具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法及应用，属于光催化抗菌材料合成技术领域。以纳米TiO2和Cu(NO3)2为主要原料，加入一定比例的Na2CO3溶液，通过水浴的方法得到具有高抗菌活性的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料。本发明专利技术通过原位生长的方法，在TiO2纳米颗粒表面生长Cu2(OH)2CO3纳米簇，方法简便易行、原料廉价易得，设备和工艺过程简单易操作；本方法具有试剂污染小、反应的重复性好、制备条件温和等优点。所得的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料在光催化抗菌过程表现出良好的抑菌和灭菌性能，且性能稳定、重复性好。

Preparation and application of TiO2/Cu2 (OH) 2CO3 composite nanomaterials with photocatalytic antibacterial properties

The invention discloses a preparation method and application of a titanium dioxide/Cu2 (OH) 2CO3 composite nanomaterial with photocatalytic and antimicrobial properties, which belongs to the field of photocatalytic and antimicrobial material synthesis technology. Using nano-sized titanium dioxide and copper (NO3) 2 as main raw materials, adding a certain proportion of Na2CO3 solution, high antimicrobial activity of titanium dioxide/Cu2 (OH) 2CO3 composite nanomaterials was obtained by water bath method. By in-situ growth method, Cu2 (OH) 2CO3 nanoclusters are grown on the surface of titanium dioxide nanoparticles. The method is simple and feasible, the raw materials are cheap and easy to obtain, and the equipment and process are simple and easy to operate. The method has the advantages of small reagent pollution, good reaction repeatability and mild preparation conditions. The obtained titanium dioxide/Cu2 (OH) 2CO3 composite nano-materials exhibited good bacteriostasis and sterilization performance in the process of photocatalytic antimicrobial activity, with stable performance and good repeatability.

