二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统的制作方法

本发明属于微纳米光学领域，涉及光催化、电化学腐蚀，特别是一种可实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。

背景技术：

污染物的消杀直接取决于消毒剂和污染物对它的反应，这些消毒剂可以是简单的紫外线照射或氧化剂。然而，采用自然方法有很大的障碍，因为它们的效率是无法控制的，且在此过程中会有一定几率产生副产品。二氧化钛因其良好的催化性能、经济可行性和强稳定性等优势而作为光催化剂被广泛应用于有害病原体的消毒灭活。当近紫外线uva照射到二氧化钛上时，入射光子会激活活性氧的产生，二氧化钛光催化表面直接与细胞壁接触，使细胞壁上发生氧化损伤，最初受到氧化损伤的细胞仍然是活着的，然而局部细胞壁的丧失使这些细胞的细胞质膜也容易受到氧化损伤，于是光催化作用逐渐增加了细胞的通透性，最终导致细胞内容物流出，进而导致细胞死亡。除此之外，二氧化钛似乎也可以进入膜损伤细胞，对细胞内成分造成直接损伤，从而加速细胞死亡。通过对二氧化钛材料的改性，可以显著提高其消毒能力和整体性能，提高二氧化钛光催化剂的表面积，会促进二氧化钛光催化表面与细胞壁的接触，将显著提高二氧化钛的光催化性能。

综上，我们提出了一种实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。该病毒消杀系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。该系统尺寸为l×l×h，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r，标准差为σr，孔隙率为η，二氧化钛纳米管厚度为d1，钛基底的厚度为d2。该系统通过改变二氧化钛材料的表面形貌特性，增大紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，增大二氧化钛与细胞壁接触面积，促进氧化损伤增大细胞通透性，加速细胞死亡，进而提高病毒消杀性能。该病毒消杀系统在医护医疗、微生物防治等领域有重要的应用价值。

技术实现要素：

本发明提供了一种实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。该病毒消杀系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。该系统尺寸为l×l×h，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r，标准差为σr，孔隙率为η，二氧化钛纳米管厚度为d1，钛基底的厚度为d2。

该系统通过改变二氧化钛材料的表面形貌特性，增大紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，增大二氧化钛与细胞壁接触面积，促进氧化损伤增大细胞通透性，加速细胞死亡，进而提高病毒消杀性能。此系统在医护医疗、微生物防治等领域有重要的应用价值。

本发明的优点和积极效果

所述的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。该病毒消杀系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径和中心距离呈高斯分布，可利用电化学阳极氧化法实现低成本大规模制备。该系统通过改变二氧化钛材料的表面形貌特性，增大紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，增大二氧化钛与细胞壁接触面积，促进氧化损伤增大细胞通透性，加速细胞死亡，进而提高病毒消杀性能。因此，本发明可有限成本内大大提高病毒消杀的性能，在医护医疗、微生物防治等领域有重要的应用价值。

附图说明

图1是可实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统的结构示意图。

图2是二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统中的二氧化钛纳米管阵列微观结构图。其中(a)为二氧化钛纳米管阵列的微观表面形貌图，(b)为二氧化钛纳米管阵列的俯视角为30°的微观结构侧视图。

图3是改性后每个晶格周期内单位厚度的二氧化钛纳米管阵列的表面积增大倍率与孔隙率的关系曲线。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提供的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统，由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。该系统尺寸为l×l×h，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r，标准差为σr，孔隙率为η，二氧化钛纳米管厚度为d1，钛基底的厚度为d2。

二氧化钛纳米管阵列制备流程如下：先对高纯度的钛进行退火和电化学抛光，之后将已经抛光的钛作为阳极放进盛有氟化铵乙醇溶液的电化学池中，铂电极作为阴极，在一定的溶液条件下选择适当的电压和温度，进行一步阳极氧化，形成六边形排布的二氧化钛纳米管阵列。

具体应用实例1

二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统与该系统内二氧化钛纳米管阵列的具体参数如下为例：

该系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列，该系统尺寸参数分别为l＝1.2m和h＝0.5m。

图2分别是二氧化钛纳米管阵列的微观表面形貌图和二氧化钛纳米管阵列的俯视角为30°的微观结构侧视图，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r＝41.1nm，标准差为σr＝11.2nm，孔隙率为η＝58.9％，二氧化钛纳米管厚度为d1＝22.8μm，钛基底的厚度为d2＝1mm，此时表面形貌改性后的二氧化钛纳米管阵列表面积s′与改性前的表面积s的关系可以被估算

s′＝s+π∑ri²+2πd1∑ri

其中ri为二氧化钛纳米管内半径的集的元素。表面形貌改性后的表面积约为改性前的609倍，不仅增大了紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，促进细胞壁的氧化损伤进而使细胞内物质流出加速细胞死亡，而且增大了二氧化钛光催化表面与细胞壁的接触，直接进入细胞内部，对细胞内物质造成直接损伤加速细胞死亡，进而通过上述两种方式提高病毒消杀性能。

图3是改性后每个晶格周期内单位厚度的二氧化钛纳米管阵列的表面积增大倍率与孔隙率的关系曲线。增大电化学阳极氧化过程中的直流电压可增大二氧化钛纳米管阵列的孔隙率，当孔隙率从0.5增至0.9时，每个晶格周期内单位厚度的二氧化钛纳米管阵列的表面积增大倍率从5.0449增大至6.6560，因此该病毒消杀系统可大幅提高二氧化钛的光催化特性，进而大幅提高系统的病毒消杀性能。

技术特征：

1.一种实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。该病毒消杀系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。

2.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统，其特征在于该系统尺寸为l×l×h，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r，标准差为σr，孔隙率为η，二氧化钛纳米管厚度为d1，钛基底的厚度为d2。

3.根据权利要求1或2所述的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统，其特征在于该系统通过改变二氧化钛材料表面形貌特性，增大紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，增大二氧化钛与细胞壁接触面积，促进氧化损伤增大细胞通透性，加速细胞死亡，进而提高病毒消杀性能。

技术总结
一种实现病毒消杀的二氧化钛纳米管紫外光高效病毒消杀系统。该病毒消杀系统由紫外光源、置物台和二氧化钛纳米管阵列组成，系统上层为紫外光源，中间层为放置待病毒消杀物品的置物台，侧面和下层均为二氧化钛纳米管阵列。该系统尺寸为L×L×H，二氧化钛纳米管阵列为六边形排布阵列，纳米管的内半径呈高斯分布，纳米管的平均内半径为r，标准差为σr，孔隙率为η，二氧化钛纳米管厚度为d1，钛基底的厚度为d2。该系统通过改变二氧化钛材料表面形貌特性，增大紫外照射二氧化钛面积进而提高活性氧生成，增大二氧化钛与细胞壁接触面积，促进氧化损伤增大细胞通透性，加速细胞死亡，进而提高病毒消杀性能。该病毒消杀系统在医护医疗、微生物防治等领域有重要的应用价值。

技术研发人员：匡登峰;杨卓;李文爽
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2020.03.27
技术公布日：2021.01.01