[发明专利]用于抗菌、防霉的掺杂金属氧化物纳米颗粒、分散体或粉体的制备方法

说明书

本发明公开一种用于抗菌、防霉的掺杂金属氧化物纳米颗粒、分散体或粉体及其制备方法。所述抗菌、防霉的掺杂金属氧化物纳米颗粒、分散体或粉体由以下制备方法制备，包括：1)提供掺杂金属氧化物前驱体溶液和沉淀剂溶液；2)所述掺杂金属氧化物前驱体溶液和所述沉淀剂溶液在高剪切的强混合状态下反应得到所述掺杂金属氧化物颗粒；3)所述掺杂金属氧化物颗粒经后处理和分散形成分散体或再经干燥得到粉体；所述掺杂金属氧化物中，主相金属为过渡金属元素，掺杂元素为主族元素或副族元素中的一种或两种以上。本发明所得掺杂金属化合物颗粒为无机抗菌剂的有效成分，抗菌效果好兼具防霉效果。

技术领域

本发明属于抗菌材料技术领域，具体涉及一种用于抗菌、防霉的掺杂金属氧化物纳米颗粒、分散体或粉体及其制备方法。

背景技术

自然界的有害细菌、真菌和病毒等微生物是人类遭受传染、诱发疾病的主要原因。历史上天花、流感肆虐，以及近年来爆发的疯牛病、SARS、禽流感等，尤其是2020年爆发的新冠病毒，引起了全世界的恐慌，严重威胁到了人类的健康。在这种形势下，如何有效地抑制有害细菌、病毒的生长、繁殖，或彻底杀灭有害细菌和病毒这一课题，越来越受到世人的关注。

人类使用抗菌材料的历史可以追溯到久远的年代，但对抗菌材料的全面研究和应用仅仅是近几十年的事，其中有机抗菌剂一直是人们研究的热点，如甲酸、苯酚、苯甲酸、甲醛、季铵盐等。这类抗菌剂见效快，但稳定性不好，易分解，持久性差，因此近来人们把研究方向转向了无机抗菌剂。抗菌剂的应用最初主要集中在日用品和家电制品方面，近年来又迅速扩展到建筑材料、陶瓷和纤维制品，使人们日常接触的物品有相当一部分成为抗菌制品。抗菌剂的全面应用，可从根本上杜绝人与人、人与物、物与物之间的细菌交叉传染。

无机抗菌剂可分为金属氧化物半导体抗菌剂和重金属氧化物抗菌剂两个大类，它们都具有广谱抗菌性，使用安全，而且能长期保持良好抗菌效果。重金属氧化物虽然抗菌效果显著，但是价格昂贵，大部分对人体有毒，使用范围和使用量受到限制，并且银离子等抗菌剂在塑料中的变色问题严重。相比之下，金属氧化物类抗菌剂有更广泛的来源、价格更便宜、性能稳定等优点。目前，研究较多的金属氧化物类抗菌材料是二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)等。随着科学技术的不断发展，TiO₂和ZnO作为新型无机抗菌材料，二者对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌都显示出了较强的抑制和杀灭作用，成为目前的研究热点，且其具有高温不变色，不分解，价格低廉，资源丰富，形貌可控、悬浮液呈中性等优点，比其它金属氧化物具有更广泛的实用价值。但纯氧化锌或二氧化钛的灭菌效率低，而且在暗处抗菌效果差，在使用过程中必须要有紫外线进行催化。此外氧化锌和二氧化钛都因其粒径不同而显示出不同的抗菌性能，工业级氧化锌和二氧化钛的抗菌性能远不如纳米级氧化锌和二氧化钛。因此，近年来科学家对纳米级氧化锌和二氧化钛抗菌的研究越来越多，技术研究的重点集中在以下几方面：(1)开发高效抗菌的TiO₂和/或ZnO基纳米材料；(2)探索抗菌、防霉、杀病毒的机理；(3)开发经济、环保、适应性强的TiO₂和/或ZnO基纳米材料新工艺。

目前纳米氧化锌或二氧化钛材料的制备方法主要为：固相法、气相法和液相法。固相法是将金属盐或者金属氧化物根据恰当的比例混合，仔细研磨。采用高温煅烧的方法来发生化学反应，制备出纳米粉末。这种方法操作简单、设备易得适用于工业生产，但又存在容易引进杂质，产物粒径不均匀及形貌难以控制等不足。气相法是指使反应中所应用到的各种物质用物理或其他手段转变成气态。在气体状态下发生反应，经过降温后制备成纳米颗粒。这种方法制备出的纳米粉末粒子大小精确可控，颗粒均匀纯度高。但其设备昂贵，操作复杂，成本高。液相法指将均相溶液通过化学反应，使其产物经液质分离，得到具有一定形貌的前躯体，经高温煅烧后得到纳米材料。这种方法具有所需设备和原料易得、反应可以控制等优点。常用的液相法有水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、沉淀法等。传统液相法均需经过反应、洗涤、干燥和热处理的方式得到纳米颗粒的过程，工艺复杂，成本较高。尤其是在制备晶态半导体或复合材料时，制备工艺更为复杂。