專利名稱：具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材及其制作方法。
背景技術(shù)：
早在18世紀(jì)前，人類即發(fā)現(xiàn)炭的吸附性能，而利用于糖的脫色，20世紀(jì)時，因活性 碳(activated carbon)制造技術(shù)的開發(fā)成功，活性碳遂取代炭，而逐漸被廣泛地應(yīng)用在工 業(yè)上，活性碳具有優(yōu)異的吸附特性，能作為氣體或各種物質(zhì)選擇性吸附的基材，用途廣泛， 除已廣為各種工業(yè)采用，如在化學(xué)品、食品及醫(yī)藥品的生產(chǎn)工藝中用以進(jìn)行產(chǎn)品純化、脫 色、去毒、除氯及溶劑回收等用途外，近年來，社會環(huán)保意識的抬頭，亦使活性碳被大量使用 于廢水處理、廢氣處理、凈水、凈氣或其它氣體的純化等環(huán)保領(lǐng)域，因此，活性碳市場的活絡(luò) 主要是環(huán)保議題的驅(qū)動，尤其是，水和空氣污染的處理，這種現(xiàn)象在先進(jìn)國家中特別明顯， 環(huán)保法規(guī)愈嚴(yán)苛的國家，活性碳的用量也愈大，而其它傳統(tǒng)用途的用量，每年也以2 3% 的比例增加。活性碳的主成分為碳，并摻有少量的氫、氧、氮、硫等物質(zhì)化合而成，為黑色且表面 復(fù)雜的多孔性物質(zhì)，結(jié)構(gòu)為碳所形成的六環(huán)狀物，粒形可由圓柱形粗顆粒到細(xì)粉末粒子，具 有6 120網(wǎng)目粒度的不規(guī)則顆粒，粒徑一般為1 6mm，長度約為粒徑的0. 7 4倍，活性 碳無臭、無味，不溶于水和有機(jī)溶劑，對有機(jī)高分子物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附力，且對液相中的微 量成分、色素、臭氣物質(zhì)等具有高度的去除能力。幾乎所有的含碳物質(zhì)均可經(jīng)過不同的加工 程序制成活性碳，加工程序包括碳化(Carbonization)工藝及活化(Activation)工藝，其 中碳化工藝是將原料加熱，在攝氏170至600度下干燥，使原有的有機(jī)物大約80%碳化，碳 化是在缺氧及高溫的條件下進(jìn)行，以將原料熱解(Pyrolysis)形成多裂孔性的結(jié)構(gòu)體，在 碳化期間大部分的非碳元素，如氫和氧，會藉由原料的裂解程序，而成為揮發(fā)性氣體被去 除，由于碳化物的碳原子組合屬于芳香族環(huán)的片狀結(jié)構(gòu)，非常不規(guī)則，故會形成一些裂隙， 這些裂隙會在后序活化工藝中形成更發(fā)達(dá)的孔洞結(jié)構(gòu)，由于在碳化工藝所形成的碳?xì)浠?物會附著在活性炭邊緣的碳原子上，堵塞了部分裂隙，進(jìn)而影響其吸附能力，故必需藉由后 續(xù)的活化工藝，來增加孔洞的形成；活化工藝是利用蒸氣或化學(xué)物質(zhì)來清除碳化過程積蓄 在裂隙結(jié)構(gòu)中的焦油物質(zhì)及裂解產(chǎn)物，且利用活化反應(yīng)中產(chǎn)生的CO及H2組成的混合氣體， 燃燒加熱碳化物至適當(dāng)?shù)臏囟?約攝氏800至1000度)，以燒除其中所有的可分解物質(zhì)，產(chǎn) 生發(fā)達(dá)的孔洞結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積，使其具備很強(qiáng)的吸附能力，因此，活性碳應(yīng)被稱之為 經(jīng)過活化工藝的含碳物質(zhì)。至于竹碳或備長碳等碳材，由于是由植物碳化熱解而成，故無需 額外的活化工藝，本身即已具備發(fā)達(dá)的孔洞結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積，形成很強(qiáng)的吸附能力， 故本發(fā)明在以下所敘及的“多孔性碳材”，泛指活性碳、竹碳或備長碳等材料的顆粒，合先陳 明。