CN111481995B - 一种长效抗菌滤芯材料及其制备方法 - Google Patents

一种长效抗菌滤芯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种长效抗菌滤芯材料及其制备方法，将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡，然后采用静电喷涂的方式将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭喷涂到负载有纳米银线的金属网状纤维上，制备出了长效抗菌滤芯材料。本发明的长效抗菌滤芯材料上负载了纳米银线和吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭，活性炭能够提高滤芯材料的吸附性能，可有效吸附空气中的有害微生物及固体颗粒，并通过纳米银线和聚六亚甲基胍的杀菌作用将有害微生物去除。同时纳米银线与聚六亚甲基胍抗菌剂的结合延长了滤芯材料的使用寿命，使滤芯材料具有长效的杀菌性能，具有安全，高效，稳定性高等特点。

Description

一种长效抗菌滤芯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗菌过滤材料领域，尤其涉及一种长效抗菌滤芯材料及其 制备方法。
背景技术
空气污染物主要分为颗粒物、气态污染物、生物三大类。空气生物污 染物作为其中之一，主要以生物气分散液的形式传播，生物气分散液是悬 浮于空气中的微生物所形成的胶体体系，包含细菌、真菌、霉菌孢子、花 粉、皮屑、过敏原、病毒、尘螨行业寄生虫卵等。生物气分散液可以随着 人们的咳嗽、打喷嚏等，以极快的速度传播。因此制备一种具有抗菌效果 的滤芯材料，当空气通过该滤层时，生物气分散液中的细菌和病毒被杀死， 可以在确保人身安全的前提下，为家居生活的空气生物污染建立一道防火 墙，减少空气生物污染对人体的侵害。但是现有的抗菌滤芯材料抗菌效率 低，不能有效吸附并杀灭病菌。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种长效抗菌滤芯 材料及其制备方法，旨在提高现有技术中的滤芯材料对生物气分散液的吸 附和杀菌效率。
本发明的技术方案如下：
一种长效抗菌滤芯材料的制备方法，其中，包括步骤：
将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡后取出，干燥，得到负载 有纳米银线的金属网状纤维；
将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭，静电喷涂到所述负载有纳 米银线的金属网状纤维，制得所述长效抗菌滤芯材料。
所述的制备方法，其中，所述纳米银线的分散液由纳米银线溶于溶剂 形成，所述纳米银线分散液中，纳米银线的浓度为0.01～10mol/L，所述溶 剂为水、乙醇中的一种或两种。
所述的制备方法，其中，所述金属网状纤维与所述纳米银线的分散液 的质量比为1:6～18。
所述的制备方法，其中，所述纳米银线的制备步骤包括：
将聚乙烯吡咯烷酮与1,5戊二醇混合，在160～200℃温度下搅拌 5～15min，得到第一混合液；
向所述第一混合液中加入葡萄糖和抗坏血酸的混合水溶液、银盐、十 八烷基三甲基氯化铵和金属卤化物，搅拌后得到第二混合溶液；
将所述第二混合液进行加热反应，反应结束后经离心，洗涤，得到所 述纳米银线。
所述的制备方法，其中，所述混合水溶液中，所述葡萄糖的浓度为 0.01～0.125g/mL，所述抗坏血酸的浓度为0.09～0.225g/mL。
所述的制备方法，其中，所述银盐为CAgF3O3S、AgF、AgNO3中的 一种或多种；
所述金属卤化物为FeCl3，CuCl2和NaBr中的一种或多种；
所述聚乙烯吡咯烷酮、1,5戊二醇、混合水溶液、银盐、十八烷基三 甲基氯化铵、金属卤化物的比例为 0.01～0.13mol:190mL:90.25～135.11g:4.89～13.04g:0.59～1.46g:0.47～0.11mmo l。
所述的制备方法，其中，所述加热反应的温度为60～180℃，时间为 30～60min。
所述的制备方法，其中，所述吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭 的制备步骤包括：将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在聚六亚 甲基胍溶液中浸泡后取出，干燥，得到吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活 性炭。
