一种透气抗菌纳米复合纤维材料及其制备方法和用途

1.本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种透气抗菌纳米复合纤维材料及其制备方法和用途。

背景技术：

2.棉纤维是一种生活中常用的材料，由于其自身的表面积大、吸湿性好等特点，十分容易附着细菌。这不仅影响棉纤维的使用性能，同时危害着使用者的健康。如果能够制备一种具有抗菌性能的棉纤维，对于扩展棉纤维的应用有重要意义。
3.mxenes是一种新型的二维材料，是二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物。mxenes主要通过hf酸或盐酸和氟化物的混合溶液将max相中结合较弱的a位元素（如al原子）抽出而得到。其中，碳化钛(ti3c2t
x
) mxene纳米片是其中的一种。mxenes具有高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调、最小纳米层厚可控等优势，已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。mxenes二维材料在纺织领域和抗菌领域也有文献报道。如公开号为cn112941899a的专利申请公开了一种mxenes-agnps协同的抗菌棉织物。
4.但是，mxenes是一种不稳定的材料，其容易氧化失效，特别是在水氧环境中很不稳定，这严重影响了其使用寿命和改性棉织物洗涤后的抗菌效果。如何采用一种简单的方法改善mxenes的稳定性，提供mxenes改性棉织物抗菌性能，需要进一步研究。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种透气抗菌纳米复合纤维材料及其制备方法和用途。
6.本发明提供了一种透气抗菌纳米复合纤维材料，它是将改性mxenes复合材料分散在溶剂中，配制成浸泡液，将棉织品浸泡在浸泡液中，然后干燥，即得；所述改性mxenes复合材料是表面连接单宁酸的mxenes。
7.进一步地，所述浸泡液中改性mxenes复合材料的浓度为0.1%；和/或，所述溶剂为pbs缓冲液；和/或，所述将棉织品浸泡在浸泡液中然后干燥这一步骤重复10次。
8.进一步地，所述棉织品为棉纤维；和/或，所述浸泡的温度为25℃；和/或，所述浸泡的时间为10min；和/或，所述干燥的温度为50℃；和/或，所述干燥的时间为15min。
9.本发明中，棉纤维中纤维素占比不低于50%。
10.进一步地，所述改性mxenes复合材料由包括如下重量配比的原料制备而成：单宁
酸10-20份、mxenes纳米片1份。
11.进一步地，所述mxenes纳米片为碳化钛mxenes纳米片。
12.进一步地，所述改性mxenes复合材料的表面还通过离子键固定银离子。
13.进一步地，所述制备改性mxenes复合材料时还包括如下重量配比的原料：银离子0.33份。
14.进一步地，所述改性mxenes复合材料的制备方法包括如下步骤：单宁酸和mxenes纳米片在溶剂中混合均匀后，反应，离心清洗，将沉淀干燥，即得；所述溶剂为去离子水；和/或，所述反应前调节ph值至8.5；和/或，所述反应在惰性气体中反应；和/或，所述反应在避光条件下反应；和/或，所述反应温度为25℃；和/或，所述反应时间为6h；和/或，所述反应后直接离心清洗或加入含银离子的化合物继续反应后再离心清洗；和/或，所述离心清洗至ph值为6.5。
15.进一步地，所述反应前使用三羟甲基氨基甲烷调节ph值；和/或，所述加入含银离子的化合物继续反应的温度为25℃，时间为1h。
16.本发明还提供了一种前述的透气抗菌纳米复合纤维材料的制备方法，它包括如下步骤：将改性mxenes复合材料分散在溶剂中，配制成浸泡液，将棉织品浸泡在浸泡液中，然后干燥，即得；所述改性mxenes复合材料是表面连接单宁酸的mxenes。
17.本发明还提供了前述的透气抗菌纳米复合纤维材料在制备抗菌材料中的用途。
18.本发明提供了一种透气抗菌纳米复合纤维材料，该复合纤维材料抗菌性能优异，且稳定性好。可克服mxenes材料容易氧化，在水氧环境中不稳定的缺陷，延长抗菌材料的使用寿命，在医用、民用材料等领域均具有良好的应用情景。
19.显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
20.以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
21.图1为常温存放31天后浸泡液的分散情况结果图。
22.图2为常温存放14天后浸泡液的xps数据结果图：其中，图a为mxene存放14天的xps数据结果图；图b为ta/mxene存放14天的xps数据结果图。
具体实施方式
23.本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
24.本发明使用的mxene纳米片按照文献《flexible anti-biofouling mxene/cellulose fibrous membrane for sustainable solar-driven water purification》（xiang-jun zha等，acs appl. mater. interfaces 2019, 11, 36589
−
36597）所述方法制备，具体制备方法包括如下步骤：将1g lif溶解在20ml浓度为9m的hcl溶液中，磁力搅拌5min，得到lif/hcl溶液。然后将1g ti3alc2粉末缓慢加入lif/hcl溶液中，将混合物在磁力搅拌下于35℃反应24 h，得到稳定的悬浮液。用去离子水反复洗涤所得的ti3c2t
