[发明专利]Fe3+掺杂多针状纳米ZnO的抑菌防霉剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种抑菌防霉剂，具体涉及一种Fe³⁺掺杂多针状纳米ZnO的抑菌防霉剂及其制备方法。

背景技术

抑菌材料在保护人类的生存环境，提高人民健康水平中发挥着越来越重要的作用。研究发现，纳米ZnO对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有较强的抑菌活性。J.L. Liu等将球状 ZnO和花状ZnO添加到聚丙烯酸酯成膜剂中，进而提高薄膜的抑菌性能，结果表明，引入ZnO后，薄膜对白色念珠菌的抑菌活性明显提高，但花状ZnO对白色念珠菌的抑菌作用明显大于球状ZnO（Composites Science and Technology, 2014, 98, 64–71）。J.Z. Ma等对比研究了桑葚状ZnO、片状ZnO和花状ZnO对白色念珠菌的抑菌效果，发现ZnO形貌对其抗菌性能影响较大，不同的形貌结构表现出较大差异的抑菌性能（Ceramics International, 2013, 39, 2803–2810）。X.L. Xu等研究了四针状ZnO、纳米ZnO和普通ZnO悬浮液在不同的光照条件下的抑菌效果，发现四针状ZnO的抑菌效果远大于纳米ZnO和普通ZnO，主要是因为四针状ZnO具有独特的结构，其尖端部分为纳米级或更细微的级别，纳米活性成分能够高效杀灭和清除细菌及其残骸，且针状的结构对细菌的机械破坏作用较为明显，另外还能分解细菌分泌的毒素，具有显著的抑菌效果（Langmuir, 2013, 29, 5573-5580）。 综上所述，ZnO形貌对其抑菌防霉性能有主导作用，比较形貌对纳米ZnO抑菌防霉性能的影响，得出针状结构的ZnO其尖端部分对细菌和霉菌均有较好的机械破坏作用，同时具有良好的紫外吸收作用。在紫外线或可见光的照射下，纳米ZnO在水和空气中能自行分解出自由移动的带负电荷的电子，同时留下带正电荷的空穴，这种空穴可以激活空气中的氧和粉体表面的水产生有极强化学活性的活性氧（·O₂^-、·OH、¹O₂），活性氧可与大多数微生物发生氧化反应而发挥抑菌防霉作用。掺杂改性是目前常见的提高纳米ZnO抑菌防霉活性的方法之一。该方法利用物理或化学方法，将金属或者非金属元素引入纳米ZnO的晶格内部，在纳米ZnO的晶格中引入新的原子形成缺陷或间隙型空位，或改变晶格类型，影响光激发产生电子和空穴的运动状况，或者改变纳米ZnO的能带结构，进而提高纳米ZnO的抑菌防霉活性。H. H. Abdulrahman Syedahamed等将碱土金属离子（Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺）掺杂到ZnO纳米片中，发现ZnO晶体结构中的氧空位和间隙氧空位增多，Zn²⁺的扩散能力增强，掺杂后的ZnO纳米片对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出较强的抑菌活性（Journal of Materials Chemistry B, 2013, 1, 5956-5962）。        

目前，人们采用多种方法成功制备了具有抑菌防霉性能的不同元素掺杂的纳米ZnO，开发出许多新型抑菌防霉剂产品。ZnO形貌多样、结构各异，且形貌结构对其性能有较大的影响。比较形貌对纳米ZnO抑菌性能的影响，发现多针状的ZnO具有良好的紫外吸收作用，且其尖端部分对细菌和霉菌均表现出较好的机械破坏作用，因而表现出较好的抑菌防霉性能。但是，在可见光的照射下，纳米ZnO的抑菌防霉性能并不理想，光利用率差，光激发产生的导带电子和价带空穴容易复合，使得体系中产生的活性氧物种的量下降，抑菌防霉性能受到限制。结合形貌对抑菌防霉性能的影响，将Fe³⁺掺杂到多针状ZnO晶格中，开发新型抗菌防霉剂的相关研究，尚未见报道。从大量的科研数据可以看出，通过掺杂的技术手段来提高纳米ZnO的抑菌防霉性能是可行的。因此，寻找一种工艺简单、成本低，绿色工艺制备尺寸均匀、形貌可控、且具有长效、高效抑菌防霉性能的纳米ZnO的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe³⁺掺杂多针状纳米ZnO的抑菌防霉剂及其制备方法，在可见光作用下可以有效地抑制细菌和霉菌的生长。

本发明所采用的技术方案是：

Fe³⁺掺杂多针状纳米ZnO的抑菌防霉剂的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：