所述的制备方法，其中，所述聚六亚甲基胍溶液的浓度为0.5～1wt％， 所述煤质粉状活性炭与所述聚六亚甲基胍溶液的质量比为1:8～12。
一种长效抗菌滤芯材料，其中，采用如上所述的长效抗菌滤芯材料的 制备方法制备得到。
有益效果：本发明将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡，然后 采用静电喷涂的方式将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭喷涂到负载 有纳米银线的金属网状纤维上，制备出了长效抗菌滤芯材料。本发明的长 效抗菌滤芯材料上负载了纳米银线和吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性 炭，活性炭能够提高滤芯材料的吸附性能，可有效吸附空气中的有害微生 物及固体颗粒，并通过纳米银线和聚六亚甲基胍的杀菌作用将有害微生物 去除。同时纳米银线与聚六亚甲基胍抗菌剂的结合延长了滤芯材料的使用 寿命，使滤芯材料具有长效的杀菌性能，具有安全，高效，稳定性高等特 点。本发明的长效抗菌滤芯材料作为过滤组件，可广泛用于中央空调，家 用空调，车载空调和空气净化器等设备。
附图说明
图1为本发明提供的一种长效抗菌滤芯材料的制备方法较佳实施例流 程图。
具体实施方式
本发明提供一种调整显示器的图像的方法、***及存储介质，为使本 发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细 说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
请参阅图1，图1是本实施例提供的一种长效抗菌滤芯材料的制备方法， 其中，包括步骤：
S100、将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡后取出，干燥，得 到负载有纳米银线的金属网状纤维；
S200、将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭，静电喷涂到所述负 载有纳米银线的金属网状纤维，制得所述长效抗菌滤芯材料。
具体来说，本实施例的长效抗菌滤芯材料上负载了纳米银线和吸附有 聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭。纳米银线由于其独特的一维线状结构， 相对于其他类型的纳米银材料具有更加优异的抗菌性能；聚六亚甲基胍是 一种环保型高分子聚合物杀菌消毒剂，具有广谱的杀菌效果，同时其具有 有效浓度低，作用速度快，性质稳定、无副作用等优势；而活性炭能够提 高滤芯材料的吸附性能，可有效吸附空气中的有害微生物及固体颗粒。将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡，然后采用静电喷涂的方式将吸 附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭喷涂到负载有纳米银线的金属网状纤 维上，通过纳米银线和聚六亚甲基胍的杀菌作用将吸附在滤芯上的有害微 生物去除。同时纳米银线与聚六亚甲基胍抗菌剂的结合延长了滤芯材料的 使用寿命，使滤芯材料具有长效的杀菌性能，具有安全，高效，稳定性高 等特点。
在一种实施方式中，所述纳米银线的分散液由纳米银线溶于溶剂形成， 所述纳米银线的分散液中，纳米银线的浓度为0.01～10mol/L。具体的，将 纳米银线溶于溶剂形成浓度为0.01～10mol/L的分散液，再将金属网状纤维 放入分散液中，先进行超声浸泡0.5～1h，停止超声后，再浸泡放置12-24h， 使纳米银线在超声过程中均匀分散于溶剂中，从而使其在停止超声后，可 均匀负载在金属网状纤维上。纳米银线的浓度太高，则不能均匀稳定地分 散于溶剂中，纳米银线浓度太低，则负载于金属网状纤维上的纳米银线量 太少，降低滤芯材料的长效杀菌作用。进一步的，所述溶剂可为但不限于 水、乙醇中的一种或两种。
在一种实施方式中，所述金属网状纤维与所述纳米银线的分散液的质 量比为1:6～18。进一步的，所述金属网状纤维的材质可为但不限于铁、铜、 铝及其合金的一种或几种。
进一步，所述干燥的温度为60～120℃，所述干燥的时间为10～60min。
在一种实施方式中，所述纳米银线的制备步骤包括：
S10、将聚乙烯吡咯烷酮与1,5戊二醇混合，在160～200℃温度下搅拌 5～15min，得到第一混合液；
S20、向所述第一混合液中加入葡萄糖和抗坏血酸的混合水溶液、银 盐、十八烷基三甲基氯化铵和金属卤化物，搅拌后得到第二混合溶液；
S30、将所述第二混合液进行加热反应，反应结束后经离心，洗涤，得 到所述纳米银线。
