[发明专利]一种银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料及其制备方法和应用，属于纳米复合材料和杀菌/抗菌技术领域。具体为通过构筑纳米尺度的核壳型复合材料，该核壳型复合材料以准单分散的磁性颗粒为内核，壳层由里到外依次由惰性的氧化硅层，纳米银颗粒层以及多孔的氧化物层构成。该核壳型复合材料具有良好的杀菌、抗菌和抑制藻类生长的性能，解决了传统杀菌材料不能控制杀菌组分可控释放和纳米杀菌材料难以回收分离的缺陷。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备、环境保护和水处理技术领域，具体涉及一种银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

纳米银材料具有抗菌能力强、持久性好、抗菌谱广、安全性较高的优点，其作为一种长效的抗菌材料，在医学领域中已经得到广泛应用。但纳米银材料在使用过程中有很多缺点，如在水中溶解度较大、不易回收再利用、且常以银离子、纳米颗粒等多种形式进入环境中。进入环境中的这些银离子和纳米银粒子若没有经过有效控制，必将对人类的健康和环境造成不良的影响。这些缺点限制了纳米银杀菌剂在水处理等领域中的应用。

纳米银粒子由于尺寸小，具有极大的比表面积。根据Young-Laplace方程，表面积越大，表面活性越高，越容易解离，纳米形态的银使溶液中的银离子浓度升高，提高了银系杀菌剂杀菌的能力；但是由于纳米银的大量溶解，导致抗菌剂在材料使用过程中不断溶解、损失，以至于最终失效，不利于循环与长效使用，提高了杀菌剂的成本。更为重要的是，水中银离子含量标准为50ppb以下，银离子的过高溶解，会造成水体的二次污染。

目前，为应对以上纳米银杀菌使用过程中的问题，主要为以下方法：

水中银离子含量标准为50ppb以下，银离子的过高溶解，会造成水体的二次污染。为了应对这个缺点，近些年来，有研究者们尝试采用还原性石墨烯层(rGO)对纳米银颗粒进行保护，在还原性石墨烯层的保护作用下，银离子的释放得到了一定地控制。然而，还原性石墨烯层对纳米银颗粒不能形成完全的保护，只能在短时间内保持有效地灭菌浓度，导致纳米银颗粒更换频繁。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料及其制备方法和应用。具体为通过构筑纳米尺度的核壳型复合材料，该核壳型复合材料以准单分散的磁性颗粒为内核，壳层由里到外依次由惰性的氧化硅层，纳米银颗粒层以及多孔的氧化物层构成。该核壳型复合材料具有良好的杀菌、抗菌和抑制藻类生长的性能，解决了传统杀菌材料不能控制杀菌组分可控释放和纳米杀菌材料难以回收分离的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料，该复合材料为多层核壳型结构，所述多层核壳型结构是以准单分散的磁性颗粒为内核，壳层由里到外依次由惰性的氧化硅层、纳米银颗粒层以及多孔的氧化物层复合而成。

所述磁性颗粒内核为Fe₃O₄颗粒，颗粒尺寸150-250nm；所述惰性的氧化硅层厚度为5-20nm，所述纳米银颗粒层厚度为15-25nm，所述多孔氧化物保护层厚度为8-50nm。

所述多孔氧化物保护层为在水中稳定的氧化物，如二氧化硅、二氧化钛、氧化锡、氧化锆等；多孔氧化物保护层具有1.5-2.5nm的介孔结构，孔容为0.05-0.15cm³/g。

所述银离子可控释放的磁性纳米银抗菌复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：