一种硅藻土-水滑石复合抗菌材料及其制备方法与流程

本发明属于材料领域，具体涉及一种硅藻土-水滑石复合抗菌材料。

背景技术：

抗菌材料是具有杀灭或抑制微生物功能的新型功能材料。目前的抗菌材料大多数是通过添加抗菌剂，从而使材料具有杀灭或抑制微生物功能。抗菌剂是指能够抑制某些微生物，比如细菌、真菌和病毒等的生长繁殖甚至杀灭这些微生物的物质。抗菌材料可分为天然抗菌材料、有机抗菌材料和无机抗菌材料。天然抗菌材料生物相容性好，对环境的污染程度较轻，毒害性小，被广泛应用于食品包装，医药行业；有机抗菌材料种类丰富，运用范围广，抗菌效果明显，使用技术较为成熟。然而，部分毒性强、耐热性差、易分解易挥、长期使用容易使得细菌产生耐药性和抗菌效果随时间推移而逐步减弱甚至完全消失；无机抗菌材料是较新的抗菌材料，其具有广谱抑菌且持久抑菌、耐高温性能优良的优势，广泛应用于生物医药、污水处理、食品包装等方面。

硅藻土是上古单细胞生物硅藻死亡后的尸体，其主要的成分是sio2占比在80～90％，同时也含有少量的al2o3、fe2o3、cao和mgo等。硅藻土具有独特的孔结构和非晶体质，性能稳定，同时也具有无毒，比表面积大和吸附能力强等特点，被广泛应用在食品健康，高新技术和人类健康等行业。

水滑石是由层板金属离子和层间阴离子共同组成的无机功能材料。水滑石类化合物的化学组成包括了层间的阴离子和层板的金属阳离子，因此水滑石的化学表达式可以简写为：[m²⁺1-xm³⁺x(oh)2][an-]x/n·mh2o。水滑石性能稳定，独特的层状结构和优异的性能，如层间阴离子可交换性，热稳定性和记忆效应等。

本发明通过化学反应制备硅藻土-水滑石复合抗菌材料，继承了硅藻土与水滑石的良好性能，同时硅藻土和水滑石相互作用具有更好的技术效果和抗菌性能。

技术实现要素：

本发明提供一种硅藻土-水滑石复合抗菌材料，其特征在于按重量份数计算，包括以下的组分：去离子水75～80份，无水乙醇10～20份，硅藻土0.1～0.5份，二价金属盐2～4份，三价金属盐2～4份，尿素1～2份。

优选地，所述的二价金属盐为二价铜盐或者镁盐，所述的三价金属盐为铝盐，所述的无水乙醇重量份数为15～17份。

本发明中，一种硅藻土-水滑石复合抗菌材料的制备方法，具体制备步骤如下：

步骤(1)：按照重量份数，依次称取去离子水75～80份，二价金属盐2～4份，三价金属盐2～4份和尿素1～2份，放入同一反应容器中，同时将搅拌器的转速控制在500-800r/min，温度升至40-50℃，均匀混合5～10min，制成a液。

步骤(2)：按照重量份数，依次称取无水乙醇10～20份和硅藻土0.1～0.5份，放入同一反应容器中，搅拌器转速控制在500-800r/min，温度升至40-50℃，均匀混合5～10min，制成b液。

步骤(3)：将a溶液逐滴加入b溶液中，搅拌器转速控制在500-800r/min，温度升至40-50℃，均匀混合10～20min，放入聚四氟内衬水热反应釜。

步骤(4)：将反应釜放入烘箱中，温度升至100～130℃加热8-16h。

步骤(5)：将反应釜冷却至室温，抽滤所得溶液，用去离子水清洗干净。

步骤(6)：将步骤5所得的抽滤物放入烘箱中，温度升至90～100℃干燥8-12h，所得的干燥淡蓝色粉末为硅藻土-水滑石复合抗菌材料。

优选地，所述的二价金属盐为二价铜盐或者镁盐，所述的三价金属盐为铝盐。

优选地，步骤2中所述的无水乙醇重量份数为15～17份。

本发明的技术方案中，硅藻土-水滑石复合抗菌材料继承了硅藻土和水滑石各自的良好性能，同时两者又相互促进具有更好的抗菌性能。制得的硅藻土-水滑石复合抗菌材料是多孔层状结构，比表面积大，吸附性能强，可以有效吸附空气中的有机污染物，二氧化硅和金属离子可以共同作用杀灭或抑制微生物，增强抗菌性能。

当本发明的技术方案中，当选择二价金属盐为硝酸铜，三价金属盐为硝酸铝时，制备出的硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料，对其进行xrd及扫描电镜表征，结果如附图1、2所示。从附图1中可以看到，21.71°衍射峰在是硅藻土二氧化硅(sio2)111衍射峰，9.96°和20.05°衍射峰是水滑石的003和006衍射峰，代表着水滑石的层状结构。从图中可以证明硅藻土-铜铝水滑石保留了水滑石的层状结构，同时也保留了硅藻土的性能。从附图2可以看到，硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料是由许多层状物质叠合形成的球形结构，其中的层板骨架主要是铜铝水滑石的金属阳离子，层板表面是硅藻土，层间是阴离子。从硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料扫描电镜图可以证明硅藻土和铜铝水滑石相互连接组成了球形结构。

