银系纳米抑菌复合材料在饮用水体系中的应用研究

发布时间：2020-08-19 08:50

【摘要】：水体的细菌污染已成为当前环境污染中的一个重要问题,对饮用水进行抑菌处理成为了其中最重要的环节。本研究以无机抑菌添加剂Ag,Cu为主要抑菌组分,制备了三种复合材料:CTS/PVP/Fe3O4/Ag复合材料,含银掺氮碳材料,负载Cu/Ti O2介孔碳材料;并以饮用水中常见的大肠杆菌(E.coil)为代表菌种,进行抑菌研究。CTS/PVP/Fe3O4/Ag复合材料是以壳聚糖(CTS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混物(CTS/PVP)为抑菌颗粒基材,用溶胶法制备CTS/PVP/Fe3O4/Ag共混抑菌颗粒材料。通过正交试验确定了具有较优抑菌性能的CTS/PVP/Fe3O4/Ag的最佳制备条件:C(Ag NO3)=0.8%,C(CTS)=1.5%,C(PVP)=2%,C(Fe3O4)=2.5%。利用红外表征对CTS/PVP/Fe3O4/Ag中活性基团之间的结合机理做了初步探讨;借助电镜(SEM)对球表面形貌进行表征,并观察到颗粒表面均呈现致密均匀外观,加入Ag和Fe3O4后可以看到二者存在于颗粒表面和镶嵌于颗粒内部;X射线衍射(XRD)结果表明了Ag被还原为纳米级Ag单质且弥散状态较好;振动样品磁强计(VSM)的数据显示了材料具有很强的饱和磁化率,很容易受到外界磁场的吸引。颗粒材料的理化性能、抑菌持久使用性能及实际水体中的抑菌性能也表明这种复合材料具有潜在的应用价值。含银掺氮碳材料的是由对苯二胺和乙二醛反应生成的一种希夫碱碳氮聚合物作为基材,以Ag NO3作为添加剂,利用Ag+与该聚合物中N原子配位形成一种聚合物材料,并将材料高温碳化形成了一种新型的碳材料。物理吸附仪揭示了材料为介孔材料,其吸附脱附过程为单层到多层吸附在介孔的内表面;X射线衍射(XRD)证明碳材料中Ag的结晶度较高;X射线光电子能谱(XPS)表明材料C,N,Ag元素存在一定化学键的结合;透射电子显微镜(TEM)显示碳材料表面出现纳米Ag单质;原子力显微镜(AFM)发现材料表面存在大量不规则结构,表明材料具有较好的比表面积。在实际应用中也有较满意的抑菌效果,且抗银流失性能满足国家饮用水标准。负载Cu/Ti O2介孔碳材料是以对苯二胺与钛酸四丁酯混合后加入Cu2+,使Cu2+以配位键的形式结合在对苯二胺中的N原子上,并使钛酸四丁酯水解为氢氧化钛,再加入乙二醛,使对苯二胺与之交联,聚合形成一种负载Cu/Ti(OH)4的希夫碱聚合物,最后将材料高温碳化形成了一种新型的碳材料。热重分析仪(TGA)确定材料的最佳碳化温度为600℃;物理吸附仪表明材料为一种介孔的长程有序的碳材料,其吸附脱附过程为单层到多层吸附在介孔的内表面;X射线衍射(XRD)结果显示材料中出现了纳米级的Ti O2以及Cu单质等晶相;X射线光电子能谱(XPS)分析证明材料中C,N,Cu,Ti等元素具有一定的化学键作用;扫描电子显微镜(SEM)观察碳材料中Cu的还原形式。结果表明,Cu/Ti O2均以纳米形式均匀负载在碳材料表面,且结合良好。当希夫碱与Ti O2的摩尔比为5:2时,材料的炭化温度为600℃时,该材料可具有90%以上抑菌率。在实际应用中,该材料显示出较满意的抑菌效果,且抗铜流失性能满足国家饮用水标准。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;R123.1

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本文编号：2796878