【技术实现步骤摘要】
具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法及应用
本专利技术属于太阳能、光催化材料与环境污染治理
，具体为一种具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料及其制备方法。
技术介绍
自从日本科学家Matsunaga[FEMSMicrobiologyletters,1985,29(1-2):211-214]等首次报道TiO2在紫外光照下具有良好的杀菌性能后，光催化型抗菌材料受到了研究者的极大关注并进行了广泛研究。研究表明，光催化抗菌材料不仅具有广谱抗菌性能，可以杀灭各类微生物，并且对微生物释放出的有害物质无特异性，可以使其完全氧化分解，不造成二次污染。因此，光催化抗菌材料具有的抗菌性能高、作用持久、低耐药性、无污染、无毒和广谱抗菌等优点，使其在水体净化领域具有很好的应用前景[Appliedmicrobiologyandbiotechnology,2011,90(6):1847-1868]。目前，TiO2因其化学性质稳定、无毒、低成本等优点成为使用最广泛的光催化抗菌材料。然而，单纯TiO2材料内部产生的光生电子和空穴较易复合，导致量子效率和催化活性下降，制约着其光催化抗菌的实际应用。为了达到较高的光催化效率，许多研究者都致力于TiO2光催化剂的改性研究方面。研究发现，在TiO2表面负载少量贵金属作为助催化剂可以有效抑制光生电子与空穴的复合，从而提高其光催化性能。Zhao[Biomaterials,2011,32(24):5706-5716]等使用光还原法合成了Ag/TiO2纳米管复合材料，抗菌实验结果显示制备的复合材料具有极其优良的抗菌特性。但贵金属价格十分昂贵,利用贵金属作助催化剂的成本较高，因此在提高光催化性能的同时降低成本成为了一个很重要的研究方向。最近，Cu化合物助催化剂由于廉价、高效，已经被很多的相关报道所报道。Xu[InternationalJournalofHydrogenEnergy,2010,35(11):5254-5261]等报道了复合Cu系助催化剂的TiO2光催化材料甚至比一些贵金属负载的TiO2光催化材料的光催化效率更高。但是到目前为止，将TiO2/Cu系助催化剂用于光催化抗菌的研究还未报道。
技术实现思路
针对现有TiO2光催化材料存在制备工艺复杂、成本较高和光生电子-空穴对易复合的缺点，本专利技术要解决的技术问题是利用简便的方法合成成本较低的一种具有优异光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法，步骤如下：（1）将TiO2纳米颗粒加入到去离子水中；然后加入Cu(NO3)2٠3H2O固体，超声搅拌均匀后将其转移至60℃水浴锅中恒温10min得到混合溶液；（2）将Na2CO3溶于去离子水中，将烧杯放入60℃水浴锅中恒温10min得到Na2CO3溶液；（3）将步骤（1）中的混合溶液迅速倒入步骤（2）中的Na2CO3溶液中，然后在60℃水浴锅中恒温搅拌30min；待其反应后，将产物离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，制得TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料。所述步骤（1）中Cu(NO3)2٠3H2O与TiO2的物质的量之比为1:13.3~53.8。Cu(NO3)2٠3H2O与Na2CO3的物质的量之比为1:1.2。所述TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料中Cu2(OH)2CO3的摩尔百分含量为0.9%~3.6%。所述的具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料作为光催化抗菌剂的应用：将10mgTiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料和9.9mLPBS置于60mm×15mm平皿中，超声仪超声10min分散混匀，之后加入0.1mL浓度为107CFU/mL的菌悬液充分混匀，然后置于光源下进行光催化抗菌实验。本专利技术的有益效果：1.本专利技术利用TiO2、Cu(NO3)2٠3H2O和Na2CO3为前驱体，通过低温水浴法得到了TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料。2.通过本专利技术提供的方法，制备的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料在模拟太阳光下对大肠杆菌具有良好的抑制或杀灭性能。3.本专利技术所采用的原料便宜，成本较低，操作简单，易于控制。附图说明图1为本专利技术实施例1-5制备的不同样品的X射线粉末衍射（XRD）图；图2为本专利技术实施例3制备的复合材料的TEM照片；图3为本专利技术实施例3制备的复合材料的EDX图谱；图4为本专利技术实施例3制备的复合材料的XPS图谱；图5为本专利技术实施例3制备的复合材料的抗菌实验结果图片；图6为本专利技术实施例1-5制备的不同样品以及对照试验的光催化抗菌曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。实施例1称取0.24g(1mmol)的Cu(NO3)2٠3H2O固体加入到20mL去离子水中，超声搅拌均匀后将其转移至60℃水浴锅中恒温10min；称取0.13g(1.2mmol)的Na2CO3溶于24ml去离子水中，超声搅拌均匀后放在60℃水浴锅中恒温10min。然后将Cu(NO3)2水溶液迅速倒入Na2CO3水溶液中，然后在60℃水浴锅中恒温搅拌30min。反应完成后，待其冷却至室温，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，制得Cu2(OH)2CO3材料。实施例2本实施例的具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法，步骤如下：（1）称取4.30g(53.8mmol)TiO2纳米颗粒加入到20mL去离子水中；然后加入0.24g(1mmol)的Cu(NO3)2٠3H2O固体，超声搅拌均匀后将其转移至60℃水浴锅中恒温10min；（2）称取0.13g(1.2mmol)的Na2CO3溶于24ml去离子水中，将烧杯放入60℃水浴锅中恒温10min；（3）然后将盛有TiO2和Cu(NO3)2的混合水溶液迅速倒入Na2CO3水溶液中，在60℃水浴锅中恒温搅拌30min；待其反应后将产物离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，制得TiO2/Cu2(OH)2CO3-0.9%复合光催化材料。LB培养基的配制：称取氯化钠10g，胰蛋白胨10g，酵母浸粉5g，加水至1000mL，用NaOH溶液调节其pH＝7.0，得到LB液体培养基；向液体培养基中加入15g琼脂，即可得到固体培养基，将培养基置于121℃高压蒸汽灭菌锅中灭菌25min，冷藏备用。抗菌实验：1）取冰箱保藏的大肠杆菌K12菌株于固体LB培养基平板划线37℃培养过夜，活化两次，取活化后的单菌落于液体LB培养基中37℃、150rpm摇床培养12h，摇床培养两次，取最后一次摇床培养的菌液6000rpm、5min离心收集菌体并用PBS缓冲液清洗三次，最后悬浮于PBS中，调整菌浓度大约为107CFU/mL以用于光催化实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将TiO2纳米颗粒加入到去离子水中；然后加入Cu(NO3)2٠3H2O固体，超声搅拌均匀后将其转移至 60 ℃水浴锅中恒温10 min得到混合溶液；（2）将Na2CO3 溶于去离子水中，将烧杯放入 60 ℃水浴锅中恒温10 min得到Na2CO3 溶液；（3）将步骤（1）中的混合溶液迅速倒入步骤（2）中的Na2CO3 溶液中，然后在 60℃水浴锅中恒温搅拌30min；待其反应后，将产物离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，在真空干燥箱中60℃干燥12 h，制得TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将TiO2纳米颗粒加入到去离子水中；然后加入Cu(NO3)2٠3H2O固体，超声搅拌均匀后将其转移至60℃水浴锅中恒温10min得到混合溶液；（2）将Na2CO3溶于去离子水中，将烧杯放入60℃水浴锅中恒温10min得到Na2CO3溶液；（3）将步骤（1）中的混合溶液迅速倒入步骤（2）中的Na2CO3溶液中，然后在60℃水浴锅中恒温搅拌30min；待其反应后，将产物离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，制得TiO2/Cu2(OH)2CO3复合光催化材料。2.按照权利要求1所述的具有光催化抗菌性能的TiO2/Cu2(OH)2CO3复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中Cu(NO3)2٠3H2O与TiO2的物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炳坤，石恒真，张捷，张静涛，韩冰，穆立龙，王雪莹，韩晓乐，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41