基于坡縷石載體的金屬離子—光催化型納米復(fù)合無機抗菌劑研究.pdf

1、本文應(yīng)用粘土礦物學(xué)、膠體與表面化學(xué)、吸附作用應(yīng)用原理及抗菌試驗方法研究了金屬離子對天然粘土礦物－坡縷石的改性及其所產(chǎn)生的抗菌性能，同時對光催化材料納米二氧化鈦的固定化方法進行了研究，在此基礎(chǔ)上制備了基于坡縷石載體的金屬離子－光催化型納米復(fù)合無機抗菌劑，并對該抗菌劑進行了結(jié)構(gòu)表征及性能測試。 首先，介紹了無機抗菌劑的產(chǎn)生、發(fā)展、性能、分類、抗菌機理、研究現(xiàn)狀、存在的問題以及坡縷石的發(fā)展應(yīng)用前景，并介紹了半導(dǎo)體材料納米氧化鈦抗菌自潔

2、材料的光催化作用原理、提高光催化效率的方法。重點概述了金屬離子型無機抗菌劑的活性組份、載體、抗菌機理及評價指標(biāo)。指出了金屬離子型無機抗菌劑研發(fā)中存在的問題。提出以我國儲量豐富的世界稀有的天然一維納米材料－坡縷石作為無機抗菌劑的載體，以價廉的銅離子作為抗菌活性組份的設(shè)想。對天然坡縷石進行了提純和活化處理，并采用Ag<'+>、Cu<'2+>對坡縷石進行了離子交換性改性，對提純、活化和改性工藝進行了參數(shù)優(yōu)化實驗，得到了純度高，分散性好、表面活

3、性高的活化坡縷石以及負(fù)載一定量的金屬離子型坡縷石無機抗菌劑。研究發(fā)現(xiàn)，天然礦物中坡縷石和蒙脫石不易分離，而其他非粘土類雜質(zhì)可被完全去除。坡縷石上負(fù)載金屬離子量的多少主要受到坡縷石自身的晶體結(jié)構(gòu)、表面特性等因素影響較大，其負(fù)載量達(dá)到一定限度時即不易再提高。 其次，對金屬離子型坡縷石和以坡縷石為載體的金屬離子一光催化型納米復(fù)合無機抗菌劑的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和表面特性進行了研究，對Ag<'+>、Cu<'2+>改性坡縷石的XRD和TEM

4、的觀察和分析認(rèn)為，該種類型無機抗菌劑基本保持了坡縷石原來的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)特征和吸附特性。分別采用中和水解法和溶膠－凝膠法制備了以坡縷石為載體的金屬離子－光催化型納米復(fù)合無機抗菌劑，實驗結(jié)果證明：該復(fù)合粉體實現(xiàn)了纖維狀礦物材料和納米氧化鈦粒子的1—0維的納米復(fù)合，保證了各組成相始終高度分散，得到了光催化性能良好的粒度極為細(xì)小的銳鈦礦型納米氧化鈦。XPS光電子能譜實驗結(jié)果表明：納米氧化鈦和坡縷石之間實現(xiàn)了Si-O-Ti的化學(xué)鍵連結(jié)構(gòu)，保

5、證了納米氧化鈦分子牢固附著在坡縷石的表面，而充分發(fā)揮二者的納米效應(yīng)。 再次，對金屬離子型坡縷石和基于坡縷石載體的金屬離子－光催化型納米復(fù)合無機抗菌劑的抗菌性能、緩釋性能、變色性、吸附降解有機物的性能等進行了研究。針對單純金屬離子型無機抗菌劑雖然能夠殺滅或抑制細(xì)菌的生長，但不能實現(xiàn)自潔功能的狀況，將納米氧化鈦的光催化降解有機物的功能與離子型無機抗菌劑實現(xiàn)復(fù)合?？蓽p少使用中的添加量，節(jié)省成本，同時該復(fù)合抗菌劑一方面可使金屬離子型和光

6、催化型二者協(xié)同抗菌，另一方面由于金屬離子的摻雜作用，使納米氧化鈦的光催化效率得到了極大提高，使納米氧化鈦抗菌自潔材料在缺乏紫外光照射的情況下仍具有較好的抗菌性能，二者實現(xiàn)了功能互補。對金屬離子型抗菌劑的抗菌機理進行了初步探討并以實驗進行了驗證，結(jié)果表明：離子型坡縷石無機抗菌劑抗菌作用的機理主要是由于物理吸附和靜電吸附作用使細(xì)菌被拉向抗菌劑的表面，而金屬離子和細(xì)菌的直接接觸使得細(xì)菌被較快殺滅。復(fù)合型抗菌劑的自潔功能主要是通過固定化納米氧