專利名稱：一種抗菌活性碳纖維的制作方法
技術領域：
本發(fā)明所公開的是一種抗菌活性碳纖維及其制備方法，屬于新型功能材料技術范疇。
背景技術：
目前生產的活性碳纖維，主要用于過濾和吸附空氣中的懸浮顆粒物和有害氣體以凈化空氣，吸附水中重金屬離子、細菌和懸浮物凈化水質，以及應用于溶液中貴金屬回收等場合。活性碳纖維由于具有良好的化學穩(wěn)定性，很高的比表面積，可通過表面改性接上螯合基團賦予特殊的化學活性和選擇性，并且易于制成適合于不同場合使用的各種形狀的過濾器材，如活性碳纖維氈、活性碳纖維布等，是一種理想的吸附、過濾材料。
通過吸附和過濾，是目前除去水體、空氣中懸浮顆粒物、細菌的主要手段。根據(jù)吸附機理，無論是物理吸附還是化學吸附，吸附與解吸是一個可逆過程。即在吸附過程中，有解吸的現(xiàn)象存在；吸附剛開始時，以吸附反應為主，其逆過程解吸現(xiàn)象可以忽略；但當達到一定吸附量后，解吸的速度就比較明顯；當吸附與解吸速度相等時，達到吸附平衡。從統(tǒng)計角度來看，離子或懸浮顆粒，從被吸附材料吸著到從吸附材料上完全脫落，有一定的時間尺度；該時間尺度的長短，與吸附質(被吸附的離子或懸浮顆粒)和吸附劑(吸附材料)的性質、吸附質的濃度、吸附劑的比表面積、溫度與壓力因素有關。當外界環(huán)境不變時，對于特定的吸附劑(吸附材料)，較高的比表面積，相對較低的吸附質濃度，增大吸附劑用量，有利于增大吸附質在吸附劑上的平均停留時間，提高過濾效果。
但實際使用中，一味增大吸附劑的使用量是不切實際的。所需過濾的細菌、病毒，有的可能生存能力較強，常溫下可以生存很長時間，遠遠大于在吸附劑上的平均停留時間。因此，單純通過高比表面積的吸附材料來過濾高濃度的細菌、病毒和懸浮顆粒物，不可避免地會隨著吸附量的增大而產生細菌、病毒的解吸，重新進入空氣和水體形成污染。
人們希望推出具有抗菌作用的高比表面積的吸附材料，以解決這一問題。專利02115175推出含納米銀顆?？咕钚蕴祭w維，是采用濃磷酸溶液浸泡基體纖維并煮沸溶液，然后在惰性氣體保護條件下高溫碳化，用水浸泡洗去殘酸，再用銀離子溶液浸泡使其覆載，賦予殺菌、抗菌功能。這種方法，在其纖維活化過程中，可在纖維基上接上大量磷酸根以吸附和穩(wěn)定銀離子，處理后的纖維在溶液中會緩慢釋放銀離子，達到殺滅和抑制細菌、病毒的功效。但這種方法制備的抗菌活性碳纖維，加工工藝復雜，其力學強度不能保證，使其成本和實際應用范圍受到限制。
專利00127594推出一種廣譜抗菌防霉空調過濾網(wǎng)及其所用抗菌防霉聚丙烯絲的制造方法，通過化學反應在硅酸鹽粘土的表面及微孔中吸附納米級的銀和銀氧化物顆粒，然后通過紡絲的方法紡成在表面存在有納米級銀的聚丙烯絲，再通過織造形成具有抗菌防霉作用的空調過濾網(wǎng)。但不能保證大量的納米銀和銀氧化物在紡絲過程中，被高分子所覆蓋，從而使抗菌、抑菌效果大為折扣，并且未經(jīng)活化的纖維其比表面積相對較小，其過濾和吸附效果不高。而專利02111545所推出的載銀電氣石多功能纖維，通過吸附銀離子的電氣石與粘膠濕法紡絲，使纖維載銀，達到抗菌、抑菌的目的，也存在同樣的缺陷。
綜上所述，為了提供便于生產的具有抗菌作用的高比表面積的吸附材料，在提高活性碳纖維的殺菌、滅毒效果的同時，不影響其力學性能，成本適宜，工藝簡單，特完成本發(fā)明。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種成本適宜、生產工藝簡單、具有抗菌作用的的高比表面積的活性碳纖維。
