤维素的加入,一方面降低了银的用量,降低了成本,另一方面解决了银离子易 水 洗的问题,提高了银的利用效率。本发明中无需另外加入化学还原 试剂 ,极大地降低了对环境的污染,精简了制备过程,利于工业化生产。,下面是Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

1.一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的制备方法,其特征在于,包括将纤维素溶于氯化锌溶液形成纤维素溶液,然后将所述纤维素溶液与盐在40~80℃下反应。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述纤维素为微晶纤维素、细菌纤维素或纤维;所述银盐为硝酸银或柠檬酸银。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述氯化锌溶液的浓度为0.5~
2.5g/mL。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述纤维素与所述氯化锌溶液中氯化锌的质量比为(0.3-1):(30-50)。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述银盐与所述纤维素的质量比为(0.1-0.85):(0.3-1)。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为50~70℃,加热升温的方式为油浴加热、微波加热或微波热。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述纤维素溶液为白色均一溶液,由所述纤维素在40~80℃下溶于所述氯化锌溶液形成。
8.一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,其特征在于,由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到,所述复合抗菌材料的功能相为Ag和AgCl,所述纤维素为Ag和AgCl的分散介质。
9.根据权利要求8所述的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,其特征在于,所述复合抗菌材料中Ag的质量分数为0.10~0.45%,AgCl的质量分数为0.35~2.5%。
10.权利要求8或9所述的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料在水污染处理中的应用。

说明书全文

Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及无机抗菌复合材料领域,更具体地,涉及一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 近些年来,抗微生物活性材料的制备受到越来越多的关注,其在许多方面也显示出了潜在的应用,比如药物制备、处理、纺织品制造、食品包装和食品贮藏等领域。在众多抗微生物活性材料中,系无机抗菌材料受到了特殊的关注,与有机抗菌剂(如含芳香族的卤素化合物)相比,银系无机抗菌材料是一种较为安全的抗菌剂,而且对多种微生物(包括细菌,病毒和真菌)表现出优异的抑制性能。
[0003] 随着现代科技对材料性能需求的提高,单一性能的材料已经不能满足应用需要,所以出现了更多类型的复合材料。例如,公告号为CN104922719A的中国专利申请公开了一种纳米银抗菌可溶纱布的制备方法及用途,该方法通过将经过醚化的可溶纱布浸入聚乙烯吡咯烷乙醇溶液中,后加入过量银溶液,室温下以抗坏血酸为还原剂,制备而成。公告号为CN101264335的中国专利申请公开了一种含氯化银纳米粒子细菌纤维素膜的制备方法和用途,该方法用硝酸银溶液和氨水配置成新鲜的银氨溶液作为化剂,用葡萄糖作为还原剂,制备方法基于利用细菌纤维素独特的三维网状微纤结构和高氧密度(醚键和羟基)构成氯化银纳米粒子原位合成的有效纳米反应器的原理,反复在银盐和氯化盐溶液浸泡、冲洗,最后干燥处理制得产品。
[0004] 但上述制备过程基本都要用到还原剂如氢化钠,抗坏血酸,葡萄糖,果糖等,制备过程繁琐且成本较高,而且得到的产品抗菌效果有限,无法满足更高抗菌要求的应用场景。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题,本发明提供一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用。
[0006] 本发明第一目的为提供一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的制备方法,包括将纤维素溶于氯化锌溶液形成纤维素溶液,然后将所述纤维素溶液与银盐在40~80℃下反应。
[0007] 本发明将纤维素溶解在氯化锌溶液中,所得纤维素溶液可同时作为反应溶剂和还原剂,Ag、AgCl、纤维素三者之间的复合与银离子的还原同时发生,实现了Ag和AgCl无机颗粒在纤维素基质上的均匀分散,从而制得的复合材料抗菌性能优异,稳定性好。而且本发明中随着纤维素的加入,一方面降低了银的用量,降低了成本,另一方面解决了银离子易水洗的问题,提高了银的利用效率。
[0008] 进一步地,所述纤维素为微晶纤维素、细菌纤维素或纤维;所述银盐为硝酸银或柠檬酸银。
