[发明专利]一种抗菌碳纤维素复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于抗菌剂的制备技术领域，具体涉及一种抗菌碳纤维素复合材料的制备方法。

背景技术

活性碳纤维具有巨大的比表面和丰富的微孔，吸附脱附速度快，易于加工成各类性状的特点，正逐步取代传统吸附材料活性碳，在气体吸附净化，污水处理、饮水净化等领域得到应用。

金属铜作为一种抗菌剂已经有数千年的历史，早在4000多年前的印度就用铜壶储水消毒。铜是人体健康不可缺少的微量营养素，对于血液、中枢神经和免疫系统，头发、皮肤和骨骼组织以及脑和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响。与银相比，铜不仅价格低廉，而且具有较高的化学稳定性和环境安全性。

细菌纤维素是由木醋杆菌代谢合成的一种纤维素基生物大分子。相比植物纤维素，其在纯度、聚合度、结晶度和取向性等方面均有很大优势。细菌纤维素水凝胶经冷冻干燥或超临界干燥处理得到细菌纤维素气凝胶，进一步经过高温碳化处理，得到碳化细菌纤维素。碳化细菌纤维素具有独特的三维网状结构、极高的孔隙率、纳米尺度的纤维尺寸及良好的结构稳定性，通过掺入不同的元素，可得到性能优异的复合材料。中国专利CN102093840A将碳化细菌纤维素与磁性材料进行复合，得到网状纳米碳纤维素/磁性复合材料，可作为理想的微波吸收剂。中国专利CN105053007A，采用原位还原的方法制备复合纳米银的细菌纤维素，经无菌的热处理炉中，得到具有良好抗菌性能的纳米碳气凝胶抗菌复合材料，但银的成本高，且Ag⁺易与水介质中的Cl^-、HS^-、S^2-和SO₄^2-等发生反应，形成不溶于水的沉淀，从而失去抗菌活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗菌碳纤维素复合材料的制备方法，采用细菌纤维素为原料，通过简便的铜盐溶液浸泡方法，再经碳化处理，将纳米铜颗粒负载到碳纤维上，得到具有良好的抗菌性能含纳米铜颗粒的碳纤维材料。

本发明的技术方案如下：

一种抗菌碳纤维素复合材料的制备方法，以细菌纤维素为原料，经浸泡法向细菌纤维素中引入铜离子，通过高温碳化制备载铜碳化细菌纤维素，具体步骤如下：

步骤1，将细菌纤维素冷冻干燥；

步骤2，将预处理后的细菌纤维素浸泡在铜盐溶液中，取出洗净后干燥得到含铜的复合细菌纤维素；

步骤3，惰性气氛保护下，以1-10℃/min的升温速度，升温至600-1400℃，将含铜的复合细菌纤维素进行碳化处理，保温6-20h，冷却后得到载铜碳化细菌纤维素，即抗菌碳纤维素复合材料。

步骤1中，所述的冷冻干燥的时间为12～48h。

步骤2中，所述的铜盐为氯化铜、硫酸铜或硝酸铜，所述的铜盐与细菌纤维素的质量比为0.01～0.1：1，浸泡时间为0.5～48h，浸泡温度为10～90℃，洗涤次数为1～5次，干燥为真空干燥或冷冻干燥。

步骤3中，所述的惰性气体为氮气或氩气。

本发明制备工艺简单易行、操作方便、成本低，利用细菌纤维素真空热解形成的碳作为还原剂，将载铜和碳化在一步中完成，实现了原子经济化，同时简化了材料的制备过程。本发明得到的载铜碳化细菌纤维素具有良好的空间网络结构，铜粒子较小且能均匀分散在碳化细菌纤维素的三维网格中，同时被网格束缚的铜粒子也不容易从碳纤维中脱落，经流水连续冲洗5小时，铜流失率仅为1.52％。本发明制备的载铜碳化细菌纤维素抗菌效果持久稳定，可长期保存。

附图说明

图1为实施例1制备的抗菌碳纤维素复合材料的透射电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

步骤1，将细菌纤维素置于冷冻干燥机冷冻干燥12小时；

步骤2，将1g干燥的细菌纤维素浸渍在含有0.01g硝酸铜的溶液中10℃浸泡0.5小时，取出洗涤1次后真空干燥；

步骤3，将步骤2得到的含铜复合细菌纤维素放入加热炉中在氮气气氛保护下以1℃/min加热速度加热至600℃，保温6小时，然后以1℃/min冷却速度冷却至室温，得到载铜碳化细菌纤维素。

图1为实施例1制备的载铜碳化细菌纤维素的透射电镜图。由图可见纳米级尺寸的铜颗粒较均匀地分散在碳化细菌纤维素的三维网格中，铜颗粒较小且分布较均匀，平均粒径76nm。

实施例2

步骤1，将细菌纤维素置于冷冻干燥机冷冻干燥24小时；