金属掺杂纳米二氧化钛抗菌微粉的制备及其抗菌性能研究

发布时间：2017-11-01 13:13

  本文关键词：金属掺杂纳米二氧化钛抗菌微粉的制备及其抗菌性能研究

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【摘要】：目前,防治病原微生物病害的主要方法是采用化学杀菌剂,杀菌效果较好,但是残留物不但对农作物本身造成污染,而且会对水源,土壤,大气等周围环境造成污染,光催化剂由于活性高,无毒,廉价,无污染等特点而成为最有前途的杀菌剂之一,将有效的克服这一弊端。目前二氧化钛的制备、光催化降解、光催化抗菌等各方面的研究已成为热潮。本文采用水热合成法,掺杂金属离子铜、铁、锌改性,考察不同金属离子掺杂改性纳米TiO_2光催化活性、抑菌性能以及长效性、稳定性。(1)分别用冷冻干燥和高温煅烧两种干燥工艺,制备纯TiO_2,铜、铁、锌、掺杂改性纳米TiO_2微粉,微粉金属离子摩尔含量分别为0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%。(2)对部分纳米二氧化钛微粉进行XRD和TEM表征,XRD数据表明,冷冻干燥处理和高温干燥处理并未完全改变纳米TiO_2的晶体结构。金属掺杂纳米TiO_2微粉为锐钛矿型,金属离子多附着在TiO_2颗粒表面。(3)光催化活性研究试验结果表明,纳米TiO_2微粉在光照下光催化活性大于在紫外光照。金属掺杂纳米TiO_2微粉的光催化活性随着金属离子加入量的增大先升高后降低。在紫外光下和自然光照下金属离子掺杂量为0.4%的样品具有最大光催化活性,不同金属离子掺杂光催化活性强弱为:掺锌掺铜d{铁。其中掺锌0.4%冷冻处理试样在光照20 min对亚甲蓝的降解率可达97.15%。(4)抑菌性能研究表明,暗光下试样起到抑菌作用的主要是金属离子毒性,总体表现为随金属离子掺杂量增大,抑菌性能提高。不同金属离子掺杂抑菌性能表现为:掺铜掺锌掺铁。在紫外光下和自然光下,各金属离子掺杂纳米TiO_2微粉的抑菌性能显著升高,结果表明光催化反应是起到抑菌作用的主要原因。光催化抑菌效果较好的试样分别为:掺铜0.2%、掺锌0.4%、d{铁0.8%冷冻干燥处理的纳米TiO_2微粉。(5)定量抑菌试验表明,掺锌0.4%冷冻处理纳米TiO_2d{铁0.8%冷冻处理纳米TiO_2掺铜0.2%纳米TiO_2。二氧化钛微粉对表皮葡萄球菌的抑菌率高于对金黄色葡萄球菌的抑菌率。掺锌0.4%冷冻处理纳米TiO_2微粉在紫外光照下,反应浓度为8 mg,光照60 min,对表皮葡萄球菌抑菌率达到96.37%,金黄色葡萄球菌抑菌率为92.84%,光照时间为80 min,对表皮葡萄球菌抑菌率可达100%。(6)长效性试验结果表明,水浸24 h后金属掺杂纳米TiO_2微粉抑菌性能有所降低,稳定性试验结果表明,经曝晒三种试样对表葡、金葡的抑菌率均有所降低,但幅度不大,说明三种金属掺杂纳米TiO_2微粉试样长效性和稳定性均不是很好。
【关键词】：金属掺杂 纳米二氧化钛 抗菌微粉 光催化 抗菌性能
【学位授予单位】：塔里木大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 微生物及抗菌的概念12-13
• 1.1.1 微生物的基本概念及其危害12
• 1.1.2 抗菌的基本定义12-13
• 1.2 抗菌材料的分类、特点及作用机理13-16
• 1.2.1 天然抗菌剂14
• 1.2.2 有机抗菌材料14
• 1.2.3 无机抗菌剂14-15
• 1.2.4 金属离子负载型抗菌剂15-16
• 1.2.5 光催化型无机抗菌剂16
• 1.3 二氧化钛抗菌材料研究进展16-20
• 1.3.1 二氧化钛制备方法17-18
• 1.3.2 二氧化钛晶型结构18-19
• 1.3.3 二氧化钛光催化特点19-20
• 1.4 二氧化钛在抗菌领域的应用20-22
• 1.4.1 抗菌陶瓷20
• 1.4.2 抗菌金属制品20-21
• 1.4.3 抗菌玻璃21
• 1.4.4 抗菌涂料21
• 1.4.5 抗菌塑料21
• 1.4.6 抗菌纤维21-22
• 1.5 纳米二氧化钛的掺杂改性研究22-24
• 1.5.1 二氧化钛光催化技术存在的问题22
• 1.5.2 金属离子掺杂改性22
• 1.5.3 贵金属沉积掺杂改性22-23
• 1.5.4 复合半导体改性23
• 1.5.5 非金属掺杂改性23
• 1.5.6 表面光敏化改性23-24
• 1.5.7 双元素掺杂改性24
• 1.6 本论文研究的意义与内容24-27