本發(fā)明的構思是這樣的金屬離子Ag+、Cu2+、Zn2+對細菌、病毒有良好的抑制和殺滅效果，尤其是Ag+、Cu2+對細菌、病毒的抑制和殺滅具備廣譜性。高比表面活性碳纖維作為吸附材料，在吸附和解吸過程中，由于動力學因素將使細菌、病毒發(fā)生解吸前在吸附劑表面有一定的停留時間。如果在活性碳纖維表面覆載至少含有一種金屬離子Ag+、Cu2+、Zn2+的鹽類，由于活性碳纖維的表面在吸附細菌、病毒的同時，也吸附環(huán)境中的水分子，形成溶解有至少含有一種金屬離子Ag+、Cu2+、Zn2+的液膜，所溶解的金屬離子與吸附和富集在相同活性碳纖維表面的細菌、病毒相互作用，抑制和殺滅細菌和病毒。即保證吸附過濾效果的同時，對所吸附的細菌、病毒有很強的殺滅效果。
由于Ag+在濃度為幾個ppb時，就具備抑制和殺滅細菌的能力，考慮到自來水中對Ag+、Cu2+、Zn2+的有嚴格限制，在高比表面積的活性碳纖維的表面覆載Ag+時，可以采用化學反應形成微溶性鹽類吸附在吸附材料表面，然后烘干制成，用于自來水體系的過濾、滅菌材料，Ag+緩慢釋放既可以滿足長期使用效果，又可以滿足自來水水質對Ag+濃度的要求。能夠滿足這些要求的微溶性鹽類有磷酸銀、草酸銀、硫氰酸銀、碳酸銀等。
應用于空氣過濾和其他水體的吸附過濾滅菌材料，可以采用Ag+、Cu2+、Zn2+的可溶性鹽類溶液直接吸附在活性碳纖維表面，或采用化學反應的方式形成微溶性鹽類以及金屬銀、銅的納米顆粒覆載在活性碳纖維表面，然后烘干制成；這兩類制備方法中，在含有Ag+的可溶性鹽類溶液或還微溶性鹽類體系，不宜與Cu2+、Zn2+的鹵化物組合。
從成本考慮，Ag+可溶性鹽類以采用檸檬酸銀、硝酸銀比較合適，Cu2+、Zn2+的可溶性鹽類可以采用硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽。Cu2+、Zn2+的微溶性鹽類可以采用碳酸鹽。
實際使用中，可以將吸附金屬離子的活性碳纖維與未吸附金屬離子的活性碳纖維組合使用，既保證很高的吸附過濾滅菌效果，又可以減少金屬銀和銅的消耗，降低成本。單一金屬離子Zn2+對細菌產生顯著抑制和殺滅作用所需的濃度較高，在活性碳纖維表面覆載時，宜采用可溶性鹽類溶液直接吸附，然后烘干制成。
通過吸附或化學反應覆載金屬離子時，吸附和反應前溶液中相應的金屬離子的總濃度不應低于1.0mMol/l，否則將增加吸附或反應時間，不利于減少生產成本。
本發(fā)明具有以下特征1.采用在活性碳纖維表面吸附覆載有至少銀離子、銅離子和鋅離子的一種，然后烘干制成。
2.在活性碳纖維覆載有銀離子、銅離子和鋅離子時，采用在相應的金屬離子的可溶性鹽溶液直接吸附，然后烘干制成。
3.在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子時，可以采用化學反應的方式形成微溶性鹽類以及金屬銀、銅的納米顆粒覆載在吸附材料表面，然后烘干制成。
4.Ag+可溶性鹽類可以采用檸檬酸銀、硝酸銀；微溶性鹽類可以采用磷酸銀、草酸銀、硫氰酸銀、碳酸銀。
5.Cu2+、Zn2+的可溶性鹽類可以采用硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽；Cu2+、Zn2+的微溶性鹽類可以采用碳酸鹽。
6.在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子和鋅離子處理時，溶液中金屬離子的濃度不低于1.0mMol/l。


圖(1)為實施例7的活性碳纖維表面覆載金屬銅、銀復合物的場發(fā)射電子掃描照片，放大倍率為100000。被還原的金屬銅、銀復合物具有納米尺度。
具體實施例方式
下面結合實施例作進一步說明，并非對本發(fā)明的限定。
依照實施例制備的覆載金屬離子的高比表面的抗菌活性碳纖維，其殺滅細菌、病毒的性能測試方法參照GB15979，其測試結果見表(1)。
