一种新型光触发抗菌口罩及其制备方法

1.本发明涉及基于一种新型光触发抗菌口罩及其制备方法，特别是抗菌层g-c3n4的原位生长，属于抗菌口罩防护领域。


背景技术：

2.近年来由细菌、病毒引发的呼吸系统疾病严重危害人类健康，其传染性强，病死率高，又缺乏针对性的药物，给国民经济带来了巨大的损失。口罩作为一种常用的卫生用品，可以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫、病毒等物质的作用，有效预防呼吸系统疾病。
3.目前可起到细菌防护作用的口罩多为一次性口罩，包括医用外科口罩、普通外科口罩、和n95口罩等。一次性防护口罩的大量使用，带来了许多问题。一次性口罩大多由无纺布制成。起细菌过滤作用的主要材料是极细密且带静电的过滤布-喷熔无纺布，用静电捕获细菌所在的气溶胶。由于粉尘被超细静电纤维捕捉后，极不易因清洗而脱离，且水洗会破坏静电的吸尘能力。因此这种口罩只能一次性使用。静电处理过的喷熔无纺布过滤层怕水怕热怕酒精。所以各种干湿蒸晒太阳吹风的消毒方法会不可避免破坏过滤层的静电以及纤维结构，使过滤性能直线下降，无法实现有效的细菌防护。
4.同时，当细菌病毒被吸附在口罩上时，仍然可以存活一定的时间。随着佩戴时间的延长，细菌在口罩上滋生，易造成二次污染。所以口罩不能长时间佩戴，需要每4个小时更换新的口罩并进行销毁。在需求量较大的情况下，容易出现口罩短缺不能及时供应的问题。一次性口罩丢弃后不能重复利用，浪费了大量的资源。
5.为了满足当今对口罩的极大需求量以及较高的抗菌性能要求，提供了一种可以重复利用、抗菌性能优良、安全无毒的新型光触发抗菌口罩。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对一次性口罩上述不足，提出一种可重复利用、主动杀菌、安全无毒，原位生长g-c3n4的新型光触发抗菌口罩及其制备方法。
7.赋予材料表面抗菌功能手段一般有两种，一是直接添加具有抗菌效果的有机物或者无机物，二是利用光催化效应在材料表面生成具有抗菌能力的超氧基团。研究表明，大部分直接具有抗菌效果的物质在大剂量使用的情况下，将会对人体健康细胞造成危害，利用ag离子过量将会导致正常细胞死亡。因此利用超氧基团来实现抗菌作用更为安全可靠。
8.g-c3n4是一种聚合物半导体，具有无毒、热稳定性和低成本的优点。在光照作用下，g-c3n4产生光生电子和空穴，光生电子和空穴又会进一步同氧气或者水作用生
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oh 活性基团，光生空穴、
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oh 均具有强氧化作用，会破坏细菌的细胞膜，导致细胞失活。但因为其低量子效率和光生电荷快速重组，催化活性有限。ag3po4被认为是一种可降解光催化剂，在污染物降解和制氢方面具有明显的光活性，但它有着不可控的光腐蚀。根据表面等离子体共振效应（spr），由于ag3po4的组成和结构特点，在ag3po4表面原位还原银纳米粒子可以提高光的利用率，这已成为一种简单的ag3po4改性方法。将ag3po4与g-c3n4耦合形
成异质结，并在原位引入ag纳米粒子以产生spr效应，形成ag/g-c3n4/ag3po4复合材料。抑制了电子-空穴对的复合，大大增强材料的光催化活性。且ag3po4在光照下分解产生的ag纳米粒子也会破坏细菌的细胞膜，使细胞失活，增强了材料的抗菌性能。由此ag/g-c3n4/ag3po4是理想的光触发抗菌材料，在抗菌持久、耐高温、不易分解、安全卫生等方面有了极大的改善，其抗菌性能优于传统抗菌剂。
9.一种原位生长g-c3n4的新型光触发抗菌口罩，其特征在于，所述的口罩由口罩本体、口罩带及鼻夹构成；所述的口罩本体由三层无纺布与一层碳纤维布构成，包括多层亲肤无纺布层、熔喷无纺布层、抗菌层和无纺布骨架层；所述的口罩本体的材质是具有一定疏水性的无纺布；所述的口罩本体形状为长为100 mm、宽为60 mm的长方形；所述的抗菌层为从靠近口腔那层开始的第三层；所述的抗菌层是在碳纤维布上原位生长g-c3n4材料后得到，有效成分的组成为ag/g-c3n4/ag3po4。
10.所述的抗菌层的制备方法，包括以下步骤：（1）将碳纤维布浸泡于0.1-0.5 m的agno3溶液中30 min-2 h，再将其浸入0.1-0.8 m的na2hpo4溶液中30 min-3 h，使碳布上负载含ag微纳米颗粒；（2）将1-10g 尿素研磨，随后装入陶瓷舟中，将负载含ag微纳米颗粒的碳纤维布用网置于陶瓷舟上方，将陶瓷舟置于管式炉中进行于500-600 ℃加热30 min-5 h，升温速度为5-15 ℃/min；（3）加热完成后，随炉冷却至室温，制得具有光触发抗菌功能的抗菌碳纤维布，将其冲洗、干燥并消毒处理作为抗菌层使用。
11.有益效果：（1）本发明所制备的新型光触发抗菌口罩在短时间光照下和长时间暗态培养下对金黄色葡萄球菌抗菌率高，抗菌效果优良，且抗菌层安全无毒，制备工艺简单，成本较低。
