一种用于抗菌的碳纤维材料制造技术

一种用于抗菌的碳纤维材料，属于新材料技术领域，该抗菌的碳纤维材料是一种以高比表面的纳米碳纤维为基体的复合材料，以高活性的过渡金属和碱土金属为活性中心，以碱金属为助剂；该抗菌碳纤维材料制备工艺简单，成本低，不对环境产生污染；具有良好的稳定性，可广泛应用于运动器材、休闲用品、家具产品等；可以在常温常压的条件下高效地灭菌。

A Carbon Fiber Material Used for Antibacterial

A kind of anti-bacterial carbon fiber material belongs to the field of new material technology. The anti-bacterial carbon fiber material is a composite material based on nano-carbon fibers with high specific surface area, high active transition metals and alkaline earth metals as active centers and alkali metals as assistants. The preparation process of the anti-bacterial carbon fiber material is simple, low cost, and does not pollute the environment. Stability, can be widely used in sports equipment, leisure goods, furniture products, etc. It can be sterilized efficiently under normal temperature and pressure.

【技术实现步骤摘要】
一种用于抗菌的碳纤维材料
本专利技术涉及一种用于抗菌的碳纤维材料及其制备方法，属于新材料

技术介绍
碳纤维被喻为是当今世界上材料综合性能的顶峰，是21世纪的黑色革命，其作为高性能纤维的一种，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材、休闲用品等。随着时代不断的更迭，家具设计也紧随着科学技术，文化艺术发展不断演变，设计师通过技术、工艺、材料等方面来实现他们智慧与实践的结晶。碳纤维复合材料的诸多特性也让家居设计师们跃跃欲试，如今，碳纤维复合材料家具在家具的设计潮流中不断展现风采。特别是其可塑性强，造就出各式各样不可思议的家具形态，不断满足人们对家具美和艺术的追求。随着人们生活质量的不断提高，人们对家居产品不但要求其美观实用，且要求其达到一定的特殊功能，如抗菌功能、环保功能、净化功能等。菌类机体主要是由蛋白质组成的，在强碱性环境中蛋白质会变性,当环境中的pH高达12以上时，常见的细菌都会死亡。在碳纤维上组装碱性基团，营造适当强度的碱性环境，将可以起到抗菌的效果。同时，碱性中心固载于碳纤维之上，将可以充分克服液体碱（NaOH、KOH等）的诸多弊端，如：不易成型、易流失、腐蚀严重、对环境易造成污染等。故将碱性活性中心固载于碳纤维之上，不仅开发出了一种用于抗菌的新型材料，而且为碳纤维的应用进一步拓宽了应用范围，其将具有很高的工业化应用前景和学术研究价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于抗菌的碳纤维材料及其制备方法。为解决上述技术问题，具体是这样实施的：一种用于抗菌的碳纤维材料，其特征在于，碳纤维材料是一种以高比表面的纳米碳纤维为基体的复合材料，以高活性的过渡金属和碱土金属为活性中心，以碱金属为助剂，其制备方法包括如下步骤：（1）配制过渡金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物的混合胶体水溶液，利用碱金属的氢氧化物控制水溶液的pH值在10-13之间，控制碱土金属与过渡金属的摩尔比在2.0-5.0，控制碱土金属与过渡金属的总浓度为2.0-5.0mol/L，得胶体水溶液。（2）取高比表面的纳米碳纤维，置于2.0-5.0mol/LNa2CO3溶液中40-100℃浸泡0.5-5.0小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡0.5-2小时，控制过硫酸铵的浓度为0.2-1.0mol/L，硫酸质量浓度为15-30%；过滤，并用NaOH水溶液冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗1-10小时，过滤，并在60-120℃条件下烘干处理2-10小时，得碳纤维载体。（3）将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应12-46小时，温度控制在60-250℃，然后将所得的混合物过滤，用水洗至中性，80-120℃烘干6-24小时。（4）将（3）所得的固体样品置于抽真空并通还原气体的炉中煅烧3-10小时，温度控制在350-800℃，得到所需的抗菌碳纤维材料。进一步地，所述的过渡金属为Fe3+、Co3+、Cr3+中的一种或两种，碱土金属为Ba2+、Ca2+、Mg2+中的一种或两种，碱金属为Li+、Na+、K+、Cs+中的一种或两种。进一步地，所述高比表面的纳米碳纤维的比表面500-2000m2/g，直径200-600nm，长度5-50um。进一步地，上述步骤（4）中，所述的还原气体可以是H2、CO或CH4中的一种。进一步地，上述步骤（2）中，NaOH水溶液的浓度为2.0-5.0mol/L。本专利技术所达到的有益效果：（1）抗菌碳纤维材料制备工艺简单，成本低，不对环境产生污染；（2）抗菌碳纤维材料具有良好的稳定性，可广泛应用于运动器材、休闲用品、家具产品等；（3）制备的碳纤维材料可以在常温常压的条件下高效地灭菌。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。将0.01g抗菌碳纤维样品放入50mL锥形瓶中，充分搅拌后，加入15mL的pH为7.2-7.4的无菌磷酸盐缓冲液和1mL浓度为106cfu·mL-1的大肠杆菌菌悬液，置于37℃恒温振荡培养箱，分别在培养2h和3h时取水样。吸取100μL取出的水样均匀涂抹于固体培养基上，在37℃恒温培养箱中培养24小时后进行菌落计数，计算杀菌率(%)。实施例1取6mol氢氧化钡、3mol氢氧化铁，配成4.5L的胶体水溶液，利用NaOH将该溶液的pH调至10；取比表面积500m2/g、直径200nm、长度5um纳米碳纤维，置于2.0mol/LNa2CO3溶液中40℃浸泡0.5小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡0.5小时，控制过硫酸铵的浓度为0.2mol/L，硫酸质量浓度为15%，过滤，并用2mol/L的NaOH冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗1小时；过滤，并在60℃条件下烘干处理2小时，得碳纤维载体；将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应12小时，温度控制在60℃，然后将所得的混合物过滤，用水洗至中性，80℃烘干6小时；再将所得的固体样品置于抽真空并通H2的炉中煅烧3小时，温度控制在350℃，得到所需的抗菌碳纤维材料。经测试，所制备的抗菌碳纤维的大肠杆菌杀菌率为97.3%。实施例2取7.5mol氢氧化钙、1.5mol氢氧化钴，配成1.8L的胶体水溶液，利用KOH将该溶液的pH调至13；取比表面积2000m2/g、直径600nm、长度50um纳米碳纤维，置于3.0mol/LNa2CO3溶液中100℃浸泡5.0小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡2小时，控制过硫酸铵的浓度为1.0mol/L，硫酸质量浓度为30%，过滤，并用2mol/L的NaOH冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗10小时；过滤，并在120℃条件下烘干处理10小时，得碳纤维载体；将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应46小时，温度控制在250℃，然后将所得的混合物过滤，用水洗至中性，120℃烘干20小时；再将所得的固体样品置于抽真空并通CO的炉中煅烧10小时，温度控制在800℃，得到所需的抗菌碳纤维材料；经测试，所制备的抗菌碳纤维的大肠杆菌杀菌率为100%。实施例3取4.5mol氢氧化镁、1.5mol氢氧化铬，配成3.0L的胶体水溶液，利用LiOH将该溶液的pH调至12；取比表面积1000m2/g、直径300nm、长度25um纳米碳纤维，置于5.0mol/LNa2CO3溶液中80℃浸泡2.5小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡1小时，控制过硫酸铵的浓度为0.6mol/L，硫酸质量浓度为20%，过滤，并用2mol/L的NaOH冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗6小时；过滤，并在80℃条件下烘干处理6小时，得碳纤维载体；将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应18小时，温度控制在120℃，然后将所得的混合物过滤，用水洗至中性，100℃烘干24小时；再将所得的固体样品置于抽真空并通CH4的炉中煅烧6小时，温度控制在450℃，得到所需的抗菌碳纤维材料；经测试，所制备的抗菌碳纤维的大肠杆菌杀菌率为98.6%。实施例4取3.5mol氢氧化镁、4mol氢氧化钡、1.0mol氢氧化铬，0.5mol氢氧化铁、配成3.0L的胶体水溶液，利用CsOH将该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抗菌的碳纤维材料，其特征在于，碳纤维材料是一种以高比表面的纳米碳纤维为基体的复合材料，以高活性的过渡金属和碱土金属为活性中心，以碱金属为助剂，其制备方法包括如下步骤：（1）配制过渡金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物的混合胶体水溶液，利用碱金属的氢氧化物控制水溶液的pH值在10‑13之间，控制碱土金属与过渡金属的摩尔比在2.0‑5.0，控制碱土金属与过渡金属的总浓度为2.0‑5.0 mol/L，得胶体水溶液；（2）取高比表面的纳米碳纤维，置于2.0‑5.0 mol/L Na2CO3溶液中40‑100 ℃浸泡0.5‑5.0小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡0.5‑2小时，控制过硫酸铵的浓度为0.2‑1.0 mol/L，硫酸质量浓度为15‑30%；过滤，并用NaOH水溶液冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗1‑10小时，过滤，并在60‑120 ℃条件下烘干处理2‑10小时，得碳纤维载体；（3）将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应12‑46小时，温度控制在60‑250 ℃，然后将所得的混合物过滤，用水洗至中性，80‑120 ℃烘干6‑24小时；（4）将（3）所得的固体样品置于抽真空并通还原气体的炉中煅烧3‑10小时，温度控制在350‑800 ℃，得到所需的抗菌碳纤维材料。...

