超氧化物生成组合物的制备方法及通过该方法制备的超氧化物生成组合物

摘要

本发明涉及超氧化物生成组合物的制备方法及通过该方法制备的超氧化生成组合物，具体地，将固定有钙化合物的壳涂覆到固定有生成超氧化物的化合物的核表面，由所述核生成的超氧化物通过固定有钙化合物的壳，从而延长超氧化物的半衰期而延迟超氧化物的消减，无需光照射或等离子也能自动地生成超氧化物的超氧化物生成组合物的制备方法及通过该方法制备的超氧化物生成组合物。

说明书

技术领域

本发明涉及延长超氧化物的半衰期而延迟超氧化物的消减，无需光照射 或等离子也能自动地生成超氧化物的超氧化物生成组合物的制备方法及通 过该方法制备的超氧化物生成组合物。

背景技术

通常超氧化物(superoxide)是活性氧簇中的一种，在空气净化和水质 净化中广泛使用。

生成如上所述的超氧化物的方法有利用电的等离子法、光催化反应 (photo-Fenton、nitrate/nitrite photolysis)等，作为所述光催化反应中的生成 超氧化物的化合物被大家最熟悉的有二氧化钛(TiO₂)。即，在光催化反应 中，通过照射紫外线生成超氧化物和羟自由基，这种方法广泛用于空气净化 器等中。

作为相关现有技术，韩国专利公开公报第10-2008-0019911号“空气净 化器”、韩国专利授权公报第10-0472751号“具有介质阻挡结构的混合一体 型有害气体净化装置”、韩国专利授权公报第10-0510833号“空气净化用等 离子发生装置”、韩国专利授权公报第10-0543529号“空气净化系统及净化 方法”中公开了为提高有害气体处理效率而导入光催化(二氧化钛TiO₂、二 氧化锡SnO₂等半导体物质)或催化物质(Pt、Pd、Rh等贵金属，CrOx、CuOx 等过渡金属氧化物，沸石)的技术。

但是所述这些现有技术仅通过光照射或等离子生成超氧化物，其生成量 微少，在利用这些超氧化物使其产品化的方面需要具备单独的光照射或等离 子发生装置，因此具有效率不好的问题。

发明内容

发明目的

本发明为了解决所述问题而提出，提供一种将固定有钙化合物的壳涂覆 到固定有超氧化物生成化合物的核表面，从所述核生成的超氧化物通过固定 有钙化合物的壳，延长超氧化物的半衰期，从而延迟了超氧化物的消减，同 时在无需光照射或等离子时也能够自动生成超氧化物的超氧化物生成组合 物的制备方法及由该方法制备的超氧化物生成组合物。

技术方案

为了解决所述问题，本发明提供一种超氧化物生成组合物的制备方法， 其特征在于，该方法包括：在第一二氧化硅前体表面固定超氧化物生成化合 物的核形成步骤S100；及将在第二二氧化硅前体表面固定钙化合物的壳固 定到所述核的外面的壳形成步骤S200。

根据本发明另一方面，还提供具有在核表面涂覆壳而成的结构，核表面 固定了超氧化物生成化合物，包覆所述核的壳的表面固定钙化合物的超氧化 物生成组合物。

其中，所述步骤S100包括：

相对于100重量份蒸馏水，混合30-40重量份的第一二氧化硅前体进行 分散的步骤S110；

单独地，相对于100重量份蒸馏水，溶解5-10重量份的超氧化物生成 化合物的步骤S120；及

相对于100重量份所述步骤S110的分散有第一二氧化硅前体的分散液， 投入10-30重量份的所述步骤S120的溶解有超氧化物生成化合物的水溶液 进行分散的步骤S130。