12.（2）本发明所述的光触发抗菌口罩的ag/g-c3n4/ag3po4复合材料在光照下可以产生
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oh活性基团杀灭细菌，同时部分ag3po4分解的微量纳米ag离子可以增强其杀菌作用，使口罩同时具备阻隔与杀灭细菌的效果。此外
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oh活性基团可以净化口水异味，长时间佩戴较为舒适,可以重复使用。
附图说明
13.图1为实施例1抗菌层在光照与暗态下的抗菌结果图（金黄色葡萄球菌）。
14.图2为实施例2抗菌层在光照下与暗态下的抗菌结果图（金黄色葡萄球菌）。
具体实施方式
15.实施例1本发明所述的一种原位生长g-c3n4的新型光触发抗菌口罩是按照以下方法制备的：（1）将无纺布裁成两张形状相同的长方形（100 mm*60 mm），再裁出一张相同的熔喷无纺布用作阻隔层和一张相同的亲肤无纺布作最内层，再裁出一张相同的多孔状碳纤维布（孔径为5 mm）作抗菌层，在上面原位生长g-c3n4，形成ag/g-c3n4/ag3po4复合材料；（2）将无纺布按照一定顺序叠放，亲肤无纺布为靠近口腔的那层（最内层），熔喷无
纺布层为从靠近口腔那层开始的第二层、抗菌层则为第三层，无纺布骨架层则为第四层即最外层。将鼻夹放在口罩本体上部中央，置于几层无纺布之间，将口罩带置于口罩两侧，通过一定工艺缝制，粘合，粘贴，固定即可得到所述的新型光触发抗菌口罩。
16.本发明所用的抗菌层是通过以下技术制备的：（1）首先用剪刀裁出一块长为100 mm、宽为60 mm、孔径为5 mm的碳纤维布备用。称取17 g agno3于500 ml的烧杯中，再用量筒量取500 ml去离子水，搅拌至完全溶解均匀。将备好的碳纤维布完全浸泡于烧杯中即在0.2 m的agno3溶液浸泡1 h，再用镊子取出。随后称取21.3 g na2hpo4溶于500 ml去离子水中（注意na2hpo4易潮解，需要尽快完成称量），再将碳纤维布浸入配好的0.3 m的na2hpo4溶液1 h，使碳布上负载含ag微纳米颗粒；（2）用天平称取4 g尿素并研磨，随后装入陶瓷舟中，将负载含ag微纳米颗粒的碳纤维布用金属网置于陶瓷舟上方，将陶瓷舟置于管式炉中500 ℃保温2 h，升温速度为5 ℃/min；（3）加热完成后，随炉冷却至室温，取出陶瓷舟，制得具有光触发抗菌功能的抗菌碳纤维布，将其用去离子水冲洗并置于烧杯中超声三遍、干燥并消毒处理作为抗菌层使用。
17.图1为实施例1抗菌层在光照与暗态下的抗菌结果图（金黄色葡萄球菌）。在光照下，阴性组纯g-c3n4有一定的杀菌效果但不显著，而抗菌层ag/g-c3n4/ag3po4的抗菌效果则大大增强。
18.实施例2本发明所述的一种原位生长g-c3n4的新型光触发抗菌口罩是按照以下方法制备的：（1）将无纺布裁成两张形状相同的长方形（100 mm*60 mm），再裁出一张相同的熔喷无纺布用作阻隔层和一张相同的亲肤无纺布作最内层，再裁出一张相同的多孔状碳纤维布（孔径为1 mm）作抗菌层，在上面原位生长g-c3n4，形成ag/g-c3n4/ag3po4复合材料；（2）将无纺布按照一定顺序叠放，亲肤无纺布为靠近口腔的那层（最内层），熔喷无纺布层为从靠近口腔那层开始的第二层、抗菌层则为第三层，无纺布骨架层则为第四层即最外层。将鼻夹放在口罩本体上部中央，置于几层无纺布之间，将口罩带置于口罩两侧，通过一定工艺缝制，粘合，粘贴，固定即可得到所述的新型光触发抗菌口罩。
19.本发明所用的抗菌层是通过以下技术制备的：（1）首先用剪刀裁出一块长为100 mm、宽为60 mm、孔径为1 mm的碳纤维布备用。称取25.5 g agno3于500 ml的烧杯中，再用量筒量取500 ml去离子水，搅拌至完全溶解均匀。将备好的碳纤维布完全浸泡于烧杯中即在0.3 m的agno3溶液浸泡30 min，再用镊子取出。随后称取7.1 g na2hpo4溶于500 ml去离子水中（注意na2hpo4易潮解，需要尽快完成称量），再将碳纤维布浸入配好的0.1 m的na2hpo4溶液2 h，使碳布上负载含ag微纳米颗粒；（2）用天平称取5 g尿素并研磨，随后装入陶瓷舟中，将负载含ag微纳米颗粒的碳纤维布用金属网置于陶瓷舟上方，将陶瓷舟置于管式炉中550 ℃保温1 h，升温速度为10 ℃/min；（3）加热完成后，随炉冷却至室温，取出陶瓷舟，制得具有光触发抗菌功能的抗菌碳纤维布，将其用去离子水冲洗并置于烧杯中超声三遍、干燥并消毒处理作为抗菌层使用。
20.图2为实施例2抗菌层在光照与暗态下的抗菌结果图（金黄色葡萄球菌）。同样在光
照下，阴性组纯g-c3n4有一定的杀菌效果但不显著，而抗菌层ag/g-c3n4/ag3po4的抗菌效果大大增强。
21.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。