一般而言，多孔性碳材的吸附能力大致可分為下列兩種(1)附著能力多孔性碳材里面有非常多的微小孔洞，其比表面積愈大，即代表多 孔性碳材的孔洞愈多，附著能力愈好，故當(dāng)雜質(zhì)進(jìn)入多孔性碳材的孔洞后，就會卡在孔洞中出不來，亦不能用一般的水洗方法將雜質(zhì)洗出，由于，無論液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)的雜質(zhì)，一般都 具有不同的粒徑大小，但唯有與多孔性碳材的孔洞相同的，才能附著在多孔性碳材的孔洞 中，粒徑太大或太小者則不行，因此，水或空氣中粒徑太小的細(xì)菌、霉菌和病毒等有機(jī)物仍 會通過多孔性碳材的孔洞，而無法被附著在多孔性碳材中；(2)吸引能力多孔性碳材表面帶正電，故能吸引一些帶負(fù)電的微小物質(zhì)，如細(xì) 菌、霉菌和病毒等有機(jī)物，多孔性碳材本身雖可再生，一般在高壓100BAR及攝氏300度下， 可將多孔性碳材中吸附的物質(zhì)趕出，稱之為“脫附”，但，經(jīng)脫附處理再生的多孔性碳材的吸 附能力僅為原先的40 60%。近年來，隨著物質(zhì)文明的進(jìn)步，人類生活環(huán)境中的水及空氣污染的問題亦日益嚴(yán) 重，各式凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)及口罩已成為住家及辦公室中用以改善水及空氣質(zhì)量不可或 缺的消耗品。尤其是，中國臺灣地處亞熱帶，屬于長年潮濕高溫的氣候型態(tài)，細(xì)菌、霉菌和病 毒等有機(jī)物特別容易孳生，因此，凈水系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及口罩中的凈水濾芯、空氣濾網(wǎng) 及濾材必需經(jīng)常性地進(jìn)行清理及更換，否則，這些凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)及口罩反而會成為水 及空氣中滋生霉菌、細(xì)菌及病菌的溫床，對人體健康造成的危害，實不容小覷。有鑒于此，近年來，許多業(yè)者已將多孔性碳材應(yīng)用至凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)及口罩等 濾材的設(shè)計及制造中，以期藉由多孔性碳材強(qiáng)大的吸附能力，吸附水及空氣中的各種懸浮 微粒，但，由于霉菌、細(xì)菌及病菌等微生物為懸浮微粒中體積最小的，且普遍存在于自然界 中，故，無庸置疑，對人體造成的危害(如引起過敏、感染或毒性反應(yīng))亦最為快速且明顯， 甚至產(chǎn)生致命性的殺傷力?，F(xiàn)今被廣泛使用的多孔性碳材制成的濾材，雖能吸附水及空氣 中的懸浮微粒及微生物，但，其本身卻完全不具備抗菌及殺菌的效果，故某些粒徑太小的細(xì) 菌、霉菌和病毒等有機(jī)物仍會通過多孔性碳材的孔洞，對人體造成的危害，另，當(dāng)多孔性碳 材中累積吸附的懸浮微粒及微生物達(dá)到一定數(shù)量時，反而會因有機(jī)懸浮微粒及微生物的蓄 積，盡失其應(yīng)有的濾凈效果，且成為霉菌、細(xì)菌及病菌滋生的溫床。因此，如何設(shè)計出一種新穎的多孔性碳材，使得以該多孔性碳材制成的凈水濾芯、 空氣濾網(wǎng)及口罩等濾材，除能吸附水及空氣中的懸浮微粒及微生物外，尚能在有光或無光 的環(huán)境下，產(chǎn)生光觸媒及觸媒作用，實現(xiàn)對細(xì)菌、病毒及霉菌等有機(jī)物的降解，以產(chǎn)生絕佳 的抗菌及滅菌效果，即成為本發(fā)明在此欲探討的一重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于前述傳統(tǒng)凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)及口罩等濾材存在的諸多問題，發(fā)明人經(jīng)過 長久努力研究與實驗，終于開發(fā)設(shè)計出本發(fā)明的一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔 性碳材及其制作方法，以期使該多孔性碳材制成的各式濾材除能吸附水及空氣中的懸浮微 粒及微生物外，尚能具備抗菌及殺菌的效果。本發(fā)明的一個目的是在于提供一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材 的制作方法。本發(fā)明的另一目的是在于提供一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材。本發(fā)明提供了一種多孔性碳材的制作方法，所述方法是利用溫差作用所產(chǎn)生的滲 透效應(yīng)，使得含氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子(complex ions)的水溶液能順利地滲入 多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞，以在該多孔性碳材經(jīng)高溫干燥處理完全干燥后，在其表面及孔洞內(nèi)壁形成氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜，使得該多孔性碳材具備長 效型抗菌、防腐及觸媒效果。