一种抗菌纳米多孔材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，该方法具体过程为：首先以多孔钛或多孔钛合金作为阴极，以石墨或者铂片作为阳极，以硫酸铜溶液作为电解液进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛或多孔钛合金的表面，然后依次进行热处理和硝酸酸浸，得到纳米多孔材料。本发明先使Cu附着并扩散进入多孔钛或多孔钛合金中形成多元合金，然后采用硝酸酸浸除去多元合金中的铜并形成纳米孔洞，同时进行氧化，在多孔钛或多孔钛合金基体上形成针状纳米多孔氧化钛表面层，得到纳米多孔材料，该纳米多孔材料的表面的针状纳米多孔氧化钛会刺破细菌表面并产生毛细吸力，实现抗菌、杀菌功能同时具有自清洁功能。

权利要求

1.一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、以多孔钛或多孔钛合金作为阴极，以石墨或者铂片作为阳极，以质量浓度为

10％～30％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛或多孔钛合金的表面；

步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛或多孔钛合金放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为300℃～800℃，保温时间为1h～5h；

步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛或多孔钛合金放入硝酸溶液中进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述硝酸溶液的质量浓度为30％～60％，酸浸处理的温度为30℃～70℃。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述多孔钛的制备原料为钛粉末或钛纤维，所述多孔钛合金的制备原料为钛合金粉末或钛合金纤维。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中得到的纳米多孔材料由多孔钛或多孔钛合金基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

说明书

一种抗菌纳米多孔材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于医用无机抗菌材料技术领域，具体涉及一种抗菌纳米多孔材料的制备方法。

背景技术

[0002] 抗菌材料一般分为有两大类，分别为机抗菌材料剂和无机抗菌材料。近几年随着医疗技术的快速发展，已开发出各种有效的有机抗菌材料。有机抗菌材料的主要品种有季铵盐类、咪唑类、卤素类、酚类等。其中季铵盐类抗菌材料因具有低毒性、价格低廉、广谱抗菌等优良特性倍受青睐，是目前应用最为广泛的有机抗菌材料。但是有机抗菌材料的安全性以及稳定性一直是有机抗菌材料推广应用的重要阻碍。目前无机抗菌材料主要利用银、铜、锌等金属的抗菌能力。首先通过一定的制备方法，将银、铜、锌等金属(或其离子)固定在基体材料的表面制成抗菌剂，然后将其制备成相应的制品，即而实现具有抗菌能力的材料。

[0003] 纳米抗菌材料是国际上20世纪90年代初慢慢得到广大研究者的重视并快速发展起来的一种新型无机抗菌材料。该材料具有自主抑制和杀灭细菌的功能。目前，纳米抗菌材料存在不能实现杀菌的问题，以及在抗菌过程中其表面无法实现自清洁功能的问题。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种抗菌纳米多孔材料的制备方法。该方法依次采用电沉积和热处理，使Cu附着并扩散进入多孔钛或多孔钛合金中形成多元合金，然后采用硝酸进行酸浸除去多元合金中的铜并形成纳米孔洞，同时发生氧化作用，从而在多孔钛或多孔钛合金基体上形成针状纳米多孔氧化钛表面层，得到纳米多孔分布均匀的纳米多孔材料，该纳米多孔材料的表面具有针状纳米多孔氧化钛，会刺破细菌表面并产生毛细吸力，实现抗菌、杀菌功能，且具有自清洁功能。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0006] 步骤一、以多孔钛或多孔钛合金作为阴极，以石墨或者铂片作为阳极，以质量浓度为10％～30％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛或多孔钛合金的表面；

[0007] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛或多孔钛合金放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为300℃～800℃，保温时间为1h～5h；

[0008] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛或多孔钛合金放入硝酸溶液中进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述硝酸溶液的质量浓度为30％～60％，酸浸处理的温度为30℃～70℃。

[0009] 本发明首先采用电沉积的方法在多孔钛或多孔钛合金的表面沉积Cu2+，使Cu均匀分布在多孔钛或多孔钛合金基体的表面并形成紧密的结合，然后进行热处理，使附着在基体表面的Cu在高温条件下通过原子扩散快速进入基体金属的内部，形成钛-铜多元合金火钛合金-铜多元合金，再经酸浸处理除去多元合金中的铜，由于高温热处理过程中，Cu快速扩散到基体金属内部的同时在多孔钛或多孔钛合金基体中形成纳米级的扩散纹路，经酸浸处理后，多元合金中的铜溶于硝酸，留下纳米孔洞，从而在多孔钛或多孔钛合金基体的表面形成纳米多孔层，由于硝酸为氧化性无机酸，对多孔钛或多孔钛合金均具有氧化作用，从而在多孔钛或多孔钛合金基体上形成针状纳米多孔氧化钛表面层，得到纳米多孔分布均匀的纳米多孔材料；由于本发明制备的纳米多孔材料的表面具有针状纳米多孔氧化钛，当与细菌接触时，针状纳米多孔氧化钛会刺破细菌表面，从而实现抗菌、杀菌功能，同时在该抗菌、杀菌过程中，针状纳米多孔氧化钛的纳米多孔结构会对细菌产生毛细吸力，进行主动杀菌，进一步增强了抗菌、杀菌功能；而针状纳米多孔氧化钛在UV照射作用下，会对有机物进行氧化分解，从而在抗菌、杀菌过程中实现自清洁功能。

