一种多孔石墨烯负载弱光光触媒-纳米银复合抗病毒粉体的制备的制作方法

本发明属于抗病毒材料制备技术领域，具体涉及一种多孔石墨烯负载弱光光触媒-纳米银复合抗病毒粉体的制备。

背景技术：

近几年，有研究报道了纳米银颗粒可以有效抑制人类免疫缺陷病毒、乙型肝炎病毒、呼吸道合包病毒、单纯疱疹病毒-1型、猴痘病毒和流感病毒。纳米银凭借其极高的抗菌活性、不产生耐药性的特点，拥有传统无机抗菌剂无法比拟的优势。尽管纳米银的抗菌活性得到了广泛承认，但银是重金属，即使以纳米形式存在，与人体过多接触可能会产生轻微毒性。如何减少银的用量同时又能保持其较高的抗菌活性是开发纳米银系抗菌剂所面临的重要课题。将纳米银固定在各种基质上形成纳米复合物是解决该问题的有效方法。氧化锌光触媒具有良好的热稳定性、持久性，特别是锌元素是人体所必需的微量元素，与人体相容性好，价格较低，且近年来人们发现纳米级氧化锌光触媒也具有抗菌抗病毒活性。

国内市场基本是以有机抗菌剂，也少量有以载银磷酸锆作为添加剂制作具有抗菌性能的产品，但其对于传染性病毒的灭杀率存在数据偏低且持续性差等缺点。

本发明在设计时就采用减少银的使用量的同时来重点提高纳米银的抗菌性能，并且赋予了该产品极高的病毒灭杀率。具体做法是开发了一种的适用于工业化批量生产的弱光光触媒/ag/石墨烯三元复合抗病毒材料的方法，该材料由纳米银释放的银离子和氧化锌弱光光触媒激发的ros协同作用，对耐药菌具有良好的抗菌抗病毒性能，使用石墨烯作为载体，使三元复合材料在长期缓慢释放银离子的情况下，提高了灭菌灭病毒的持续稳定性。

在合成该复合抗病毒材料中，采用物理化学相结合的方法制备石墨烯载体，利用溶胶凝胶法制备可见光激发的氧化锌弱光光触媒材料，根据高效络合剂特性制备亚稳态的超高浓度纳米络合银溶液，最后复合该三种配方成分，利用弱光光触媒的可见光催化特性，原位还原负载在石墨烯和弱光光触媒表面的纳米银，形成多孔石墨烯负载弱光光触媒-纳米银复合抗病毒粉体。该产品只需要可见光或弱光条件下，就可以具有非常高的杀菌和杀病毒功效，因此，可广泛应用于室内室外条件下应用的抗菌塑料、抗病毒涂料、抗病毒无纺布模块、抗病毒中央空调等领域。

技术实现要素：

本发明提供的一种多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体的制备，具体步骤如下：

(1)高分散纳米石墨烯微片浆料的制备：将膨胀石墨在搅拌的同时加入到预溶有分散剂、消泡剂、润湿剂的水溶液中，搅拌混匀，乳化机预分散。然后进行砂磨机研磨分散，在插层剂、分散剂和研磨剪切力的协同作用下，制成直径约为1～5微米、厚度≤10层的纳米石墨烯微片浆料。

(2)氧化锌弱光光触媒浆料的制备：将一定质量的锌化合物加入到乙醇中搅拌，再依次加入钛化合物、乙酰丙酮、乙二胺四乙酸、柠檬酸、氨水，80℃快速搅拌配成透明溶胶，240℃预烧，500℃煅烧，即得到无定形二氧化钛包覆的钛掺杂氧化锌弱光光触媒粉体。再将弱光光触媒粉体加入分散剂、改性剂、消泡剂、润湿剂，使用纳米研磨机制备成50纳米以下的透明浆料。

(3)高浓度亚稳态透明络合银离子抗菌剂的制备：使用高效络合剂、纳米保护剂将银化合物制备成亚稳态的超高浓度纳米络合银溶液。

(4)复合抗病毒粉的制备：将上述步骤(1)～(3)分别制备的纳米石墨烯微片浆料、弱光光触媒浆料以及亚稳态透明络合银离子抗菌剂混合超声30min，使纳米级弱光光触媒颗粒吸附在石墨烯片层结构上，同时络合银离子也吸附在弱光光触媒和石墨烯表面，形成石墨烯复合抗病毒前驱体浆料。再利用恒定功率日光灯照射石墨烯复合抗病毒前驱体浆料，将弱光光触媒和石墨烯表面的银离子完全还原成纳米银颗粒，干燥，从而得到最终的多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体。