此外，所述步骤S200包括：

相对于100重量份的蒸馏水，溶解5-10重量份的钙化合物的步骤S210；

相对于100重量份所述步骤S100的核，投入1-5重量份的所述步骤S210 的水溶液进行分散的步骤S220；及

相对于100重量份所述步骤S220的分散液，投入120-150重量份的第 二二氧化硅前体反应而进行凝胶化的步骤S230。

此外，所述步骤S200进一步包括：

将经过所述步骤S230凝胶化的化合物进行过滤，然后将得到的晶体在 110-130℃下塑性、干燥5-15小时的步骤S240。

其中，所述第一二氧化硅前体是二氧化硅溶胶，在20-40重量％的0.2-1.0 粒子尺寸的粉末二氧化硅(SiO₂)中加入60-80重量％的水混合而成。

此外，所述超氧化物生成化合物使用选自硝酸银(AgNO₃)、氯化金 (AuCl₃、HAuCl₄)或氯化铂金(PtCl₄)中的1种或2种以上。

此外，所述钙化合物使用氧化钙或氢氧化钙中的1种或2种以上。

此外，所述第二二氧化硅前体使用选自四乙氧基正硅酸盐(TEOS)、甲 基甲氧基硅烷(MTMS)、四甲氧基正硅酸盐(TMOS)、四丙氧基正硅酸盐 (TPOS)、四丁氧基正硅酸盐(TBOS)、四戊氧基正硅酸盐(TPEOS)、四 甲基乙基酮肟硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷(VOS)、苯基三丁酮肟基硅烷 (POS)、甲基三丁酮肟基硅烷(MOS)中的1种或2种以上。

有益效果

本发明具有延长超氧化物的半衰期，从而延迟超氧化物的消减，同时无 需光照射或等离子也能够自动生成超氧化物的效果。

附图说明

图1是根据本发明一种实施例的抗菌组合物的制备方法流程图。

图2是根据本发明一种实施例的抗菌组合物的结构的简略示意图。

图3和图4是根据本发明一种实施例的抗菌组合物的超氧化物产生量的 图谱。

具体实施方式

为了得到上述效果，本发明涉及超氧化物生成组合物的制备方法及通过 该方法制备的超氧化物生成组合物，仅对理解本发明技术构成有必要的部分 进行了说明，其余部分的说明为了不对本发明的要旨产生混淆而省略。

下面详细说明根据本发明的超氧化物生成组合物的制备方法。

本发明如图1所示，包括：在第一二氧化硅前体表面固定超氧化物生成 化合物的核形成步骤S100；及将在第二二氧化硅前体表面固定钙化合物的 壳固定到所述核的外面的壳形成步骤S200。

所述步骤S100是形成生成超氧化物的核的步骤，形成核包括如下步骤： 相对于100重量份蒸馏水，混合30-40重量份的第一二氧化硅前体进行分散 的步骤S110；

单独地，相对于100重量份蒸馏水，溶解5-10重量份的超氧化物生成 化合物的步骤S120；及

相对于100重量份所述步骤S110的第一二氧化硅前体，投入10-30重 量份的所述步骤S120的水溶液进行分散的步骤S130。

其中，所述第一二氧化硅前体是所述超氧化物生成化合物附着的前体， 使用二氧化硅溶胶，所述二氧化硅凝胶是在0.2-1.0粒子尺寸的20-40重量％ 的粉末二氧化硅(SiO₂)中加入60-80重量％的水混合而成的。此时，所述 粉末二氧化硅的粒子尺寸小于0.2或其含量低于20重量％时，可能存在无法 正常起到附着所述超氧化物生成化合物的前体作用；所述粉末二氧化硅的粒 子尺寸超过1.0或其含量超过40重量％时，存在通过所述前体的抗菌性能反 而会变弱的问题。

此外，相对于100重量份蒸馏水，所述第一二氧化硅前体的含量，小于 30重量份时，无法与溶解有超氧化物生成化合物的水溶液正常反应，存在反 应收率低的问题；如果超过40重量份时，可能存在第一二氧化硅前体无法 正常分散到蒸馏水中的问题。

此外，所述超氧化物生成化合物使用选自硝酸银(AgNO₃)、氯化金 (AuCl₃、HAuCl₄)或氯化铂金(PtCl₄)中的1种或2种以上。相对于蒸馏 水100重量份，所述超氧化物生成化合物的含量，小于5重量份时，存在抗 菌性无法正常体现的问题；超过10重量份时，存在超氧化物生成化合物无 法正常分散于蒸馏水中的问题。

此外，相对于100重量份分散所述第一二氧化硅前体的分散液，溶解有 所述超氧化物生成化合物的水溶液的含量小于10重量份时，存在无法正常 体现抗菌性的问题；超过30重量份时，无法与所述第一二氧化硅前体正常 反应，存在反应收率低的问题。

