铜网表面镀Cu加CeO2的抗菌过滤金属材料及制备和应用

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1、说明书摘要本发明涉及过滤网材料的制备技术，具体为一种具有优良抗菌性能的（Cu+CeO）/Cu复合网状抗菌过滤金属材料及制备方法和应用，解决细菌孳生和2人体铜摄入不足等问题，可应用于食品、饮料、酒类等气体或液体生产过滤装置以及空调中的过滤网。本发明以泡沫海绵为基底材料，负载金属（Cu+CeO）/Cu2形成高孔率网状抗菌过滤金属材料。其制备方法：经过导电化处理的基底材料，进行电镀 Cu 抗菌镀层，当铜镀膜达到所需要的厚度时，在真空炉或有氩气保护的炉子中进行热处理，形成金属铜网，最后在金属铜网表面镀（Cu+CeO），即可2得到制好的负载金属（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料，其孔隙率为

2、285%-96%，孔径根据实际需求在 350微米-500微米范围内可调。1权利要求书1. 一种铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料，其特征在于：该金属材料为在泡沫海绵基底材料上镀金属铜膜获得的金属铜网表面镀Cu加 CeO2 的复合网状结构，铜膜的厚度为 20微米-50微米，Cu 加 CeO2 的厚度为 2 微米-3 微米，复合网状结构的孔隙率为 85%-96%，孔径在 350微米-500微米范围内可调。2. 按照权利要求 1 所述的铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料的制备方法，其特征在于，以泡沫海绵为基底材料，负载金属（Cu+CeO）/Cu 形成复2合网状抗菌过滤金属

3、材料，具体步骤如下：（1）基底材料的导电化处理；（2）在基底材料上镀金属铜膜；（3）热处理，将镀好的材料在 700-850的氩气保护气氛中进行热处理 1-4 小时，以去除网架中的有机泡沫，形成金属铜网；（4）在热处理后的金属铜网表面镀 Cu 加 CeO，得到负载金属（Cu+CeO）22/Cu 的复合网状抗菌过滤金属材料，该复合网状抗菌过滤金属材料由金属铜网及金属 Cu 加 CeO2 镀膜组成。3. 按照权利要求 2 所述的铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料的制备方法，其特征在于：所述的导电化处理是通过离子溅射镀膜法在泡沫海绵材料表面沉积 2-3 微米的铜膜，使泡沫海绵材料获得导电

4、性即可。4. 按照权利要求 2 所述的铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料的制备方法，其特征在于：所述的镀膜采用常规的电镀方法进行电镀铜；在加入 CeO2微粉 8-10g/L并配有机械搅拌的电镀铜溶液中，沉积Cu 加 CeO2 镀膜。5. 按照权利要求 1所述的铜网表面镀Cu加 CeO2 的抗菌过滤金属材料的应用，其特征在于: 该复合网状抗菌过滤金属材料应用于食品、饮料、酒类的气体或液体生产过滤装置；或者，应用于空调中的过滤网。1说明书铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料及制备和应用技术领域：本发明涉及过滤网材料的制备技术，具体为一种具有优良抗菌性能的（Cu+CeO2）

5、/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料及其制备方法和应用，即：铜网表面镀（Cu+CeO）的复合网状抗菌过滤金属材料及其制备方法和应用可，应用于食品、2饮料、酒类等气体或液体生产过滤装置以及空调中的过滤网。背景技术：二十一世纪全球的主题是“健康与环境”，每个人的生命与健康，60%掌握在自己手中。也就是说，除去遗传学等无法改变的因素外，个体所处的环境对生命与健康起着重要的作用文献 1：金宗哲，无机抗菌材料及应用，北京：化学工业出版社 2004 年 8 月。空气、衣物和家具表面的杀菌和消毒是一个必要的手段，但是由于人们日常使用的消毒剂只能产生短期效应，且其中含有有害人体健康的化学成分，通过表面接触和抗菌剂

6、的气化等途径有害健康。因此，出现了新一代的抗菌材料，能在材料表面长时间抗菌，但对人体是无害无毒的无机抗菌材料文献 2：许莹，河北理工学院学报，2001，23（4）：77；文献 3：孙剑，乔学亮，陈建国，材料导报，2007，21（）：344。目前，国内外商品化的无机抗菌材料多选用 Ag+、Cu2+和 Zn2+作为抗菌离子。其中，Ag+的抗菌效果最好，但价格也最高，且银离子在见光、受热条件下易变色。此外，Ag+易与水介质中的 Cl-、HS-和 S2-等发生反应，形成不溶于水的沉淀，从而失去抗菌活性文献 4：张彬，唐晓宁，张皓东，化工新型材料，2007，35（2）：73；文献 5：T. N. Kim

