專利名稱：負載型超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種負載型超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途，具體說是一種多孔礦物材料負載超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途。
背景技術：
鋅是機體必需的微量元素，現已證明鋅參與動物體內300余種酶和功能蛋白的組成，它在動物體內不僅參與DNA、RNA、蛋白質、糖類、脂類和維生素、礦物質的代謝，而且與胰島索、胰高血糖素、前列腺索、促性腺激素等的功能和活性有關。另外，鋅還是許多功能蛋白如金屬硫蛋白、核蛋白、受體等的組成成分，因此鋅具有廣泛的生理生化功能。鋅營養劑可分為1)無機鋅包括硫酸鋅、氧化鋅、碳酸鋅、硫化鋅等。無機鋅中的典型代表為硫酸鋅，據《中國藥物大辭典》記載人體的吸收率只有7％，并會引發惡心、嘔吐等不良胃腸道反應。2)有機合成鋅包括葡萄糖酸鋅、草酸鋅、檸檬酸鋅、乳酸鋅、甘草酸鋅等，它與無機鋅相比，最顯著的特征是對胃腸道的刺激作用明顯減少，且口服吸收利用率高，人體的吸收率為14％。3)氨基酸螯合物型由氨基酸與鋅等金屬元素在一定的工藝條件下經螯合所形成。4)生物發酵型通過選擇合適的酵母菌種，在特定的培養條件下，向培養基中加入鋅，使收獲的酵母細胞內富含鋅。鑒于鋅是人體內具有重要生理功能的營養素，低毒高效鋅補充營養劑的研制與開發將是未來微量元素鋅營養劑研究的方向。
自丹麥科學家Poulsen(1989)報道，飼糧中含鋅量2500mg/kg(氧化鋅)可降低斷乳仔豬腹瀉的發病率以來，高鋅在動物生產中的應用非常廣泛。無機源的高鋅(尤其是氧化鋅)由于生物學利用率較低，大部分隨糞便排泄到環境中，會帶來環境的污染。加拿大國家飼料協會已將日糧中鋅的最大添加量規定為500mg/kg。在荷蘭，已經禁止在日糧中使用促生長劑量的鋅。因此，畜牧生產中研制和應用高效吸收利用的新型鋅源，以最大程度地發揮鋅的促生長效應，同時減少鋅排出對環境的污染，正引起研究者的極大興趣和廣泛關注。
國內外均未對鋅粉的生物學效應進行研究。已有研究報道，金屬銅粉、金屬鐵粉具有生物學效應；而且，它們的生物學效價與粉體的粒度有關。趙秋艷(2001)綜述了鐵粉粒度對食品中鐵粉相對生物學利用率的影響，10～20μm、43μm、147μm還原鐵粉的相對生物學利用率分別為54％、34％和18％，顯示降低鐵粉的粒度可顯著提高其生物學利用率。中國專利(申請號03133894.1，授權公告號CN1194668C)公開了一種納米銅粉作為制備免疫增強藥物的應用。近年來大量研究表明，粒徑在200納米以下的單質硒與一般單質硒相比，發生了根本性的變化發生“紅移”或“藍移”，顏色表現為紅色或橙色；從惰性變為能直接高效清除自由基；從無生物活性變為高效、低毒。但是隨著金屬銅粉、金屬鐵粉等粒度的減小，其抗氧化性也隨之降低，因此如何解決粒度和穩定性的矛盾是超細粉實際應用中的一大難題。
硬模板法合成納米結構體系，是20世紀90年代中期發展起來的的一種靠自組裝構筑納米結構的新技術，即利用具有納米級微孔的模板(俗稱納米模具)，選擇適當的沉積技術，直接在模板的微孔內合成納米結構；由于模孔孔徑大小一致，制備的材料具有單分散的納米結構，合成方法較為簡單，制備的材料應用于藥物釋放、光催化、分子分離和生物工程等許多方面具有極廣闊的應用前景。
多孔礦物材料是指那些具有豐富的結構性孔道或孔隙結構的礦物，包括天然多孔礦物材料和人工合成多孔礦物材料。多孔礦物材料主要包括沸石和相關分子篩材料、海泡石族粘土礦物、層柱型多孔材料(多孔粘土材料和多孔層狀雙羥化物(水滑石)材料)等，能表現出孔的尺寸效應和表面效應。多孔礦物材料的納米通道結構可作為“微型的納米反應器”，作為制造納米結構組裝材料的載體與媒介。利用多孔礦物材料作為“限域的微反應器”合成納米材料，制備的納米材料具有窄小的粒徑尺寸分布，可望較好地解決納米粒子團聚和穩定性問題，適宜工業化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種負載型超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途，具體說是一種多孔礦物材料負載超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途。
負載型超細鋅粉的補鋅劑是一種多孔礦物材料負載超細鋅粉，超細鋅粉的平均粒徑小于100納米，按重量百分比計，鋅元素在多孔礦物材料中的含量為1.5～10％。