所述步骤S200是形成与从所述核生成的超氧化物反应从而延长超氧化 物的半衰期的壳的步骤，包括：相对于100重量份的蒸馏水，溶解5-10重 量份的钙化合物的步骤S210；相对于100重量份所述步骤S130的核，投入 1-5重量份的所述步骤S210的水溶液进行分散的步骤S220；及相对于100 重量份所述步S骤220的分散液，投入120-150重量份的第二二氧化硅前体 以反应而进行凝胶化的步骤S230。

这里，所述钙化合物是为了与从核生成的超氧化物反应而延长超氧化物 的半衰期，从而延迟超氧化物消减而添加，可以使用氧化钙或氢氧化钙等。

另外，相对于蒸馏水100重量份，所述钙化合物的含量，小于5重量份 时，上述效果甚微；超过10重量份时，存在钙化合物无法正常分散于蒸馏 水中的问题。

此外，相对于100重量份通过步骤S130制备的核，溶解有钙化合物的 水溶液含量小于1重量份时，存在通过所述钙化合物的效果甚微的问题；超 过5重量份时，与从所述核生成的超氧化物无法正常反应，而存在反应收率 低的问题。

此外，所述第二二氧化硅前体是附着所述钙化合物的前体，使用选自四 乙氧基正硅酸盐(TEOS)、甲基甲氧基硅烷(MTMS)、四甲氧基正硅酸盐 (TMOS)、四丙氧基正硅酸盐(TPOS)、四丁氧基正硅酸盐(TBOS)、四戊 氧基正硅酸盐(TPEOS)、四甲基乙基酮肟硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷 (VOS)、苯基三丁酮肟基硅烷(POS)、甲基三丁酮肟基硅烷(MOS)中的 1种或2种以上，以适当的组成比使用。相对于100重量份通过所述步骤S220 制备的分散液，所述第二二氧化硅前体的含量，小于120重量份时，存在所 述钙化合物无法正常涂覆于所述核表面的问题；超过150重量份时，存在通 过超氧化物和钙化合物的反应得到的超氧化物半衰期的延长效果甚微的问 题。

此外，在上述等同物种中，所述第二二氧化硅前体优选由20-40重量份 的四乙氧基硅烷(TEOS，tetraethoxysilane)和100-110重量份的甲基三甲氧 基硅烷(MTMS，methyltrimethoxysilane)组成。

如上所述，第二二氧化硅前体由TEOS和MTMS组成的情况下，TEOS 的使用量小于20重量份，存在钙化合物无法在核表面涂覆的问题；超过40 重量份时，存在通过超氧化物和钙化合物的反应得到的超氧化物半衰期的延 长效果甚微的问题。

同时，MTMS的使用量小于100重量份时，存在钙化合物无法在核表面 涂覆的问题；超过110重量份时，存在通过超氧化物和钙化合物的反应得到 的超氧化物半衰期的延长效果甚微的问题。

此时，所述形成壳的步骤S200还包括将经过所述步骤S230凝胶化的化 合物进行过滤，然后将得到的晶体在110-130℃下塑性、干燥5-15小时的步 骤S240，从而进一步提高其使用性，超过上述塑性及干燥温度范围时，存 在塑性及干燥无法正常进行的问题。

即，本发明如图2所示，在通过在第一二氧化硅前体10上固定超氧化 物生成化合物11而形成的核100的外面，涂覆通过在第二二氧化硅前体20 的表面固定钙化合物21而形成的壳S200，无需光照射或等离子即可自动生 成超氧化物。

以下通过实施例更详细说明本发明，但本发明并不由这些实施例所限 定。

1、核的形成

制备例1

相对于100重量份蒸馏水，使用30重量份的混合了20重量％的0.2粒 子尺寸的粉末二氧化硅(SiO₂)和80重量％的水而得到的二氧化硅凝胶作为 第一二氧化硅前体，混合分散S110后，单独地，相对于100重量份蒸馏水， 溶解10重量份硝酸银(AgNO₃)作为超氧化物生成化合物S120，相对于100 重量份上述步骤S110的分散有第一二氧化硅前体的分散液，投入10-30重 量份上述步骤S120的溶解有超氧化物生成化合物的水溶液进行分散S130， 从而形成核。

