一种抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用，所述制备方法选用SrCO3、Bi2O3、B2O3、TiO2、Er2O3、Yb2O3作为原料并控制其质量百分比，依次经过混合、熔炼、倒入模具与结晶化得到微晶玻璃陶瓷粗品，通过酸浸侵蚀可以将微晶玻璃陶瓷粗品表面的Bi2O3转化成原位BiOX(X＝F，Cl，Br或I中任意一种)并形成BiOX与TiO2的异质结，使得上转换微晶玻璃与半导体光催化材料相结合，制备得到近红外响应的光催化型抗菌微晶玻璃陶瓷，在光照条件下，可以产生活性氧自由基诱导细菌死亡，具有光催化抗菌活性高且可再生、结构稳定性好、耐高温性能好等优点。性能好等优点。性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用


[0001]本专利技术涉及抗菌材料
，尤其涉及一种抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用。

技术介绍

[0002]细菌感染一直威胁着世界各地的人类健康，每年有数百万人死于病原微生物。特别是受目前新冠病毒疫情在全球范围内持续存在的影响，病毒性肺炎继发细菌感染显著增加患者死亡风险，因此人们对玻璃陶瓷的微生物安全性越发重视。普通玻璃陶瓷器皿在使用环境中比较容易受到细菌污染，难以对人们的生产生活提供保护，因此，人们迫切需要开发一种具有高效抗菌性能的玻璃陶瓷器皿。
[0003]目前为了实现陶瓷的抗菌功能，陶瓷行业通常的做法是添加金属型抗菌粉。例如，中国专利技术专利CN107265862A公开了一种银离子抗菌陶瓷的制备方法，所述的抗菌陶瓷是将含有银的氧化物加入陶瓷釉料混合均匀，制得含有杀菌有效成分银离子的陶瓷泥土坯，同时使用具有抗菌作用的光催化剂对所述陶瓷泥土坯进行喷涂，烧制后得到阴离子抗菌陶瓷。中国专利技术专利CN110547302B公开了一种抗菌粉体及其制备方法和用途，所述抗菌粉体以硅的氧化物作为载体，负载银铜锌复合金属元素，可广泛用于对塑料、陶瓷等材料抗菌性能的提升。然而，研究表明，细菌在与纳米金属接触过程中能够产生鞭毛蛋白，促使纳米金属颗粒团聚，从而使得细菌产生耐性，而且金属的引入往往使得陶瓷颜色改变，影响陶瓷器皿的美观性。
[0004]为此，陶瓷行业也着眼于对光催化抗菌材料的相关研究，光催化抗菌材料通过利用光激发半导体产生活性氧进行抗菌，可以避免细菌抗性的问题。如CN112646447A专利技术专利公开了一种纳米二氧化钛紫外光催化净化涂层的制备方法，利用TiO2在紫外光照下实现杀菌来避免细菌抗性的产生。然而，其仅能利用太阳光中5％的紫外光，故存在光能占比小、光穿透性差、反应物与催化材料光竞争等固有属性。此外，通过将光敏抗菌剂与有机物混合涂覆的方法，存在抗菌活性位点暴露差，结构稳定性弱，不耐高温，抗菌活性修复困难等问题。
[0005]微晶玻璃属于无机非金属材料，是一种新型的建筑材料的综合玻璃，它的学名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和普通玻璃看起来大不相同，它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃像陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。微晶玻璃是通过不同的处理方法控制玻璃析晶形成的一种无机非金属材料，具有优异的光学、机械、生物等性能，易于加工成型并适合大规模生产。
[0006]为了提高微晶玻璃陶瓷的抗菌性能，本专利技术开发出了一种新型的抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种抗菌微晶玻璃陶瓷及其制备方法、抗菌再生方法与应用，所述制备方法选用SrCO3、Bi2O3、B2O3、TiO2、Er2O3、Yb2O3作为原料并控制其质量百分比，依次经过混合、熔炼、倒入模具与结晶化得到微晶玻璃陶瓷粗品，通过酸浸侵蚀可以将微晶玻璃陶瓷粗品表面的Bi2O3转化成原位BiOX(X＝F，Cl，Br或I中任意一种)并形成BiOX与TiO2的异质结，使得上转换微晶玻璃与半导体光催化材料相结合，制备得到近红外响应的光催化型抗菌微晶玻璃陶瓷，在光照条件下，可以产生活性氧自由基诱导细菌死亡，具有光催化抗菌活性高且可再生、结构稳定性好、耐高温性能好等优点。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种抗菌微晶玻璃陶瓷的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010](1)称取原料并混合，得到混合料；
[0011]其中，按照质量百分比计，所述原料包括：SrCO
3 5～15％、Bi2O
3 45～65％、B2O
3 5～15％、TiO
2 0～10％但不包括0％、Er2O
3 0.1～5％、Yb2O
3 0.1～10％；
[0012](2)将步骤(1)所述混合料进行熔炼，得到基础玻璃液；
[0013](3)将步骤(2)所述基础玻璃液倒入模具并进行结晶化，得到微晶玻璃陶瓷粗品；
[0014](4)将步骤(3)所述微晶玻璃陶瓷粗品依次进行酸浸侵蚀、清洗与烘干，得到抗菌微晶玻璃陶瓷。