負載型超細鋅粉的補鋅劑的制備方法包括以下步驟1)將多孔礦物材料研磨至大于300目，加水攪拌均勻，制成濃度為1％～10％的懸浮漿液；2)將含鋅量為多孔礦物材料重量1.5～10％的鋅鹽，摩爾比值為鋅鹽0.5～5倍的還原劑，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N250～100℃反應2～10小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心或過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至大于300目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
本發明所說的多孔礦物材料為天然多孔礦物材料或者人工合成多孔礦物材料，天然多孔礦物材料可以為天然沸石、蒙脫石、硅藻土、海泡石或坡縷石，人工合成多孔礦物材料可以為合成沸石、柱撐蒙脫石、酸活化海泡石、酸活化坡縷石、介孔二氧化硅。所說的鋅鹽可以是氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或者其水合物。所說的還原劑可以是亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、硼氫化鉀、硼氫化鈉、Na2S2O3或Na2S2O4。
制備方法的漿液脫水工藝，可因地制宜，選用離心或過濾等方法進行脫水。脫水后所得的濾餅可使用常規烘干設備干燥。烘干后的負載型超細鋅粉的補鋅劑為塊狀，可選用常規粉碎設備粉碎至粒度大于300目。
負載型超細鋅粉的補鋅劑用作畜禽、水產動物、牛、羊補鋅飼料添加劑。
負載型超細鋅粉的補鋅劑用作制備人類口服補鋅和通過給藥治療性的鋅來治療人類疾病的保健品或藥物。
本發明具有以下優點(1)本發明利用多孔礦物材料作為“限域的微反應器”合成負載型超細鋅粉，多孔礦物材料的孔徑大小一致，因此制備的負載型超細鋅粉具有窄小的粒徑尺寸分布，而且較好地解決了納米粒子團聚和穩定性問題，適宜工業化生產。
(2)多孔礦物材料具有很好的生物相容性和胃腸道粘膜親和性，高表面活性和巨大比表面積等特點，使之對所負載的超細鋅粉具有控緩釋作用，從而大大提高了鋅的吸收利用率。
(3)本發明所制得的負載型超細鋅粉具有低毒、高效的特點，可作為飼料添加劑應用于畜禽、水產動物等的補鋅，而且負載型超細鋅粉易于與飼料混合，形成均勻分散系，使用方便；負載型超細鋅粉也可用作制備人類口服補鋅和通過給藥治療性的鋅來治療人類疾病的保健品或藥物，適用范圍廣泛。
具體實施例方式
由于納米粒子比表面能非常高，如果在制備過程中不加以處理，得到的納米粒子往往因團聚而喪失了納米粒子應有的許多性質，使其研究和應用都受到了限制。為了克服納米粒子的團聚，一般都在反應過程中通過加入穩定劑，如聚合物、表面活性劑等包覆在納米粒子的表面，降低其表面能。近年來，利用納米反應器的限域效應，如膠囊和微乳液液滴中心的納米水心為反應介質，可得到均勻分散、粒徑較小的納米粒子。同樣，某些結構上存在納米孔道的多孔礦物材料是也具有限域作用，可作為制造納米結構組裝材料的載體與媒介。本發明利用多孔礦物材料的納米孔道結構作為“限域的微反應器”，將鋅鹽加還原劑還原生成超細鋅粉，多孔礦物材料的孔徑大小一致，因此制備的負載型超細鋅粉具有窄小的粒徑尺寸分布，而且較好地解決了納米粒子團聚和穩定性問題。
納米孔礦物材料主要包括沸石和相關分子篩材料、海泡石族粘土礦物、層柱型多孔材料等。本發明使用的天然多孔礦物材料，如天然沸石、蒙脫石、硅藻土、海泡石或坡縷石，其產地和含量沒有特殊要求。本發明中使用的人工合成多孔礦物材料，如合成沸石、柱撐蒙脫石、酸活化海泡石、酸活化坡縷石、介孔二氧化硅，可以是市售商品，也可以根據現有技術制備，其制備技術是眾所周知的。
沸石是一類天然存在或人工合成的具有規則孔道結構的硅鋁酸鹽，其化學組成為M2/n·Al2O3x·xSiO2·yH2O，其中M代表金屬陽離子，n為金屬陽離子的價態，x為硅鋁比，y為飽和水分子數。天然沸石因成礦條件不同而結構復雜，人工合成的沸石分子篩結構簡單、可控。在沸石的結構中，SiO4和AlO4四面體按晶體化學規則組合成各種形態的多面體，在空間排列組合便構成了沸石的多孔籠結構。在沸石的籠結構中最常見的為α籠(A型沸石的主體)、β籠(構成方納石唯一的籠，Y型沸石的主體)，這些籠的大小從幾個埃到十幾個埃，籠與籠之間有一孔道相連，這些孔道和籠按一定方向均勻地分布在晶體內。對于一種沸石分子篩，其孔徑一定，空間分布方式也一定。因此人們稱沸石是一種微型的納米反應器，它們就象納米試管一樣，全部都具有同樣的大小和形態，為形成尺寸單一、分布均勻的納米材料提供了模板。
