殺菌活性金屬氧化物分散狀態(tài)及表面晶體缺陷控制和殺菌性能研究.pdf

1、分別采用成核/晶化隔離法、高剪切環(huán)境下的單滴法、尿素法、氨水法等方法制備了不同粒徑的納米MgO。用所合成的納米MgO對金黃色葡萄球菌(S.aureus)和枯草桿菌黑色變種芽孢(B.subtilis)進行了殺菌實驗，并與常見的光催化殺菌材料TiO2進行比較。通過XRD、TEM、FT-IR和激光粒度等手段對樣品進行測試和表征，結(jié)果表明，MgO的殺菌能力隨粒徑減小而增大；與納米TiO2相比較，納米MgO及以納米MgO改性的內(nèi)墻涂料，無論實驗過

2、程光照與否，對細菌和芽孢均表現(xiàn)出更好的抑制作用。
　　 采用EPR等手段對納米MgO表面缺陷及產(chǎn)生活性氧物進行研究，分別考察納米MgO在水溶液中所產(chǎn)生的氫氧根及超氧離子對S.aureus及B.subtilis的殺滅能力，進一步揭示了納米MgO殺菌機理。通過EPR、TG-MS、XPS、FT-IR及SEM等手段對樣品進行測試和表征，結(jié)果表明，納米MgO樣品表面存在Fs+色心，O2-能夠穩(wěn)定地吸附于MgO晶體邊及角所產(chǎn)生的缺陷處，并與

3、四個或三個Mg2+形成配位結(jié)構(gòu)；納米MgO在水溶液中產(chǎn)生的OH-及O2-能夠有效殺滅S.aureus及B.subtilis;O2-能夠破壞細胞外壁中仲酰胺結(jié)構(gòu)，從而起到殺滅細菌的作用。
　　 分別采用控制晶化過程的過飽和度法、成核/晶化隔離法和非平衡晶化法等方法，以MgAl-CO3-LDHs為前驅(qū)體，可控制備出粒徑、分散度及晶體缺陷不同的MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物。用所合成的MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物分別對S.aur

4、eus和B.subtilis進行殺菌實驗。通過EPR證明，MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物晶體表面存在Fs+色心及Fz色心，空氣中的游離氧與上述色心發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成活性氧物種O2-并以弱吸附形式存在于色心之上。殺菌實驗結(jié)果表明，MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對較易殺滅的S.aureus表現(xiàn)出了優(yōu)異的殺菌性能，殺滅率均達到99％以上。不同粒徑的MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對難以殺滅的B.subtilis，殺菌能力隨其粒徑減小而

5、增大；Mg/Al摩爾比為4的MgAl-CO3-LDHs前驅(qū)體經(jīng)500℃焙燒后，所得MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物，對B.subtilis表現(xiàn)出很強的殺滅能力。采用MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對內(nèi)墻涂料及HIPS、ABS塑料進行改性，殺菌實驗結(jié)果表明，改性后的內(nèi)墻涂料及改性塑料對細菌及芽孢均表現(xiàn)出良好的殺菌能力。與納米TiO2相比較，無論實驗過程光照與否，MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對細菌及芽孢均表現(xiàn)出較強的抑制能力。
　

6、　 可控制備出MgZnAl-CO3-LDHs及MgCuAl-CO3-LDHs，經(jīng)焙燒后分別得到MgO-ZnO-Al2O3及MgO-CuO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物。用所合成的復(fù)合金屬氧化物分別對S.aureus和B.subtilis進行殺菌實驗，并分別對殺菌機理進行探討。采用XRD、EDX及EPR等手段對上述樣品進行表征。結(jié)果表明，復(fù)合金屬氧化物中金屬元素呈現(xiàn)相互高度分散狀態(tài)；其晶體表面存在缺陷并產(chǎn)生活性氧物種O2-。殺菌實驗結(jié)果表明

7、，上述復(fù)合金屬氧化物對易于殺滅的S.aureus表現(xiàn)出很強的殺滅能力；MgO-ZnO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對芽孢的殺滅能力，隨其中MgO含量增加而逐漸升高；當Mg/∑(MⅡ)摩爾比為0.25時，CuO與MgO的殺菌表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，MgO-CuO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對B.subtilis的殺菌率明顯增加。
　　 初步研究了納米MgO及MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物的殺菌動力學(xué)。結(jié)果表明，上述兩種樣品對B.subtili

8、s的殺菌反應(yīng)動力學(xué)為一級反應(yīng)。改變殺菌反應(yīng)溫度，根據(jù)實驗結(jié)果通過Arrhenius方程計算得納米MgO對B.subtilis殺菌反應(yīng)在42～26℃的活化能(Ea)為3.47×104J·mol-1，指前因子(A)為2.51×105s-1;26～18℃的Ea為2.17J-mol-1，A為1.59s-1。MgO-Al2O3復(fù)合金屬氧化物對B.subtilis的殺菌反應(yīng)在42～18℃的Ea為2.47×104J·mol-1，A為2.10×103s