一种涂层防污剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种涂层防污剂及其制备方法和应用。

背景技术

钢材具有足够的强度和韧性、良好的工艺性和耐海水腐蚀性，是目前使用最为广泛的海洋材料，如AISI 316不锈钢。然而，当不锈钢身处复杂的海洋环境时，不可避免地会受到生物污损的严重影响。以海洋船舶为例，生物污损显著增加航行阻力，增加燃油消耗和CO

在众多防污技术中，涂装防污涂料是最经济有效且适用范围最广的方法。但传统防污涂料会释放难以分解的有害防污剂(如有机锡)，污染生态环境，同时它能经鱼类、贝类等生物进入人类食物链，严重威胁人类健康。目前，大多数国家已限制传统防污剂的使用，发展绿色防污涂层已成为海洋防污的重要方向。

卤代过氧化物酶是海洋藻类分泌的一类天然防污剂，可以有效抑制污损生物的附着，实现绿色防污；但天然卤代过氧化物酶提取困难且不稳定，限制了其应用。纳米氧化铈作为替代的人工合成材料用于涂层具有一定的防污性能，但是还存在防污性能不足的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种涂层防污剂及其制备方法和应用，解决纳米氧化铈作为涂层防污剂防污性能不足的问题。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种涂层防污剂，通过盐酸多巴胺与纳米氧化铈接枝反应制备得到。

上述涂层防污剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米氧化铈粉末与盐酸多巴胺在去离子水中搅拌混合，静置反应得到混合液；

(2)所得混合液离心洗涤，冷冻干燥提纯即得到多巴胺接枝氧化铈。

按上述方案，所述纳米氧化铈粉末的粒径范围为5～8nm。

按上述方案，步骤1中纳米氧化铈与盐酸多巴胺的摩尔比为(1000～20)：1；纳米氧化铈在去离子水中的浓度是50mmol/L；盐酸多巴胺在去离子水中的浓度范围是0.05～2.5mmol/L。

按上述方案，步骤1反应过程在避光条件下完成。

按上述方案，步骤1在常温下静置反应24h以上。

上述涂层防污剂在船用涂层中的应用，所述涂层防污剂在船用涂层中的添加量为1～5wt％。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

纳米氧化铈粉末与盐酸多巴胺的接枝原理是通过化学反应将多巴胺分子与氧化铈粉末表面发生化学键的形式进行接枝。氧化铈粉末表面存在一些活性位点，例如氧化铈表面的氧空位、氢氧络合物等。盐酸多巴胺分子中的邻二酚基团(-OH)可以与氧空位或氢氧络合物进行氧化还原反应，形成化学键。在碱性条件下，多巴胺的邻二酚基团会被氧化为醌酮结构，同时与氧化铈表面发生氧化还原反应，形成醌酮与氧化铈的化学键。将多巴胺分子接枝到氧化铈表面，形成纳米氧化铈粉末与盐酸多巴胺的复合材料。这种复合材料与纳米氧化铈粉末相比，抗氧化、吸附能力增强。从而提高了多巴胺接枝纳米氧化铈粉末的防污性能。

附图说明

图1：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的XRD图。

图2：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的TEM图。

图3：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的XPS图。

图4：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的类酶活性曲线图。

图5：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的抗生物膜曲线图。

图6：多巴胺接枝纳米氧化铈与未接枝纳米氧化铈的抗菌率曲线图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式提供了一种涂层防污剂，通过盐酸多巴胺与纳米氧化铈接枝反应制备得到。

具体实施方式提供了上述涂层防污剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米氧化铈粉末与盐酸多巴胺在去离子水中搅拌混合，静置反应得到混合液；

(2)所得混合液离心洗涤，冷冻干燥提纯即得到多巴胺接枝氧化铈。

具体地，所述纳米氧化铈粉末的粒径范围为5～8nm。

具体地，步骤1中纳米氧化铈与盐酸多巴胺的摩尔比为(1000～20)：1；纳米氧化铈在去离子水中的浓度是50mmol/L；盐酸多巴胺在去离子水中的浓度范围是0.05～2.5mmol/L。

具体地，步骤1反应过程在避光条件下完成。

具体地，步骤1在常温下静置反应24h以上。

具体实施方式还提供了上述涂层防污剂在船用涂层中的应用，所述涂层防污剂在船用涂层中的添加量为1～5wt％。

具体实施例中采用盐酸多巴胺为购买于上海麦克林生化科技有限公司，纯度为98％。

具体实施方式提供了一种纳米氧化铈的制备方法：

将0.868g六水合硝酸铈溶于10mL去离子水中，称为溶液A；将0.16g氢氧化钠溶于30mL去离子水中，称为溶液B，并搅拌均匀；将溶液A倒入溶液B中，在室温下搅拌30分钟，转速为600转/分钟；搅拌后将混合液倒入反应釜中在80℃条件下反应24小时进行水热反应；水热反应后将溶液洗涤离心至中性，再冷冻干燥充分研磨得到纳米氧化铈粉末，粒径范围在5～8nm。

实施例1

将1mmol纳米氧化铈和0.001mmol盐酸多巴胺加入20mL去离子水中，搅拌10min后，静置反应24h，得到混合溶液，此过程在避光条件下完成；

将所得的溶液离心洗涤至上清液无色透明，并利用冷冻干燥箱提纯，即得到所述多巴胺接枝氧化铈。

实施例1制备得到的多巴胺接枝氧化铈的表征如图1-6所示，表征结果如下：图1中0.1％(此实施例)比0％(未接枝多巴胺)在2θ＝58.9°、69.3°和78.8°多了三个特征峰，分别对应于(222)、(400)和(422)平面；图2(b-2)中TEM结果显示比图2(a-2)中纳米氧化铈边缘有一层多巴胺，说明多巴胺已经成功的接枝在氧化铈表面；图3中0.1％比0％的氧空位要高；图4中0.1％比0％的类酶活性要低，说明了多巴胺对纳米氧化铈类酶活性有抑制作用；图5中0.1％比0％抑制生物膜的形成的效果明显；图6中0.1％的抗菌性能要比0％高。

实施例2中盐酸多巴胺的用量为0.01mmol，其余步骤均与实施例1一致。

实施例2制备得到的多巴胺接枝氧化铈的表征如图1-6所示，表征结果如下：图1中1％(此实施例)比0％(未接枝多巴胺)在2θ＝58.9°、69.3°和78.8°多了三个特征峰，分别对应于(222)、(400)和(422)平面；图2(c-2)中TEM结果显示比图2(a-2)中纳米氧化铈边缘有一层多巴胺，说明多巴胺已经成功的接枝在氧化铈表面；图3中1％比0％的氧空位要高；图4中1％比0％的类酶活性要低，说明了多巴胺对纳米氧化铈类酶活性有抑制作用。

实施例3中盐酸多巴胺的用量为0.05mmol，其余步骤均与实施例1一致。

实施例3制备得到的多巴胺接枝氧化铈的表征如图1-6所示，表征结果如下：图1中5％(此实施例)比0％(未接枝多巴胺)的氧空位要高；图4中5％比0％在2θ＝58.9°、69.3°和78.8°多了三个特征峰，分别对应于(222)、(400)和(422)平面；图2(d-2)中TEM结果显示比图2(a-2)中纳米氧化铈边缘有一层多巴胺，说明多巴胺已经成功的接枝在氧化铈表面；图4中5％比0％的类酶活性要低，说明了多巴胺对纳米氧化铈类酶活性有抑制作用。