一种碳基纳米铜复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有抗菌功能的碳基纳米铜复合材料的绿色制备方法，将葡萄糖和氯化铜溶解在水中，加热碳化后，在惰性气体存在下高温煅烧，得到碳基纳米铜复合材料。本发明专利技术以葡萄糖和氯化铜为原料，廉价易得，降低了制备纳米铜复合材料的成本，过程相对简单，易于控制且便于大批量生产，是一种高效、廉价、绿色的制备方法。本发明专利技术利用在碳化煅烧过程中葡萄糖和高温碳还原铜盐，使Cu

Method for preparing carbon based nano copper composite material

The invention discloses a carbon based nano copper composite material with antibacterial function of the green preparation method, glucose and chloride dissolved in water, heating after carbonization, in the presence of inert gas at high temperature, carbon based nano copper composite material. The present invention with glucose and chloride as raw materials, cheap, reduces the preparation of nano copper composite material cost, relatively simple process, easy control and convenient mass production, is a kind of efficient, cheap and green preparation method. The invention utilizes the glucose and the high temperature carbon to reduce the copper salt during the carbonization process so as to make the Cu

【技术实现步骤摘要】
一种碳基纳米铜复合材料的制备方法
本专利技术涉及纳米医用抗菌材料领域，具体涉及碳基纳米铜复合材料的制备方法。
技术介绍
自然界中的有害细菌、真菌等病原微生物在我们的日常生活中无处不在。近年来，由病原微生物引起的全球性传染病对人类健康造成了严重威胁。医用抗菌材料通过阻隔病原微生物、将其抑制或杀灭，从而有效降低机体得病的风险。因此，研发绿色环保、无危害的医用抗菌材料和制品具有十分重要的意义，受到人们越来越多的关注。纳米抗菌材料通常具有广谱抗菌性、无毒或低毒性、稳定性和长效性，目前已报道的具有抗菌活性的纳米无机材料主要有纳米银、铜等。其中，纳米铜成本低廉且具有良好的抗菌性，能激活空气或水中的氧，产生超氧阴离子或羟基自由基，破坏微生物细胞膜，进而起到抑制或杀灭细菌的作用。但是纳米铜粒子的表面能高，极易团聚，而其在空气中又易被氧化，从而导致纳米铜粒子分散稳定性下降，丧失抗菌活性，这给纳米铜材料的存储和使用带来很大困难。中国专利文献CN102499260A公开了一种具有铜/碳-核/壳结构的铜纳米材料在抗菌方面的应用，以植物纤维为模板，金属铜离子为原料，通过加温碳化还原方法制备而成。这种核/壳结构的铜碳纳米材料一般为球型，团聚明显，颗粒大，抗菌效果有限。目前实验室和工业上制备负载型铜纳米材料最常用的方法是液相化学还原法，该方法的原理是利用还原剂如水合肼、硼氢化钠等在液相中还原铜盐，使Cu2+离子被还原Cu原子，控制成核和结晶过程得到纳米铜。此方法制备的纳米铜表面能高使其易被氧化或团聚，需要选择一些表面活性剂、聚合物、羧酸及其衍生物等对其进行表面修饰，防止铜在空气中被氧化。由于需要使用水合肼、硼氢化钠等有毒价高的还原剂，并且往往还需要对其进行表面修饰，因此液相化学还原法不适合工业化生产。中国专利文献CN103203464A公开了一种制备碳材料/纳米铜粉复合材料的方法，属于填料合成领域，先将一定量的水溶性铜盐溶解到去离子水中制成溶液，并将适量分散剂溶于铜盐溶液中，然后将适量碳材料均匀分散到铜盐溶液中，并加入稍过量的铁、锌等金属还原剂，将混合体系持续搅拌或超声使铜被完全还原，然后将混合体系过滤以除去其中大部分的水，再将过滤得到的粉末中多余的还原剂用适量稀酸完全溶解并滤除，分别用去离子水和无水乙醇将所得粉末清洗并过滤数次至滤液无色，然后将所得粉末常温真空干燥即可得到碳材料/纳米铜粉复合材料，该复合材料可用作多功能填料。该法使用碳材料吸附铜离子，吸附效率有限，并且很难在溶液中分散均匀，残留的还原性金属离子还会使碳材料/纳米铜杂化，影响使用效果。目前缺少一种简便易行、绿色环保的方法制备高效抗菌的碳基纳米铜复合材料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提供了一种碳基纳米铜材复合料的绿色制备方法及其在抗菌方面的应用。本专利技术具体技术方案如下：一种碳基纳米铜复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将葡萄糖和氯化铜溶解在去离子水中，加热至碳化；(2)将步骤(1)的产物在惰性气体存在下高温煅烧，得到碳基纳米铜复合材料。上述步骤(1)葡萄糖和氯化铜的质量比为20:1～1:1(以C/Cu计)，优选为5-10:1，更优选5:1。上述步骤(1)加热温度为50～90℃，加热时间6～48小时，优选80℃条件下加热24小时。