蒙脫石是具有納米層狀結構的硅酸鹽礦物，由于具有大的內表面作為反應器和在水溶液中很好的溶脹性，特別適用于制備負載于其上的具有窄粒徑和高分散性的納米粒子。蒙脫石的層間域除了具有一般粘土礦物層間域的層間交換、層間吸附、層間催化、層間聚合等性質之外，還具有層間柱撐的特性。柱撐蒙脫石就是由柱化劑或稱交聯劑(有機或無機的大陽離子團)通過離子交換方式或直接進入蒙脫石層間，使蒙脫石礦物層間域微環境改變的呈“柱”狀支撐的新型層狀鋁硅酸鹽礦物，具有大的比表面積、大的孔徑以及高的表面活性。柱化劑(或交聯劑)可以是烷基季銨離子與雙環胺陽離子，也可以是金屬螯合物或多核羥基金屬陽離子。本發明優選的是單元素聚合金屬陽離子柱撐蒙脫石，如Al-柱撐蒙脫石、Cr-柱撐蒙脫石、Ti-柱撐蒙脫石、Fe-柱撐蒙脫石，以及多元素聚合金屬陽離子柱撐蒙脫石，如Fe-Al-柱撐蒙脫石、Cu-Al-柱撐蒙脫石。
硅藻土是海洋或湖泊中生長的硅藻類的殘骸在水底沉積，經自然環境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物。硅藻土比表面大，孔隙率高，具有獨特的納米微孔結構。
海泡石是一種天然纖維狀含水的鎂硅酸鹽粘土礦物，具有層狀和鏈狀結構的過渡型特征，不僅價格低廉，比表面積高，而且具有類分子篩的特性。目前采用的酸處理一般為強酸，如HNO3，H2SO4及HCl等。不同強酸對海泡石的處理機理基本相同，均為H+取代骨架中的Mg2+，海泡石經酸處理其Si-O-Mg-O-Si鍵變成了兩個Si-OH鍵，即出現了“敝開”狀態的結構，此時內部通道被連通，表面積增大。
凹凸棒石(坡縷石)是具有鏈層狀晶體結構鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，呈現直徑約30～40nm、長度可達數微米的棒狀晶體形態，是產出豐富的天然納米礦物材料，表現出納米效應、吸附活性和化學活性。坡縷石酸活化作用主要表現為兩方面一是纖維束間的解聚，主要為粒間雜質膠結物的分解，二是對陽離子的萃取作用，即H+對八面體中陽離子Mg2+、Fe3+、Al3+由邊緣至中心的依次置換(主要為Mg2+)。由于H+對晶體中陽離子的置換，大半徑陽離子的析出造成微空隙增多、比表面積增大。而且酸活化坡縷石異價類質同像置換發育，晶體生長缺陷十分發育，由晶體生長理論可知這些缺陷位為晶體表面能聚集區，從而使其具有較高的吸附性能。本發明結合以下實例作進一步的說明。
實施例1
1)將產自內蒙古的蒙脫石研磨至300目，加水攪拌均勻，制成濃度為10％的懸浮漿液；2)將鋅含量為蒙脫石重量1.5％的硫酸鋅，摩爾比值為硫酸鋅5倍的亞硫酸鈉，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N250℃反應2小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至300目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明蒙脫石負載的超細鋅粉的平均粒徑8nm，粒徑分布在3～12nm之間。按重量百分比計，鋅在蒙脫石中的含量為1.5％。
實施例21)將產自浙江縉云的斜發沸石研磨至400目，加水攪拌均勻，制成濃度為1％的懸浮漿液；2)將鋅含量為沸石重量2.5％的氯化鋅，與氯化鋅等摩爾的亞硫酸氫鈉，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N290℃反應10小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至500目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明沸石負載的超細鋅粉的平均粒徑12nm，粒徑分布在8～20nm之間。按重量百分比計，鋅在沸石中的含量為2.5％。
實施例31)將市售的ZSM-5型沸石分子篩研磨至500目，加水攪拌均勻，制成濃度為5％的懸浮漿液；2)將鋅含量為沸石重量4％的硝酸鋅，摩爾比值為硝酸鋅0.5倍的的硼氫化鉀，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N2100℃反應10小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至500目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明沸石負載的鋅粉的平均粒徑40nm，粒徑分布在20～65nm之間。按重量百分比計，鋅在沸石中的含量為4％。