具體地說，本發(fā)明的多孔性碳材的制作方法是將氧化鋅納米 粒子及銀鹽粉末(如硝酸銀(AgNO3)、醋酸銀(CH3COOAg)等)，以一預(yù)定的重量百分比，添 加至一水溶液中，使二者在該水溶液中均勻混合，并令該水溶液保持在第一溫度，該水溶液 是由水(如去離子水或純水等)、堿液(如KOH或NaOH水溶液)、氨水(或氨氣)、水溶性 壓克力粉末及水性黏著劑等成分，依預(yù)定的重量百分比，均勻混合而成，所述堿液是將銀鹽 轉(zhuǎn)化成為氫氧化銀，由于氫氧化銀會在水溶液中形成棕色沉淀，無法均勻地分散在水溶液 中，故尚必須在水溶液中添加氨水(或氨氣)，以將氫氧化銀的沉淀離子化成為氨化銀配離 子(Ag(NH3)+2)，所述水溶性壓克力粉末是一水溶性分散劑，其作用是在溶解于水中后，能使 氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子均勻且分散地懸浮在水溶液中，所述水溶性黏著劑的作用 是在氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子被均勻混合至水溶液時，能披覆在氧化鋅納米粒子及 氨化銀配離子的表面上；將多孔性碳材主體(如活性碳、竹碳或備長碳等傳統(tǒng)的多孔性碳 材，這些碳材是用做本發(fā)明的方法中的原料，經(jīng)過本發(fā)明的方法處理而形成本發(fā)明的具有 氧化鋅及銀納米粒子的多孔性碳材，本發(fā)明的技術(shù)方案中為了將該尚未含有氧化鋅及銀納 米粒子的多孔性碳材與經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后而具有氧化鋅及銀納米粒子的多孔性碳 材區(qū)分開，特將該尚未含有氧化鋅及銀的納米粒子的多孔性碳材稱為“多孔性碳材主體”) 烘烤(例如置入一烘箱)至第二溫度，其中該第二溫度大于第一溫度，且溫差范圍在攝氏 20 80度；將該多孔性碳材主體浸入所述水溶液中，進(jìn)行一預(yù)定時間的攪拌，使得該多孔 性碳材主體及水溶液間能因溫差作用，而產(chǎn)生滲透效應(yīng)，令所述水溶液得以順利地滲透入 該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞，使得氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子能 隨著水溶液滲入所述孔洞；接下來，在水溶液中添加一預(yù)定重量百分比的甲醛(HCHO)或葡 萄糖，且繼續(xù)攪拌一預(yù)定時間，使得甲醛或葡萄糖能將滲入該多孔性碳材主體孔洞內(nèi)的氨 化銀配離子還原成銀納米粒子；將該多孔性碳材主體孔洞內(nèi)具有氧化鋅納米粒子及銀納米 粒子的多孔性碳材自該水溶液中取出，進(jìn)行高溫干燥處理，以在該多孔性碳材完全干燥后， 使所述孔洞中的氧化鋅納米粒子及銀納米粒子能藉其表面所披覆的水溶性黏著劑，穩(wěn)定地 附著在該多孔性碳材主體的表面及孔洞內(nèi)壁，形成氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜，使得該 多孔性碳材具備長效型抗菌、殺菌、防腐及觸媒效果。 本發(fā)明提供了一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材，其包括一多孔 性碳材主體，其表面及其內(nèi)密集分布有孔洞；水性黏著劑，分布在所述多孔性碳材主體表 面及其內(nèi)的孔洞中，且在該多孔性碳材完全干燥的狀態(tài)下，能附著在該多孔性碳材主體表 面及其內(nèi)的孔洞的壁面；及氧化鋅納米粒子及銀納米粒子，通過所述水性黏著劑均勻分布 且附著在多孔性碳材主體表面及其內(nèi)的孔洞的壁面上。本發(fā)明中，氧化鋅納米粒子及銀納 米粒子是藉其表面所披覆的水溶性黏著劑，穩(wěn)定地附著在多孔性碳材主體的表面及孔洞內(nèi) 壁，與該多孔性碳材主體永久結(jié)合在一起，形成氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜。