一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法技术

本发明专利技术专利提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，由无机纳米抗菌剂、有机抗菌剂、抗菌增效剂及稳定剂组成。首先利用超声震荡结合微波水热技术制备纳米银颗粒和改性氧化石墨烯，再将纳米银均匀分散于氧化石墨烯表面，最后制备含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂，该技术操作简单、反应快速、制备产物结构稳定且杀菌效果好。所得抗菌防霉剂因引入氧化石墨烯和纳米银，弥补了纯有机抗菌防霉剂抗菌时间较短、药用剂量大、长期使用易产生抗药性等不足，也减少了有机抗菌防霉剂的使用量和对环境的危害，同时复合抗菌防霉剂的抗菌防霉性能显著提升，为该类复合抗菌防霉剂的大规模生产及应用提供了良好的技术基础和经验。

【技术实现步骤摘要】
一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法
本专利技术涉及抗菌防霉材料的
，特别涉及一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法。技术背景目前，环境问题和生物安全已成为人类社会寻求可持续发展所面临的根本性和战略性问题。近年来，耐药菌的普遍存在对公共卫生构成了严重威胁。有害细菌、霉菌及病毒给很多地区造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此，如何有效控制有害细菌、霉菌及病毒成已经成为专家学者的重点研究课题。现有的抗菌防霉剂可分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、复合抗菌剂三大类。其中，有机抗菌剂主要包括季胺盐类、季鏻盐类、苯胺类、双胍类、醇类、酚类、有机金属类、吡啶类、咪唑类、噻吩类、异噻唑酮及其衍生物等，这类有机抗菌剂具有作用速度快、可操作性强、稳定性较好、抗菌防霉效果优良等优点，可用于消毒剂、防细菌剂、防腐剂、防霉剂、防藻剂等，可直接喷洒，也可添加在材料和制品中。但是，有机抗菌剂也存在抗菌持续时间较短、药用剂量大、长期使用易于使细菌对其产生抗药性等缺点。值得关注的是，石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来的，由单层碳原子以sp2杂化构成的蜂窝结构二维无机碳材料，是继1985年发现富勒烯和1991年发现纳米碳管之后的又一重大发现，其在电子、能源、信息、材料和生物医药等领域展现出无穷魅力。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，两人因此也获得诺贝尔物理学奖。最近有研究发现，石墨烯由于其特殊的物理化学性能，在抗菌防霉领域有着巨大前景。氧化石墨烯是石墨烯衍生物，氧化石墨烯与石墨烯的结构基本相同，只是在碳原子结构的表面上连接有大量的含氧基团。在氧化石墨烯表面上含有大量羟基和环氧基，而在其片层边缘含有大量羧基。与石墨烯相比，氧化石墨烯具有良好的水溶性能和表面活性。同时，纳米无机材料以其独特的结构和物理化学性质越来越受到人们的关注。特别是，银具有良好的抗菌作用，自古以来就被用作抗菌材料。纳米银是指价态为零价银单质，粒径在1～100nm，固体呈粉末状。纳米银在生物学方面具有显著而独特的性能，主要表现在其具有较好的广谱抗菌活性和较低的细胞毒性。相比于体相无机抗菌材料，纳米尺度的银材料具有更强的抗菌活性，被认为是抗生素的潜在替代品，有望解决细菌耐药性问题。实验证实，银粒子的粒径越小，抗菌活性越高。目前，已知的纳米银抗菌作用机制主要包括三类：1、纳米银与细胞膜相互作用，破坏细胞膜通透性和物质运输；2、在可见光照射下，银纳米粒子可以诱导光催化作用，产生活性氧，将细菌杀灭；3、Ag+可以穿透细胞壁进入细胞，与蛋白上的巯基发生反应，使细胞合成酶活性失活，导致代谢紊乱和死亡。最近，无机纳米材料与有机抗菌材料混合越来越受到关注，其中纳米银和氧化石墨烯由于其优异的性能得到了越来越多科学家的青睐。由于有机抗菌剂存在抗菌持续时间较短、药用剂量大、长期使用易使细菌对其产生抗药性等缺点，并且单一的纳米材料往往抗菌效果不理想。因此，复合材料的研究与开发是提高材料抗菌性能的有效途径之一。基于以上考虑，本专利技术提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，采用超声震荡结合微波水热技术对制备了纳米银颗粒和改性氧化烯，在氧化石墨烯表面负载纳米银，制备一种能在溶液中稳定存在的纳米复合材料，该技术具有反应快速、操作便捷、产物结构稳定等优势；该水溶性抗菌防霉剂以氧化石墨烯作为纳米银的载体，不仅保持了纳米银的稳定性，同时还将赋予纳米银水溶性，更重要的是，由于石墨烯和纳米银协同抗菌作用，使得复合材料抗菌性能远优于单一组分性能的简单的加和，表现出强大的抗菌防霉能力，最终为这种化合物的普遍应用提供了良好的理论基础和实践经验。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术专利提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，利用超声震荡结合微波水热技术制备纳米银颗粒和改性氧化石墨烯，再将纳米银颗粒均匀分散于改性氧化石墨烯表面，然后于水溶液中溶解抗菌增效剂和稳定剂，制备水溶性抗菌防霉剂，该水溶性抗菌防霉剂具有长效抗菌性和广谱抗菌性，抗菌效果优异。