實施例41)將產自江西的海泡石研磨至600目，加水攪拌均勻，制成濃度為3％的懸浮漿液；2)將鋅含量為海泡石重量2.5％的氯化鋅，摩爾比值為氯化鋅4倍的的Na2S2O3，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N260℃反應8小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至500目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明海泡石負載的超細鋅粉的平均粒徑20nm，粒徑分布在12～35nm之間。按重量百分比計，鋅在海泡石中的含量為2.5％。
實施例5預備根據“羥基鋅鋁柱撐蒙脫石Keggin結構的穩定性”(吳平霄，張惠芬，郭九皋，王輔亞.礦物學報，1999，19132-138)的方法制備羥基鋅鋁柱撐蒙脫石。
1)將預備步驟中得到的羥基鋅鋁柱撐蒙脫石研磨至400目，加水攪拌均勻，制成濃度為10％的懸浮漿液；2)將鋅含量為柱撐蒙脫石重量8％的六水硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)，摩爾比值為硝酸鋅3倍的Na2S2O4，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N2100℃反應10小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至400目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明柱撐蒙脫石負載的超細鋅粉的平均粒徑35nm，粒徑分布在20～45nm之間。按重量百分比計，鋅在柱撐蒙脫石中的含量為8％。
實施例6預備根據“海泡石的酸性和性能研究I改性歷程和改性產物的結構”(蔣文斌，劉德義，屠式瑛.石油學報(石油加工)，1994，1029～35)的方法制備酸活化海泡石。
1)將預備步驟中得到的酸活化海泡石研磨至400目，加水攪拌均勻，制成濃度為2％的懸浮漿液；2)將鋅含量為酸活化海泡石重量6％的硫酸鋅，摩爾比值為硫酸鋅2倍的焦亞硫酸鈉，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N250℃反應9小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至500目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明酸活化海泡石負載的超細鋅粉的平均粒徑20nm，粒徑分布在15～40nm之間。按重量百分比計，鋅在酸活化海泡石中的含量為6％。
實施例7預備根據“單分散納米介孔二氧化硅的制備”(梁艷，張勁松，張軍旗.材料研究學報，2004，18149-154)的方法制備納米介孔二氧化硅。
1)將預備步驟中得到的納米介孔二氧化硅研磨至300目，加水攪拌均勻，制成濃度為6％的懸浮漿液；2)將鋅含量為介孔二氧化硅重量8％的七水硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)，摩爾比值為硫酸鋅1.5倍的硼氫化鈉，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N285℃反應7小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至400目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明介孔二氧化硅負載的超細鋅粉的平均粒徑60nm，粒徑分布在40～90nm之間。按重量百分比計，鋅在納米介孔二氧化硅中的含量為8％。
實施例8預備根據“溫和條件下介孔分子篩MCM-41的修飾與表征”(鄭珊，高濂，郭景坤.無機材料學報，2000，15(5)844-848)的方法制備介孔分子篩MCM-41。
