[发明专利]聚多巴胺界面修饰银/氧化钛纳米管防污剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合纳米材料及其制备方法，特别是涉及一种利用多巴胺为改性材料对银/氧化钛纳米管界面进行修饰以增强其防污时效性的方法，属于纳米抗菌材料技术领域。

背景技术

众所周知，在海洋环境中使用的设备受海洋生物附着造成的生物污损会显著减低其使用性能和寿命。随着人类对海洋资源的深入探索开发，海洋生物污损带来的问题也日益突出，促使人们不断采取各种措施来防治海洋生物污损。就目前而言，采用防污剂对海洋细菌等微生物及其它污损生物进行毒杀、阻止其在材料表面的附着是目前防治海洋生物污损的方法中最经济有效、适用范围最广的方法。

当前，在海洋环境保护的背景下，传统的高效型有机锡类毒性防污剂已被禁用，现阶段主流铜系防污剂也由于对海洋生态环境存在潜在危害性而受到质疑。发展环保高效型防污剂逐步被提上议程，成为海洋生物污损防治研究领域的热点课题。

从国内外现有的资料和报道来看，环保型防污剂主要分为天然产物防污剂和人工合成防污剂两种。天然产物防污剂是从自然界中提取的具有防污活性的物质，其最大的优点无毒环保，不会对海洋生态平衡造成破坏。然而，这类防污剂受生物量、防污活性物含量、提取技术、获取成本等诸多因素的限制，其作为防污剂的使用仍具有一定的局限性。针对此类问题，人们通过研究天然产物的构效关系进行分子设计，利用化学方法合成具有天然产物结构或类似结构的人工合成防污剂。然而，在实际应用中人们发现，人工合成防污剂存在或防污效率差、或防污期限短的问题，大大限制了其实际应用范围。

20世纪80年代诞生并迅速崛起的氧化钛纳米科技为新型环保高效防污剂的开发提供了新的方向。其中，纳米银与纳米氧化钛的复合物作为一种无毒广谱抗菌材料更是以其超强的广谱抗菌性能受到广泛研究。氧化钛纳米管是纳米氧化钛的一种特殊的存在形式，相对于其它形貌的氧化钛纳米粒子而言，它具有独特的中空结构、高长径比及大的比表面积，其显著的尺寸效应使得纳米银的负载量得以大幅度提高并表现出更高的抗菌活性。然而，随着应用领域的不断扩展，尤其是在海洋环境中，由于海水腐蚀、海浪冲刷等原因使得纳米银过快释放而导致防污失效问题的出现，从而使得纳米银与基体结合力较差的问题逐渐凸显出来。因此，如何采用有效手段来强化纳米银与氧化钛界面结合力、减缓防污剂杀菌成分的释放速度以增强防污剂的时效性就成为一个重要的课题。

目前，增强纳米材料间界面结合力的主要手段有：通过对基体材料表面进行化学刻蚀或修饰以形成活性吸附点，增强纳米材料之间的物理吸附作用从而达到增强界面结合力的目的。然而，化学刻蚀方法操作过程复杂，对刻蚀的形貌不可控制，易对基体造成破坏，同时会产生大量的化学废液；而表面修饰法中目前常采用的改性剂如聚苯胺、硅烷偶联剂等则具有较强的毒性，会对环境及人体产生危害，制约了环保高效复合纳米材料的发展。

发明内容

针对已有防污剂技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种操作简单，无需特殊设备，成本低，可进行大批量生产的环境友好型长效海洋防污剂的制备方法。

本发明利用水热法制备出氧化钛纳米管并在其表面接枝聚多巴胺，在此基础上引入银离子，而后利用紫外光照还原方法将部分银离子原位还原成纳米银，制备出聚多巴胺界面修饰银/氧化钛纳米管复合材料防污剂。

本发明的基本原理：作为一种环境友好型的生物大分子，聚多巴胺结构中含有大量的酚羟基和氨基活性官能团，具备与其它物质进一步反应的条件，可以用于基体材料的接枝改性研究；另一方面，聚多巴胺层通过这些活性基团作为化学吸附点来吸附络合金属离子，通过化学键作用牢固地连接在一起。基于此，本发明利用聚多巴胺作为改性材料来修饰纳米银与氧化钛纳米管界面，使纳米银与氧化钛纳米管间的作用力由物理吸附转变为化学吸附，从而提高二者间的界面结合力，制备出具有长效防污性的聚多巴胺界面修饰银/氧化钛纳米管复合材料。

本发明采用如下技术解决方案来实现上述目的：

一种聚多巴胺界面修饰银/氧化钛纳米管防污剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 制备氧化钛粉体；

(2) 以步骤(1)中得到的氧化钛粉体为反应底物，采用水热法制备氧化钛纳米管；

(3) 用聚多巴胺对氧化钛纳米管表面进行修饰；

(4) 将得到的聚多巴胺表面修饰的氧化钛纳米管加入到硝酸银溶液中，利用真空吸入法吸附银离子；

(5) 将步骤(4)中的沉淀产物离心分离后置于紫外光下照射；