這樣，當(dāng)該 多孔性碳材被用來制作凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)、口罩或其它濾材時，該多孔性碳材本身的多孔 性結(jié)構(gòu)特征，除了能吸附水或空氣中的懸浮微粒及微生物外，該多孔性碳材主體表面及孔 洞內(nèi)壁的氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜，亦能在有光或無光的狀態(tài)下，實現(xiàn)對細(xì)菌、霉菌和 病毒等有機(jī)微生物的抗菌及殺菌效果，此外，由于該多孔性碳材具有不會產(chǎn)生抗藥性、無毒 性、無刺激過敏性及不受酸堿值影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，且具有長效型抗菌、殺菌、防霉及除臭等效果，故在被制作成各式濾材后，僅需被定期清洗，即能反復(fù)使用，符合綠色環(huán)保的要求。為使閱讀者能對本發(fā)明的目的、技術(shù)特征及其功效有更進(jìn)一步的認(rèn)識與了解，茲 特舉一實施例，并配合圖式，詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明的制作工藝示意圖；及圖2是利用本發(fā)明的制作工藝所制作的一多孔性碳材結(jié)構(gòu)的局部剖面微觀示意 圖。主要組件符號說明20多孔性碳材 21孔洞 31氧化鋅納米粒子32銀納米粒子 33水溶性黏著劑
具體實施例方式銀納米粒子因顆粒微細(xì)，使得整體表面積大幅增加，活性變大，極易釋放出活性銀 離子，以吸引細(xì)菌體內(nèi)酶蛋白上的硫氫基，并與其迅速結(jié)合，使含硫氫基的酶失去活性，導(dǎo) 致細(xì)菌死亡，且?guī)д姾傻你y離子在接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后，會相互吸附，穿刺微 生物的細(xì)胞外壁，使微生物內(nèi)部變性，降低生長能力，讓細(xì)胞無法代謝及繁殖，直至死亡，此 外，當(dāng)細(xì)菌被銀離子殺死后，銀離子又會從死去的細(xì)菌上游離出來，持續(xù)對其它活細(xì)菌做重 復(fù)的動作，直到所有細(xì)菌被消滅為止，故銀納米粒子無須光照活化，即具有絕佳的抗菌及滅 菌效果，更可抑制霉菌生長，有效達(dá)到防腐功能。氧化鋅納米粒子亦因其晶粒尺寸與光波相 當(dāng)或更小，尺寸效應(yīng)導(dǎo)致其導(dǎo)帶及價帶的間隔增加，使其光吸收能力顯著增強(qiáng)，因此，在光 照射下，當(dāng)一個具有一定能量的光子，或具有超過半導(dǎo)體帶隙能量的光子，射入氧化鋅納米 粒子的半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)時，半導(dǎo)體結(jié)晶中的一個電子會從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，留下一個具有 強(qiáng)大氧化能力的帶正電孔洞0H，當(dāng)電洞與水和空氣中的水分子(H2O)相遇時，會通過光化學(xué) 反應(yīng)，搶奪水分子中氫氧基的電子，此時，失去電子的氫氧基立刻變成不安定的氫氧自由基 (·0Η)，不安定的氫氧自由基一旦遇到外來的或附在氧化鋅納米粒子上的有機(jī)物時，會藉由 搶奪對方電子的方式，使自己趨于穩(wěn)定，這樣，這些有機(jī)物即被氧化，而變成水和二氧化碳， 消散在水和空氣中，故氧化鋅納米粒子能作為強(qiáng)氧化劑，實現(xiàn)對霉菌、細(xì)菌和病毒等有機(jī)物 的降解，以殺死霉菌、細(xì)菌和病毒。據(jù)上所述，銀納米粒子及氧化鋅納米粒子均具有長效型 抗菌、殺菌、不會產(chǎn)生抗藥性、無毒性、無刺激過敏性及不受酸堿值影響等諸多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明即利用銀納米粒子及氧化鋅納米粒子的特性，而將氧化鋅納米粒子及銀納 米粒子等材料，應(yīng)用至多孔性碳材的制作過程，使得本發(fā)明的多孔性碳材制成的各式濾材 (如凈水濾芯、空氣濾網(wǎng)、口罩或其它濾材)，被安裝至空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)或凈水系統(tǒng)內(nèi)黑暗的 安裝位置時，除能吸附空氣及水中的懸浮微粒及微生物外，亦能藉其上的氧化鋅納米粒子 及銀納米粒子分別在有光或無光的狀態(tài)下，實現(xiàn)對細(xì)菌、病毒及霉菌等有機(jī)物的抗菌及滅 菌效果。