1)將預備步驟中得到的介孔分子篩MCM-41研磨至300目，加水攪拌均勻，制成濃度為4％的懸浮漿液；2)將鋅含量為MCM-41重量10％的一水硫酸鋅(ZnSO4·H2O)，摩爾比值為硫酸鋅5倍的的Na2S2O4，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N2100℃反應5小時；3)步驟2)的懸浮漿液過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至500目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
透射電鏡觀察表明MCM-41負載的鋅粉的平均粒徑42nm，粒徑分布在25～65nm之間。按重量百分比計，鋅在MCM-41中的含量為10％。
負載型超細鋅粉的補鋅劑用作畜禽、水產動物、牛、羊的補鋅飼料添加劑。使用方法為將粉末狀的負載型超細鋅粉的補鋅劑，按以下添加劑量拌入畜禽、水產動物飼料中(以鋅計)豬50～150mg/kg，雞40～80mg/kg，鴨40～80mg/kg，魚50～100mg/kg，甲魚15～30mg/kg，蝦50～100mg/kg，牛、羊40～150mg/kg。
負載型超細鋅粉的補鋅劑用作制備人類口服補鋅和通過給藥治療性的鋅來治療人類疾病的保健品或藥物。使用方法為1歲以下3～5mg/日；1～3歲5～10mg/日；3～6歲6～10mg/日；7～10歲7～10mg/日；少年8～15mg/日；成年人12～18mg/日；孕婦20～30mg/日。
權利要求
1.一種負載型超細鋅粉的補鋅劑，其特征在于，它是一種多孔礦物材料負載超細鋅粉，超細鋅粉的平均粒徑小于100納米，按重量百分比計，鋅在多孔礦物材料中的含量為1.5～10％。
2.根據權利要求1所述的一種負載型超細鋅粉的補鋅劑，其特征在于，所說的多孔礦物材料為天然多孔礦物材料或人工合成多孔礦物材料，天然多孔礦物材料為天然沸石、蒙脫石、硅藻土、海泡石或坡縷石，人工合成多孔礦物材料為合成沸石、柱撐蒙脫石、酸活化海泡石、酸活化坡縷石或介孔二氧化硅。
3.一種如權利要求1所述的負載型超細鋅粉的補鋅劑的制備方法，其特征在于它的步驟如下1)將多孔礦物材料研磨至大于300目，加水攪拌均勻，制成濃度為1％～10％的懸浮漿液；2)將含鋅量為多孔礦物材料重量1.5～10％的鋅鹽，摩爾比值為鋅鹽0.5～5倍的還原劑，于攪拌下緩慢加入步驟1)的懸浮漿液中，通N250～100℃反應2～10小時；3)步驟2)的懸浮漿液離心或過濾脫水；4)將步驟3)所得的濾餅烘干、粉碎至大于300目，得到負載型超細鋅粉的補鋅劑。
4.根據權利要求3所述的一種負載型超細鋅粉的制備方法，其特征在于，所說的多孔礦物材料為天然多孔礦物材料或者人工合成多孔礦物材料，天然多孔礦物材料為天然沸石、蒙脫石、硅藻土、海泡石或坡縷石，人工合成多孔礦物材料為合成沸石、柱撐蒙脫石、酸活化海泡石、酸活化坡縷石或介孔二氧化硅。
5.根據權利要求3所述的一種負載型超細鋅粉的補鋅劑的制備方法，其特征在于，所說的鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或者其水合物。
6.根據權利要求3所述的一種負載型超細鋅粉的補鋅劑的制備方法，其特征在于，所說的還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、硼氫化鉀、硼氫化鈉、Na2S2O3或Na2S2O4。
7.一種如權利要求1所述的負載型超細鋅粉的補鋅劑的用途，其特征在于它用作畜禽、水產動物、牛、羊補鋅飼料添加劑。
8.一種如權利要求1所述的負載型超細鋅粉的補鋅劑的用途，其特征在于它用作制備人類口服補鋅和通過給藥治療性的鋅來治療人類疾病的保健品或藥物。
全文摘要
本發明公開了一種負載型超細鋅粉的補鋅劑及制備方法和用途，它是一種多孔礦物材料負載超細鋅粉，超細鋅粉的平均粒徑小于100納米，按重量百分比計，鋅在多孔礦物材料中的含量為1.5～10％。其方法是將多孔礦物材料作為微型的納米反應器，將鋅鹽加還原劑還原生成超細的鋅粉。本發明利用多孔礦物材料作為“限域的微反應器”合成負載型超細鋅粉，多孔礦物材料的孔徑大小一致，因此制備的負載型超細鋅粉具有窄小的粒徑尺寸分布，而且較好地解決了納米粒子團聚和穩定性問題，適宜工業化生產。負載型超細鋅粉具有低毒、高效的特點，可作為飼料添加劑應用于畜禽、水產動物等的補鋅，也可用作制備人類口服補鋅和通過給藥治療性的鋅來治療人類疾病的保健品或藥物。
文檔編號A61P3/02GK1861094SQ20061005032
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月12日 優先權日2006年4月12日
發明者胡彩虹, 夏枚生, 姚志通 申請人:浙江大學