具体来说，1,5戊二醇具有溶剂和还原剂两种作用，在加热反应过程中， 1,5戊二醇部分发生分解生成戊醛和水，戊醛、葡萄糖和抗坏血酸共同作为 还原剂，聚乙烯吡咯烷酮和十八烷基三甲基氯化铵作为结构导向剂，纳米 卤化物作为结构控制剂。在纳米银线形成过程中，卤素离子与银离子形成 的卤化银，控制反应初期反应体系中银离子的浓度，从而控制Ag离子被还 原成的晶核的速率和晶核的长大，卤化银沉淀还可以作为纳米银线非均匀 成核的晶种；聚乙烯吡咯烷酮包覆在Ag晶核的某些晶面上，诱导其晶面的 异常生长，使银晶核沿着一维方向生长，从而形成纳米线。十八烷基三甲 基氯化铵在反应体系中通过形成胶束的形貌和尺寸来调控被该胶束复形后 所形成的纳米银材料的长径比，从而控制纳米银线的长径比。同时，卤素 离子吸附于纳米银线表面，通过离子的排斥作用防止反应过程中银纳米线 的团聚。
在一种实施方式中，所述混合水溶液中，所述葡萄糖的浓度为 0.01～0.125g/mL，所述抗坏血酸的浓度为0.09～0.225g/mL。
在一种实施方式中，所述银盐为CAgF3O3S、AgF、AgNO3中的一种 或多种；
所述金属卤化物为FeCl3，CuCl2和NaBr中的一种或多种；
所述聚乙烯吡咯烷酮、1,5戊二醇、混合水溶液、银盐、十八烷基三 甲基氯化铵、金属卤化物的比例为 0.01～0.13mol:190mL:90.25～135.11g:4.89～13.04g:0.59～1.46g:0.47～0.11mmo l。
在一种实施方式中，所述加热反应的温度为60～180℃，时间为30～60min。
在一种实施方式中，所述吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭的制 备步骤包括：将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在聚六亚甲基胍 溶液中浸泡后取出，干燥，得到吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭。 聚六亚甲基胍具有吸附通常呈负电性的各类细菌、病毒，进入细胞膜，抑 制膜内脂质体合成，造成菌体凋亡，达到最佳的杀菌效果的能力。聚六亚 甲基胍负载在煤质粉状活性炭上，并利用静电作用将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭喷涂在负载了纳米银线的金属网状纤维载体上，活性炭 的覆盖率为50％～70％。
在一种实施方式中，所述聚六亚甲基胍溶液的浓度为0.5～1wt％，所述 煤质粉状活性炭与所述聚六亚甲基胍溶液的质量比为1:8～12。
本实施例还提供一种长效抗菌滤芯材料，其中，采用如上所述的长效 抗菌滤芯材料的制备方法制备得到。本实施例的长效抗菌滤芯材料作为过 滤组件，可广泛用于中央空调，家用空调，车载空调和空气净化器等设备。
下面通过具体实施例对本发明一种长效抗菌滤芯材料的制备方法进行 说明：
实施例1
(1)纳米银线的制备
向三口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮(0.01mol)和1,5戊二醇(180mL)， 然后将三口烧瓶放在160℃的油浴锅中加热并搅拌5min；接着，将葡萄糖 (6g)和抗坏血酸(9g)加入到去离子水(80mL)中，配成混合溶液。接 着，向三口烧瓶中依次加入混合溶液、CAgF3O3S(5.15g)、十八烷基三甲 基氯化铵(0.62g)和FeCl3(0.05mmol)，在800rpm的转速下将三口烧瓶 加热升温至160℃，反应30min。最后，将反应后的混合液在2000rpm的转 速下离心分离得到沉淀，沉淀分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗三遍，得 到纳米银线。
(2)纳米银线的负载
将步骤(1)制备的纳米银线加入去离子水，配成浓度为0.01mol/L的 分散液，按照不锈钢网状纤维与纳米银线的分散液的质量比为1:6的比例将 不锈钢网状纤维浸泡在纳米银线的分散液中，超声震荡0.5h；停止超声后， 再静置浸泡12h，将不锈钢网状纤维取出，在120℃下干燥10min，得到负 载有纳米银线的不锈钢网状纤维。
(3)活性炭的静电喷涂
将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在浓度为0.5wt％的聚六亚 甲基胍溶液中浸泡6h(煤质粉状活性炭与聚六亚甲基胍溶液的质量比为1:8) 后取出，烘干。然后采用静电喷涂的方式将含有聚六亚甲基胍溶液的煤质 粉状活性炭喷涂在步骤(2)获得的负载有纳米银线的不锈钢网状纤维上， 获得了长效抗菌滤芯材料，其中，活性炭的覆盖率为70％。