在本發(fā)明中，為了使多孔性碳材能產(chǎn)生長效型抗菌及滅菌效果，必需使氧化鋅納米 粒子及銀納米粒子能充分地滲入多孔性碳材的多孔性結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的制作方法包括下列 步驟，參閱圖1所示(101)將氧化鋅納米粒子及銀鹽粉末(如硝酸銀(AgNO3)及醋酸銀(CH3COOAg)等)以一預(yù)定的重量百分比，添加至一水溶液中，使二者在該水溶液中均勻混合，并令該水 溶液保持在第一溫度，該水溶液是由水、堿液(如KOH或NaOH水溶液)、氨水(或氨氣)、水 溶性壓克力(acrylic)粉末及水性黏著劑等成分依預(yù)定的重量百分比均勻混合而成；所述 堿液是依下列化學(xué)式，將銀鹽轉(zhuǎn)化成為氫氧化銀(AgOH)AgN03(aq)+K0H(aq) — Αβ0Η(ρρ +Κ++Ν03_，由于氫氧化銀會在水溶液中形成棕色沉淀，無法均勻地分散在水溶液中，故本發(fā) 明中須在水溶液中添加氨水(或氨氣)，以依下列化學(xué)式，將氫氧化銀的沉淀離子化成為氨 化銀配離子(Ag (NH3)+2)AgOH(ppt) +2NH40H(aq) — Ag (NH3) 2+(aq) +0H_+2H20 ；所述水溶性壓克力粉末是一水溶性分散劑，其作用是在溶解于水中后，能使氧化 鋅納米粒子及氨化銀配離子均勻且分散地懸浮在水溶液中；所述水溶性黏著劑的作用是在 氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子被混合入水溶液時，能均勻披覆在氧化鋅納米粒子及氨化 銀配離子的表面上；(102)將多孔性碳材主體(如活性碳、竹碳或備長碳等材料的顆粒)置入一烘箱 烘烤至第二溫度，其中該第二溫度必需小于攝氏400度，且需大于所述第一溫度，且溫差范 圍在攝氏20 80度；(103)將該多孔性碳材主體浸入所述水溶液中，進(jìn)行一預(yù)定時間的攪拌，使得該多 孔性碳材主體及水溶液間能因溫差作用，而產(chǎn)生滲透效應(yīng)，令所述水溶液得以順利地滲透 入該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞，使得氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子 能隨著該水溶液滲入所述孔洞；(104)在所述水溶液中添加一預(yù)定重量百分比的甲醛(HCHO)或葡萄糖，且繼續(xù)攪 拌一預(yù)定時間，使得甲醛(HCHO)或葡萄糖能依下列化學(xué)式，將滲入該多孔性碳材主體孔洞 內(nèi)的氨化銀配離子，還原成銀納米粒子 2Ag (NH3) 2+(aq)+HCH0(1)+20r — 2Ag(ppt) +HC00>NH4++3NH3 (g) +H2O ；(105)將該多孔性碳材(多孔性碳材主體孔洞內(nèi)已具有氧化鋅納米粒子及銀納米 粒子)自所述水溶液中取出，進(jìn)行高溫干燥處理，參閱圖2所示，以在該多孔性碳材20完全 干燥后，使所述孔洞21中的氧化鋅納米粒子31及銀納米粒子32能藉其表面所披覆的水溶 性黏著劑33，穩(wěn)定地附著在該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部的孔洞21內(nèi)壁，在該多孔性碳 材主體表面及內(nèi)部的孔洞21內(nèi)壁形成一氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜。由于，在本發(fā)明的制作方法中，氧化鋅納米粒子及銀納米粒子是藉其表面所披覆 的水溶性黏著劑，穩(wěn)定地附著在多孔性碳材主體的表面及其內(nèi)密集分布的孔洞內(nèi)壁，使得 氧化鋅納米粒子及銀納米粒子能與該多孔性碳材主體永久結(jié)合在一起，而令該多孔性碳材 具備長效型抗菌、防腐及觸媒(催化)效果。因此，當(dāng)該多孔性碳材被用來制作凈水濾芯、 空氣濾網(wǎng)、口罩或其它濾材時，該多孔性碳材本身的多孔性結(jié)構(gòu)特征，除了能濾除水或空氣 中的雜質(zhì)及污垢外，該多孔性碳材主體表面及孔洞內(nèi)壁的氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜， 亦能在有光或無光的狀態(tài)下，實現(xiàn)對細(xì)菌、霉菌和病毒等有機(jī)物的抗菌及殺菌效果，由于該 多孔性碳材具有不會產(chǎn)生抗藥性、無毒性、無刺激過敏性、無須光照活化及不受酸堿值影響 等諸多優(yōu)點(diǎn)，且具有長效型抗菌、殺菌、防霉及除臭等效果，故能在被制作成各式濾材后，僅 需被定期清洗，即能反復(fù)使用，符合綠色環(huán)保的要求。