[0009] 进一步地,所述氯化锌溶液的浓度为0.5~2.5g/mL。浓度过低会导致无法溶解纤维素,无法得到均一的纤维素溶液,过高会导致氯离子浓度过高,影响银离子的还原,并浪费资源。
[0010] 进一步地,所述纤维素与所述氯化锌溶液中氯化锌的质量比为(0.3-1):(30-50)。纤维素过多会导致无法得到均一的纤维素溶液,过少则还原性不足,无法将银离子还原。
[0011] 进一步地,所述银盐与所述纤维素的质量比为(0.1-0.85):(0.3-1)。
[0012] 进一步地,所述反应的温度优选为50~70℃。本发明中可通过油浴加热、微波加热或微波水热等加热升温的方式将温度升至50~70℃。
[0013] 进一步地,所述纤维素溶液为白色均一溶液,由所述纤维素在40~80℃下溶于所述氯化锌溶液形成。
[0014] 在本发明一个优选实施方式中,一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的制备方法,包括以下步骤:
[0015] (1)将30-50g的ZnCl2和0.3-1.0g的微晶纤维素溶于20-60mL的去离子水中,搅拌混合均匀,在40~80℃下加热反应一定时间形成白色均一的纤维素溶液;
[0016] (2)将0.10-0.85g的硝酸银粉末在搅拌条件下加入到步骤(1)所得纤维素溶液中,并在保持其他条件不变的情况下继续反应0.2-10个小时;
[0017] (3)反应结束后,取出混合溶液,自然冷却至室温,将混合产物进行离心分离,并分别用去离子水清洗3次,乙醇清洗3次,最后烘干处理,得到Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料。
[0018] 本发明第二目的为提供一种由上述制备方法制备得到的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,所述复合抗菌材料的功能相为Ag和AgCl,所述纤维素为Ag和AgCl的分散介质。
[0019] 进一步地,所述复合抗菌材料中Ag的质量分数为0.10~0.45%,AgCl的质量分数为0.35~2.5%。
[0020] 本发明得到的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌性能(对大肠杆菌的抑菌环为15.8-27.2mm,对金黄色葡萄球菌的抑菌环为12.2-13.3mm),稳定性较好,可满足抗菌需求更高的应用场景。本发明的复合抗菌材料可配合其它材料一同使用,比如负载在膜上或纱布上。
[0021] 本发明第三目的为提供上述Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料在水污染处理中的应用。本发明所得Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料不仅具有优异的抗菌性能,还具有较好的光催化活性,可用于水污染处理中,包括有机物污染、重金属污染等。
[0022] 本发明将纤维素溶解在氯化锌溶液中,所得纤维素溶液可同时作为反应溶剂和还原剂,Ag、AgCl、纤维素三者之间的复合与银离子的还原同时发生,实现了Ag和AgCl无机颗粒在纤维素基质上的均匀分散,从而制得的复合材料抗菌性能优异,稳定性好。本发明中纤维素的加入,一方面降低了银的用量,降低了成本,另一方面解决了银离子易水洗的问题,提高了银的利用效率。本发明中无需另外加入化学还原试剂,极大地降低了对环境的污染,精简了制备过程,利于工业化生产。附图说明
[0023] 图1为本发明实施例1的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的X射线衍射谱图;
[0024] 图2为本发明实施例1的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的扫描电镜图;
[0025] 图3为本发明实施例1的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的透射电镜图;
[0026] 图4为本发明实施例1的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的高分辨率透射电镜图;
[0027] 图5为本发明实施例2的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的扫描电镜图;
[0028] 图6为本发明实施例3的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的扫描电镜图。

具体实施方式

[0029] 以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
[0030] 实施例1
[0031] 本实施例提供一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,其制备方法包括以下步骤:
[0032] (1)将30.0g的ZnCl2和0.50g微晶纤维素溶于20mL去离子水中,采用油浴加热的方式对混合溶液进行加热搅拌,温度保持在50℃左右,直至出现白色均一的溶液,即为纤维素溶液;
[0033] (2)取0.50g的AgNO3粉末,加入到上述所得纤维素溶液中,保持其它条件不变的情况下继续反应6h;