按照中国专利cn2017110725044说明书第069段公开的方法对本发明中的硅藻土-水滑石复合抗菌材料进行抗菌性能测试，分别检测在运行1天及30天后的冰箱中细菌清除率，结果发现：对于大肠杆菌，第1天的清除率为94％，第30天的清除率为91％；对于霉菌，第1天的清除率为97％，第30天的清除率为92％。实验证明，本发明制备的硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料具有很好的抗菌效果，且持续时间较长。

综上所述，本发明的有益效果是：1、制备方法简单，原料普通，生成成本低。2、使用硅藻土和水滑石环境友好型材料，不会造成二次污染。3、硅藻土-水滑石复合材料性能稳定，可以达到长期的抗菌效果。

附图说明

图1：硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料xrd图谱

图2：硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料扫描电镜图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明中的技术方案作进一步的描述，但本发明并不仅限于这些实施例。

实施例1

1、取1.68g硝酸铜，1.68g硝酸铝和0.72g尿素溶解于45.00g去离子水，放入烧杯后，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合5分钟后制成a溶液。

2、取0.18g硅藻土溶解于10.00g无水乙醇，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合5分钟后制成b溶液。

3、在转速为500r/min的磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液，温度控制在50℃，均匀混合20min，然后将混合均匀的溶液放入聚四氟内衬水热反应釜中。

4、把反应釜放入110℃烘箱中加热12h。

5、待反应釜冷却到室温，抽滤所得溶液，并用去离子水清洗干净。

6、将上一步骤所得的抽滤物放入100℃烘箱干燥10h，获得的淡蓝色固体粉末为硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料。

实施例2

1、取2.99g硝酸铜，2.99g硝酸铝和1.28g尿素溶解于80g去离子水，放入烧杯后，磁力搅拌转速为800r/min，温度控制在40℃，均匀混合5分钟后制成a溶液。

2、取0.32g硅藻土溶解于17.78g无水乙醇，磁力搅拌转速为800r/min，温度控制在40℃，均匀混合5分钟后制成b溶液。

3、在转速为800r/min的磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液，温度控制在40℃，均匀混合10min，然后将混合均匀的溶液放入聚四氟内衬水热反应釜中。

4、把反应釜放入130℃烘箱中加热12h。

5、待反应釜冷却到室温，抽滤所得溶液，并用去离子水清洗干净。

6、将上一步骤所得的抽滤物放入95℃烘箱干燥10h，获得的淡蓝色固体粉末为硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料。

实施例3

1、取1.68g硝酸铜，1.68g硝酸铝和0.72g尿素溶解于45.00g去离子水，放入烧杯后，磁力搅拌转速为600r/min，温度控制在45℃，均匀混合10分钟后制成a溶液。

2、取0.18g硅藻土溶解于10.00g无水乙醇，磁力搅拌转速为600r/min，温度控制在45℃，均匀混合10分钟后制成b溶液。

3、在转速为600r/min的磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液，温度控制在45℃，均匀混合15min，然后将混合均匀的溶液放入聚四氟内衬水热反应釜中。

4、把反应釜放入120℃烘箱中加热12h。

5、待反应釜冷却到室温，抽滤所得溶液，并用去离子水清洗干净。

6、将上一步骤所得的抽滤物放入95℃烘箱干燥12h，获得的淡蓝色固体粉末为硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料。

实施例4

1、取1.68g硝酸镁，1.68g硝酸铝和0.72g尿素溶解于45.00g去离子水，放入烧杯后，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合10分钟后制成a溶液。

2、取0.18g硅藻土溶解于10.00g无水乙醇，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合10分钟后制成b溶液。

3、在转速为500r/min的磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液，温度控制在50℃，均匀混合20min，然后将混合均匀的溶液放入聚四氟内衬水热反应釜中。

4、把反应釜放入110℃烘箱中加热12h。

5、待反应釜冷却到室温，抽滤所得溶液，并用去离子水清洗干净。

6、将上一步骤所得的抽滤物放入100℃烘箱干燥10h，获得的淡蓝色固体粉末为硅藻土-镁铝水滑石复合抗菌材料。

实施例5

1、取1.68g硝酸铜，1.68g氯化铝和0.72g尿素溶解于45.00g去离子水，放入烧杯后，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合8分钟后制成a溶液。

2、取0.18g硅藻土溶解于10.00g无水乙醇，磁力搅拌转速为500r/min，温度控制在50℃，均匀混合8分钟后制成b溶液。

3、在转速为500r/min的磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液，温度控制在50℃，均匀混合20min，然后将混合均匀的溶液放入聚四氟内衬水热反应釜中。

4、把反应釜放入110℃烘箱中加热12h。

5、待反应釜冷却到室温，抽滤所得溶液，并用去离子水清洗干净。

6、将上一步骤所得的抽滤物放入100℃烘箱干燥10h，获得的淡蓝色固体粉末为硅藻土-铜铝水滑石复合抗菌材料。