[发明专利]一种低成本光催化杀菌抗菌剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种杀菌抗菌剂及其制备方法，具体涉及一种低成本的在室内常规光源下就具有杀菌抗菌活性的TiO₂基光催化剂及其制备方法，属于环境材料领域。

背景技术

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对工作和生活环境的卫生状况日益重视，各种杀菌抗菌材料也应运而生。常见的杀菌抗菌剂主要为有机抗菌剂和无机抗菌剂两大类，有机杀菌抗菌剂多具有毒性，并且易产生微生物抗药性、耐热性，使其在实际应用中大大受限。无机抗菌剂主要以银离子为主，它们一般只能杀死细菌，不能分解内毒素，而且价格较高。

自从1985年T. Matsunaga等首次发现了TiO₂在紫外光照射下有良好的杀菌作用以后(T. Matsunaga, et al., Fems. Microbiol. Lett., 1985, 29: 21 I-214)，TiO₂光催化杀菌抗菌就获得了广泛的研究。其机理是：TiO₂是一种带隙为3.2eV的宽禁带半导体，由一个充满电子的低能价带(VB)和一个空的高能导带(CB)构成，价带和导带之间由禁带分开。当用能量等于或大于禁带宽度(E_g)的光照射时，半导体价带上的电子(e^-)被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的光生空穴(h⁺)，这样就在半导体内部生成电子-空穴(e^-和h⁺)对。光生电子和光生空穴可直接与细菌的细胞壁、细胞膜和细胞的组成成分反应，导致其功能单元失活，从而导致细胞死亡。此外，光生空穴也可将TiO₂表面吸附的OH^-或H₂O分子氧化成羟基自由基(·OH)，而光生电子则与表面吸附的O₂发生作用生成超氧离子自由基(·O₂^-)，进一步生成羟基自由基和H₂O₂等活性氧类，TiO₂光催化杀菌主要是羟基自由基和其它活性氧类物质共同作用的结果。

目前，TiO₂光催化杀菌抗菌已取得了很多的研究成果，然而或多或少地都存在一些缺点。如中国专利ZL02119304.5 公开了一种具有高杀菌光活性介孔二氧化钛薄膜的制备方法，但必须在紫外光的作用下才能实现杀菌抗菌作用；如中国专利ZL02154431.X公开了一种纳米光触媒抗菌组合物用于抗菌的方法，需要采用金红石和锐钛矿混合的TiO₂为光催化剂，制备过程复杂，而且成本较高，不适合大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的在室内常规光源下就具有杀菌抗菌活性的光催化材料及该材料的制备方法。

本发明一种低成本光催化杀菌抗菌剂，其特征是以商业钛白粉（金红石型）为催化剂主体、商业FeCl₃为改性剂的Fe_xO/TiO₂纳米复合物，其中Fe_xO与基体TiO₂的质量百分比为0.1%~0.5%，Fe_xO由Fe₂O₃和FeO组成，且Fe^II/Fe^Ⅲ=0.5~1.5。

本发明一种低成本光催化杀菌抗菌剂的制备方法由商业钛白粉前处理和后续的改性两个部分组成，采用加热回流法制备Fe_xO/TiO₂纳米复合物，具体包括以下步骤：

1．商业钛白粉前处理

1）  称取一定量的商业钛白粉，倒入圆底烧瓶中，加入适量体积（保证液面没过钛白粉一定高度）4~8M的盐酸，然后将圆底烧瓶放在油浴锅中，在搅拌条件下，80~100℃密封加热回流2~6小时；

2）  将经盐酸处理的钛白粉用布氏漏斗抽滤，反复用去离子水洗涤至滤液为中性，室温干燥后待用。

2. 钛白粉的改性

1）  称取30~80g经步骤1处理后的钛白粉，加入到装有500mL浓度为0.2~1.5mg/mLFeCl₃溶液的圆底烧瓶中，在油浴锅中，搅拌条件下，80~100℃密封加热回流1~8小时；

2）  再往圆底烧瓶中缓慢加入预先配好的NaOH溶液（浓度为10~30 mg/mL，加入体积10~50 mL）；