[发明专利]一种一步法负载纳米银的水热碳球及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种一步法负载纳米银的水热碳球及其制备方法与应用，将收集到的生物质全组分去除杂质洗涤干燥后，在粉碎机和球磨机的机械外力作用下制备成细小颗粒，然后将该生物质全组分低温溶于氢氧化钠/尿素体系，待上述溶液溶解后，滴入配好的银氨溶液混合均匀，并将混合均匀后的溶液一并倒入高温高压反应釜中进行水热反应，水热反应完全后，溶液经离心、洗涤、超声、离心、冷冻干燥得到最终的负载纳米银的水热碳球。本发明可改善纳米银易团聚不稳定、泄露过快的缺点，扩大水热碳球作为纳米银载体的应用范围，充分利用农林生物质废弃物等生物质全组分。

技术领域

本发明涉及生物质全组分利用领域，特别涉及一种一步法负载纳米银的水热碳球及其制备方法与应用。

背景技术

纳米银是指将粒径做到纳米级别的金属银单质。常见的纳米银单质粒径大多在25nm左右，它具有广谱杀菌性的特点，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性，使其在食品和水果的保鲜抗菌领域具有十分重要的地位。然而，较高的表面能使得纳米银具有两面性，一方面提高了纳米银的反应活性，另一方面降低了纳米银的稳定性。而且应用过程中纳米银易团聚、易氧化、不稳定、附着力差、释放速率过快。这其中，纳米银的稳定性和释放速率是影响其抗菌效果的主要因素。

生物质全组分是一种无需分离提纯过程而被直接利用的可再生绿色资源的统称，包括农林废弃物、畜牧业废弃物和可再生生活垃圾等。保鲜抗菌包装材料，包括保鲜膜、保鲜纸、抗菌纸、抗菌凝胶等，在食品水果的日常保鲜、包装、运输过程中起到了非常重要的作用。我国每年产生大量的生物质农林废弃物，如何高效绿色的将这些生物质材料与纳米银的制备和应用相结合，且方法简单、成本低廉、效果明显且能应用于食品抗菌保鲜包装领域将是一项很有前景的技术。

发明内容

为了解决纳米银易团聚不稳定的特点，同时高效利用农林生物质全组分，本发明提供一种一步法负载纳米银的水热碳球的制备方法，有效利用农林生物质全组分还原制备出粒径较小的纳米银单质，并将其均匀负载到碳球上，解决了纳米银易团聚、不稳定及泄露过快的不足，并将负载纳米银的碳球与纳米纤维素复合制备得到纸基材料，继续提高了纳米银的缓释抗菌性能。

本发明利用生物质全组分中含有大量还原性的官能团，通过一步水热法，以银氨溶液为银源，生物质全组分为还原剂和稳定剂，制备出纳米银的同时得到水热碳球，并将纳米银直接负载固定在碳球表面，得到负载纳米银的碳球，既解决了纳米银易团聚不稳定的不足，还使得负载在碳球上的纳米银在应用时达到缓释的目的。制备得到的负载纳米银的碳球可以与多种纤维原料均匀混合抄纸制备成复合抗菌纸，用于食品领域包装材料的缓释抗菌。

本发明采用的技术方案如下。

本发明提供一种一步法负载纳米银的水热碳球的制备方法，将生物质全组分溶解于氢氧化钠/尿素体系，得生物质溶液；向所述生物质溶液滴入银盐溶液，在高温高压反应釜中进行水热反应；所述生物质溶液经水热反应高温降解产生碳球，同时银盐溶液经水热反应在生物质溶液作为还原剂的作用下被还原成纳米银，所述纳米银负载在碳球表面。

进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将生物质全组分去除杂质洗涤干燥后，经粉碎机和球磨机的机械外力作用下制备成颗粒状的生物质全组分，然后在-15～-12℃的温度下溶于氢氧化钠/尿素体系，所述颗粒完全溶解后，得生物质溶液；

(2)向步骤(1)中滴入银盐溶液，混合均匀，得混合溶液；

(3)将步骤(2)中的混合溶液一起倒入高温高压反应釜中进行水热反应；

(4)水热反应结束后，将反应釜中的溶液依次离心、洗涤、超声、最后一次离心、干燥，得负载纳米银的碳球。

优选地，所述生物质全组分包括玉米秸秆、小麦秸秆、蔗渣、稻秆、花生壳。