[0034] (3)将反应混合物冷却至室温(20℃)后,进行离心处理,得到沉淀物,接着依次用蒸馏水、无水乙醇各洗涤沉淀物3次,然后将洗涤后的沉淀物进行真空干燥,其中,离心处理的转速为5000r/min,离心时间为5min,真空干燥的绝对压为0.09MPa,真空干燥温度为60℃,最终得到目标产物。
[0035] 对目标产物进行表征:
[0036] 目标产物中Ag的质量分数约为0.10~0.45%,AgCl的质量分数约为0.35~2.5%。
[0037] 图1为所得产物的X射线衍射谱图,其中2θ=38°,44.2°的峰对应于银的衍射峰,与标准的立方结构的银(JCPDS No.04-0783)的X-射线衍射谱图完全相同;其余的衍射峰对应于氯化银的衍射峰,与标准的立方结构的氯化银(JCPDS No.31-1238)的X-射线衍射谱图完全相同。图1中显示产物含有银和氯化银的衍射峰,未见有其他杂质峰,说明产物的纯度较高。对产物进行EDS能谱测试,结果也只观察到了Ag、Cl、C、O(其中C、O来自纤维素)元素的峰,结合图1说明产物为Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料。
[0038] 图2为所得产物的扫描电镜图,图3为所得产物的透射电镜图,从图中可以看出,Ag颗粒、AgCl颗粒分散在纤维素中。
[0039] 图4为所得产物的高分辨率扫描电镜图,从图中可以看出,银的晶格条纹清晰可见。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例提供一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,其制备方法包括以下步骤:
[0042] (1)将35.0g的ZnCl2和0.40g的细菌纤维素溶于30mL去离子水中,采用微波加热的方式对混合溶液进行加热搅拌,温度保持在60℃左右,直至出现白色均一的溶液,即为纤维素溶液;
[0043] (2)取0.30g的AgNO3粉末,加入到上述所得纤维素溶液中,保持其它条件不变的情况下继续反应20min;
[0044] (3)同实施例1步骤(3)。
[0045] 图5为本实施例制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的扫描电镜图。从图中可以看出,纤维素呈状结构,分散开来。
[0046] 实施例3
[0047] 本实施例提供一种Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料,其制备方法包括以下步骤:
[0048] (1)将40.0g的ZnCl2和0.30g的微晶纤维素溶于40mL去离子水中,采用微波水热的方式对混合溶液进行加热搅拌,温度保持在70℃左右,直至出现白色均一的溶液,即为纤维素溶液;
[0049] (2)取0.80g的AgNO3粉末,加入到上述所得纤维素溶液中,保持其它条件不变的情况下继续反应10min;
[0050] (3)同实施例1步骤(3)。
[0051] 图6为本实施例制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料的扫描电镜图。从图中可以看出,纤维素呈块状结构,分散开来,未发现明显团聚现象。
[0052] 对比例1
[0053] 本对比例提供一种纤维素/银/氯化银复合材料,其制备方法如下:
[0054] 将10g氢氧化钠和15g尿素加入到75g水中,搅拌、溶解均匀,制得氢氧化钠/尿素水溶液;
[0055] 将2g微晶纤维素加入到上述氢氧化钠/尿素水溶液中,搅拌,制得分散均匀的纤维素溶液;
[0056] 将10mL纤维素溶液、0.17g AgNO3和0.24g AlCl3·6H2O依次加入到30mL水中,搅拌均匀,制成悬浮液;
[0057] 将悬浮液放入声波反应器中,开启电源,在保持温度为90±2℃下进行超声波处理,其中,超声波处理的频率为20kHz,功率密度为80W/cm2,超声波的脉冲时间为5S:5S,即超声波持续发生时间为5S(on),超声波停止发生时间(即间歇时间5S(off),超声处理40分钟后,关闭电源,得到颗粒状的反应混合物;
[0058] 将反应混合物冷却至室温(20℃)后,进行离心处理,得到沉淀物;接着依次用无水乙醇、蒸馏水各洗涤沉淀物3次;然后,将洗涤后的沉淀物进行真空干燥,得到含水率为3%的纤维素/银/氯化银复合材料,其中,离心处理的转速为5000min,离心时间为5min,真空干燥的绝对压力为0.1MPa,真空干燥温度为40℃。
[0059] 对比例2
[0060] 本对比例提供一种纤维素/银纳米复合材料,其制备方法如下:
[0061] 将3.044g LiCl加入到40mL N,N-二甲基乙酰胺中,形成LiCl/N,N-二甲基乙酰胺溶液,其中LiCl的质量百分比含量为7.5%;
[0062] 将2.848g微晶纤维素加入到上述溶液中,在90℃加热搅拌至得到均匀分散的微晶纤维素溶液,其中微晶纤维素的分子量范围为34843-38894;
[0063] 将5mL微晶纤维素溶液加入到30mL N,N-二甲基乙酰胺中,然后将0.338gAgNO3和3.000g抗坏血酸加入其中,搅拌均匀,至无沉淀,制成悬浮液;
[0064] 将悬浮液放入微波反应器中,加热至150℃,保温40分钟,得到颗粒状的反应混合物;