在本發(fā)明的一最佳實施例中，所述水溶液是由水、氧化鋅納米粒子、水溶性的銀鹽 粉末(硝酸銀和/或醋酸銀)、水溶性壓克力粉末、水性黏著劑、氨水(或氨氣)及堿液(如 KOH或NaOH水溶液)等成分，依下列的重量百分比(以所述水溶液的重量為基準(zhǔn)，各組分之 和為100% )，均勻混合而成(1)水如去離子水或純水等，其重量百分比為80% 99% ；(2)氧化鋅的納米粒子其重量百分比為0. 2% 10%，在該實施例中，是先將氧 化鋅研磨成納米(nanometer)大小的粒子，1納米等于十億分之一米(10_9meter)，或納米級 大小的粒子，即約為1 100納米，介于分子和次微米間的納米粒子；(3)水溶性的銀鹽粉末(如硝酸銀(AgNO3)、醋酸銀(CH3COOAg)等)其重量百分 比為0. 001% 5%，水溶性銀鹽粉末具有可完全溶解于水溶液，并在水溶液中釋放出氨化 銀配離子的特性；(4)堿液是氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液，其重量百分比為0. 001% 5%，能在 對水溶液進(jìn)行攪拌的過程中，將銀鹽轉(zhuǎn)化成為氫氧化銀，由于，氫氧化銀會在水溶液中形成 棕色沉淀，故無法均勻地分散在水溶液中；(5)氨水(或氨氣)其(折合成一般的市售氨水濃度計)重量百分比為 0. 005% 25%，能在對水溶液進(jìn)行攪拌的過程中，將氫氧化銀的沉淀離子化成為氨化銀配 離子(Ag(NH3)+2)，由于，氨化銀配離子又具有親氧的特性，故極易與氧化鋅納米粒子上的氧 鍵結(jié)，而在該水溶液的調(diào)制過程中，均勻地附著在氧化鋅納米粒子的表面；(6)水溶性壓克力粉末其重量百分比為2% 30%，其中該水溶性壓克力粉末 是一水溶性分散劑，其作用是在溶解于水中后，能使氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子均 勻且分散地懸浮在水溶液中，在該實施例中，該水溶性壓克力粉末是一聚丙烯酸衍生物 (Polyacrylic acid derivative)，能使氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子均勻分散在水溶 液中，而不致發(fā)生沉淀或淤積結(jié)塊的現(xiàn)象，這樣，所述氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子才能 隨水溶液順利地滲入多孔性碳材主體表面及其內(nèi)密集分布的所述孔洞；及(7)水溶性黏著劑其重量百分比為0. 2% 10%，該水溶性黏著劑是用以包覆在 水溶液中均勻且分散的氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子的表面，在該實施例中，所述水溶 性黏著劑包含聚尿酯樹脂(Urethane polymer)、N-甲基比咯酮(N-Methyl Pyrrolidinone) 及三乙胺(Triethylamine)等成分，以在氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子隨著該水溶液順 利地滲透入該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞后，能在該多孔性碳材經(jīng)高溫 干燥處理而完全干燥時，使氧化鋅納米粒子及由氧化作用形成的銀納米粒子藉其表面所披 覆的該水溶性黏著劑，穩(wěn)定地附著在該多孔性碳材主體的表面及孔洞內(nèi)壁，形成一氧化鋅 及銀的納米粒子復(fù)合膜，使得氧化鋅納米粒子及銀納米粒子能與該多孔性碳材主體永久結(jié) 合在一起，產(chǎn)生長效型抗菌、防腐及觸媒的效果。在該最佳實施例中，所述水溶液的第一溫度可為常溫或低溫，即攝氏10 25度 間，所述多孔性碳材顆粒(多孔性碳材主體)的第二溫度則為攝氏30 105度間，二者的溫 差范圍保持在攝氏20 80度間，這樣，當(dāng)該多孔性碳材主體被傾倒入該水溶液中，進(jìn)行至 少十分鐘的攪拌過程時，該多孔性碳材主體及水溶液間能因溫差作用，而產(chǎn)生滲透效應(yīng)，使 得該水溶液能順利地滲入該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞，將這些孔洞中 的空氣擠出，故，在攪拌過程中，會在該水溶液中冒出數(shù)量龐大的微小氣泡，進(jìn)而使得氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子能隨著該水溶液滲入所述孔洞，接下來，在該水溶液中添加重 量百分比為0.001% 0.05% (以所述水溶液的重量為基準(zhǔn))的甲醛(HCHO)或0.002% 0. 