实施例2
(1)纳米银线的制备
向三口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮(0.06mol)和1,5戊二醇(190mL)， 然后将三口烧瓶放在180℃的油浴锅中加热并搅拌10min；接着，将葡萄糖 (8g)和抗坏血酸(15g)加入到去离子水(90mL)中，配成混合溶液。接 着，向三口烧瓶中依次加入混合溶液、AgF(9.65g)、十八烷基三甲基氯化 铵(1.06g)和CuCl2(0.07mmol)，在1500rpm的转速下将三口烧瓶加热升 温至170℃，反应45min。最后，将反应后的混合液在3000rpm的转速下离 心分离得到沉淀，沉淀分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗三遍，得到纳米 银线。
(2)纳米银线的负载
将步骤(1)制备的纳米银线加入乙醇，配成浓度为5mol/L的分散液， 按照铜网状纤维与纳米银线的分散液的质量比为1:12的比例将铜网状纤维 浸泡在纳米银线的分散液中，超声震荡0.75h；停止超声后，再静置浸泡18h， 将铜网状纤维取出，在100℃下干燥20min，得到负载有纳米银线的铜网状 纤维。
(3)活性炭的静电喷涂
将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在浓度为0.8wt％的聚六亚 甲基胍溶液中浸泡5h(煤质粉状活性炭与聚六亚甲基胍溶液的质量比为 1:10)后取出，烘干。然后采用静电喷涂的方式将含有聚六亚甲基胍溶液的 煤质粉状活性炭喷涂在步骤(2)获得的负载有纳米银线的铜网状纤维上， 获得了长效抗菌滤芯材料，其中，活性炭的覆盖率为60％。
实施例3
(1)纳米银线的制备
向三口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮(0.12mol)和1,5戊二醇(200mL)， 然后将三口烧瓶放在200℃的油浴锅中加热并搅拌15min；接着，将葡萄糖 (10g)和抗坏血酸(18g)加入到去离子水(100mL)中，配成混合溶液。 接着，向三口烧瓶中依次加入混合溶液、AgNO3(12.35g)、十八烷基三甲 基氯化铵(1.38g)和NaBr(0.1mmol)，在2000rpm的转速下将三口烧瓶加 热升温至180℃，反应60min。最后，将反应后的混合液在5000rpm的转速 下离心分离得到沉淀，沉淀分别用丙酮、乙醇和去离子水清洗三遍，得到 纳米银线。
(2)纳米银线的负载
将步骤(1)制备的纳米银线加入50％的乙醇，配成浓度为10mol/L的 分散液，按照铝合金网状纤维与纳米银线的分散液的质量比为1:12的比例 将铝合金网状纤维浸泡在纳米银线的分散液中，超声震荡1h；停止超声后， 再静置浸泡24h，将铝合金网状纤维取出，在80℃下干燥30min，得到负载 有纳米银线的铝合金网状纤维。
(3)活性炭的静电喷涂
将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在浓度为1wt％的聚六亚甲 基胍溶液中浸泡6h(煤质粉状活性炭与聚六亚甲基胍溶液的质量比为1:12) 后取出，烘干。然后采用静电喷涂的方式将含有聚六亚甲基胍溶液的煤质 粉状活性炭喷涂在步骤(2)获得的负载有纳米银线的铝合金网状纤维上， 获得了长效抗菌滤芯材料，其中，活性炭的覆盖率为50％。
对比例1
采用实施例1的方法制备不锈钢网状纤维，区别在于只负载有纳米银 线。
对比例2
采用实施例1的方法制备不锈钢网状纤维，区别在于只负载含有聚六 亚甲基胍溶液的煤质粉状活性炭。
将上述实施例1-3和对比例1-2制备的滤芯材料进行抗菌性测试，测试 方法如下：
(1)按照***《消毒技术规范》2002版2.1.1.2配制金黄色葡萄糖 菌、大肠杆菌和白色念珠球菌的菌悬液。
(2)将实施例1-3和对比例1-2制备的滤芯材料分别剪成10mm×10mm 尺寸的样片，称取0.75g分装包好。
(3)将上述样品放入5个三角烧瓶中，分别加入70mLPBS(磷酸盐 缓冲液0.03mol/L，PH值7.2～7.4)和5mL菌悬液，使菌悬液在PBS中的 浓度为1×104～5×104cfu/mL。
(4)将三角烧瓶固定于摇荡床上，在作用温度为20℃～25℃的条件下， 以300r/min振摇2min。吸取1.0mL用PBS做适当稀释只至10-2，作为试验 震荡前样液。
(5)将0.75g样品放入上述含有70mLPBS和5mL菌悬液的三角烧瓶 中，然后将三角烧瓶固定于震动摇床上，在作用温度为20℃～25℃的条件下， 以300r/min振摇取0.5mL振摇1h。吸取1mL样液，或用PBS作适当稀释 后作为试验组震荡后样液。