本专利技术的技术方案本专利技术提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，其技术方案包括如下步骤：第一、纳米银颗粒的制备常温下，将0.01～10g聚乙烯吡咯烷酮溶解于20～100mL蒸馏水中，充分搅拌5min，再加入50～100mg的柠檬酸钠，机械搅拌5min，再加入10～100mg的硝酸银，继续搅拌5min，然后将混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，密封，设置合成仪条件为加热温度80～100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，60～80℃干燥24h，得5～100nm尺度的纳米银颗粒；第二、改性氧化石墨烯制备将5～100mg氧化石墨烯置于100mL蒸馏水中，超声震荡10min，再加入100～300mg支化聚乙烯亚胺、50～300mg聚乙二醇、50～300mg六臂聚乙二醇氨基、100～500mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐EDC·HCl中的一种或几种，调节pH至6～7，30℃下超声分散10min，接着将超声后的混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液快速冷却至室温，得改性氧化石墨烯材料；第三、氧化石墨烯和纳米银复合材料制备向步骤二中冷却后的改性氧化石墨烯混合液中加入1～100mg改性纳米银颗粒，将混合液转入微波水热合成仪内，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～30min，合成过程不断以100～1000r/min速率进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，得氧化石墨烯和纳米银复合物，其中纳米银均匀分布在氧化石墨烯表面；第四、含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的制备再将步骤三中离心后固相产物重新溶解于500mL蒸馏水中，加入10～100mg聚六亚甲基胍、50～300mg聚乙烯吡咯烷酮、5～50mg二癸基二甲基氯化铵、5～50mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5～50mg十二烷基丙氨酸、5～50mg的5-氟胞嘧啶、5～50mg二甲氧苄氨嘧啶钠、5～50mg克拉维酸钾中的一种、两种或两种以上任意组合，超声震荡30min，使物质混合均匀，得含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂；第五、纳米银抗菌防霉剂的制备取10～100mg经步骤一制备的纳米银颗粒，加入至500mL蒸馏水中，超声震荡30min，再加入10～200mg聚六亚甲基胍、10～300mg聚乙烯吡咯烷酮、10～200mg二癸基二甲基氯化铵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，其技术方案包括如下步骤：/n第一、纳米银颗粒的制备/n常温下，将0.01～10g聚乙烯吡咯烷酮溶解于20～100mL蒸馏水中，充分搅拌5min，再加入50～100mg的柠檬酸钠，机械搅拌5min，再加入10～100mg的硝酸银，继续搅拌5min，然后将混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，密封，设置合成仪条件为加热温度80～100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，60～80℃干燥24h，得5～100nm尺度的纳米银颗粒；/n第二、改性氧化石墨烯制备/n将5～100mg氧化石墨烯置于100mL蒸馏水中，超声震荡10min，再加入100～300mg支化聚乙烯亚胺、50～300mg聚乙二醇、50～300mg六臂聚乙二醇氨基、100～500mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐EDC·HCl中的一种或几种，调节pH至6～7，30℃下超声分散10min，接着将超声后的混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液快速冷却至室温，得改性氧化石墨烯材料；/n第三、氧化石墨烯和纳米银复合材料制备/n向步骤二中冷却后的改性氧化石墨烯混合液中加入1～100mg改性纳米银颗粒，将混合液转入微波水热合成仪内，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～30min，合成过程不断以100～1000r/min速率进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，得氧化石墨烯和纳米银复合物，其中纳米银均匀分布在氧化石墨烯表面；/n第四、含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的制备/n再将步骤三中离心后固相产物重新溶解于500mL蒸馏水中，加入10～100mg聚六亚甲基胍、50～300mg聚乙烯吡咯烷酮、5～50mg二癸基二甲基氯化铵、5～50mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5～50mg十二烷基丙氨酸、