[0010] 上述的一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述多孔钛的制备原料为钛粉末或钛纤维，所述多孔钛合金的制备原料为钛合金粉末或钛合金纤维。选用上述原料制备得到孔洞分布均匀的多孔钛或多孔钛合金，有利于形成纳米多孔分布均匀的纳米多孔材料。

[0011] 上述的一种抗菌纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中得到的纳米多孔材料由多孔钛或多孔钛合金基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。多孔的基体材料具有更大的比表面积，增强了表面层在基体上的附着力，避免了表面层出现龟裂现象。

[0012] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0013] 1、本发明依次采用电沉积和热处理，使Cu附着并扩散进入多孔钛或多孔钛合金中形成多元合金，然后采用硝酸进行酸浸处理除去多元合金中的铜并形成纳米孔洞，同时发生氧化作用，从而在多孔钛或多孔钛合金基体上形成针状纳米多孔氧化钛表面层，得到纳米多孔分布均匀的纳米多孔材料，工艺简单，容易实现。

[0014] 2、本发明制备的纳米多孔材料的表面具有针状纳米多孔氧化钛，会刺破细菌表面，实现抗菌、杀菌功能，同时该过程中，针状纳米多孔氧化钛的纳米多孔结构会对细菌产生毛细吸力，进行主动杀菌，进一步增强了抗菌、杀菌功能。

[0015] 3、本发明制备的纳米多孔材料在UV照射作用下，会对有机物进行氧化分解，从而在抗菌、杀菌过程中实现自清洁功能。

[0016] 4、本发明制备工艺流程简单，生产成本低廉，对生产设备的要求较低，适于大规模工业化生产。

[0017] 下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

[0018] 实施例1

[0019] 本实施例包括以下步骤：

[0020] 步骤一、以钛粉末制备的多孔钛板作为阴极，以石墨作为阳极，以质量浓度为25％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛板的表面；

[0021] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛板放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为600℃，保温时间为2h；

[0022] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛板放入质量浓度为45％的硝酸溶液中，在70℃的温度条件下进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述纳米多孔材料由多孔钛基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

[0023] 经检测，本实施例制备的纳米多孔材料对大肠杆菌的抑菌率大于99％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99％。

[0024] 实施例2

[0025] 本实施例包括以下步骤：

[0026] 步骤一、以钛合金纤维制备的多孔钛合金板作为阴极，以铂片作为阳极，以质量浓2+
度为25％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu 沉积在多孔钛板的表面；

[0027] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛合金板放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为600℃，保温时间为2h；

[0028] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛合金板放入质量浓度为45％的硝酸溶液中，在70℃的温度条件下进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述纳米多孔材料由多孔钛合金基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

[0029] 经检测，本实施例制备的纳米多孔材料对大肠杆菌的抑菌率大于99％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99％。

[0030] 实施例3

[0031] 本实施例包括以下步骤：

[0032] 步骤一、以钛合金粉末制备的多孔钛合金板作为阴极，以石墨作为阳极，以质量浓度为20％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛板的表面；

[0033] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛板放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为500℃，保温时间为2h；

[0034] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛板放入质量浓度为40％的硝酸溶液中，在60℃的温度条件下进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述纳米多孔材料由多孔钛合金基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

[0035] 经检测，本实施例制备的纳米多孔材料对大肠杆菌的抑菌率大于99％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99％。

[0036] 实施例4

[0037] 本实施例包括以下步骤：

[0038] 步骤一、以钛纤维制备的多孔钛板作为阴极，以铂片作为阳极，以质量浓度为10％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛板的表面；

[0039] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛板放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为300℃，保温时间为1h；

[0040] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛板放入质量浓度为30％的硝酸溶液中，在30℃的温度条件下进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述纳米多孔材料由多孔钛基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

[0041] 经检测，本实施例制备的纳米多孔材料对大肠杆菌的抑菌率大于99％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99％。

[0042] 实施例5

[0043] 本实施例包括以下步骤：

[0044] 步骤一、以钛粉末制备的多孔钛板作为阴极，以石墨作为阳极，以质量浓度为30％的硫酸铜溶液作为电解液，进行电沉积，使电解液中的Cu2+沉积在多孔钛板的表面；

[0045] 步骤二、将步骤一中表面沉积Cu2+的多孔钛板放入氩气炉中进行热处理；所述热处理的温度为800℃，保温时间为5h；

[0046] 步骤三、将步骤二中经热处理的表面沉积Cu2+的多孔钛板放入质量浓度为60％的硝酸溶液中，在70℃的温度条件下进行酸浸处理，得到纳米多孔材料；所述纳米多孔材料由多孔钛基体和针状纳米多孔氧化钛表面层组成。

[0047] 经检测，本实施例制备的纳米多孔材料对大肠杆菌的抑菌率大于99％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99％。

[0048] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。