[发明专利]一种具有抗菌与吸附功能的纳米氧化锌-竹炭复合粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纳米粒子的制备领域，特别涉及一种具有抗菌与吸附功能的纳米氧化锌-竹炭复合粒子的制备方法。

背景技术

氧化锌是一种规整的六角形纤锌矿极性晶体结构晶体，具有稳定性好、高温下不变色、不分解、价格低廉，资源丰富等优势。尤其是纳米氧化锌尺寸小、比表面积大，具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观隧道效应等，与普通氧化锌相比，展现出许多优势性能，如抗菌、散射紫外线、无毒、耐腐蚀性等，可用于化妆品防晒霜，食品包装材料等领域（CN1161279C；CN1296041A；CN101214993B）。竹炭是竹材热分解的主要产物，具有发达的微孔结构，具有强大的吸附能力和去污功能，其原料来源广泛，价格低廉，被广泛用作空气净化和水处理等领域（CN101947442B）。将竹炭的吸附性能和纳米氧化锌的优势特性有机地结合起来，充分发挥两种材料的特性，不仅可以提高纳米氧化锌的利用率，同时纳米氧化锌-竹炭复合粒子兼具有抗菌、抗紫外、吸附有害物质等功能，可被广泛应用于绿色纳米复合材料、化妆品、装饰品、包装、食品、家居用品、医药、涂料、填充剂等领域。因此对该类复合粒子的开发与应用越来越受关注。

目前制备纳米氧化锌-竹炭复合粒子主要有模板法。此方法以经氢氧化钠预处理后干燥的竹炭作为模板，以醋酸锌和草酸的混合液为原料，在室温下反应24小时，干燥后在800℃煅烧7小时，得到微米级的纳米氧化锌棒（Gong L, Jiang H, Zhu FH. A facile and green approach for the fabrication of ZnO nanorods using bamboo charcoal as the template. Materials Letters 2010; 64: 2582–2584），所得纳米氧化锌棒的直径大约300 nm，长度可达几个微米，但是该方法只是利用竹炭粒子的模板效应，最终竹炭粒子被焙烧掉，并未利用其强吸附功能。覃爱苗等人公开了一种以竹炭作为基底，以氢氧化钠、七水合硫酸锌为原料，聚乙二醇-6000作为分散剂，采用沉淀-浸渍的方法合成纳米锌-竹炭复合粒子，其粒子为球形，平均粒径40-100nm（CN101947442B），然而该方法存在氧化锌与竹炭粒子结合力不强等问题。而本发明设计制备了表面羧酸化的竹纤维素纳米晶，为锌离子吸附提供了静电作用点，有利于制备高负载纳米氧化锌的前躯体，同时通过简便的高温真空煅烧法的得到纳米氧化锌-竹炭复合粒子；所制得的纳米氧化锌-竹炭复合粒子具有尺寸小且分布窄、尺寸易于调控、比表面积大、产品纯度高、反应活性高等优点。纳米氧化锌的高负载量且与竹炭结合比较牢靠，极大程度上改善了粉末纳米氧化物的一些缺陷，所得复合粒子不仅具有吸附功能与抗菌作用，同时拓宽了其在复合材料领域中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗菌与吸附功能的纳米氧化锌-竹炭复合粒子的制备方法，该方法使用的化学药品少且成本低廉，制备周期短，适合于工业化规模生产；所制得羧基化的纳米氧化锌-竹炭复合粒子具有尺寸小且分布窄、尺寸易于调控、比表面积大、反应活性、高竹炭与氧化锌结合很牢靠，抗菌效果持久，具有较好的吸附能力，同时具备抗菌与吸附功能的优点。

1、一种具有抗菌与吸附功能的纳米氧化锌-竹炭复合粒子的制备方法，包括：

（1）将竹类原料加入到由有机酸液和无机酸液配制的混酸溶液中，然后于50-90 ℃反应1-20 h，待反应结束后，加碱液中和反应产物至中性，得到羧基化的竹纤维素纳米晶； 

（2）将上述羧基化的竹纤维素纳米晶加入到浓度为0.005-5mol/L的锌离子溶液中，加碱液中和，去离子水稀释反应产物，离心后冷冻干燥或真空干燥，然后于200-600 ℃真空煅烧1-8 h，即得纳米氧化锌-竹炭复合粒子。

所述步骤（1）中的竹类原料为红壳竹、元竹、毛竹、竹浆废料中的一种或几种。

所述步骤（1）中的混酸溶液中有机酸液与无机酸液的体积比为5-9:1。

所述步骤（1）中的有机酸液为己二酸水溶液、丙二酸水溶液、丁二酸水溶液、酒石酸水溶液、草酸水溶液、苹果酸水溶液、柠檬酸水溶液中的一种或几种，浓度为3~10 mol/L。

所述步骤（1）中的无机酸液为盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、磷酸水溶液中的一种或几种，浓度为1~10 mol/L。

所述步骤（1）中竹类原料与混酸溶液的固液比为1:10-100 g/mL。