專利名稱：一種低成本抗菌材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗菌材料技術(shù)領(lǐng)域，即提供了一種低成本抗菌材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體材料多相光催化反應(yīng)得到了深入廣泛的研究，目前廣泛研究的半導(dǎo)體光催化劑有TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、In2O3、ZnS、SrTiO3、SiO2等十幾種。這些半導(dǎo)體氧化物均具有一定的光催化活性，但其中大部分易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)腐蝕。
TiO2具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性、并且無毒、無二次污染、氧化能力強、催化活性高等特點，是良好的抗菌材料，但是純TiO2成本高。
鈦雖然在我國是一種相對比較豐富的資源，但多數(shù)鈦資源主要是與鐵共生，品位低，達不到直接開發(fā)利用的水平。我國鋼鐵企業(yè)在大量開發(fā)利用鐵資源時，將鐵從鈦鐵礦里提取出來，而對礦物里其它的元素則沒有充分利用，不但造成資源浪費，而且形成大量含鈦渣，污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種含鈦的抗菌材料，其特征在于采用重量百分?jǐn)?shù)計算含TiO2大于16.03的含鈦物料為原料，并經(jīng)磨細、焙燒活化和光照激發(fā)而成。
本發(fā)明的含鈦抗菌材料，其特征在于可以向含鈦物料中摻雜金屬單質(zhì)、金屬化合物或者金屬鹽，以進一步提高其抗菌性能。
本發(fā)明還提出了一種制造上述含鈦抗菌材料的方法，其特征在于以重量百分?jǐn)?shù)計算含TiO2大于16.03的含鈦物料作原料，按下述主要步驟進行(1)粉磨 用球磨或氣流磨磨細含鈦物料，其平均粒徑達2微米以下，以電磁場去除其中的鐵屑；(2)摻雜混料 將金屬單質(zhì)、金屬化合物或者金屬鹽磨至平均粒徑達2微米以下，與磨細含鈦物料均勻混合；(3)焙燒活化 在600～1000攝氏度溫度下，焙燒1～3小時，空氣中冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 采用波長為253.7納米的紫外光照射5～50分鐘；(5)密封、包裝。
上述金屬單質(zhì)可以是Ca、Fe、Zn，金屬氧化物可以是MgO、CaO、V2O5，所說的金屬鹽類可以是AgCl、BaSiO3、CaCO3；上述的光照激發(fā)過程，也可以采用太陽光輻照，其光照時間可以為10～60分鐘。
本發(fā)明所提供的抗菌材料以含鈦物料為原料，經(jīng)過簡單的粉磨、高溫焙燒活化和光照激發(fā)工藝制造而成。其工藝簡便、制造成本較低，產(chǎn)品可廣泛用于建材、紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、化工等領(lǐng)域，不但解決了大量含鈦爐渣的堆放給環(huán)境帶來的污染問題，而且更加有效地開發(fā)利用我國有限的鈦資源，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明和補充。
本發(fā)明采用的含鈦物料包括高鈦渣、鈦精礦、攀枝花鋼鐵公司高爐渣(攀鋼渣)和承德鋼鐵公司高爐渣(承鋼渣)，其中高鈦渣是來自于錦州鐵合金廠，鈦精礦是來自海南清瀾礦。
實施例1采用攀鋼渣，其中TiO2為23.16wt％，含F(xiàn)e約1.85wt％，含SiO224.01wt％，MgO 7.47wt％，Al2O313.49wt％，CaO 27.19wt％，V2O50.23wt％為原料。
將上述含鈦渣經(jīng)破碎和粉磨，其平均粒度達到2微米以下。電磁除鐵后，將含鈦渣粉放入焙燒爐中，進行活化處理，其工藝是將微粉加熱至600℃，保溫3小時后自然冷卻至室溫。未向其中作摻雜。
用波長253.7納米的紫外光照射活化后的渣粉5分鐘，作進一步地激發(fā)處理。經(jīng)上述紫外光激發(fā)處理后即制成了含TiO2的抗菌材料。密封、包裝后即可出廠。
