一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见‑紫外上转换发光材料，是以硼酸盐为基质，在所述基质中掺杂有Pr

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及杀菌材料及其制备方法和用途，具体地说是一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料及其制备方法和应用。
技术介绍
紫外杀菌技术自20世纪70年代开始逐步应用于污水、工业消毒领域。90年代随着关键技术的突破，更因其特有的环保洁净特性，而在欧美国家得到广泛应用。紫外线是一种肉眼看不见的光波，存在于光谱紫射线端的外侧，其能够破坏微生物机体细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。经试验，紫外线杀菌的有效波长范围可分为四个不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB（315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外线（200～100nm）。较UVA和UVB段相比，UVC段紫外线可以在短时间内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌，因此，一般所说的紫外光消毒实际上是指UVC消毒。但紫外光特别是UVC，由于波长短，在通过物体时大部分被物体散射和吸收，穿透深度很浅。可见，目前常用于杀菌的装置254nm汞灯也只能杀死暴露在外面的深度较浅的细菌，而对于较深容器内的细菌根本无法达到真正杀菌的目的。上转换发光材料通常由无机材料作为基质，稀土离子作为发光中心。上转换光发射是指稀土离子吸收两个或两个以上的低能光子后，发射出一个高能光子的现象，其广泛用于照明和显示领域。随着对上转换机理和材料合成等方面研究的不断深入及激光技术的快速发展，上转换材料的应用领域在不断扩展。如公开号为CN1977999A提供了一种用紫外上转换发光纳米颗粒选择性杀灭细胞的方法，该方法采用798nm的激光作为激发源，激光能量密度高，有利于上转换发射；但是其带来的问题是激光的激发面积较小，无法杀灭大面积的细菌，而且较高功率的激光也会给操作和使用带来安全隐患。又如公开号为CN101976795A也报道了一种掺Gd的紫外上转换材料，该材料可以产生200-280nm（UVC）的紫外光，但激发源也是同样采用了980nm的激光器。在本申请之前，专利技术人先后研发了氟化物基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料、硅酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料以及磷酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，这些材料能够在太阳光照射下产生能够杀菌UVC，将这些材料用于空气、水、食品、医疗以及人们赖以生存的各个生活环境中致病菌的杀灭具有不可估量的经济效益和社会价值。因此，在杀菌领域，研发越来越多的在普通光源（非激光）激发下、特别是在太阳光照射下就能产生UVC紫外光的上转换发光杀菌材料无疑具有非常高的社会价值。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料及其制备方法和应用，以提供一种能在太阳光激发下发射UVC紫外光进行杀菌的材料，为现有杀菌材料提供更多应用的选择。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，以硼酸盐为基质，在所述基质中掺杂有Pr3+或Pr3+和Li+；以摩尔比计，硼酸盐:Pr3+:Li+=0.9-2.05:0.01-0.1:0-0.09；所述硼酸盐为碱土金属硼酸盐、过渡族金属硼酸盐、含有金属钇的碱土金属硼酸盐。本专利技术提供的发光材料中以摩尔比计，优选镨:硼=1:205。所述碱土金属硼酸盐为硼酸铍、硼酸镁、硼酸钙、硼酸锶、硼酸钡中的任意一种；所述过渡族金属硼酸盐为硼酸钪、硼酸钇、硼酸钛、硼酸锆、硼酸铪、硼酸钒、硼酸铌、硼酸钽、硼酸铬、硼酸钼、硼酸钨、硼酸锰、硼酸铁、硼酸钴、硼酸镍、硼酸钯、硼酸铂、硼酸铜、硼酸银、硼酸锌、硼酸镉、硼酸汞中的任意一种；所述含有金属钇的硼酸盐为含有金属钇的碱土金属硼酸盐中的任意一种。所述含有金属钇的碱土金属硼酸盐为硼酸钇镁、硼酸钇钙、硼酸钇锶、硼酸钇钡中的任意一种。优选地，所述碱土金属硼酸盐为硼酸钙、硼酸镁中的任意一种；所述过渡族金属硼酸盐为硼酸钇、硼酸钛、硼酸锆、硼酸钒、硼酸铌、硼酸铬、硼酸钼、硼酸锰、硼酸铁、硼酸钴、硼酸镍、硼酸钯、硼酸铜、硼酸锌中的任意一种；所述含有金属钇的碱土金属硼酸盐为硼酸钇钙、硼酸钇镁、硼酸钇钡中的任意一种。所述碱土金属硼酸盐更优选为硼酸钇镁，且材料中各元素的摩尔比优选为：镁:钇:镨:硼=1:0.99:0.01:2.05；在该比例下的材料在可见光照射下的光子数最多。