5～50mg的5-氟胞嘧啶、5～50mg二甲氧苄氨嘧啶钠、5～50mg克拉维酸钾中的一种、两种或两种以上任意组合，超声震荡30min，使物质混合均匀，得含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂；/n第五、纳米银抗菌防霉剂的制备/n取10～100mg经步骤一制备的纳米银颗粒，加入至500mL蒸馏水中，超声震荡30min，再加入10～200mg聚六亚甲基胍、10～300mg聚乙烯吡咯烷酮、10～200mg二癸基二甲基氯化铵、10～200mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、10～200mg十二烷基丙氨酸、10～200mg磺胺对甲氧嘧啶钠、10～100mg阿莫西林三水物、10～100mg的5-氟胞嘧啶、5～100mg克拉维酸钾、5～100mg二甲氧甲基苄氨嘧啶钠中的一种、两种或两种以上任意组合，超声震荡30min，使物质混合均匀，得纳米银的水溶性抗菌防霉剂；/n第六、不含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的制备/n将10～100mg聚六亚甲基胍、5～50mg二癸基二甲基氯化铵、5～50mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5～50mg十二烷基丙氨酸、5～50mg二甲基海因、5～50mg磺胺对甲氧嘧啶、5～50mg阿莫西林三水物、5～50mg的5-氟胞嘧啶、5～50mg克拉维酸钾、5～50mg二甲氧苄氨嘧啶钠中的一种、两种或两种以上任意组合溶于500mL水中，超声震荡30min，使物质混合均匀，制得不含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂。/n...

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的合成方法，其技术方案包括如下步骤：
第一、纳米银颗粒的制备
常温下，将0.01～10g聚乙烯吡咯烷酮溶解于20～100mL蒸馏水中，充分搅拌5min，再加入50～100mg的柠檬酸钠，机械搅拌5min，再加入10～100mg的硝酸银，继续搅拌5min，然后将混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，密封，设置合成仪条件为加热温度80～100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，60～80℃干燥24h，得5～100nm尺度的纳米银颗粒；
第二、改性氧化石墨烯制备
将5～100mg氧化石墨烯置于100mL蒸馏水中，超声震荡10min，再加入100～300mg支化聚乙烯亚胺、50～300mg聚乙二醇、50～300mg六臂聚乙二醇氨基、100～500mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐EDC·HCl中的一种或几种，调节pH至6～7，30℃下超声分散10min，接着将超声后的混合液转入微波水热合成仪的水热釜内衬中，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～300min，合成过程不断进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液快速冷却至室温，得改性氧化石墨烯材料；
第三、氧化石墨烯和纳米银复合材料制备
向步骤二中冷却后的改性氧化石墨烯混合液中加入1～100mg改性纳米银颗粒，将混合液转入微波水热合成仪内，设置合成仪条件为加热温度100℃，微波频率2450MHz，微波功率500～1000W，反应时间1～30min，合成过程不断以100～1000r/min速率进行磁力搅拌，反应结束后，将混合液离心分离，取下层固相物，无水乙醇和蒸馏水洗涤3次，得氧化石墨烯和纳米银复合物，其中纳米银均匀分布在氧化石墨烯表面；
第四、含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂的制备
再将步骤三中离心后固相产物重新溶解于500mL蒸馏水中，加入10～100mg聚六亚甲基胍、50～300mg聚乙烯吡咯烷酮、5～50mg二癸基二甲基氯化铵、5～50mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5～50mg十二烷基丙氨酸、5～50mg的5-氟胞嘧啶、5～50mg二甲氧苄氨嘧啶钠、5～50mg克拉维酸钾中的一种、两种或两种以上任意组合，超声震荡30min，使物质混合均匀，得含有氧化石墨烯和纳米银的水溶性抗菌防霉剂；
第五、纳米银抗菌防霉剂的制备
取10～100mg经步骤一制备的纳米银颗粒，加入至500mL蒸馏水中，超声震荡30min，再加入10～200mg聚六亚甲基胍、10～300mg聚乙烯吡咯烷酮、10～200mg二癸基二甲基氯化铵、10～200mg的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、10～200mg十二烷基丙氨酸、10～200mg磺胺对甲氧嘧啶钠、10～100mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪希杭，王冬，周运红，
申请(专利权)人：南京优写智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32