x
悬浮液，洗涤后以3500 rpm的转速离心5分钟，直至ph值》 5。然后在60
ꢀ°
c下真空干燥过夜，得到ti3c2t
x
粉末（mxene少层纳米片）。
25.实施例1、本发明透气抗菌纳米复合纤维材料的制备本发明透气抗菌纳米复合纤维材料的制备方法具体包括如下步骤：称取30g的单宁酸（ta）、3g的mxene纳米片、67g的去离子水，加入带有氮气阀的三颈烧瓶中，充入氮气并做好避光处理后，进行冰水浴超声30min，使mxene纳米片混合均匀。然后，加入三羟甲基氨基甲烷（tris）调整ph值至8.5，在避光条件下室温（25℃）持续搅拌6h，将得到的混合溶液在12000rpm条件下使用去离子水离心清洗，直至上层清液ph值在6.5左右，取下层离心物冻干，即得到ta/mxene材料。
26.取0.5g ta/mxene材料加入500ml pbs缓冲液中，在冰水浴中超声分散30min，得到浸泡液。将棉纤维在上述浸泡液中反复浸泡、干燥，共浸泡、干燥10次，得到复合纤维材料。浸泡时温度为25℃，时间为10min；干燥时温度为50℃，时间为15min。
27.实施例2、本发明透气抗菌纳米复合纤维材料的制备称取30g的单宁酸、1.5g的mxene纳米片、67g的去离子水，加入带有氮气阀的三颈烧瓶中，充入氮气并做好避光处理后，进行冰水浴超声30min，使mxene纳米片混合均匀。然后，加入三羟甲基氨基甲烷（tris）调整ph值至8.5，在避光条件下室温（25℃）持续搅拌6h，再加入0.5g硝酸银继续搅拌1h，将得到的混合溶液在12000rpm条件下使用去离子水离心清洗，直至上层清液ph值在6.5左右，取下层离心物冻干，即得到ta/mxene材料。
28.取0.5g ta/mxene材料加入500ml pbs缓冲液中，在冰水浴中超声分散30min，得到浸泡液。将棉纤维在上述浸泡液中反复浸泡、干燥，共浸泡、干燥10次，得到复合纤维材料。浸泡时温度为25℃，时间为10min；干燥时温度为50℃，时间为15min。
29.对比例1、去离子水浸泡的棉纤维将棉纤维在去离子水中反复浸泡、干燥，共浸泡、干燥10次，即得。浸泡时温度为25℃，时间为10min；干燥时温度为50℃，时间为15min。
30.对比例2、其他透气抗菌纳米复合纤维材料的制备称取3g的mxene纳米片、97g的去离子水，加入带有氮气阀的三颈烧瓶中，充入氮气并做好避光处理后，进行冰水浴超声30min，使mxene纳米片混合均匀，即得到mxene浸泡液。
31.将棉纤维在上述浸泡液中反复浸泡、干燥，共浸泡、干燥10次，得到复合纤维材料。浸泡时温度为25℃，时间为10min；干燥时温度为50℃，时间为15min。
32.对比例3、单宁酸浸泡的棉纤维
称取5g单宁酸、95g的去离子水，加入带有氮气阀的三颈烧瓶中，充入氮气并做好避光处理后，进行冰水浴超声30min，得到单宁酸浸泡液。
33.将棉纤维在上述浸泡液中反复浸泡、干燥，共浸泡、干燥10次，得到复合纤维材料。浸泡时温度为25℃，时间为10min；干燥时温度为50℃，时间为15min。
34.以下通过具体试验例证明本发明的有益效果。
35.试验例1、本发明透气抗菌纳米复合纤维材料的抗菌性能研究1、实验方法评估实施例1~2以及对比例1~4制备的棉纤维样品的抗菌性能，具体方法如下：37
°
c下在luria-bertani肉汤（lb）培养基中过夜培养大肠杆菌和金黄葡萄球菌。培养后，在转速5000 rad min-1
下离心分离细菌5 min，然后用pbs缓冲溶液重复冲洗细菌3次以除去残留的大分子和其他生长培养基成分。再用pbs缓冲液将细菌稀释至细菌浓度约为107个菌落形成单元（cfu）ml-1
的菌液。接着，将各组棉纤维样品（1 cm2）放入大肠杆菌和金黄葡萄球菌的菌液中（10
7 cfu ml
−1），棉纤维样品在菌液中悬浮，并在37
°
c下以110rpm恒定振荡孵育24小时。其中对比例1的细菌作为阴性对照。
36.孵育后，取100μl菌液铺展在营养琼脂平板上，在37
°
c孵育12小时，分析细菌活力。实验采用三重复方法，取平均值作为最后的结果。使用以下公式计算抗菌活性：其中，nc为对比例1棉纤维培养后的菌落数，nm为各组棉纤维样品培养后的菌落数。
37.2、实验结果各组棉纤维样品的抑菌率如表1所示。
38.表1.各组棉纤维样品的抑菌率表1的结果可以看出：本发明制备的复合纤维材料具有优异的抗菌性能。同时，根据对比例2可以看到mxene纳米片本身的抗菌性能在14天后有明显降低，而本技术制备的抗菌材料28天的抗菌性能都比较稳定，说明本发明制备的复合纤维材料具有良好的稳定性。
39.试验例2、本发明透气抗菌纳米复合纤维材料的抗氧化性能研究将实施例1（ta/mxene）和对比例2（mxene）中制备的浸泡液常温存放31天后，观察浸泡液的分散情况。并在常温存放14天时，各取5ml浸泡液冷冻干燥后的样品进行x射线光电子散射测试，得到ti的特征峰。
40.存放31天后，各浸泡液如图1所示，mxene浸泡液出现严重分层，而ta/mxene浸泡液仍具有良好的均一性，未出现分层，说明ta/mxene浸泡液更稳定。
41.存放14天后，x射线光电子散射数据如图2所示，可以看到，存放14天后，ta修饰的
mxene材料的ti氧化峰被显著抑制，说明ta/mxene抗氧化性能更好。
42.上述结果说明本发明纳米复合纤维材料抗氧化性得到显著提高，稳定性良好。
43.综上，本发明提供了一种透气抗菌纳米复合纤维材料，该复合纤维材料抗菌性能优异，且稳定性好。可克服mxenes材料容易氧化，在水氧环境中不稳定的缺陷，延长抗菌材料的使用寿命，在医用、民用材料等领域均具有良好的应用情景。