• 1.6.1 研究意义24-25
• 1.6.2 研究内容25-26
• 1.6.3 技术路线26-27
• 第二章 金属掺杂纳米二氧化钛抗菌微粉的制备与表征27-36
• 2.1 试验的准备27-29
• 2.1.1 试剂27
• 2.1.2 试验仪器27-28
• 2.1.3 样品的制备28-29
• 2.2 纳米二氧化钛XRD、TEM分析29
• 2.2.1 XRD分析29
• 2.2.2 TEM分析29
• 2.3 结果及分析29-34
• 2.3.1 Cu＆TiO_2XRD分析29-31
• 2.3.2 Cu＆TiO_2TEM分析31-32
• 2.3.3 Fe＆TiO_2 XRD分析32-33
• 2.3.4 Fe＆TiO_2TEM分析33
• 2.3.5 Zn＆TiO_2XRD分析33-34
• 2.3.6 Zn＆TiO_2TEM分析34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 抗菌微粉的光催化活性研究36-42
• 3.1 试验准备36-37
• 3.1.1 试验材材料及试剂36
• 3.1.2 试验仪器36
• 3.1.3 试验方法36-37
• 3.2 结果与分析37-41
• 3.2.1 亚甲蓝最大吸收波长及浓度-吸光度值标准曲线37-38
• 3.2.2 Cu＆TiO_2抗菌微粉光催化活性38-39
• 3.2.3 Fe＆TiO_2微粉光催化活性39-40
• 3.2.4 Zn＆TiO_2微粉光催化活性40
• 3.2.5 不同金属掺杂TiO_2微粉光催化效果40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 抗菌微粉的抗菌性能研究42-54
• 4.1 菌种的培养和保存42
• 4.2 菌浓度的标准曲线42-43
• 4.2.1 细菌生长曲线测定42-43
• 4.2.2 细菌菌悬液浓度-吸光度值标准曲线43
• 4.3 抗菌微粉抑菌试验43-44
• 4.3.1 试验材料与试剂43-44
• 4.3.2 试验仪器44
• 4.3.3 试验方法44
• 4.4 试验结果44-52
• 4.4.1 细菌生长曲线44-45
• 4.4.2 菌浓度标准曲线45
• 4.4.3 Cu＆TiO_2抗菌微粉抗菌性能45-48
• 4.4.4 Fe＆TiO_2微粉抗菌性能48-49
• 4.4.5 Zn＆TiO_2微粉抗菌性能49-51
• 4.4.6 不同金属离子掺杂改性抑菌性能51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 金属掺杂纳米TiO_2微粉光催化定量抑菌试验54-60
• 5.1 试验材料与试剂54
• 5.1.1 试验材料与试剂54
• 5.1.2 试验仪器54
• 5.2 试验方法54-56
• 5.2.1 二氧化钛对不同菌的光催化定量抑菌实验55
• 5.2.2 TiO_2微粉浓度梯度的光催化定量抑菌实验55
• 5.2.3 不同光照时间的光催化定量抑菌试验55
• 5.2.4 金属掺杂纳米TiO_2长效性和光稳定性检验55-56
• 5.3 结果与分析56-59
• 5.3.1 TiO_2微粉对不同菌的光催化定量抑菌实验56
• 5.3.2 TiO_2微粉浓度梯度的光催化定量抑菌实验56-57
• 5.3.3 光照时间对抑菌率的影响57-58
• 5.3.4 金属掺杂纳米TiO_2长效性和光稳定性检验58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 金属掺杂TiO_2微粉的抑菌机理初探60-69
• 6.1 材料、试剂和仪器60-61
• 6.1.1 试剂与材料60
• 6.1.2 主要仪器设备60-61
• 6.2 试验方法61-64
• 6.2.1 供试菌种61
• 6.2.2 培养基61
• 6.2.3 样品对菌丝细胞膜功能性的影响61-64
• 6.3 结果及分析64-68
• 6.3.1 材料对细胞膜通透性影响64
• 6.3.2 材料对细胞膜完整性影响64-67
• 6.3.3 纳米材料对细菌磷代谢的影响67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 第七章 主要结论69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 作者简介75

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