银纳米线—活性碳纤维布复合材料的制备及其消毒性能研究

发布时间：2017-09-23 11:35

  本文关键词：银纳米线—活性碳纤维布复合材料的制备及其消毒性能研究

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【摘要】：安全的饮用水是人民群众安居乐业的重要保障,目前,在农村落后地区,仍然有大量的群众喝不上安全洁净的饮用水,其中,微生物污染是造成饮用水不安全的首要原因,这严重影响了当地人民的健康以及社会经济发展。而传统的饮用水消毒技术在农村地区大规模应用存在一定的难度,因此,开发饮用水消毒的新材料和新技术具有现实意义。本文以具有抗菌性的银纳米线(silver nanowires,AgNWs)为核心材料,以导电性能良好的活性碳纤维布(active carbon fiber cloth,ACFC)为基底材料,采用UV固化技术,快速合成了AgNWs-ACFC复合材料。XRD,FTIR,FESEM对材料进行的表征显示,AgNWs分散在ACFC表面,并互相搭接形成网状结构,并带有“纳米针”结构。AgNWs负载量越大,网状结构越复杂。GFAAS分析表明该复合材料的银释放量低于100μg/L,UV胶能够有效避免水流的冲击影响,减少AgNWs的泄露,提高AgNWs在ACFC表面的负载稳定性。抗菌实验表明UV胶和ACFC不具有抗菌性,AgNWs则发挥着重要的抗菌作用。而且,AgNWs负载量越大,其抗菌性能越强。UV胶会降低AgNWs-ACFC的抗菌性,且使用浓度越高,其对AgNWs抗菌性的削弱越强。在无电场作用下,AgNWs-ACFC的抗菌性能与其银释放量有关,AgNWs-ACFC的银释放量越大,抗菌性能越好。根据AgNWs-ACFC的抗菌和导电特点,设计了电化学过滤消毒装置,以大肠杆菌和MS2噬菌体为目标微生物,研究了材料的电化学消毒性能。结果表明,AgNWs-ACFC在电场中能实现快速消毒,其对浓度为106 CFU/m L(PFU/m L)的大肠杆菌和MS2噬菌体的最大去除率均超过99.9%。电压越高,AgNWs-ACFC的电化学消毒性能越强,但提高滤速和微生物浓度对消毒性能有负面影响。电场和AgNWs对微生物体的电穿孔作用是AgNWs-ACFC电化学消毒的主要机理。电压越高,AgNWs负载量越大,AgNWs对微生物体的电穿孔作用越强,而Ag~+和ROS在低电压下也发挥一定的消毒作用。
【关键词】：银纳米线 活性碳纤维布 UV固化胶 抗微生物 电化学消毒
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TU991.25
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 饮用水安全现状与问题10-11
• 1.1.1 我国饮用水安全现状10
• 1.1.2 农村饮用水安全问题10-11
• 1.2 传统饮用水消毒技术11-12
• 1.3 银纳米抗菌材料的研究现状与进展12-20
• 1.3.1 银纳米颗粒的抗菌性质与机理12-14
• 1.3.2 银纳米复合材料的分类14-18
• 1.3.3 银纳米复合材料的合成方法18-19
• 1.3.4 银纳米复合材料在水消毒中的应用19-20
• 1.4 UV固化材料的研究现状与进展20-21
• 1.5 电化学消毒法的研究现状与进展21-24
• 1.5.1 电化学消毒机理21-22
• 1.5.2 银纳米复合材料在电化学消毒中的研究现状22-24
• 1.6 研究目的与意义24
• 1.7 研究思路与内容24-26
• 1.7.1 研究思路24-25
• 1.7.2 研究内容25-26
• 第二章 银纳米线-活性碳纤维布复合材料的制备26-42
• 2.1 材料与方法26-33
• 2.1.1 试剂与仪器26-27
• 2.1.2 银纳米线-活性碳纤维布复合材料制备方法27-29
• 2.1.3 表征方法29-30
• 2.1.4 电化学消毒过滤装置设计与调试30-32
• 2.1.5 AgNWs-ACFC负载稳定性评价32-33
• 2.2 结果与讨论33-40
• 2.2.1 银纳米线的结构表征33-34
• 2.2.2 银纳米线-活性碳纤维布的结构特性34-37
• 2.2.3 银纳米线-活性碳纤维布的负载稳定性37-40
• 2.3 本章小结40-42
• 第三章 银纳米线-活性碳纤维布复合材料的消毒性能42-58
• 3.1 材料与方法42-48
• 3.1.1 试剂与仪器42-43
• 3.1.2 抗菌实验方法43-48
• 3.2 结果与讨论48-57
• 3.2.1 抑菌圈实验结果与分析48-49
• 3.2.2 抑菌生长曲线实验结果与分析49-50
• 3.2.3 电化学消毒实验结果与分析50-57
• 3.3 本章小结57-58
• 第四章 银纳米线-活性碳纤维布复合材料的电化学消毒机理研究58-69
• 4.1 材料与方法58-61
• 4.1.1 试剂与仪器58-59
• 4.1.2 实验方法59-61
• 4.2 结果与讨论61-68
• 4.2.1 银离子对消毒性能的贡献61-63
• 4.2.2 活性氧化物质对消毒性能的贡献63-65
• 4.2.3 电场和银纳米线物理作用对细菌细胞形态的作用65-68
• 4.3 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 结论69-70
• 展望70-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果77-78
• 致谢78-79
• 答辩委员会对论文的评定意见79

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本文编号：905041