CN109589778A - 一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料 - Google Patents

一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料 Download PDF

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Abstract

一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，属于新材料和技术领域，该纳米材料是一种以Al、碱土金属和过渡金属金属为活性中心，以碱金属为助剂的具有三维层状结构的固体碱，制备方法是先配制碱土金属氢氧化物和氢氧化铝的混合胶体水溶液，利用碱金属的碳酸盐控制水溶液的pH值，将以上混合溶液在室温下充分搅拌后干燥、煅烧得所需的固体粉末，将所得的固体粉末、过渡金属硝酸盐、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙二醇（PEG）一起加入水溶液中，搅拌，然后将所得的胶体真空烘干，所得的固体样品煅烧后制得相应的“双功能”纳米材料；在常温常压下，24小时甲醛的除去率可达99.1%；以大肠杆菌为目标菌测试其抗菌效果，结果显示24小时87%的杀菌率。

Description

一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料
技术领域
本发明涉及一种用于去除细菌和甲醛的新型纳米材料，属于新材料的技术领域。
背景技术
蛋白质在强碱性环境中会变性,强碱杀菌就是利用蛋白质在强碱性环境中会变性而杀死细菌等微生物，当环境中的pH高达12以上时，常见的细菌都会死亡。传统的氢氧化钠、氢氧化钙强碱虽然可以灭菌，但通常需要在水溶液的状态下才能灭菌，因此其应用领域受到限制。固体碱表面有丰富的-OH，形成了较强的碱性中心，碱性中心可以夺取细菌细胞组织分子（碳水化合物）中相当于水分子的氢，使细菌中毒而死。同时，固体碱可以制成不同粒径大小的颗粒，可以广泛应用于纺织品、板材及其他各种材料的表面，故其应用范围广，施工方便。
此外，随着人们物质文化生活水平的提高，室内装修已成为时尚，随之而来的便是室内空气污染越来越严重。甲醛是来自家具和装修材料中最严重的污染物，它是一种具有较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位，并且已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。为了消除甲醛对人类健康的危害，国内外科研人员做了大量的研究工作，开发出了吸附、光催化、低温等离子体、催化燃烧等甲醛消除技术；但这些技术在甲醛消除处理过程中也存在诸多不足之处，如：吸附量有限、能耗大、二次污染严重、消除效率低、反应温度高等。因此，室温下廉价高效地消除甲醛仍然是一项颇具挑战性的难题。
故开发出一种能够除甲醛又能除细菌的材料将具有很高的学术价值和现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于去除细菌和甲醛的新型纳米材料。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，其特征在于，该纳米材料是一种以Al、碱土金属和过渡金属金属为活性中心，以碱金属为助剂的具有三维层状结构的固体碱，制备方法包括如下步骤：
（1）配制碱土金属氢氧化物和氢氧化铝的混合胶体水溶液，利用碱金属的碳酸盐控制水溶液的pH值在9～11之间，控制碱土金属总含量与铝含量的摩尔比在2.0～5.0，控制碱土金属离子和铝离子的总浓度在2.0～5.0 mol/L；
（2）将以上混合溶液在室温下充分搅拌24-48小时，80-120 ℃下干燥6-12小时，300-800 ℃下煅烧2-24小时，得所需的固体粉末；
（3）将所得的固体粉末、过渡金属硝酸盐、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙二醇（PEG）一起加入水溶液中，控制碱土金属离子和铝离子的总浓度在2.0～5.0 mol/L之间，过渡金属硝酸盐的浓度为0.1-1 mol/L，CTAB浓度为0.1-0.5 mol/L，PEG的浓度为0.1-0.25mol/L，50-100 ℃下搅拌12-48小时，然后将所得的胶体置于50-300 ℃真空烘干，所得的固体样品在300-800 ℃下煅烧4-24小时，制得相应的“双功能”纳米材料。
所述碱土金属为Ca、Mg、Ba中的一种或二种，过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu、V、Cr、Mn中的一种或两种，碱金属为Li、Na、K、Cs中的一种或两种。
本发明所达到的有益效果：
（1）制备的纳米材料在细菌和甲醛除去过程中显示了较优的“双功能”作用效果，在常温常压下，24小时甲醛的除去率可达99.1%；以大肠杆菌为目标菌测试其抗菌效果，结果显示24小时87%的杀菌率；
（2）纳米材料制备工艺简单，成本低，不对环境产生污染；
（3）所得纳米材料具有良好的稳定性，可广泛应用于纺织品（如：棉质布匹和芳纶纤维布等）、板材等材料的表面；
（4）除醛除菌可以在常温常压的条件下高效地进行。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
甲醛除去效率分析，色谱条件如下：Agilent 6890气相色谱（毛细柱：30 mm×320um×0.25um），柱温50℃，程序升温：初始温度50℃，第一阶段15℃/min到220℃，持续5min。载气为N2，流速40 mL/min，氢离子火焰检测器，手动进样，进样量0.2 μL，通过归一化法对各产物进行定量分析；除菌过程中以大肠杆菌为目标菌测试其抗菌效果。
实施例1：
将48 mol Mg(OH)2、12 mol Ca(OH)2和20 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸钠控制混液pH值为9.0，室温下剧烈搅拌36.0小时后；置于80 ℃下干燥12小时，所得固体450 ℃下煅烧4小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、3 mol硝酸铜、15 mol十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和7.5 mol聚乙二醇（PEG）一起加入30 L水溶液中，80 ℃下搅拌24小时，然后将所得的胶体置于100 ℃真空烘干，所得的固体样品在450 ℃下煅烧4小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000 mL的胶体溶液，喷洒在100m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达99.1%，大肠杆菌的除去率为87.3%。
实施例2：
