二氧化钛基纳米材料的制备及抗菌和光催化性能研究

发布时间：2017-08-01 15:10

  本文关键词：二氧化钛基纳米材料的制备及抗菌和光催化性能研究

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【摘要】：TiO_2是一种宽禁带的n型半导体材料,量子尺寸效应使其禁带宽度增加,氧化还原电势增加,光催化反应驱动增大,从而使其具有高比表面积、高密度表面晶格缺陷以及高表面能。这些特性使得TiO_2具有很强的光催化活性,在CO2转化、污水处理、空气净化、抗菌杀菌等方面均有广泛的应用。此外,TiO_2光催化型抗菌材料活性高、热稳定性好、抗菌持续时间长、价格低、对人类无害,目前已经成为最受关注的一种催化型抗菌材料。为了研究TiO_2-TDA-2#光催化活性和水分散体系稳定性。采用亚甲基蓝和甲基橙作为光催化降解的对象,以市场专用的P25 TiO_2纳米材料作为参照,研究了TiO_2-TDA-2#在紫外光条件下的光催化活性。研究表明,TiO_2-TDA-2#在紫外光条件下对亚甲基蓝的降解速率为182.37μg/(min·g),除去率为87.40%;而TiO_2-TDA-2#在紫外光条件下对甲基橙的降解速率为146.95μg/(min·g),除去率为71.05%,与P25TiO_2的光催化活性相比,TiO_2-TDA-2#的光催化活性略差,但还是具有较好的光催化活性。采用沉降性实验和分光光度计检测实验分析了TiO_2-TDA-2#的水分散体系稳定性。沉降性实验表明TiO_2-TDA-2#分散液在静置20天后,仍然是澄清透明;而分光光度计检测实验则表明TiO_2-TDA-2#分散液的吸光度在15天内一直保持不变;这可以说明TiO_2-TDA-2#具有优异的水分散性和稳定性。通过选择具有高效光催化活性且在水中具有优异分散性和稳定性的TiO_2-TDA-2#作为复合催化剂载体,应用光催化还原法成功制备出水溶性Ag/TiO_2(ATA)复合抗菌材料,并采用紫外可见分光光度计(UV-vis),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),能量分散X射线分析(EDS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),高分辨率透射电镜(HR-TEM)等测试方法表征了ATA纳米粒子的结构,表面形貌和平均粒径。采用比浊法(定量法)研究了ATA复合抗菌材料在无光照条件下抗菌性能。研究表明ATA在无光条件下对革兰氏阴性的大肠杆菌(E.coli)和革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌(S.aureus)具有优异的抗菌性,其对E.coli和S.aureus的最低抑菌浓度(MIC)分别为5.0μg/m L(TiO_2的浓度为3.950μg/mL,Ag的浓度为1.05μg/m L)和25.0μg/mL(TiO_2的浓度为17.74μg/m L,Ag的浓度为5.26μg/m L),其抗菌活性明显高于Ag和TiO_2的抗菌活性,其原因可能为Ag与TiO_2之间存在协同增强抗菌效应,这将在后续工作中进一步追踪研究。此外,ATA复合抗菌材料对鲍曼不动杆菌(A.baumannii)和肺炎克雷伯氏菌(K.peneumoniae)的最低抑菌浓度分别为1.26μg/m L和6.25μg/mL,而其对表皮葡萄球菌(S.epidermidis),溶血性链球菌(H.streptococcus)和绿脓杆菌(P.Aer uginosa)的最低抑菌浓度则为3.13μg/m L。这说明ATA复合材料是一种具有优异抗菌活性的广谱抗菌材料。采用溶血性实验分析了ATA复合抗菌材料的生物相容性。研究表明ATA在正常使用浓度下无溶血性,而且比具有相同浓度抗菌性能的单质银的毒性低。为了阐释外源性ATA的抗菌机制,我们运用iTRAQ蛋白组技术对ATA的处理组和对照组进行了蛋白质组学分析。蛋白质组学实验表明其抗菌机理为协同效应共同作用的结果,即ATA纳米材料进入细胞后,与其中的高分子物质结合,包括核酸结合相关的转录因子,通过该族转录因子调控相关的靶基因,导致细胞正常功能的丧失;此外,ATA进入细胞之后,还影响了各种转运蛋白的活性,导致细胞内部离子浓度失衡,最终导致细胞死亡。以TiO_2-TDA-1#,TiO_2-TDA-2#和多孔TiO_2为原料,通过水热处理制备得到纳米管具有更清晰的管状结构,而用金红石TiO_2和P25德固赛TiO_2为原料制备得到纳米管结构不明显,其原因可能是原料存在金红石型TiO_2,反应需要的压力要求较高。此外,TiO_2-NT对亚甲基蓝的降解性能较低,但是对亚甲基蓝具有较大的吸附能力。