7、 , Q. L. Feng , J. O. Kim , J. Wu, Hang,.W G. C. Chen, F. Z. Cui,Journal of Materials Science : Materials in Medicine, 1998,9:129。稀土元素具有独特的电子结构和性质，人们形象地将稀土元素称为现代工业的“味精”，已在冶金、石油化工、医药卫生等 40 多个行业得到应用。我国拥有丰富的稀土资源，发展稀土产品具有得天独厚的条件文献 6：慕康国等, 中国稀土学报, 2003, 21（1）: 1。目前人们在饮食中对铜元素的摄取普遍不足，与实际生理需求相差一半左右。1当然，摄入量过

8、多，对身体健康也会带来副作用，每天摄入2 毫克的铜就足以满足生理需要。由以上叙述可知，正常含量的铜对人体是无毒的，甚至是必须的，在抗菌材料中使用铜不会对人体及环境产生危害。同样，在抗菌材料中含有少量稀土元素也不会对人体产生危害文献 7：高锦章，龙全江，杨韬，西北师范大学学报，2002，138（1）：108。发明内容：本发明的目的在于提供一种具有优良抗菌性能的 Cu+CeO/Cu 复合网状抗菌2过滤金属材料及其制备方法和应用，解决细菌孳生和人体铜摄入不足等问题。本发明的技术方案是：一种铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料，该金属材料为在泡沫海绵基底材料上镀金属铜膜获得的金属铜网表面镀

9、金属Cu 加 CeO2 的复合网状结构，铜膜的厚度为 20微米-50微米，Cu 加 CeO2 膜的厚度为 2 微米-3 微米，复合网状结构的孔隙率为 85%-96%，孔径在 350微米-500微米范围内可调。所述的铜网表面镀Cu 加 CeO2 的抗菌过滤金属材料的制备方法，以泡沫海绵为基底材料，负载金属（Cu+CeO）/Cu 形成复合网状抗菌过滤金属材料，具体2步骤如下：（1）基底材料的导电化处理；（2）在基底材料上镀金属铜膜；（3）热处理，将镀好的材料在 700-850的氩气保护气氛中进行热处理 1-4 小时，以去除网架中的有机泡沫成份，形成金属铜网；（4）在热处理后的金属铜网表面镀金属 C

10、u 加 CeO2 膜，Cu 加 CeO2 镀膜是在加入 CeO2 微粉（8-10g/L）并配有机械搅拌的电镀铜溶液中沉积的，得到负载金属（Cu+CeO）/Cu 的复合网状抗菌过滤金属材料，该复合网状抗菌过滤金属2材料由金属铜网及金属 Cu 加 CeO2 镀膜组成。所述的导电化处理是通过离子溅射镀膜法在泡沫海绵材料表面沉积 2-3 微米的铜膜，使泡沫海绵材料获得导电性即可。本发明复合网状抗菌过滤金属材料可应用于食品、饮料、酒类的气体或液体生产过滤装置，或者应用于空调中的过滤网。本发明的优点及有益效果是：21、本发明利用金属 Cu、Ce元素独特的生物无机化学性能（即抗菌性和无毒性），将 Cu 沉积

11、于泡沫海绵材料上，在有氩气保护的高温条件下使泡沫海绵材料分解，形成金属 Cu 网状骨架材料，再在其表面上沉积 Cu 加 CeO2，从而成为具有耐高温及防火性质的（Cu+CeO）/Cu 抗菌过滤材料。22、本发明复合网状抗菌过滤金属材料制备方法简单易行、成本较低。本发明以泡沫海绵为基底材料，负载金属（Cu+CeO2）/Cu 高孔率网状抗菌过滤金属材料，该复合网状抗菌过滤金属材料由金属铜网及金属 Cu加 CeO2 镀膜组成，最后的复合网状抗菌过滤金属材料仅有金属骨架存在，使之能有防火及耐高温的性能。3、采用本发明制备的复合网状抗菌过滤金属材料，具有高孔率的特点，其孔隙率可达 85-96%，孔径可在

12、 350微米-500微米范围内根据需要进行调整，这种结构的优点主要有：（1）比表面积大，这样可以极大程度地吸附并杀灭各种菌类；（2）孔与孔之间相互贯通，孔径比较均匀，通孔不易被较小的夹杂物堵塞；（3）比重轻；（4）耐久性能好，经过一段时间使用后的网状材料通过适当方法清洗之后可继续使用并保持良好的杀灭菌作用；（5）通过添加 CeO2 微粉可以提高材料的耐腐蚀性能、适当减缓 Cu2+离子的释放速度。附图说明：图 1 本发明（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料的宏观照片。2图 2 本发明（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料的表面微观形貌。2图 3 本发明抑菌环试验结果。其中，