葡萄糖(以所述水溶液的重量為基準(zhǔn)，以C6H12O6 · H2O的量計)，且繼續(xù)攪拌至少30 分鐘，使得甲醛或葡萄糖能滲入該多孔性碳材主體的孔洞，而與其內(nèi)的氨化銀配離子發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，使得氨化銀配離子被還原成銀納米粒子，且穩(wěn)固地附著在氧化鋅納米粒子的表 面上，最后，將該多孔性碳材主體孔洞內(nèi)具有氧化鋅納米粒子及銀納米粒子的多孔性碳材 自該水溶液中取出，在攝氏80 200度的高溫下，進(jìn)行干燥處理，待該多孔性碳材完全干燥 后，所述孔洞中的氧化鋅納米粒子及銀納米粒子即能藉其表面所披覆的水溶性黏著劑，穩(wěn) 定地附著在該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部的孔洞內(nèi)壁，形成一氧化鋅及銀的納米粒子復(fù) 合膜。在本發(fā)明的前述最佳實施例中，經(jīng)反復(fù)實驗證明，請再參閱圖2所示，所述納米粒子 復(fù)合膜中的氧化鋅納米粒子31及銀納米粒子32間的重量百分比以5 1 60 1能對 細(xì)菌、病毒及霉菌等有機(jī)物產(chǎn)生最佳的抗菌及滅菌效果。 以上所述，僅為本發(fā)明的一最佳具體實施例，本發(fā)明的特征并不局限于此，任何熟 悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修飾，皆應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保 護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
一種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材的制作方法，該方法包括將氧化鋅納米粒子及銀鹽粉末添加至一水溶液中，使二者在該水溶液中均勻混合，并令該水溶液保持在第一溫度；其中該水溶液是由包括水、堿液、氨水或氨氣、水溶性壓克力粉末及水性黏著劑的成分均勻混合而成，所述堿液是將銀鹽轉(zhuǎn)化成為氫氧化銀，所述氨水或氨氣是將氫氧化銀的沉淀離子化成為氨化銀配離子，所述水溶性壓克力粉末是一水溶性分散劑，其作用是在溶解于水中后，能使氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子均勻且分散地懸浮在水溶液中，所述水溶性黏著劑的作用是在氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子被混合入該水溶液時，能均勻披覆在氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子的表面上；將多孔性碳材主體烘烤至第二溫度，其中該第二溫度大于所述第一溫度，且溫差范圍足以使所述水溶液能因溫差作用順利地滲入該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞；將多孔性碳材主體浸入所述水溶液中，進(jìn)行攪拌，使得該多孔性碳材主體及水溶液間能因溫差作用，產(chǎn)生滲透效應(yīng)，令所述水溶液得以順利地滲透入多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部密集分布的孔洞，使得氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子能隨著該水溶液滲入所述孔洞；在該水溶液中添加甲醛或葡萄糖，繼續(xù)進(jìn)行攪拌，使得甲醛或葡萄糖能將滲入該多孔性碳材主體孔洞內(nèi)的氨化銀配離子還原成銀納米粒子；及將該多孔性碳材主體孔洞內(nèi)具有氧化鋅納米粒子及銀納米粒子的多孔性碳材自該水溶液中取出，進(jìn)行干燥處理，以在該多孔性碳材完全干燥后，使所述孔洞中的氧化鋅納米粒子及銀納米粒子能藉其表面所披覆的水溶性黏著劑穩(wěn)定地附著在該多孔性碳材主體的表面及內(nèi)部的孔洞內(nèi)壁，在該多孔性碳材主體表面及內(nèi)部的孔洞內(nèi)壁形成一氧化鋅及銀的納米粒子復(fù)合膜。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其中所述第二溫度與第一溫度的溫差范圍為攝氏 20 80度。