【技术特征摘要】
1.一种用于抗菌的碳纤维材料，其特征在于，碳纤维材料是一种以高比表面的纳米碳纤维为基体的复合材料，以高活性的过渡金属和碱土金属为活性中心，以碱金属为助剂，其制备方法包括如下步骤：（1）配制过渡金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物的混合胶体水溶液，利用碱金属的氢氧化物控制水溶液的pH值在10-13之间，控制碱土金属与过渡金属的摩尔比在2.0-5.0，控制碱土金属与过渡金属的总浓度为2.0-5.0mol/L，得胶体水溶液；（2）取高比表面的纳米碳纤维，置于2.0-5.0mol/LNa2CO3溶液中40-100℃浸泡0.5-5.0小时，过滤后置于过硫酸铵和硫酸混合溶液中浸泡0.5-2小时，控制过硫酸铵的浓度为0.2-1.0mol/L，硫酸质量浓度为15-30%；过滤，并用NaOH水溶液冲洗，继而置于异丙醇中超声波清洗1-10小时，过滤，并在60-120℃条件下烘干处理2-10小时，得碳纤维载体；（3）将所得胶体水溶液和碳纤维载体放入高压釜中搅拌反应12-46小时，温度控制在60-250℃，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴功德，王晓丽，张雪娇，景徐荣，
申请(专利权)人：宜兴市中碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32