13、（a）金黄色葡萄球菌；（b）大肠杆菌。具体实施方式：实施例 1通过离子溅射镀膜法在泡沫海绵材料（孔径约为550微米）表面沉积 3 微米的铜膜，使泡沫海绵材料获得导电性。在如表1 所示的成分配比及工艺参数条件下，对导电处理后的泡沫海绵材料进行电镀铜膜，当电镀材料的膜厚大约为 20 m 时，从电镀溶液中取出，水洗后晾干，在氩气保护下加热到 800保持 3 小时，降至室温后取出，去除网架中的泡沫海绵，形成金属铜网；3表 1 电镀 Cu 溶液配方及工艺参数组分及工艺参数含量(g/L)或参数组分及参数含量(g/L)或参数焦磷酸铜(CupH 值2P2O7)50 1007.5 9.2焦磷酸钾(K4 2 72

14、200400温度/2560PO .3HO)酒石酸钾钠1030电压/V1224(KNaC4H4O6.4H2O)氨三乙酸N(CH2电流密度3COOH) 12 25/Adm-20.5 2.0硝酸钾(KNO3)10 30最后，在已经制备好的金属铜网表面上沉积 3 微米厚的 Cu 加 CeO2 膜，从而得到负载金属（Cu+CeO）/Cu 的复合网状抗菌过滤金属材料。其镀液成分和工2艺参数基本与表 1 所示的镀铜溶液相同，只是在该溶液中加入了 8-10g/L的 CeO2微粉并配置了机械搅拌；本发明中，CeO2 微粉的直径在 0.8微米-3 微米范围内。该复合网状抗菌过滤金属材料由金属铜网及金属Cu 加 C

15、eO2 镀膜组成，本实施例复合网状结构的孔隙率为 96%，孔径约为 500微米，表面膜中 Ce 的含量为 1.1at%（见表 2）。图 1 所示为（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料宏观照片，2由图 1 可见，网状材料的微孔直径在三个方向上都比较均匀且孔与孔之间相互连通。图 2 所示为（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料的表面微观形貌，2由图 2 可以观察到，在 Cu 加 CeO2 膜中，铜膜为基，CeO2 颗粒在铜膜中是随机分布的，其表面形状为：长约 2 微米、宽约为 1 微米的矩形。本发明中，（Cu+CeO）/Cu 的含义是：以铜网为基体，在铜网表面镀 Cu 加2C

16、eO2 膜。表 2（Cu+CeO2）/Cu的复合网状材料的表面 Cu 加 CeO2 膜成分含量at%元素O5.85Ce1.10Cu93.054本发明对制备好的材料进行抗菌性能测试，具体测试方法如下：1 实验菌种选择采用大肠埃希氏菌（E. coli）ATCC 8099，金黄色葡萄球菌（S.aureus）ATCC 6538和白色念珠菌（C. albicans）ATCC 10231等测试了材料的抗菌性能。2 抗菌实验(1) 菌种活化将斜面保藏菌转接到平板营养琼脂培养基上，在（371）下培养 24h，每天转接 1 次，不超过 2 周。试验时采用连续转接 3 次后的新鲜细菌培养物。(2) ) 实验样品实

17、验样品为，a：对照样品：不具备抗菌成分的海绵，尺寸大小为20mm；b：（Cu+CeO）/Cu 网状抗菌材料样品：尺寸大小分别 20mm 和 26.6mm 两2种。对照样品采用酒精消毒，并用紫外线消毒灯灭菌 30 分钟。网状抗菌材料样品在 160条件下干热灭菌 2h。吸取 5ml 无菌水加入到无菌培养皿中，用灭菌镊子夹起两片无菌载玻片，放入培养皿中，水面不超过上面的载玻片。用镊子夹样品放到载玻片上，再在样品上点 0.2ml 合适浓度的试验用菌液，使菌液与样品均匀接触。培养皿用封口膜封口。在（371）条件下培养。按同样方法将菌液加到对照样品上。每种样品均做 3 个平行。待菌液与样品作用到规定时间后

18、，从培养箱中取出培养皿，在每个培养皿中分别加入 45ml 洗脱液，反复洗对照样品、抗菌材料样品，将洗脱液充分摇匀，进行梯度稀释，选取合适浓度的稀释液涂布于营养琼脂平板培养基（NA）中，在（371）下培养 24 小时后进行活菌计数，按 GB 4789.2食品卫生微生物学检验菌落总数测定的方法测定活菌数。为确保抗菌试验测定数据得可靠性，以上试验重复三次。抗菌实验结果见表 3、4。杀菌率的计算公式为：对照材料活菌数抗菌 材料活菌数杀菌率(%)100对照材料活菌数上述公式中的活菌数均为抗菌实验后的活菌数。5另外，选用初始活菌数为 1.0106 cfu/ml 的金黄色葡萄球菌 ATCC6538作为试验菌