优选的，所述步骤(1)中浆料配比组成，膨胀石墨0.3～1％(w/w)，分散剂ctab0.3～1％(w/w)，消泡剂0.01～0.03％(w/w)，润湿剂0.05～0.1％(w/w)，其余为去离子水。其中所述的消泡剂为delta-fc1501、delta-fc1503、delta-fc1522、byk028中的一种或其组合，所述的润湿剂为tego245、tegowet280中的一种或其组合。

优选的，所述步骤(1)中的砂磨机研磨分散，其中砂磨机中锆珠填充率70-80％，锆珠选择为直径为0.3mm，研磨线速度12m/s。其中所述的插层剂为pvp、三氯化铁、己内酰胺、十二烷基苯磺酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或其组合，配比组成为0.1～0.3％(w/w)。

优选的，所述步骤(2)中的合成配比，锌化合物20～40％(w/w)，钛化合物0.2～1％(w/w)，乙酰丙酮3～5％(w/w)，乙二胺四乙酸3～5％(w/w)，柠檬酸1～2％(w/w)，其余为无水乙醇，用氨水调节ph至8～10。其中所述锌化合物为硝酸锌、醋酸锌、硬脂酸锌、草酸锌、碳酸氢锌中的一种或其组合，所述钛化合物为四氯化钛、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、钛酸异辛酯、钛酸四乙酯中的一种或其组合。

优选的，所述步骤(2)中弱光光触媒浆料的配比为，弱光光触媒粉为5～50％(w/w)，聚丙烯酸钠分散剂1.5～10％(w/w)，聚乙烯吡咯烷酮改性剂1.5～6％(w/w)，消泡剂0.01～0.03％(w/w)，润湿剂0.5～2％(w/w)。其中所述消泡剂为byk011、byk028中的一种或其组合，润湿剂为tego260、tegowet505中的一种或其组合，其中砂磨机中锆珠填充率70～80％，锆珠选择为直径为0.05mm，研磨线速度10m/s。

优选的，所述步骤(3)中银化合物3～10％(w/w)，edta络合剂3～10％(w/w)，纳米保护剂1.5～5％(w/w)。其中所述银化合物为醋酸银、氧化银、硝酸银中的一种或其组合，所述纳米保护剂为嵌段共聚物p123、f127中的一种或其组合，所述络合银离子浓度为300-15000ppm。

优选的，所述步骤(4)中的配比为，石墨烯浆料：弱光光触媒浆料：络合银＝1:(1～2):(0.5～1)(w/w)。所述日光灯恒定功率为20w，日光灯下照射时间为30～60min。

与现有技术相比，本发明所述的方法制备复合抗病毒材料具有如下的有益效果：

(1)既具有优异的抗菌杀菌性能，也兼具高效的抗病毒杀毒性能。可极大的拓展材料的应用领域和范围，比单纯的纳米银和氧化锌具有更高的杀菌率和病毒灭杀率。

(2)为了提升极端条件下的杀菌杀毒性能，采用了溶剂凝胶法和元素掺杂的方式制备了可见光下激发的氧化锌弱光光触媒材料，可以极大的缩短杀菌杀毒时间，营造无菌无毒环境。

(3)石墨烯的载流子特性，既能提升纳米银的接触式杀菌杀毒能力，也能提升光催化杀菌杀毒性能，因此，本专利的三元复合抗病毒粉具有极高的杀菌杀毒效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1产物的sem图；

图2为本发明实施例4产物的sem图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例一：

高分散纳米石墨烯微片浆料的制备：将3g膨胀石墨加入到992.4g水溶液中，在搅拌的同时加入到预溶有3g分散剂ctab、0.1g消泡剂delta-fc1501、0.5g润湿剂tego245的水溶液中，搅拌混匀，乳化机预分散。然后进行砂磨机研磨分散，锆珠填充率70％，锆珠选择为直径为0.3mm，研磨线速度12m/s，在1g插层剂pvp、分散剂和研磨剪切力的协同作用下，制成直径约为5微米、厚度≤10层的纳米石墨烯微片浆料。