3.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其中所述多孔性碳材主體的第二溫度小于攝氏400度。
4.如權(quán)利要求3所述的制作方法，其中所述水溶液的第一溫度為攝氏10 25度，所述 多孔性碳材主體的第二溫度為攝氏30 105度。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其中所述水為去離子水或純水。
6.如權(quán)利要求5所述的制作方法，其中所述銀鹽粉末為硝酸銀或醋酸銀。
7.如權(quán)利要求6所述的制作方法，其中所述堿液包含氫氧化鉀或氫氧化鈉。
8.如權(quán)利要求7所述的制作方法，其中所述水溶性壓克力粉末為聚丙烯酸衍生物。
9.如權(quán)利要求8所述的制作方法，其中所述水溶性黏著劑包含聚尿酯樹脂、N-甲基比 咯酮及三乙胺。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其中所述水的重量百分比為80% 99%。
11.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其中所述氧化鋅納米粒子的重量百分比為 0. 2% 10%。
12.如權(quán)利要求11所述的制作方法，其中所述銀鹽粉末的重量百分比為0.001% 5%。
13.如權(quán)利要求12所述的制作方法，其中所述堿液的重量百分比為0.001% 5%。
14.如權(quán)利要求13所述的制作方法，其中所述氨水或氨氣的重量百分比為0.005% 25%。
15.如權(quán)利要求14所述的制作方法，其中所述水溶性壓克力粉末的重量百分比為 2% 30%。
16.如權(quán)利要求15所述的制作方法，其中所述水性黏著劑的重量百分比為0.2% 10%。
17.如權(quán)利要求16所述的制作方法，其中所述多孔性碳材主體被浸入所述水溶液中進(jìn) 行攪拌的時間至少為十分鐘。
18.如權(quán)利要求17所述的制作方法，其中所述甲醛或葡萄糖在所述水溶液中的重量百 分比分別為0. 001% 0. 05%或0. 002% 0. 1%ο
19.如權(quán)利要求18所述的制作方法，其中所述甲醛或葡萄糖被添加至所述水溶液中繼 續(xù)進(jìn)行攪拌的時間至少為30分鐘。
20.如權(quán)利要求19所述的制作方法，其中所述多孔性碳材自水溶液中取出后是在攝氏 80 200度的高溫下進(jìn)行干燥處理。
21.如權(quán)利要求20所述的制作方法，其中所述納米粒子復(fù)合膜中的氧化鋅納米粒子及 銀納米粒子間的重量百分比為5 1 60 1。
22.—種具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材，其包括一多孔性碳材主體，其表面及其內(nèi)密集分布有孔洞；水性黏著劑，分布在所述多孔性碳材主體表面及其內(nèi)的孔洞中，且在該多孔性碳材完 全干燥的狀態(tài)下，能附著在該多孔性碳材主體表面及其內(nèi)的孔洞的壁面；及氧化鋅納米粒子及銀納米粒子，通過所述水性黏著劑均勻分布且附著在多孔性碳材主 體表面及其內(nèi)的孔洞的壁面上。
23.如權(quán)利要求22所述的多孔性碳材，其中所述氧化鋅納米粒子及銀納米粒子間的重 量百分比為5 1 60 1。
全文摘要
本發(fā)明提供具長效型納米抗菌及觸媒效果的多孔性碳材及其制作方法，該方法是將氧化鋅納米粒子及銀鹽加至水溶液中，令水溶液保持第一溫度，該水溶液由水、堿液、氨水或氨氣、水溶性壓克力粉末及水性黏著劑等混合而成，其中銀鹽轉(zhuǎn)化成氨化銀配離子，水溶性壓克力使氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子均勻分散，黏著劑披覆在氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子表面；將多孔性碳材主體烤至第二溫度，浸入該水溶液中，使氧化鋅納米粒子及氨化銀配離子滲入多孔性碳材主體的孔洞；添加甲醛或葡萄糖，將氨化銀配離子還原成銀納米粒子；將多孔性碳材干燥，使氧化鋅納米粒子及銀納米粒子穩(wěn)定附著在碳材表面及孔洞內(nèi)壁，該多孔性碳材具備長效型抗菌、防腐及觸媒效果。
文檔編號B01J20/32GK101934219SQ20091015006
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者張文禮 申請人:郭春櫻;張文禮