實施例2采用錦州鐵合金廠的含50.89wt％TiO2高鈦渣作原料，經(jīng)過下述工序(1)粉磨 選用粉碎機將高鈦渣破碎至約100微米后，再用球磨研磨48小時，其平均粒徑達2微米以下，并用電磁場去除其中的鐵屑，使Fe量在4wt％以下；(2)摻雜混料 加入金屬5wt％的Zn粉、5wt％的MgO粉、20wt％的V2O5粉和5wt％的AgCl粉，再進一步研磨至平均粒徑達2微米以下；(3)焙燒活化 將上述微粉置于焙燒爐中，加熱至在800℃，保溫2小時，冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 以太陽光照曬60分鐘作進一步的激發(fā)處理；(5)密封、包裝。
實施例3采用承德鋼鐵公司高爐渣作原料，經(jīng)化驗該渣中含TiO2為16.03wt％，含F(xiàn)e約0.40wt％，MgO 14.89wt％，Al2O324.94wt％，CaO 32.12wt％。經(jīng)過下述工序(1)粉磨 選用粉碎機將承德鋼鐵公司高爐渣破碎至約100微米后，再用球磨研磨8小時左右，其平均粒徑達2微米以下，因鐵含量較少，勿需用磁性分離；(2)摻雜混料加入12wt％的AgCl微粉，用球磨機研磨至平均粒徑達2微米以下，與承鋼渣微粉混勻；(3)焙燒活化 將上述混勻好的含AgCl的承鋼渣微粉置于焙燒爐中，加熱至1000℃，保溫1小時，冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 將活化后的含AgCl的承鋼渣微粉攤平，用波長為253.7納米的紫外光照射50分鐘，進一步得到激發(fā)；(5)密封、包裝。
實施例4采用錦州鐵合金廠的高鈦渣為原料，經(jīng)化驗該渣中含TiO2為50.89wt％，含F(xiàn)e約28.40wt％，SiO2為4.64wt％，MgO 0.39wt％，Al2O32.14wt％，CaO0.46wt％，V為0.049wt％。按以下步驟制造本發(fā)明的抗菌材料(1)粉磨 同前述的實施例2；(2)摻雜混料加入金屬單質(zhì)Cu 2wt％、Zn 4wt％，化合物AgCl 25wt％和CaCO35wt％，用球磨機研磨至平均粒徑達2微米以下，與高鈦渣微粉相混勻；
(3)焙燒活化 將上述混勻好的含AgCl的高鈦渣微粉置于焙燒爐中，采用不同溫度進行活化，保溫時間均定為2小時，溫度為600℃、800℃、1000℃，取出冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 將活化后的含AgCl的高鈦渣微粉攤平，用波長為253.7納米的紫外光照射50分鐘，進一步得到激發(fā)；(5)密封、包裝。
分別取不同焙燒溫度活化的抗菌材料，每份以0.75g為標(biāo)準(zhǔn)。選擇0.75g是考慮到樣品的重量對肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基的影響，因為在較大壓力下培養(yǎng)基很容易受到破壞，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了改善渣料粉末的成型性，在壓片時加入適量的無水乙醇，混勻后使用Φ12mm的模具在10MPa的壓力下成型，然后放入烘箱中于80℃條件下烘干待用。
抗菌性實驗主要考察產(chǎn)品對大腸桿菌的滅殺作用，菌株采用國際標(biāo)準(zhǔn)的大腸埃希菌(ATCC8099為標(biāo)準(zhǔn)菌株)。經(jīng)過濃度配比后，選用濃度為106CFU/ml的大腸桿菌菌液作為實驗對象。將細菌液均勻涂在含有肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基的無菌培養(yǎng)皿里，使其形成均勻的菌液膜，然后將樣品輕輕放置在培養(yǎng)皿中，整體放入培養(yǎng)箱內(nèi)于37℃下培養(yǎng)18小時，觀察樣品周圍的細菌生長情況，并測量抑菌環(huán)。實驗結(jié)果見表1。
表1 不同焙燒溫度后含鈦渣的抗菌性能

抑菌環(huán)越大，抗菌性越好，故可以看出以800℃溫度焙燒活化，性能最佳。
實施例5采用攀鋼渣為原料，其中TiO2為23.16wt％，含F(xiàn)e約1.85wt％，含SiO224.01wt％，MgO 7.47wt％，Al2O313.49wt％，CaO 27.19wt％，V2O50.23wt％。
(1)粉磨 選用粉碎機將攀鋼渣破碎至約100微米后，再用球磨研磨至其平均粒徑達2微米以下；(2)摻雜混料 加入Cu 4wt％、Zn 2wt％，再加BaSO44wt％和V2O512wt％，用球磨機研磨至平均粒徑達2微米以下，并混料混勻；(3)焙燒活化 將上述混勻的含鈦渣微粉置于焙燒爐中，加熱至800℃，保溫2小時，取出冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 將活化后的摻雜含鈦渣微粉分為三份，攤平后分別以253.7納米的紫外光輔照、太陽光直照和自然狀態(tài)30分鐘；(5)密封、包裝。