實施例1將80mm×125mm的比表面為1200M2/g、厚度為5～6mm的活性碳纖維氈浸沒在200ml0.02M AgNO3水溶液中1小時，取出后，瀝干，60～80℃抽真空烘干2小時。
實施例2將80mm×125mm的比表面為1200M2/g、厚度為5～6mm的活性碳纖維氈浸沒在200ml0.02M CuSO4和0.1M ZnCl2混合水溶液中1.5小時，取出后，瀝干，120～150℃烘干2小時。
實施例3將80mm×125mm的比表面為1000M2/g、厚度為8～10mm的活性碳纖維氈浸沒在200ml0.01M AgNO3和0.02M CuSO4混合水溶液中1小時，取出后，瀝干，80℃抽真空烘干2小時。
實施例4將80mm×125mm的比表面為700M2/g、厚度為5～8mm的活性碳纖維氈浸沒在200ml0.01M檸檬酸銀水溶液中1小時，取出后，瀝干，100℃抽真空烘干2小時。其中有部分檸檬酸銀被還原成納米銀顆粒。
實施例5將120mm×120mm的比表面為1200M2/g的活性碳纖維布浸沒在200ml 0.02M AgNO3水溶液中，攪拌下加入0.05M草酸20ml，攪拌20分鐘，形成草酸銀沉淀(微溶)，過濾，蒸餾水洗滌3次，80℃抽真空烘干2小時。
實施例6將120mm×120mm比表面為1200M2/g的活性碳纖維布浸沒在200ml 0.1M ZnSO4水溶液中1小時，過濾，120～150℃烘干2小時。
實施例7將120mm×120mm的比表面為1200M2/g的活性碳纖維布浸沒在200ml 0.02M AgNO3和0.20M硝酸銅混合溶液中，在攪拌狀態(tài)下將50ml 3.0M水合肼加到混合溶液中，攪拌20分鐘，過濾，蒸餾水洗滌3次，無水乙醇洗滌2次，100～120℃烘干2小時。
表(1)、覆載金屬離子的活性碳纖維的殺菌率(％)
權利要求
1.一種抗菌活性碳纖維及其制備方法，將活性碳纖維浸泡在含有至少是銀離子、銅離子和鋅離子一種的溶液中，通過吸附、化學反應在活性碳纖維上覆載至少有銀離子、銅離子和鋅離子的一種，然后烘干制成，其特征在于(a)在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子和鋅離子時，采用在相應的金屬離子的可溶性鹽溶液直接吸附，然后烘干制成；(b)在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子時，采用化學反應的方式形成微溶性鹽類，然后烘干制成；(c)在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子時，采用化學反應的方式形成金屬銀、銅的納米顆粒覆載在吸附材料表面，然后烘干制成；其中所述的可溶性銀鹽至少是檸檬酸銀、硝酸銀的一種；所述的微溶性銀鹽至少是磷酸銀、草酸銀、硫氰酸銀、碳酸銀的一種；所述的Cu2+、Zn2+的可溶性鹽類至少是硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽的一種；所述的Cu2+、Zn2+的微溶性鹽為碳酸鹽。
2.如權利要求1所述的一種抗菌活性碳纖維及其制備方法，其特征在于在活性碳纖維覆載銀離子、銅離子和鋅離子處理時，溶液中總金屬離子的濃度不低于1.0mMol/l。
全文摘要
本發(fā)明是一種抗菌活性碳纖維及其制備方法，將活性碳纖維浸泡在至少含有一種金屬離子Ag
文檔編號D06M14/36GK1566513SQ0314786
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權日2003年6月27日
發(fā)明者王家君 申請人:王家君