多巴胺法纳米银制备及其抗菌应用研究

发布时间：2020-07-31 22:12

【摘要】：纳米银具有很好的抗菌性能,纳米银与纸基材料的结合是赋予纸张抗菌功能的一个重要方法,可以使得纸张在抗菌领域发挥新的作用。常规方法通常是将纳米银混合在涂料中然后对纸张表面进行涂布,从而使纳米银和纸基材料结合。本文采用原位生成法,直接在纸基表面、纤维表面生成纳米银,具有操作简单、抗菌效果好等优点,有良好的发展前景。本研究通过液相还原法成功制备了PDA-纳米银,通过改变多巴胺和AgNO_3的比例制备了不同的PDA-纳米银液相体系。分析了多巴胺和硝酸银的用量变化因素对纳米银体系的粒径以及稳定性的影响:在多巴胺过量的基础上,逐渐增加硝酸银的用量,可以使制备的纳米银体系的整体粒径得到减小。在多巴胺浓度为600 mg/L、AgNO_3浓度为1400 mg/L、多巴胺和AgNO_3的体积比1:3的条件下,可以获得粒径为2-4 nm的PDA-纳米银体系。而在体积比为1:1时,逐渐增加多巴胺或AgNO_3的用量,都可以使纳米银体系的Zeta电位绝对值提高,增加AgNO_3的用量显著的提高了PDA-纳米银体系的Zeta电位以及稳定性。本研究采用原位反应,通过多巴胺在纸基表面的聚合并进一步将纳米银层负载于纸基表面,使得该复合纸基材料具备了区别于普通包装纸的银白色外观。在600 mg/L的多巴胺浓度、1400 mg/L的AgNO_3浓度、两者各自浸渍2 h的条件下,纳米银功能化抗菌纸的抑菌率可达100%,抗张强度为4.5 kN/m,满足包装纸的强度需求。随着AgNO_3浓度的提高,纳米银功能纸的抗张强度和伸长率都逐渐降低,耐破强度基本不变。本研究还以竹浆为原料,在纤维表面原位生成了纳米银,并结合筛分工艺,通过对纳米银功能化纤维和普通竹纤维的混合抄造,得到了具有特殊外观和更高识别度的抗菌纸。在多巴胺浓度600 mg/L,AgNO_3浓度1400 mg/L的条件下,纤维分别在二者浸渍6h后,抄造成的纸张具有88%的抑菌率;在同样的浓度条件下分别浸渍12 h后,手抄片的抑菌率达到了100%。在纳米银功能化纤维1/3和1/5的质量配比下,配比纤维长度的级别对手抄片的各项物理性能分别产生了不同的影响。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O614.122;TB383.1
【图文】：

多巴胺,路线模型,聚合反应,溶液

图 1-1 多巴胺在水溶液中的聚合反应路线模型[50]Fig.1-1 Route model of polymerization of dopamine in aqueous solution根据图 1-1 的反应模型，多巴胺首先发生氧化反应，生成多巴胺醌，然后通过 1,4-迈克尔加成发生分子内环化反应，最后经氧化和重排生成 5,6 二羟基吲哚。该化合物与其氧化产物吲哚 5,6-醌可在 2,4 和 7 等位点处产生支化，生成具有不同聚合度的多种同分异构体，主要为二聚体或其他聚体。这些低聚体通过邻苯二酚与邻苯醌之间的反歧化反应，自发组装生成具有交联结构的聚合产物 PDA[51-54]。由于聚多巴胺表面含有氨基和邻苯二酚等基团，因而其可以对各种价态的金属离子产生螯合作用，比如 Fe3+,Zn2+,Mn2+,Cu2+等[55]，这是聚多巴胺的一个重要特征。除了对金属离子的螯合作用之外，聚多巴胺也可以对某些贵金属离子如 Au3+、Ag+和 Pt3+进行还原，这种还原性得益于聚多巴胺单体单元的氧化还原特征，聚多巴胺含有一定量的邻苯二酚基团，这些邻苯二酚基团可以被氧化成醌基。研究表明，正是邻苯二酚基团在氧化成相应醌基的时候释放电子，从而触发金属阳离子的还原过程[56]。

多巴胺,纳米银,机理

T.S 等[58]在 pH=8.5 的条件下，通过在 PC 板的表面进行多巴胺的聚合了 PC 板聚多巴胺层，进一步的，通过将该 PC 板-PDA 复合材料浸渍到 A制备出了表面附载纳米银结构的平面材料。gqia Guo 等[59]通过多巴胺的聚合作用生成聚多巴胺，并利用 PDA 的还原u3+、Ag+、Pt4+离子成功还原为纳米 Au 纳米、Ag 纳米和 Pt 粒子，并制备子-石墨烯复合材料。研究充分证明了聚多巴胺对多种金属离子的还原作巴胺在制备多种金属纳米粒子中的可行性提供了参考。上面的研究得出一个结论：多巴胺（DA）首先发生氧化聚合生成聚多，然后 PDA 还原硝酸银得到纳米银。已有研究表明，在用单宁作为还原合成金属纳米银粒子的过程中，单宁分子中的酚羟基被相应金属盐氧化单元与被还原的金属纳米粒子相互作用[60]。因此可以推断，多巴胺通过醌相互作用。如图 1-2 是聚多巴胺生成纳米银的反应机理图。

吸收光谱图,液相,纳米银,多巴胺

在同样的 600 mg/L 的多巴胺（DA），1400 mg/L 的 AgNO3浓度条件下，二者体积 1:1 的体积条件下，制备出了如图 2-1 所示的样品。在光源的照射下，多巴胺法制备液相体系中出现了一条明显的光通路，说明在多巴胺（DA）、NaOH 以及 AgNO3的合作用下，生成了一种具有丁达尔效应的胶体溶液。从图 2-2 液相体系的紫外可见光分光光度分析结果来看，制备出的液相体系在 420 处有很强的吸收峰。有关研究表明[60]，纳米银的峰在 390-440 nm，因此，可以判别相体系发生了化学反应，生成了纳米银。2.1.2 透射电子显微镜及能谱分析结果为了进一步确定纳米银的化学生成，以及探究纳米银在聚多巴胺环境中的生成形态聚多巴胺的状态，通过透射电子显微镜（TEM）以及能谱分析法对制备的液相体系做一步的分析。图 2-3（a）是制备的液相体系样品的透射电子显微镜图，并针对图中圈区域做能谱分析，得到元素分布图图 2-3（b）~（f）。

【参考文献】