【关键词】：二氧化钛 银 抗菌活性 水溶性 催化降解
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TB34
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 本论文涉及的字母缩写与中英文全称对照表11-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 抗菌材料的分类及特点13-14
• 1.2 光催化抗菌材料的研究概况14-24
• 1.2.1 二氧化钛光催化抗菌机理14-15
• 1.2.2 纳米二氧化钛的制备方法15-21
• 1.2.3 TiO_2光催化抗菌材料的改性21-24
• 1.3 本论文的选题意义及研究框架24-26
• 1.3.1 选题意义24-25
• 1.3.2 研究框架25-26
• 第2章 实验部分26-37
• 2.1 原材料及主要实验仪器26-28
• 2.1.1 主要试剂26-27
• 2.1.2 主要实验仪器27-28
• 2.2 TiO_2基纳米材料的制备28-30
• 2.2.1 Ag/TiO_2（ATA）复合抗菌材料的制备28-29
• 2.2.2 二氧化钛纳米管（TiO_2-NT）的制备29-30
• 2.3 结构表征30-31
• 2.3.1 透射电子显微镜30
• 2.3.2 高分辨率透射电镜和能谱分析30
• 2.3.3 X射线衍射分析30
• 2.3.4 红外光谱分析30
• 2.3.5 紫外可见分光光度计分析30-31
• 2.3.6 扫描电子显微镜31
• 2.4 TiO_2-TDA-2#光催化活性分析31-32
• 2.5 纳米粒子水分散体系稳定性分析32-33
• 2.6 抗菌活性分析33
• 2.7 溶血实验33-34
• 2.8 蛋白质组学实验34-37
• 2.8.1 细胞的培养与收集34
• 2.8.2 蛋白质的提取过程34-35
• 2.8.3 蛋白质浓度的测定35
• 2.8.4 SDS电泳35
• 2.8.5 蛋白质酶解35
• 2.8.6 iTRAO标记35
• 2.8.7 SCX分离35-36
• 2.8.8 基于Triple TOF5600的LC-ESI-MSMS分析36-37
• 第3章 光催化载体TiO_2的选择37-48
• 3.1 TiO_2-TDA-2#纳米粒子结构表征37-40
• 3.2 TiO_2-TDA-2#光催化性能分析40-45
• 3.2.1 TiO_2-TDA-2#降解亚甲基蓝光催化活性测试41-43
• 3.2.2 TiO_2-TDA-2#降解甲基橙光催化活性测试43-45
• 3.3 TiO_2-TDA-2#水分散体系稳定性分析45-47
• 本章小结47-48
• 第4章 Ag/TiO_2的制备及抗菌活性研究48-65
• 4.1 Ag/TiO_2的制备及结构表征48-53
• 4.1.1 不同pH条件下制备Ag/TiO_248-49
• 4.1.2 Ag/TiO_2的结构表征49-53
• 4.2 Ag/TiO_2抗菌性能分析53-58
• 4.3 Ag/TiO_2溶血性实验分析58-59
• 4.4 Ag/TiO_2蛋白质组学分析59-64
• 4.4.1 蛋白质组学分析60
• 4.4.2 差异蛋白60
• 4.4.3 GO功能分类富集分析60-62
• 4.4.4 代谢途径分析62-63
• 4.4.5 蛋白质相互作用网络分析63-64
• 本章小结64-65
• 第5章 二氧化钛纳米管的制备及光催化活性65-69
• 5.1 TiO_2-NT制备及结构表征65-67
• 5.2 TiO_2-NT的光催化降解性能研究67-68
• 本章小结68-69
• 第6章 结论69-71
• 参考文献71-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：604835