制备例2

相对于100重量份蒸馏水，使用40重量份混合了40重量％的1.0粒子 尺寸的粉末二氧化硅(SiO₂)和60重量％水而得到的二氧化硅凝胶作为第一 二氧化硅前体，混合分散S110后，单独地，相对于100重量份蒸馏水，溶 解5重量份氯化金(AuCl₃、HAuCl₄)作为超氧化物生成化合物S120，相对 于100重量份上述步骤S110的分散有第一二氧化硅前体的分散液，投入 10-30重量份上述步骤S120的溶解有超氧化物生成化合物的水溶液进行分散 S130，从而形成核。

2、抗菌组合物的制备

实施例1

根据上述制备例1形成核，壳形成步骤S200如下：相对于100重量份 蒸馏水，溶解10重量份的氧化钙作为钙化合物S210，相对于100重量份的 所述核，投入1重量份上述步骤S210的溶解有氧化钙的水溶液进行分散S220 后，相对于100重量份的通过上述步骤S220制备的分散液，投入20重量份 四乙氧基硅烷和100重量份甲基三甲氧基硅烷，反应进行凝胶化S230，将 通过上述步骤S230凝胶化的化合物进行过滤后，将得到的结晶体在120℃ 下塑性、干燥10小时S240，从而制备了抗菌组合物。

实施例2

根据上述制备例1形成核，壳形成步骤S200如下：相对于100重量份 蒸馏水，溶解5重量份的氢氧化钙作为钙化合物S210，相对于100重量份 的所述核，投入5重量份的上述步骤S210的溶解有氢氧化钙的水溶液进行 分散S220后，相对于100重量份的通过上述步骤S220制备的分散液，投入 40重量份的四乙氧基硅烷(TMOS)和110重量份的甲基三甲氧基硅烷，反 应进行凝胶化S230，将通过上述步骤S230凝胶化的化合物进行过滤后，将 得到的结晶体在120℃下塑性、干燥10小时S240，从而制备了抗菌组合物。

对比例1

将85重量％的粒子尺寸为10μm的沸石粉末和15重量％的作为二氧化 硅纳米管的平均内径为45nm、平均长度为20μm、含有70000ppm铜纳米粒 子的含铜纳米粒子二氧化硅纳米管进行混合，以直径10mm的球形成型后， 在1100℃塑性，从而制备了抗菌组合物。

对比例2

在100重量份蒸馏水中混合分散45重量份的含有银纳米的二氧化硅纳 米管、30重量份的分散剂DISPERBYK-190(BYK Chemie GmbH，德国)、 30重量份的助溶剂丁基乙二醇及4重量份的消泡剂BYK-024(BYK Chemie  GmbH，德国)，从而制备了抗菌组合物。

此时，所述二氧化硅纳米管形成有30-50nm大小的微孔，纳米管的总体 长度为1-30，银纳米粒子的平均含量的30000ppm。

3、超氧化物生成量的评价

1)添加NaOH时的超氧化物的生成量的评价

在60pi培养皿中加入10ml蒸馏水，分别添加0.2g、1g、2g、5g及10g (添加比例：每1ml蒸馏水中添加0.02、0.1、0.2、0.5及1g)的实施例和 对比例的球形抗菌组合物，在蒸馏水中浸渍3小时之后，为了延长超氧化物 的半衰期而延迟超氧化物的消减，相对于每1ml蒸馏水添加了100μl的 NaOH，通过发光(luminoscence)测定法测定超氧化物的生成量，并将其结 果在下表1和图3中示出。

表1(单位：μM)

区分 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 0.02g 1.12 1.11 1.09 1.08 0.1g 1.19 1.17 0.66 0.65 0.2g 1.25 1.22 0.57 0.50 0.5g 1.26 1.24 1.04 1.03 1g 1.27 1.26 1.26 1.25

如上述表1中所示，根据本发明实施例1和2的超氧化物生成组合物相 比于对比例1和2，其超氧化物生成量均优异，尤其，实施例1相对于比较 例1，如图3所示，与浓度无关的以一定水平维持优异的超氧化物生成量。

2)没有添加NaOH的超氧化物生成量的评价(反应去除速度)