氧化锌弱光光触媒浆料的制备：将20g硝酸锌加入到72.8g乙醇中搅拌，再依次加入0.2g钛酸正丁酯、3g乙酰丙酮、3g乙二胺四乙酸、1g柠檬酸，用氨水调节ph至8，80℃快速搅拌配成透明溶胶，240℃预烧，500℃煅烧，即得到无定形二氧化钛包覆的钛掺杂氧化锌弱光光触媒粉体。再将50g弱光光触媒粉体，914.9g去离子水，15g聚丙烯酸钠分散剂，15g聚乙烯吡咯烷酮改性剂，0.1g消泡剂byk011，5g润湿剂tego260，使用纳米研磨机制备成50纳米以下的透明浆料。砂磨机中锆珠填充率70％，锆珠选择为直径为0.05mm，研磨线速度10m/s。

高浓度亚稳态透明络合银离子抗菌剂的制备：使用高效络合剂30gedta、15g保护剂p123，将30g醋酸银制备成亚稳态的超高浓度透明纳米络合银溶液，添加去离子水调整络合银离子浓度为300ppm。

复合抗病毒粉的制备：将上述步骤制备的1kg纳米石墨烯微片浆料、1kg弱光光触媒浆料以及0.5kg亚稳态透明络合银离子抗菌剂混合超声30min，使纳米级弱光光触媒颗粒吸附在石墨烯片层结构上，同时络合银离子也吸附在弱光光触媒和石墨烯表面，形成石墨烯复合抗病毒前驱体浆料。再利用20w恒定功率日光灯照射石墨烯复合抗病毒前驱体浆料30min，将弱光光触媒和石墨烯表面的银离子完全还原成纳米银颗粒，干燥，从而得到最终的多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体。图1为本实施例产物的sem图。

实施例二：

高分散纳米石墨烯微片浆料的制备：将5g膨胀石墨加入到992.4g水溶液中，在搅拌的同时加入到预溶有5g分散剂ctab、0.15g消泡剂delta-fc1503、0.6g润湿剂tegowet280的水溶液中，搅拌混匀，乳化机预分散。然后进行砂磨机研磨分散，锆珠填充率75％，锆珠选择为直径为0.3mm，研磨线速度12m/s，在2g插层剂十二烷基苯磺酸、分散剂和研磨剪切力的协同作用下，制成直径约为3微米、厚度≤10层的纳米石墨烯微片浆料。

氧化锌弱光光触媒浆料的制备：将30g草酸锌加入到60g乙醇中搅拌，再依次加入0.5g四氯化钛、4g乙酰丙酮、4g乙二胺四乙酸、1.5g柠檬酸，用氨水调节ph至9，80℃快速搅拌配成透明溶胶，240℃预烧，500℃煅烧，即得到无定形二氧化钛包覆的钛掺杂氧化锌弱光光触媒粉体。再将100g弱光光触媒粉体，839.85g去离子水，25g聚丙烯酸钠分散剂，25g聚乙烯吡咯烷酮改性剂，0.15g消泡剂byk028，10g润湿剂tego260，使用纳米研磨机制备成50纳米以下的透明浆料。砂磨机中锆珠填充率75％，锆珠选择为直径为0.05mm，研磨线速度10m/s。

高浓度亚稳态透明络合银离子抗菌剂的制备：使用高效络合剂45gedta、22g保护剂p123，将45g氧化银制备成亚稳态的超高浓度透明纳米络合银溶液，添加去离子水调整络合银离子浓度为2000ppm。

复合抗病毒粉的制备：将上述步骤制备的1kg纳米石墨烯微片浆料、1.5kg弱光光触媒浆料以及0.8kg亚稳态透明络合银离子抗菌剂混合超声30min，使纳米级弱光光触媒颗粒吸附在石墨烯片层结构上，同时络合银离子也吸附在弱光光触媒和石墨烯表面，形成石墨烯复合抗病毒前驱体浆料。再利用20w恒定功率日光灯照射石墨烯复合抗病毒前驱体浆料40min，将弱光光触媒和石墨烯表面的银离子完全还原成纳米银颗粒，干燥，从而得到最终的多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体。

实施例三：

高分散纳米石墨烯微片浆料的制备：将8g膨胀石墨加入到983g水溶液中，在搅拌的同时加入到预溶有8g分散剂ctab、0.2g消泡剂delta-fc1522、0.8g润湿剂tegowet280的水溶液中，搅拌混匀，乳化机预分散。然后进行砂磨机研磨分散，锆珠填充率80％，锆珠选择为直径为0.3mm，研磨线速度12m/s，在3g插层剂三氯化铁、分散剂和研磨剪切力的协同作用下，制成直径约为2微米、厚度≤10层的纳米石墨烯微片浆料。