将100 mol Mg(OH)2和50 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸锂控制混液pH值为11.0，室温下剧烈搅拌24.0小时后；置于120 ℃下干燥10小时，所得固体600 ℃下煅烧10小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、硝酸铜15 mol和硝酸铁15 mol、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）3 mol 和聚乙二醇（PEG）3 mol一起加入30 L水溶液中，50 ℃下搅拌48小时，然后将所得的胶体置于100 ℃真空烘干，所得的固体样品在600 ℃下煅烧10小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000 mL的胶体溶液，喷洒在100 m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达97.1%，大肠杆菌的除去率为83.9%。
实施例3：
将48 mol Mg(OH)2、12 mol Ca(OH)2和20 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸钾控制混液pH值为9.0，室温下剧烈搅拌48.0小时后；置于100 ℃下干燥8小时，所得固体500 ℃下煅烧20小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、硝酸镍3 mol和硝酸钴3 mol、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）6 mol和聚乙二醇（PEG）3 mol一起加入30 L水溶液中，60 ℃下搅拌20小时，然后将所得的胶体置于100 ℃真空烘干，所得的固体样品在500℃下煅烧20小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000 mL的胶体溶液，喷洒在100 m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达99.2%，大肠杆菌的除去率为81.4%。
实施例4：
将68 mol Ca(OH)2、12 mol Ba(OH)2和20 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸铯控制混液pH值为10.0，室温下剧烈搅拌48.0小时后；置于100 ℃下干燥9小时，所得固体300 ℃下煅烧2小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、硝酸镉9 mol和硝酸锰6 mol、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）9 mol和聚乙二醇（PEG）4.5 mol一起加入30 L水溶液中，50 ℃下搅拌12小时，然后将所得的胶体置于50 ℃真空烘干，所得的固体样品在300℃下煅烧4小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000 mL的胶体溶液，喷洒在100 m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达99.8%，大肠杆菌的除去率为88.1%。
实施例5：
将88 mol Ca(OH)2、12 mol Ba(OH)2和20 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸钠和碳酸钾控制混液pH值为10.0，室温下剧烈搅拌48.0小时后；置于100 ℃下干燥7小时，所得固体800 ℃下煅烧24小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、硝酸钒6mol和硝酸锰3 mol、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）14 mol和聚乙二醇（PEG）6 mol一起加入30 L水溶液中，100 ℃下搅拌48小时，然后将所得的胶体置于300 ℃真空烘干，所得的固体样品在800 ℃下煅烧24小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000mL的胶体溶液，喷洒在100 m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达97.8%，大肠杆菌的除去率为89.2%。
实施例6：
将45 mol Ca(OH)2和15 mol Al(OH)3用去离子水配成30 L胶体；并加碳酸锂控制混液pH值为11.0，室温下剧烈搅拌30.0小时后；置于90 ℃下干燥6小时，所得固体700 ℃下煅烧15小时，即得所需的固体粉末。将所得的固体粉末、硝酸铁24 mol、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）9 mol 和聚乙二醇（PEG）6 mol一起加入30 L水溶液中，70 ℃下搅拌30小时，然后将所得的胶体置于200 ℃真空烘干，所得的固体样品在700 ℃下煅烧15小时，制得相应的“双功能”新型纳米材料。取5 g样品配制成1000 mL的胶体溶液，喷洒在100 m2的布匹上，24小时甲醛的除去率可达97.5%，大肠杆菌的除去率为83.6%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，其特征在于，该纳米材料是一种以Al、碱土金属和过渡金属金属为活性中心，以碱金属为助剂的具有三维层状结构的固体碱，制备方法包括如下步骤：
（1）配制碱土金属氢氧化物和氢氧化铝的混合胶体水溶液，利用碱金属的碳酸盐控制水溶液的pH值在9～11之间，控制碱土金属总含量与铝含量的摩尔比在2.0～5.0，控制碱土金属离子和铝离子的总浓度在2.0～5.0 mol/L；
（2）将以上混合溶液在室温下充分搅拌24-48小时，80~120 ℃下干燥6-12小时，300-800 ℃下煅烧2-24小时，得所需的固体粉末；
（3）将所得的固体粉末、过渡金属硝酸盐、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙二醇（PEG）一起加入水溶液中，控制碱土金属离子和铝离子的总浓度在2.0～5.0 mol/L之间，过渡金属硝酸盐的浓度为0.1-1 mol/L，CTAB浓度为0.1-0.5 mol/L，PEG的浓度为0.1-0.25mol/L，50-100 ℃下搅拌12-48小时，然后将所得的胶体置于50-300 ℃真空烘干，所得的固体样品在300-800 ℃下煅烧4-24小时，制得相应的“双功能”纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，其特征在于，所述碱土金属为Ca、Mg、Ba中的一种或二种。
3.根据权利要求1所述的一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，其特征在于，所述过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu、V、Cr、Mn中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种用于去除细菌和甲醛的纳米材料，其特征在于，所述碱金属为Li、Na、K、Cs中的一种或两种。
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