健康是人們最為關(guān)注的話題之一,然而,細(xì)菌無處不在、無孔不入,它們的傳播和蔓延嚴(yán)重威脅著人類的健康。

利用殺、抗菌材料來殺滅和抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖是提高人類健康水平的一個(gè)重要手段。 本文研究了納米銀及載銀納米抗菌劑的制備工藝及其抗菌性能。用透射電鏡和掃描電鏡表征了抗菌劑的形貌特征,用紫外-可見光分光光度計(jì)和傅立葉紅外光譜儀分析了抗菌劑的光學(xué)特性,用X射線衍射儀分析了抗菌劑的晶體結(jié)構(gòu),用熱分析方法分析了材料的穩(wěn)定性及相轉(zhuǎn)變溫度,用最小抑菌濃度和24小時(shí)殺菌率表征了抗菌劑及抗菌制品的抗菌性能。 通過化學(xué)還原法制備了濃度為3.6×105ppm的納米銀溶膠,并經(jīng)分離、干燥得到粒徑為10~50nm的納米銀粉,研究了制備工藝對(duì)顆粒性能的影響及納米銀粉抗菌性能。

研究發(fā)現(xiàn),pH值與納米銀顆粒的生長(zhǎng)行為密切相關(guān)。在低pH值下,隨pH值的升高,反應(yīng)速度的增加主要表現(xiàn)為顆粒的長(zhǎng)大;而在高pH值下,反應(yīng)速度的提高主要表現(xiàn)為成核率的增加。因而在低pH值下,顆粒粒徑及分布范圍隨pH值的升高而增加,當(dāng)其達(dá)到一定值后,繼續(xù)升高pH值,顆粒的粒徑和分布范圍降低。分散劑(PVP)可促進(jìn)葡萄糖與硝酸銀的反應(yīng),其機(jī)理是PVP在溶液中與H+配位,降低了H+在溶液中的濃度,從而促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。

PVP的加入明顯提高納米銀的分散性,并在一定程度上細(xì)化了顆粒。當(dāng)PVP與硝酸銀質(zhì)量比在1.2~1.3之間時(shí),所制備的溶膠具有較好的穩(wěn)定性。與已報(bào)道的結(jié)論不同,本文認(rèn)為對(duì)于粒度為10~50nm的顆粒,PVP對(duì)顆粒的保護(hù)主要是因?yàn)镻VP中的N與銀進(jìn)行配位。對(duì)納米銀粉的抗菌性能的研究表明,當(dāng)顆粒粒徑從500nm降低到納米級(jí)后,抗菌性能顯著提高,表現(xiàn)出明顯的納米效應(yīng)。 

通過離子交換法制備了抗菌性能良好的載銀沸石抗菌劑,研究了制備工藝對(duì)抗菌劑抗菌性能和穩(wěn)定性的影響。抗菌沸石的穩(wěn)定性隨Ag+交換量的增加先升后降,隨溶液pH值的降低而降低。這是因?yàn)锳g+的交換降低了沸石的比表面積,使沸石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加,但是Ag-O鍵的不穩(wěn)定性,易造成沸石結(jié)構(gòu)破壞,兩者共同作用造成在低銀含量下,沸石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加,在高銀含量下,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。在低pH值下,H+交換到沸石孔道內(nèi),增加了沸石比表面積,降低了沸石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,pH值過低會(huì)直接造成沸石結(jié)構(gòu)的破壞。

增加載銀抗菌沸石中的銀含量,可提高溶液中銀離子的溶出濃度,從而提高其抗菌性能,當(dāng)銀含量為3%wt時(shí),其對(duì)大腸桿菌(E-coli)和金色葡萄球菌(S-aureus)的抑菌濃度達(dá)到62.5ppm。當(dāng)銀含量繼續(xù)增加時(shí),其抗菌性能的提高趨于平緩。隨著熱處理溫度的升高,沸石孔道中的Ag+擴(kuò)散到沸石表面,并還原、聚集成銀團(tuán)簇,從而引起抗菌能力下降;當(dāng)熱處理溫度達(dá)到800℃后,銀離子大部分被還原且沸石的孔道結(jié)構(gòu)被破壞,其抑菌能力大幅下降。 通過溶膠—凝膠法制備了摻銀納米TiO2光催化抗菌劑,分析了銀摻雜對(duì)TiO2晶型轉(zhuǎn)變的影響以及制備和熱處理工藝對(duì)其光催化和抗菌性能的影響。銀的摻雜導(dǎo)致TiO2晶格的畸變,同時(shí)晶格內(nèi)的Ag+以Ti-O-Ag鍵的形式存在,阻礙金紅石相的生成。

隨著煅燒溫度的升高,銀離子在熱的作用下逐漸由晶格內(nèi)遷移至TiO2晶粒表面,晶格畸變逐漸消除,且在顆粒表面產(chǎn)生氧空位,為相變過程中TiO2晶格離子的重排提供了空間并減少了鈦氧鍵斷裂的數(shù)量,有利于相變發(fā)生。熱處理對(duì)TiO2的光催化活性及抗菌活性都有顯著的影響。由于其結(jié)晶化程度和金紅石相的產(chǎn)生及顆粒長(zhǎng)大幾個(gè)因素共同的作用的結(jié)果,經(jīng)500℃處理的TiO2具有最好的催化效果和抗菌活性。

銀的加入能明顯提高其催化和抗菌活性,當(dāng)摻銀量達(dá)到1%mol時(shí),催化效果達(dá)到最大值,而抗菌活性隨銀的加入量增加而繼續(xù)提高。 利用以上抗菌劑分別制備了聚丙烯(PP)抗菌樹脂,并研究了其抗菌性能。樹脂中添加粒徑為500nm、50nm和5nm的銀粉,其對(duì)S-aureus的24小時(shí)殺菌率達(dá)到90%的添加量分別為600ppm、150ppm和100ppm,可見,隨顆粒粒徑的降低,抗菌性能明顯提高;載銀沸石抗菌樹脂(1%)對(duì)E-coli和S-aureus的24小時(shí)殺菌率達(dá)到98%以上;載銀納米二氧化鈦抗菌樹脂(1%,0.5%mol銀)在光照下對(duì)S-aureus的24小時(shí)殺菌率達(dá)到90%以上。