在60pi培养皿中加入10ml蒸馏水，分别添加0.2g、1g、2g、5g及10g (添加比例：每1ml蒸馏水中添加0.02、0.1、0.2、0.5及1g)的实施例和 对比例的球形抗菌组合物，在蒸馏水中浸渍3小时之后，通过发光 (luminoscence)测定法测定超氧化物的生成量，并将其结果在下表2和图4 中示出。

表2(单位：μM)

区分 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 0.02g 0.191 0.190 0.069 0.068 0.1g 0.159 0.158 0.155 0.149 0.2g 0.153 0.150 0.066 0.066 0.5g 0.224 0.222 0.050 0.045 1g 0.300 0.298 0.080 0.077

如上表2所示，根据本发明实施例1和2的超氧化物生成组合物相比于 对比例1和2，其超氧化物生成量优异，同时其生成量相比于对比例1和2 能够持续维持，尤其，实施例1相比于对比例1，如图4所示，超氧化物的 生成量持续的优异(生成的超氧化物的消减速度慢)。

如上所示，通过上述说明和附图对本发明的优选实施例的超氧化物生成 组合物的制备方法及通过该方法制备的超氧化物生成组合物进行了说明，但 是上述实施例仅是示例性说明，本领域技术人员可以理解的是，在不超出本 发明技术思想的范围内可以进行多种变化和更改。

实施方式

本发明的超氧化物生成组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括： 在第一二氧化硅前体表面固定超氧化物生成化合物的核形成步骤S100；及 将在第二二氧化硅前体表面固定钙化合物的壳固定到所述核的外面的壳形 成步骤S200。

通过上述制备方法制备的超氧化物生成组合物，具有在核表面涂覆壳而 成的结构，核表面固定了超氧化物生成化合物，包覆所述核的壳的表面固定 钙化合物的超氧化物生成组合物。

其中，所述步骤S100包括：相对于100重量份蒸馏水，混合30-40重 量份的第一二氧化硅前体进行分散的步骤S110；单独地，相对于100重量份 蒸馏水，溶解5-10重量份的超氧化物生成化合物的步骤S120；及相对于100 重量份所述步骤S110的分散液，投入10-30重量份的所述步骤S120的水溶 液进行分散的步骤S130。

此外，所述步骤S200包括：相对于100重量份的蒸馏水，溶解5-10重 量份的钙化合物的步骤S210；相对于100重量份所述步骤S100的核，投入 1-5重量份的所述步骤S210的水溶液进行分散的步骤S220；及相对于100 重量份所述步骤S220的分散液，投入120-150重量份的第二二氧化硅前体 反应而以进行凝胶化的步骤S230。

此外，所述步骤S200进一步包括：将经过所述S230步骤凝胶化的化合 物进行过滤，然后将得到的晶体在110-130℃下塑性、干燥5-15小时的步骤 S240。

其中，所述第一二氧化硅前体是二氧化硅溶胶，是在20-40重量％的 0.2-1.0粒子尺寸的粉末二氧化硅(SiO₂)中加入60-80重量％的水混合而成 的。

此外，所述超氧化物生成化合物使用选自硝酸银(AgNO₃)、氯化金 (AuCl₃、HAuCl₄)或氯化铂金(PtCl₄)中的1种或2种以上。

此外，所述钙化合物使用氧化钙或氢氧化钙中的1种或2种。

此外，所述第二二氧化硅前体使用选自四乙氧基正硅酸盐(TEOS)、甲 基甲氧基硅烷(MTMS)、四甲氧基正硅酸盐(TMOS)、四丙氧基正硅酸盐 (TPOS)、四丁氧基正硅酸盐(TBOS)、四戊氧基正硅酸盐(TPEOS)、四 甲基乙基酮肟硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷(VOS)、苯基三丁酮肟基硅烷 (POS)、甲基三丁酮肟基硅烷(MOS)中的1种或2种以上。

工业实用性

将固定有钙化合物的壳涂覆到固定有超氧化物生成化合物的核表面，由 所述核生成的超氧化物通过固定有钙化合物的壳，从而延长超氧化物的半衰 期而延迟超氧化物的消减，无需光照射或等离子也能自动地生成超氧化物， 从而可以期待在工业上广泛利用。