將上述采用不同的光照激發(fā)的樣品按實施例4所用的抗菌性實驗方法和步驟考察其抗菌效果，本實施例以金黃色葡萄球菌(ATCC6538標(biāo)準(zhǔn)菌株)為實驗對象，如表2所示。
表2 三種光照激發(fā)后含鈦渣的抗菌性能

可見經(jīng)紫外光和太陽光激發(fā)后，材料的抗菌性能確有提高。
實施方式6采用承德鋼鐵公司高爐渣作原料，按以下步驟進行(1)粉磨 見實施例3；(2)摻雜混料加入0.5wt％的AgCl，3.5wt％V2O5用球磨機制粉，并與承鋼渣微粉混勻；(3)焙燒活化 見實施例3；(4)光照激發(fā) 將微粉攤平，用太陽光直射60分鐘；(5)密封、包裝。
實施例7采用海南清瀾的鈦精礦作原料，該礦石含TiO2為54.5wt％，含F(xiàn)e約35.33wt％，步驟如下(1)粉磨 同實施例2，粉磨后用電磁分離技法使Fe量控制在4wt％以下；(2)摻雜混料 為了比較AgCl的加入量對抗菌材料的影響，分別加入5、10、20、35wt％的AgCl，連同不加AgCl的試樣做成五種試樣，研磨至平均粒徑達2微米以下，同去鐵后的鈦精礦微粉均勻混合；(3)焙燒活化 方法同實施例2，焙燒條件為800℃，保溫2小時，空氣中冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 紫外光照射30分鐘；(5)密封、包裝。
將不同含AgCl量的五個試樣按實施例4的方法進行抗菌性能實驗，以金黃色葡萄球菌(ATCC6538標(biāo)準(zhǔn)菌株)為實驗對象。其結(jié)果示于表3。
表3 三種AgCl配比的含鈦渣的抗菌性能

顯然，銀離子的引入增加了含鈦渣的抗菌性能，但因AgCl成本相對較高，從實用性來看，只要加入0.1～5wt％的AgCl即可。
實施例8采用海南清瀾的鈦精礦作原料，其步驟同實施例7，不再贅述。
為了比較V2O5的加入量對對抗菌材料的影響，在摻雜混料工序中，分別加入5、10、20、35wt％的V2O5，連同不加V2O5的試樣按實施例7的方法和步驟做成五個試樣，再按實施例4所敘述的方法進行抗菌性能試驗，以金黃色葡萄球菌(ATCC6538標(biāo)準(zhǔn)菌株)為實驗對象。如表4所示。
表4 不同V2O5配比的含鈦渣的抗菌性能

表中可見V2O5對含鈦渣微粉抗菌性能的提高作用更為明顯。只要加入5wt％的V2O5就可取得顯著效果。
權(quán)利要求
1.一種低成本用含鈦物料制備的抗菌材料，其特征在于采用以重量百分?jǐn)?shù)計算含TiO2大于16.03％的含鈦物料為原料，并經(jīng)粉碎、焙燒活化和光照激發(fā)而成。
2.按權(quán)利要求1所述的含TiO2抗菌材料，其特征在于所述的物料中可以摻雜金屬元素、金屬氧化物或者金屬鹽。
3.按權(quán)利要求2所述的含TiO2抗菌材料，其特征在于所述的所摻雜的金屬元素可以是鐵、鋅或者銅。
4.按權(quán)利要求2所述的含TiO2抗菌材料，其特征在于所述的所摻雜的金屬氧化物可以是氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣或者氧化釩。
5.按權(quán)利要求2所述的含TiO2抗菌材料，其特征在于所述的所摻雜的金屬鹽可以是氯化銀、硫酸鋇或者碳酸鈣。
6.一種制造按權(quán)利要求1所述的抗菌材料的方法，其特征在于按下述步驟進行(1)粉磨 將含鈦物料球磨粉碎后，其平均粒徑達2微米以下；(2)摻雜混料 加入金屬單質(zhì)、金屬化合物或者金屬鹽，磨至平均粒徑達2微米以下，與磨細含鈦物料均勻混合；(3)焙燒活化 將混合均勻的含TiO2微粉放置于焙燒爐加熱活化，活化溫度為600～1000℃，保溫1～3小時，空氣中冷卻至室溫；(4)光照激發(fā) 將活化后的含TiO2微粉攤平，用波長253.7納米的紫外光輔照5～50分鐘，或者用太陽光照射10～60分鐘；(5)密封、包裝出廠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低成本抗菌材料，其特征在于采用以重量百分?jǐn)?shù)TiO
文檔編號A01N59/16GK1692735SQ20051004646
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者薛向欣, 楊合, 董學(xué)文, 段培寧, 劉卯, 趙娜, 姜濤 申請人:東北大學(xué)