氧化锌弱光光触媒浆料的制备：将40g硬脂酸锌加入到47.2g乙醇中搅拌，再依次加入0.8g钛酸异丙酯、5g乙酰丙酮、5g乙二胺四乙酸、2g柠檬酸，用氨水调节ph至10，80℃快速搅拌配成透明溶胶，240℃预烧，500℃煅烧，即得到无定形二氧化钛包覆的钛掺杂氧化锌弱光光触媒粉体。再将500g弱光光触媒粉体，319.7g去离子水，100g聚丙烯酸钠分散剂，60g聚乙烯吡咯烷酮改性剂，0.3g消泡剂byk028，20g润湿剂tegowet505，使用纳米研磨机制备成50纳米以下的透明浆料。砂磨机中锆珠填充率80％，锆珠选择为直径为0.05mm，研磨线速度10m/s。

高浓度亚稳态透明络合银离子抗菌剂的制备：使用高效络合剂100gedta、30g保护剂p127，将100g硝酸银制备成亚稳态的超高浓度透明纳米络合银溶液，添加去离子水调整络合银离子浓度为10000ppm。

复合抗病毒粉的制备：将上述步骤制备的1kg纳米石墨烯微片浆料、2kg弱光光触媒浆料以及1kg亚稳态透明络合银离子抗菌剂混合超声30min，使纳米级弱光光触媒颗粒吸附在石墨烯片层结构上，同时络合银离子也吸附在弱光光触媒和石墨烯表面，形成石墨烯复合抗病毒前驱体浆料。再利用20w恒定功率日光灯照射石墨烯复合抗病毒前驱体浆料60min，将弱光光触媒和石墨烯表面的银离子完全还原成纳米银颗粒，干燥，从而得到最终的多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体。

实施例四：

高分散纳米石墨烯微片浆料的制备：将10g膨胀石墨加入到983g水溶液中，在搅拌的同时加入到预溶有10g分散剂ctab、0.3g消泡剂delta-fc1522、1g润湿剂tegowet280的水溶液中，搅拌混匀，乳化机预分散。然后进行砂磨机研磨分散，锆珠填充率80％，锆珠选择为直径为0.3mm，研磨线速度12m/s，在3g插层剂聚二甲基二烯丙基氯化铵、分散剂和研磨剪切力的协同作用下，制成直径约为1微米、厚度≤10层的纳米石墨烯微片浆料。

氧化锌弱光光触媒浆料的制备：将40g碳酸氢锌加入到47g乙醇中搅拌，再依次加入1g钛酸四乙酯、5g乙酰丙酮、5g乙二胺四乙酸、2g柠檬酸，用氨水调节ph至10，80℃快速搅拌配成透明溶胶，240℃预烧，500℃煅烧，即得到无定形二氧化钛包覆的钛掺杂氧化锌弱光光触媒粉体。再将500g弱光光触媒粉体，319.7g去离子水，100g聚丙烯酸钠分散剂，60g聚乙烯吡咯烷酮改性剂，0.3g消泡剂byk028，20g润湿剂tegowet505，使用纳米研磨机制备成50纳米以下的透明浆料。砂磨机中锆珠填充率80％，锆珠选择为直径为0.05mm，研磨线速度10m/s。

高浓度亚稳态透明络合银离子抗菌剂的制备：使用高效络合剂100gedta、50g保护剂p127，将100g硝酸银制备成亚稳态的超高浓度透明纳米络合银溶液，添加去离子水调整络合银离子浓度为15000ppm。

复合抗病毒粉的制备：将上述步骤制备的1kg纳米石墨烯微片浆料、2kg弱光光触媒浆料以及1kg亚稳态透明络合银离子抗菌剂混合超声30min，使纳米级弱光光触媒颗粒吸附在石墨烯片层结构上，同时络合银离子也吸附在弱光光触媒和石墨烯表面，形成石墨烯复合抗病毒前驱体浆料。再利用20w恒定功率日光灯照射石墨烯复合抗病毒前驱体浆料60min，将弱光光触媒和石墨烯表面的银离子完全还原成纳米银颗粒，干燥，从而得到最终的多孔石墨烯负载弱光光触媒纳米银复合抗病毒粉体。图2为本实施例产物的sem图。表1为本实施例的产物在1％水溶液中的杀菌和杀病毒率数据。

表1本实施例的产物在1％水溶液中的杀菌和杀病毒率数据

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