本专利技术还提供了一种所述的硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：（a）根据上转换发光材料的所述化学组成，按化学计量比称取相应元素的氧化物原料和硼酸；（b）将所称物料研磨粉碎后，在1000-1200℃下灼烧1-2h，冷却至室温，研磨，得粉末状硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料。本专利技术提供的制备方法中，优选地，步骤（b）中在1200℃固相反应1h。优选地，步骤（a）中按各元素的摩尔比为：镁:钇:镨:硼=1:0.99:0.01:2.05称取氧化镁、氧化钇、氧化镨、硼酸各物料；该比例下的材料在可见光照射下的光子数最多。本专利技术通过特定的原料配比以及工艺条件制备了能够在普通光源，特别是太阳光的激发下产生紫外（UVC）光，具有良好的杀菌效果，可以用于医疗、环境领域；而且其制备工艺简单，操作性好，易于规模化生产。本专利技术所述的硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料在杀菌中的应用，其中可见光源为任意普通可见光源，优选为太阳光、白炽灯、LED或氙灯中的一种或两种以上的任意组合；其更为优选的是太阳光。因为太阳光是取之不尽的免费能源，可以处理的范围更大，对于江湖污染及粮食安全等需要大面积杀菌的领域更具实际应用前景。在实际应用中可将所述上转换发光材料放置于、喷洒于器物内或单独涂覆或与其他材料混合涂覆在器物的表面上，在可见光源照射下起到杀菌的目的；其更为具体应用如对于抑制粮仓表面发霉，可以直接将所制备的样品涂覆在粮仓内侧，用太阳光，白炽灯，LED或氙灯照射达到杀菌的目的；又如在处理培养皿内部的细菌时，不需要打开盖子，可预先将其涂覆在培养皿的内表面，用太阳光，白炽灯，LED或氙灯透过培养皿照射在样品上，利用样品发出的UVC紫外光杀菌，还可以将本样品涂覆在物体表面，在太阳光的照射下，达到防止细菌生长的目的。本专利技术的创新之处在于以硼酸盐为基质，在该基质材料中掺杂适当比例的Pr3+或Pr3+和Li+，通过固相法合成一种在可见光源激发下产生高效杀菌UVC紫外线的上转换发光材料，该材料在普通可见光光源、特别是太阳光激发下实现UVC紫外光发射，实现杀菌或抑制细菌生长的目的。这不仅就解决了现有材料采用激光激发存在安全隐患和激发面积较小、无法大面积杀菌的问题，而且由于可见光价格低廉、太阳光取之不尽，所以能够在降低杀菌成本的同时，实现大面积激发产生大量紫外光（UVC）用于杀菌。因此，将其用于空气、水、食品、医疗以及人们赖以生存的各个生活环境中致病菌的杀灭具有不可估量的经济效益和社会价值。附图说明图1为空白对照样在太阳光激发下的紫外图像。图2为实施例1制备的材料在太阳光激发下的紫外图像。图3为实施例2制备的材料在太阳光激发下的紫外图像。图4为实施例3制备的材料在太阳光激发下的紫外图像。图5为实施例5制备的材料在太阳光激发下的紫外图像。图6为实施例7制备的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见‑紫外上转换发光材料，其特征在于，以硼酸盐为基质，在所述基质中掺杂有Pr3+或Pr3+和Li+；以摩尔比计，硼酸盐:Pr3+:Li+=0.9‑2.05:0.01‑0.1:0‑0.09；所述硼酸盐为碱土金属硼酸盐、过渡族金属硼酸盐、含有金属钇的碱土金属硼酸盐。

【技术特征摘要】
1.一种硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，其特征在于，以硼酸盐为基质，在所述基质中掺杂有Pr3+或Pr3+和Li+；以摩尔比计，硼酸盐:Pr3+:Li+=0.9-2.05:0.01-0.1:0-0.09；所述硼酸盐为碱土金属硼酸盐、过渡族金属硼酸盐、含有金属钇的碱土金属硼酸盐。2.根据权利要求1所述的硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，其特征在于，所述碱土金属硼酸盐为硼酸铍、硼酸镁、硼酸钙、硼酸锶、硼酸钡中的任意一种；所述过渡族金属硼酸盐为硼酸钪、硼酸钇、硼酸钛、硼酸锆、硼酸铪、硼酸钒、硼酸铌、硼酸钽、硼酸铬、硼酸钼、硼酸钨、硼酸锰、硼酸铁、硼酸钴、硼酸镍、硼酸钯、硼酸铂、硼酸铜、硼酸银、硼酸锌、硼酸镉、硼酸汞中的任意一种；所述含有金属钇的硼酸盐为含有金属钇的碱土金属硼酸盐中的任意一种。3.根据权利要求2所述的硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，其特征在于，所述含有金属钇的碱土金属硼酸盐为硼酸钇钙、硼酸钇镁、硼酸钇锶、硼酸钇钡中的任意一种。4.根据权利要求3所述的硼酸盐基稀土离子掺杂可见-紫外上转换发光材料，其特征在于，所述碱土金属硼酸盐为硼酸钙、硼酸镁中的任意一种；所述过渡族金属硼酸盐为硼酸钇、硼酸钛、硼酸锆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳民，张伟，刘东阳，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13