技术特征：

1.一种透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：它是将改性mxenes复合材料分散在溶剂中，配制成浸泡液，将棉织品浸泡在浸泡液中，然后干燥，即得；所述改性mxenes复合材料是表面连接单宁酸的mxenes。2.根据权利要求1所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述浸泡液中改性mxenes复合材料的浓度为0.1%；和/或，所述溶剂为pbs缓冲液；和/或，所述将棉织品浸泡在浸泡液中然后干燥这一步骤重复10次。3.根据权利要求2所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述棉织品为棉纤维；和/或，所述浸泡的温度为25℃；和/或，所述浸泡的时间为10min；和/或，所述干燥的温度为50℃；和/或，所述干燥的时间为15min。4.根据权利要求1所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述改性mxenes复合材料由包括如下重量配比的原料制备而成：单宁酸10-20份、mxenes纳米片1份。5.根据权利要求4所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述mxenes纳米片为碳化钛mxenes纳米片。6.根据权利要求1所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述改性mxenes复合材料的表面还通过离子键固定银离子。7.根据权利要求6所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述制备改性mxenes复合材料时还包括如下重量配比的原料：银离子0.33份。8.根据权利要求1~7任一项所述的透气抗菌纳米复合纤维材料，其特征在于：所述改性mxenes复合材料的制备方法包括如下步骤：单宁酸和mxenes纳米片在溶剂中混合均匀后，反应，离心清洗，将沉淀干燥，即得；所述溶剂为去离子水；和/或，所述反应前调节ph值至8.5；和/或，所述反应在惰性气体中反应；和/或，所述反应在避光条件下反应；和/或，所述反应温度为25℃；和/或，所述反应时间为6h；和/或，所述反应后直接离心清洗或加入含银离子的化合物继续反应后再离心清洗；和/或，所述离心清洗至ph值为6.5。9.一种权利要求1~8任一项所述的透气抗菌纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：将改性mxenes复合材料分散在溶剂中，配制成浸泡液，将棉织品浸泡在浸泡液中，然后干燥，即得；所述改性mxenes复合材料是表面连接单宁酸的mxenes。10.权利要求1~8任一项所述的透气抗菌纳米复合纤维材料在制备抗菌材料中的用途。

技术总结

本发明提供了一种透气抗菌纳米复合纤维材料及其制备方法和用途，属于功能材料技术领域。本发明提供了一种透气抗菌纳米复合纤维材料，它是将改性MXenes复合材料分散在溶剂中，配制成浸泡液，将棉织品浸泡在浸泡液中，然后干燥，即得；所述改性MXenes复合材料是表面连接单宁酸的MXenes。本发明复合纤维材料抗菌性能优异，且稳定性好。可克服MXenes材料容易氧化，在水氧环境中不稳定的缺陷，延长抗菌材料的使用寿命，在医用、民用材料等领域均具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。