光触媒与中药组合物的空气净化作用研究

发布时间：2020-06-03 09:38

【摘要】：根据世界卫生组织(WHO)关于空气质量指南报告,室内空气污染物包括:气态有机、无机化学污染物和颗粒物质,其中,最常见的室内空气污染物主要是由装修材料和家具中的甲醛、苯和甲苯,以及空气中的各种微生物。毒理学研究表明,气态有机污染物主要通过呼吸道和皮肤进入人体,导致人体呼吸系统、神经系统、生殖系统和免疫系统功能异常。因此一个清新、整洁、卫生的室内环境对人的身体健康尤为重要。现有的空气净化产品繁多,例如活性炭、化学消醛剂(过硼酸钠、次氯酸、过氧化氢等),存在需定期更换、易产生二次污染等问题。光触媒技术作为一项新兴的环保技术,能有效分解有害气体;我国传统中草药抗菌、抗病毒作用显著。因此本课题利用中草药抗菌、抗病毒及吸收分解甲醛、苯等有害气体和纳米二氧化钛能彻底分解有害气体为二氧化碳和水等稳定、无毒物质的作用,制备光触媒与中药组合物,以期达到有效清除室内有害气体,抑制细菌病毒的生长传播的目的。组方中草药的提取工艺研究:(1)药材配比的确定。根据文献调研,本课题选取决明子、板蓝根、鱼腥草、艾叶、菊花五种药材为原料,以乙醇为溶剂,回流法制备中药提取物。以五种药材的用量为因素,每个因素设计四个水平,以五种药材提取物的甲醛降解率为考察指标,设计五因素四水平正交实验,结果显示药材筛选的最优配比为板蓝根:鱼腥草:决明子:艾叶:菊花=4:4:2:4:3。(2)提取工艺的优化。以提取时间、料液比、乙醇浓度为因素,每个因素设计三个水平,以五种药材提取物的甲醛降解率为考察指标,设计三因素三水平正交实验,结果显示,最优提取工艺为提取时间为6 h,料液比为1:6,溶剂为80%乙醇。经最优提取工艺制备的中药提取物,过滤后减压浓缩成膏状,冷冻干燥24 h,将冷冻干燥后的中药提取物研磨成粉末,备用。光触媒与中药组合物对甲醛的消除性能研究:在空气舱中模拟室内甲醛环境,分别加入不同配比的光触媒与中药组合物。光触媒与中药组合物由中草药提取物粉末与纳米TiO_2以蒸馏水作为溶剂制备,根据所制备光触媒与中药组合物成分、用量不同,分为TiO_2组:25 mg/mL、50 mg/100mL、100 mg/100mL;中草药提取物组:37.5 mg/mL、75mg/mL、150 mg/mL;和混合物组(TiO_2:提取物=2:3):62.5 mg/mL、125 mg/mL、25 g/mL。加入组合物后分别在0 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12h时采集甲醛样品。采用乙酰丙酮分光光度法测定甲醛含量,结果显示,在12 h,中草药提取物低、中、高剂量组甲醛降解率分别为10.47%、21.79%、27.78%,光触媒TiO_2低、中、高剂量组甲醛降解率分别为25.85%、34.73%、43.20%,TiO_2与中草药提取物混合低、中、高剂量组甲醛降解率分别为45.40%、49.80%、62.90%。各组数据对比结果显示中草药提取物与光触媒材料TiO_2混合后制备的光触媒与中药组合物对甲醛降解作用最好。对比低、中、高剂量组甲醛降解率,结果显示组合物对甲醛的降解作用呈现剂量依赖型。综上所述,TiO_2与中草药提取物以2:3的比例混合的高剂量组(250 mg/mL)光触媒与中药组合物对甲醛的降解作用最好。光触媒与中药组合物对苯系物的消除性能研究:用活性炭采样管进行采样,以二硫化碳作为解析液解析样品,以乙酸乙酯作为内标物进行定量,采用气相色谱法进测定。进样口温度200℃,分流比为33.3:1;色谱柱:DB-WAX毛细管柱(60 m*0.53 mm*1.0μm);以N_2为载气;检测器为FID检测器,检测器温度250℃,;升温程序:初温50℃保持5 min,以3℃/min的速度升温至100℃,保持4 min;进样量:2μL。结果显示,在12 h,提取物高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为21.02%、20.21%,TiO_2高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为54.43%、60.46%,混合物高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为63.59%、74.36%。混合物高剂量组对苯和甲苯的降解效果最好,说明中草药提取物和TiO_2混合后对苯和甲苯的降解起协同作用。光触媒与中药组合物的抑菌性能研究:采用琼脂扩散法对TiO_2、中草药提取物和二者混合物的最小抑菌浓度进行研究。结果显示,TiO_2对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌的MIC值为100 mg/mL。对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌中草药提取物的MIC值为18.75 mg/mL;对大肠杆菌,中草药提取物MIC值为37.50 mg/mL。中草药提取物与TiO_2混合物对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的MIC值为31.25 mg/mL,对大肠杆菌的MIC值为62.50 mg/mL,中草药提取物和TiO_2/中草药提取物相比,MIC值的大小取决于中草药提取物的浓度。结果表明,中草药提取物起主要抑菌作用。本课题对光触媒与中药组合物的空气净化作用进行了研究,建立了稳定可行的提取和制备工艺。光触媒与中药组合物能有效降解甲醛、苯和甲苯等有害气体,对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌等也有良好的抑制作用。
【图文】：

示意图,光催化,示意图,菊花

的生长和增殖，并诱导细胞凋亡。Sung[98]等研究表明木犀草（HO-1）表达，抑制 NO 产生以及 iNOS 的表达，从而在 R炎活性。张星海[99]研究表明灌胃给予小鼠菊花提取物能抑制角叉菜胶所致小鼠足肿胀，作用机制为一方面通过抑制血产生抗炎作用，另一方面通过增加血液中 SOD 的含量，降低症反应过程血液中自由基的产生。谢占芳[95]研究证明菊花对杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、白色念珠菌、桔青霉等故可以考虑利用菊花作为天然防腐剂。技术净化空气的机理研究和无机污染物的光降解作用机理:

示意图,光催化,示意图,病毒

图 1-2 光催化杀菌机理示意图[100]对细菌和真菌消毒的光催化机理：首先，外膜受到 ROS 的损害，渗透性增加并暴内层。其次，ROS 可以轻松穿透肽聚糖层，到达细胞质膜，并损害细胞质膜。最后，OS 到达细胞内部，，降解细胞内容物，导致细胞死亡。对病毒消毒的光催化机理：病毒具有比细菌更简单的结构，除了仅包含蛋白质的部外，几乎所有病毒都由衣壳（蛋白质壳）和内部基因组（DNA 或 RNA）组成。ROS病毒的灭活包括蛋白质衣壳的光降解，导致病毒感染力下降，随后，ROS 对基因组进破坏，导致病毒死亡。5 立题依据及研究内容现有的空气净化法主要包括：吸附法、降解法、植物净化法等。吸附法主要是通过附污染物而达到净化空气的目的，但只能起到暂时吸附作用且产品需定期更换。大部
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU834.8;R285

【参考文献】