上述步骤(2)煅烧温度为400～900℃，煅烧时间为3～12小时，优选700℃高温条件下煅烧6小时(氩气保护)。上述的制备方法，其特征在于还包括将碳基纳米铜复合材料洗涤、干燥的步骤，优选使用无氧乙醇和无氧去离子水洗涤碳基纳米铜复合材料。本专利技术所述制备方法的步骤(1)为碳化阶段，在低温条件下水溶液中的葡萄糖将氯化铜的二价铜离子还原为一价铜。本专利技术所述制备方法的步骤(2)为煅烧阶段，在高温氮气保护条件下，葡萄糖碳化后的碳可以继续还原一价铜，生成单质铜晶体，并镶嵌在碳层之间。本专利技术所述制备方法的一个具体技术方案如下：在小瓷方舟中加入纯净水，分别称取适量的葡萄糖和氯化铜加到瓷方舟中，轻轻搅拌使其溶解、混匀，并在烘箱中80℃条件下加热24小时完成碳化，再将其放入管式炉中700℃高温条件下煅烧6小时(氩气保护)，等温度降至室温后取出，在玛瑙研钵中充分磨细，过筛(60目)，再分别用无氧乙醇、无氧去离子水洗涤6次，离心过滤，最后将滤饼冻干48h，就得到了碳基纳米铜复合材料，充入氮气后密封保存。当此种材料与细菌相接触时，破坏细胞的活力，使细胞死亡。本专利技术提供了碳基纳米铜复合材料的绿色制备方法。本专利技术的原材料为葡萄糖和氯化铜，廉价易得；碳化煅烧可以降低制备纳米铜复合材料的成本，过程相对简单，易于控制且便于大批量生产，是一种高效、廉价、绿色的制备方法。本专利技术利用在碳化煅烧过程中葡萄糖和高温碳还原铜盐，使Cu2+被还原Cu原子，控制成核和结晶得到较纯净的纳米铜复合材料。制备的负载型纳米铜，既缓解了纳米铜团聚严重的问题，提高了纳米铜的分散性，又增加了材料的稳定性，达到了持久抗菌的效果。本专利技术通过实验证实，本专利技术的碳基纳米铜复合材料具有良好的抗菌活性，可以应用于制作医用抗菌器材和用品。附图说明图1是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)的晶体结构(XRD)图。图2是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)的微观形貌(TEM)图(A为透射电镜图、B为纳米铜粒径分布统计图，C为高分辨透射电镜图)。图3是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)的元素形态(XPS)图。图4是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)对大肠杆菌的抑菌杀菌效果图。图5是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)对铜绿假单胞菌的抑菌杀菌效果图。图6是本专利技术碳基纳米铜复合材料(C:Cu＝5:1)对金黄色葡萄球菌的抑菌杀菌效果图。具体实施方式在本专利技术中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，该实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下面结合具体实施例对本专利技术进一步说明。下述实例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1、碳基纳米铜复合材料的制备在小瓷方舟中加入3mL纯净水，分别称取3g一水合葡萄糖和0.58g二水合氯化铜，加到瓷方舟中，轻轻搅拌使其溶解、混匀，并在烘箱中80℃条件下加热24小时完成碳化，再将其放入管式炉中700℃高温条件下煅烧6小时(氩气保护)，等温度降至室温后取出，在玛瑙研钵中充分磨细，过筛(60目)，再分别用无氧乙醇、无氧去离子水洗涤6次，离心过滤，最后将滤饼冻干48h，得到葡萄糖和氯化铜的质量比为5:1(以C/Cu计)的碳基纳米铜复合材料，回收率为99％，充入氮气后密封保存。碳基纳米铜复合材料为黑色无定形粉末。碳基纳米铜复合材料晶体结构(XRD)分析数据如图1所示。XRD的测试结果表明：在扫描衍射角度(2θ)为10°-90°时，出现尖锐的衍射峰时所对应的2θ分别为43.5°、50.7°和74.4°，对照铜的标准PDF卡片(JCPDFNo.04-0836)与Cu的(111)、(200)和(220)晶面衍射峰对应，这说明所制备的样品确为单质铜。从图1还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳基纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将葡萄糖和氯化铜溶解在去离子水中，加热至碳化；（2）将步骤（1）的产物在惰性气体存在下高温锻烧，得到碳基纳米铜复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳基纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将葡萄糖和氯化铜溶解在去离子水中，加热至碳化；（2）将步骤（1）的产物在惰性气体存在下高温锻烧，得到碳基纳米铜复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）葡萄糖和氯化铜的质量比以C/Cu计为20:1~1:1。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）葡萄糖和氯化铜的质量比以C/Cu计为5-10:1。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴娟娟，朱蕙霞，吴明月，贾惠，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32