19、种，对网状 Cu 和网状（Cu+CeO）/Cu 两种材料的抗菌性能进行了对比试2验；还用抑菌环试验法评价了（Cu+CeO）/Cu 复合网状材料对大肠埃希氏菌 ATCC28099和金黄色葡萄球菌 ATCC 6538的抗菌性能。表 3 网状（Cu+CeO2）/Cu 抗菌材料的杀菌速率菌落数 (cfu/ml)菌种020 分40 分60 分大肠杆菌3.75 10627.5130葡萄球菌1.0 106212290白念珠菌3.75 106158038514表 4 网状 Cu 和网状（Cu+CeO）/Cu 的抗菌性能对比试验结果2试验菌种：金黄色葡萄球菌,初始活菌总数：1.0 106(cfu/ml)菌落数

20、(cfu/ml)材料20 分40 分60 分Cu+CeO227.5130Cu730由表 3 可以看出，（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌过滤金属材料对于大肠杆菌、2金黄葡萄球菌和白念珠菌这三种具有代表性的菌类都具有优良的抗菌性能。其中对大肠杆菌的抗菌效果最好，作用时间 20 分钟、40 分钟和 60 分钟后其抗菌率分别达到了 98.2%、99.1%和 100%，而对白色念珠菌的抗菌效果相对较差，作用 60 分钟后仍有 14 cfu/ml菌落数存活。由表 4 可以看出，与菌液作用 60 分钟后两种材料的抗菌率均为 100%，与菌液作用 20 分钟和 40分钟后网状（Cu+CeO）/Cu 的菌落

21、数各是 27.5 cfu/ml和 1326cfu/ml，分别比网状 Cu 高出 20.5cfu/ml和 10cfu/ml。这些数据说明，通过在网状Cu 材料中添加 CeO2 微粉其抗菌性能没有产生太大变化，只是略微减缓 Cu2+离子的溶出速度，这在需要控制 Cu2+离子的溶出速度的情况下是有益的。图 3 所示为抑菌环试验结果，从图 3（a）可以看出，在对葡萄球菌的试验中海绵对照样品（白色）没有抑菌环出现，而高孔率网状（Cu+CeO）/Cu 抗菌材2料周围则产生了一个内径为 20mm、外经为 36.2mm的抑菌环；如图 3（b）所示，对于大肠杆菌则产生了一个内径为 26.6mm、外经为 39.7

22、mm的抑菌环，呈现了良好的抗菌性能。实施例 2与实施例 1 不同之处在于：通过离子溅射镀膜法在泡沫海绵材料（孔径约为450微米）表面沉积 2 微米的铜膜，使泡沫海绵材料获得导电性。在如表1 所示的成分配比及工艺参数条件下，对导电处理后的泡沫海绵材料进行电镀铜膜，当电镀材料的膜厚大约为 50 m 时，从电镀溶液中取出，水洗后晾干，在氩气保护下加热到 850保持 1 小时，降至室温后取出，去除网架中的泡沫海绵，形成金属铜网；最后，在已经制备好的金属铜网表面上沉积2.5微米厚的 Cu加 CeO 膜，从而得到负载金属（Cu+CeO）22/Cu 的复合网状抗菌过滤金属材料。该复合网状抗菌过滤金属材料由金

23、属铜网及金属 Cu 加 CeO2 镀膜组成，本实施例复合网状结构的孔隙率为 85%，孔径约为350微米。本实施例对制备好的材料进行抗菌性能测试，（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌2过滤金属材料对于大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色念珠菌这三种具有代表性的菌类都具有优良的抗菌性能。实施例 3与实施例 1 不同之处在于：通过离子溅射镀膜法在泡沫海绵材料（孔径约为 450 微米）表面沉积 2.5 微米的铜膜，使泡沫海绵材料获得导电性。在如表1 所示的成分配比及工艺参数条件下，对导电处理后的泡沫海绵材料进行电镀铜膜，当电镀材料的膜厚大约为 23m 时，从电镀溶液中取出，水洗后晾干，在氩气保护下加热到700

24、保持 4 小时，降至室温后取出，去除网架中的泡沫海绵，形成金属铜网；最后，在已经制7备好的金属铜网表面上沉积 2 微米厚的 Cu 加 CeO2 膜，从而得到负载金属（Cu+CeO）/Cu 的复合网状抗菌过滤金属材料。该复合网状抗菌过滤金属材料2由金属铜网及金属Cu加 CeO2镀膜组成，本实施例复合网状结构的孔隙率为90%，孔径约为 400微米。本实施例对制备好的材料进行抗菌性能测试，（Cu+CeO）/Cu 复合网状抗菌2过滤金属材料对于大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色念珠菌这三种具有代表性的菌类都具有优良的抗菌性能。实验结果表明，本发明复合网状抗菌过滤金属材料应用于食品、饮料、酒类的气体或液体生产过滤装置；或者，应用于空调中的过滤网。8说明书附图图 1CeO2图 2（a）（b）图 31