[0065] 将反应混合物冷却至室温(20℃)后,进行离心处理,得到沉淀物;接着依次用蒸馏水、无水乙醇各洗涤沉淀物2次;然后,将洗涤后的沉淀物进行真空干燥,得到含水率为1.3%的纤维素/银纳米复合材料,其中,离心处理的转速为5000r/min,离心时间为5min,真空干燥的绝对压力为0.09MPa,真空干燥温度为60℃。
[0066] 试验例1抗菌活性实验
[0067] 将本发明实施例1-3制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料和对比例1-2的复合材料进行抗菌活性实验。
[0068] 以大肠杆菌作为模型的革兰氏阴性菌、金黄色葡萄球菌作为模型的革兰氏阳性菌,采用纸片扩散法对样品进行抑菌性能测试,其具体操作过程如下:
[0069] 1、培养基的配制
[0070] 将胰蛋白胨10g,肉膏3g,氯化钠5g溶解于1L蒸馏水内,加入15%氢氧化钠溶液约2ml,校正pH至7.2-7.4,加入琼脂20g,加热煮沸,使琼脂溶化,分装烧瓶,121℃高压灭菌15分钟。所得溶液即为灭菌后的营养琼脂培养基。
[0071] 2、细菌的培养
[0072] 大肠杆菌(大肠杆菌菌株为ATCC 25922)、金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌菌株为ATCC 25923)分别置于营养琼脂培养基中,于37℃下培养、生长3小时,所述菌株购买自中国工业微生物菌种保藏中心。
[0073] 使用前,分别将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌培养物稀释至约1-2×106个/mL。
[0074] 3、抑菌试验
[0075] 分别将实施例1-3制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料、对比例1-2的复合材料预先压制成直径1.4厘米大小的圆盘形,在120℃灭菌20分钟,备用;
[0076] 将灭菌后的营养琼脂培养基倒入一次性无菌培养皿,待培养基的温度降低至40-45℃后,再分别加入100mL大肠杆菌或金黄色葡萄球菌,并使其分散均匀,待营养琼脂培养基凝固后,将预先压制成型的样品轻轻放在培养皿中,样品放置在大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的琼脂平板上后,在37℃孵育24小时,观察抑菌环的大小。抑菌试验结果如表1所示。
[0077] 表1抑菌试验结果
[0078]   大肠杆菌抑菌环大小/mm 金黄色葡萄球菌抑菌环大小/mm实施例1 15.8 12.2
实施例2 13.4 12.8
实施例3 27.2 13.3
对比例1 10.0 5.0
对比例2 5.5 4.0
[0079] 由表1可知,本发明实施例的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料对大肠杆菌的抑菌环大小为15.8-27.2mm;对金黄色葡萄球菌的抑菌环达到12.2-13.3mm;实验结果表明本发明实施例制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出了优异的抗菌效果。
[0080] 试验例2光催化活性实验
[0081] 将本发明实施例1-3制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料和对比例1-2的复合材料进行光催化活性实验。
[0082] 本实验选用亚甲基蓝作为光催化活性研究的模型染料,浓度为10mg/L。光催化降解亚甲基蓝的实验装置为圆柱形石英玻璃反应器,容积为100mL,放置于室温下,光源为300W的紫外灯,置于圆柱形玻璃反应器中间,实验过程中通冷却水,以保持恒温。反应过程中紫外灯持续照射。
[0083] 分别取配制好的浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液300mL,分别将其与实施例1-3制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料和对比例1-2的复合材料(各1.0g)一起加入圆柱形石英反应器中,磁力搅拌一小时使之浓度均匀、吸附-解离平衡;然后在搅拌的情况下,打开紫外灯光源开始光照,定时取样,所取样品通过高速离心机分离,取上层清液进行分析。亚甲基蓝稀溶液的吸收光谱在日本HITACHI公司U3010紫外-可见分光光度计上完成。光催化试验结果如表2所示。
[0084] 表2光催化试验结果
[0085]   完全降解所需时间/分钟实施例1 10
实施例2 15
实施例3 25
对比例1 14
对比例2 30
[0086] 由表2可知,本发明实施例制备的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料光降解亚甲基蓝的速度均不亚于对比例2,总体上与对比例1相当,也就是说,本发明的Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料在具有明显抗菌优势的情况下,光催化活性也较好,在抗菌领域以及水污染处理等领域具有较好的应用前景。
[0087] 虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
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