[0015]本专利技术所述制备方法选用SrCO3、Bi2O3、B2O3、TiO2、Er2O3、Yb2O3作为原料并控制其质量百分比，依次经过混合、熔炼、倒入模具与结晶化得到微晶玻璃陶瓷粗品，通过酸浸侵蚀可以将微晶玻璃陶瓷粗品表面的Bi2O3转化成原位BiOX(X＝F，Cl，Br或I中任意一种)并形成BiOX与TiO2的异质结，使得上转换微晶玻璃与半导体光催化材料相结合，制备得到近红外响应的光催化型抗菌微晶玻璃陶瓷，在光照条件下，可以产生活性氧自由基诱导细菌死亡，具有光催化抗菌活性高且可再生、结构稳定性好、耐高温性能好等优点；而且，本专利技术所述制备方法工艺简单、成本较低，有利于实现规模化生产。
[0016]值得说明的是，在本专利技术所述制备方法得到的抗菌微晶玻璃陶瓷中，Yb
3+
吸收两个或多个近红外光子，并将其能量传递给Er
3+
，Er
3+
获得能量后，先从低能级跃迁到高能级，然后快速辐射跃迁到低能级发出可见光和紫外光，此即为上转换现象。
[0017]本专利技术所述制备方法选用Bi2O3作为主要原料，使得经结晶化得到的微晶玻璃陶瓷粗品中均匀分布有Bi2O3，而随后进行的酸浸侵蚀会使得微晶玻璃陶瓷粗品表面的Bi2O3转化成原位BiOX(X＝F，Cl，Br或I中任意一种)并形成BiOX与TiO2的异质结，一方面，转化而成的BiOX呈片状原位生长在微晶玻璃陶瓷粗品表面，大大提高了与细菌的接触面积和受光面积，进而可以提高抗菌性，另一方面，原位生长的BiOX稳定性良好，不易脱落，有利于提高抗菌时效。即使由于表层呈片状的BiOX脱落，导致抗菌性能较低，后续也可以通过抗菌再生方法，将重新裸露在表面的Bi2O3转化成原位BiOX并形成BiOX与TiO2的异质结，实现抗菌活性的再生。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，在步骤(1)中，按照质量百分比计，所述原料包括：SrCO
3 10～15％、Bi2O
3 58～63％、B2O
3 5～10％、TiO
2 5～10％、Er2O31～3％、Yb2O
3 5～10％。
[0019]优选地，在步骤(1)所述原料中，控制Er2O3与Yb2O3的质量比为1:(2～5)，例如1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]值得说明的是，在步骤(1)所述原料中，如果Yb2O3的质量占比偏少，则会导致发光性能明显降低，如果Yb2O3的质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌微晶玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)称取原料并混合，得到混合料；其中，按照质量百分比计，所述原料包括：SrCO
3 5～15％、Bi2O
3 45～65％、B2O
3 5～15％、TiO
2 0～10％但不包括0％、Er2O
3 0.1～5％、Yb2O
3 0.1～10％；(2)将步骤(1)所述混合料进行熔炼，得到基础玻璃液；(3)将步骤(2)所述基础玻璃液倒入模具并进行结晶化，得到微晶玻璃陶瓷粗品；(4)将步骤(3)所述微晶玻璃陶瓷粗品依次进行酸浸侵蚀、清洗与烘干，得到抗菌微晶玻璃陶瓷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，按照质量百分比计，所述原料包括：SrCO
3 10～15％、Bi2O
3 58～63％、B2O
3 5～10％、TiO
2 5～10％、Er2O
3 1～3％、Yb2O
3 5～10％；优选地，在步骤(1)所述原料中，控制Er2O3与Yb2O3的质量比为1:(2～5)；优选地，步骤(1)所述原料的纯度均＞90％；优选地，步骤(1)所述混合采用球磨方式；优选地，所述球磨的时间为10～60min；优选地，所述球磨使用氧化锆球，且球料比为(45～55):1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔炼的温度为1100～1400℃；优选地，步骤(2)所述熔炼的保温时间为5～60min。4.根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述倒入模具中控制模具的预热温度为300～500℃；优选地，步骤(3)所述结晶化在空气氛围下进行；优选地，步骤(3)所述结晶化的升温速率为1～6℃/min；优选地，步骤(3)所述结晶化的目标温度为350～650℃；优选地，步骤(3)所述结晶化的保温时间为30～120min。5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述酸浸侵蚀采用的酸液为氢卤酸水溶液；优选地，所述氢卤酸水溶液为质量百分比为0.1～2％的盐酸水溶液；优选地，步骤(4)所述酸浸侵蚀的温度为20～30℃；优选地，步骤(4)所述酸浸侵蚀的时间为5～30min；优选地，在步骤(4)所述酸浸侵蚀中，控制所述微晶玻璃陶瓷粗品与所述酸液的质量比为1:(5～6)；优选地，步骤(4)所述清洗包括采用蒸馏水进行冲洗；优选地，步骤(4)所述烘干的温度为40～60℃；优选地，步骤(4)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国标，张传奇，万印华，赵伯峰，刘玉城，胡凯博，王东，宋伟杰，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：