[发明专利]抗菌活性炭复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料工程领域，具体地说，涉及一种抗菌活性炭复合材料及其制备方法。

背景技术

我国纤维板工业发展迅速，2011年纤维板总产量达到5562.12万m³。目前报废纤维板的主要处理方式为焚烧，该过程中产生的二噁英是对人类的一级致癌物。活性炭（Activated Carbon，AC）是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料，由于具有吸附能力强、方便再生等特点而被广泛应用于工业、农业、医药卫生、环境保护等领域。将废旧纤维板制备活性炭，可以将纤维板进行无害化处理，提高材料利用率。另外，考虑到纤维板材料自身的多孔性，这或许能够在吸附材料的制备方面具有天然的优势。

目前市场上应用的木材抗菌材料主要以有机抗菌剂为主（如五氯苯酚），然而有机抗菌剂耐热性和稳定性差、仅对部分菌种具有抑菌作用，此外还存在安全性及环境污染等问题。与有机抗菌剂相比，无机抗菌材料具有良好的持续性和广谱性，其不易产生耐药性，并且耐热性和安全性好。在众多的无机抗菌材料中，二氧化钛(TiO₂)以其活性高、热稳定性好、价格低、对人类无害等优越的物理化学性能而被广泛应用于多种领域中，成为一种广为关注的光催化型抗菌剂。

溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，从而在溶液中形成稳定的透明溶胶体系；溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂后，形成凝胶；凝胶最后经过干燥、烧结固化，从而制备出分子乃至纳米亚结构的材料。与传统方法相比，溶胶-凝胶法能够在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，因此被广泛应用于制备无机抗菌催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiO₂负载率高、抗菌效果好的活性炭复合材料及其制备方法。

为了实现本发明目的，本发明的一种制备抗菌活性炭复合材料的方法，以废弃的纤维板为原料，在550-600℃下炭化1-1.5h，所得炭化物经粉碎后通入700-800℃的水蒸气进行活化，所得活性炭过筛后恒温脱水，然后采用溶胶凝胶法对活性炭进行TiO₂负载，所得凝胶经干燥后即得抗菌活性炭复合材料。

所述方法具体包括以下步骤：

1）活性炭的制备：将废弃的纤维板处理为10cm×3cm×0.9cm大小，在600℃下炭化1h，制得炭化物；将炭化物粉碎为10mm×10mm×3mm的小块，在700℃、水蒸气流量为4.84-6.45g/min（优选4.84g/min）条件下活化1-1.5h（优选1h），制得活性炭；将活性炭过筛（例如，过120目筛），在110-120℃下恒温脱水12-14h（优选110℃恒温脱水12h），即得；

2）胶体溶液的配制：将钛醇盐、溶剂和酸按1：15-18：1-1.2的摩尔比混匀即得；

3）溶胶凝胶法负载TiO₂：将步骤1）制备的活性炭0.5-3g加入到上述胶体溶液31mL中，加水0.8-1mL，在20-25℃、150-200r/min条件下振荡20-30min（优选25℃、200r/min振荡20min），制得凝胶（黑色溶胶）；

4）干燥处理：所得凝胶于70-90℃干燥18-32h，然后于100-120℃干燥18-32h。

其中，步骤2）中钛醇盐、溶剂和酸优选按1：18：1.2的摩尔比混合配制胶体溶液。所述钛醇盐选自钛酸乙酯（Ti（OEt）₄）、钛酸异丙酯（Ti（OPr）₄）、钛酸正丁酯（Ti（OBu）₄）等中的一种或多种，优选钛酸正丁酯；所述溶剂选自无水乙醇、异丙醇、正丁醇等中的一种或多种，优选异丙醇；所述酸包括但不限于硝酸和/或冰醋酸等，优选硝酸。所述溶剂和酸均为分析纯。

所述溶剂用于分散钛醇盐从而形成低粘度的溶液，这样可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，并且在形成凝胶时，反应物之间更易于在分子水平上被均匀地混合；此外，溶剂的用量也会对凝胶时间产生一定影响，溶剂用量少时，钛醇盐的浓度较大，其水解单体容易接触碰撞而进行交联，成胶时间短；相反溶剂用量大时，水解单体难以接触，从而延长其凝胶时间。本发明的酸用于控制钛醇盐水解时的速率，从而有利于使钛醇盐均匀水解，减小了水解产物的团聚，易于得到颗粒细小且均匀的胶体溶液。