(6)分别吸取震荡前和震荡后样液各1mL，以琼脂倾注法接种平皿， 每个样液接种两个平皿，按照***《消毒技术规范》2002版2.1.1.3规定 的方法进行活菌培养计数。
(7)试验重复三次，按照下列公式计算抑菌率：
Figure BDA0002451968460000101
其中，N0为培养后阳性对照组的活菌数；N为培养后试验组的菌落数 抗菌实验结果如下表：
Figure BDA0002451968460000102
Figure BDA0002451968460000111
综上所述，本发明将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡，然后 采用静电喷涂的方式将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭喷涂到负载 有纳米银线的金属网状纤维上，制备出了长效抗菌滤芯材料。本发明的长 效抗菌滤芯材料上负载了纳米银线和吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性 炭，活性炭能够提高滤芯材料的吸附性能，可有效吸附空气中的有害微生 物及固体颗粒，并通过纳米银线和聚六亚甲基胍的杀菌作用将有害微生物 去除。同时纳米银线与聚六亚甲基胍抗菌剂的结合延长了滤芯材料的使用 寿命，使滤芯材料具有长效的杀菌性能，具有安全，高效，稳定性高等特 点。本发明的长效抗菌滤芯材料作为过滤组件，可广泛用于中央空调，家 用空调，车载空调和空气净化器等设备。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术 人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应 属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种长效抗菌滤芯材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将金属网状纤维在纳米银线的分散液中浸泡后取出，干燥，得到负载有纳米银线的金属网状纤维；
将吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭，静电喷涂到所述负载有纳米银线的金属网状纤维，制得所述长效抗菌滤芯材料；
所述纳米银线的制备步骤包括：
将聚乙烯吡咯烷酮与1,5戊二醇混合，在160～200℃温度下搅拌5～15min，得到第一混合液；
向所述第一混合液中加入葡萄糖和抗坏血酸的混合水溶液、银盐、十八烷基三甲基氯化铵和金属卤化物，搅拌后得到第二混合溶液；
将所述第二混合液进行加热反应，反应结束后经离心，洗涤，得到所述纳米银线；
所述葡萄糖的浓度为0.01～0.125g/mL，所述抗坏血酸的浓度为0.09～0.225g/mL；
所述银盐为CAgF3O3S、AgF、AgNO3中的一种或多种；
所述金属卤化物为FeCl3，CuCl2和NaBr中的一种或多种；
所述聚乙烯吡咯烷酮、1,5戊二醇、混合水溶液、银盐、十八烷基三甲基氯化铵、金属卤化物的比例为0.01～0.13mol:190mL:90.25～135.11g:4.89～13.04g:0.59～1.46g:0.47～0.11mmol；
所述加热反应的温度为60～180℃，时间为30～60min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米银线的分散液由纳米银线溶于溶剂形成，所述纳米银线的分散液中，纳米银线的浓度为0.01～10mol/L，所述溶剂为水、乙醇中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属网状纤维与所述纳米银线的分散液的质量比为1:6～18。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭的制备步骤包括：将粒径为1.5mm～10.0mm的煤质粉状活性炭在聚六亚甲基胍溶液中浸泡后取出，干燥，得到吸附有聚六亚甲基胍的煤质粉状活性炭。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚六亚甲基胍溶液的浓度为0.5～1wt％，所述煤质粉状活性炭与所述聚六亚甲基胍溶液的质量比为1:8～12。
6.一种长效抗菌滤芯材料，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的长效抗菌滤芯材料的制备方法制备得到。
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