[发明专利]复合纳米材料、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及海洋防污涂料技术领域，具体公开一种复合纳米材料。本发明的复合纳米材料由MnO、CoO和TiO₂组成，摩尔比为(1～15)：(1～15)：(1～100)；复合纳米材料由过渡金属元素和稀土元素掺杂；以复合纳米材料的质量为100％，掺杂的过渡金属元素的质量百分比为0.1％～5％，掺杂的稀土元素的质量百分比为0.1％～3％。本发明的复合纳米材料在低浓度下对海洋微生物、海洋软性污损生物海藻、海洋大型污损生物贻贝均具有显著的抑制附着效果，显示出高效、广谱的防污活性；制备工艺简单，可操作性强，同时防污性能突出，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及海洋防污涂料技术领域，特别涉及一种复合纳米材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着人类对海洋资源开发和利用的日益深入，海洋生物污损所带来的危害已经引起了世界各国的高度重视和广泛关注。海洋环境是一个腐蚀、生物污损严重的环境。海洋生物污损是指海洋中的微生物、植物性生物、动物性生物等海洋生物粘附于船体或海洋结构物表面并使其受到破坏的现象。据统计，全世界每年由海洋生物污损造成的直接经济损失高达300-500亿美元。海洋生物污损的主要危害包括：(1)增加船底粗糙度、引起船舶航行阻力增加、能耗与排放加剧，给船舶航行带来了极大危害。(2)加速海洋设施、建筑等结构件污损腐蚀，显著缩短它们的寿命。(3)导致养殖网箱、定置捕捞的网衣等网孔、管道堵塞。(4)损坏海洋仪器，导致仪器传动机构失灵、信号失真、性能降低，甚至安全隐患，造成巨大经济损失。因此，如何有效的抑制海洋生物污损已经成为人类合理开发和利用海洋资源亟待解决的关键问题。目前，常用的防护方法主要包括涂覆防污涂层法、电解海水生成次氯酸盐法、电解重金属法、人工或机械清除法、采用防污材料制作结构物、导电涂膜法等。目前，在船体或者海洋结构物表面涂覆防污涂料来抑制海洋污损生物的粘附和生长是解决污损问题最有效的策略之一。

海洋防污涂料是一种特种涂料，主要由高分子树脂、防污剂、颜填料、溶剂等组成，其中防污剂是防污涂层抑制污损生物粘附的核心成分。随着具有高毒性和致畸作用的防污剂有机锡类化合物被国际海事组织(IMO)禁用，其它防污剂如氧化亚铜、异噻唑啉酮等被广泛使用，然而相继发现这些防污剂存在易富集、难降解、毒性高等不足，对海洋环境造成污染。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种能够抑制海洋污损微生物、海洋藻类、大型污损动物的附着，抗菌抗藻性能优异的复合纳米材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种复合纳米材料，所述复合纳米材料由MnO、CoO和TiO₂组成；所述MnO、CoO和TiO₂的摩尔比为(1～15)：(1～15)：(1～100)；所述复合纳米材料由过渡金属元素和稀土元素掺杂；以所述复合纳米材料的质量为100％，掺杂的所述过渡金属元素的质量百分比为0.1％～5％，掺杂的所述稀土元素的质量百分比为0.1％～3％。

一些实施例中，所述过渡金属元素选自铂或钯中的至少一种；所述稀土元素选自锆、镧或铈中的至少一种。

一些实施例中，所述复合纳米材料的制备方法包括：S1、前驱体MnO@CoO@TiO2的制备；S2、过渡元素掺杂，得到已掺杂过渡金属元素的复合纳米材料中间体；S3、稀土元素掺杂。

一些实施例中，所述前驱体MnO@CoO@TiO₂的制备包括：按比例称取锰盐、钴盐，配制溶液A；在搅拌下，将四氯化钛、NaOH溶液缓慢滴入溶液A中，继续搅拌反应2h～6h，得到均匀透明溶胶，过滤得到沉淀物，并用去离子水洗涤；将所述沉淀物于真空干燥箱中，在60℃～100℃温度下干燥6h～12h，然后置于坩埚中，于还原气氛下600℃～1000℃高温煅烧4h～12h，自然冷却至室温。