健康是人們最為關注的話題之一,然而,細菌無處不在、無孔不入,它們的傳播和蔓延嚴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菌的生長、繁殖是提高人類健康水平的一個重要手段。 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-可見光分光光度計和傅立葉紅外光譜儀分析了抗菌劑的光學特性,用X射線衍射儀分析了抗菌劑的晶體結構,用熱分析方法分析了材料的穩(wěn)定性及相轉變溫度,用最小抑菌濃度和24小時殺菌率表征了抗菌劑及抗菌制品的抗菌性能。 通過化學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行為密切相關。在低pH值下,隨pH值的升高,反應速度的增加主要表現(xiàn)為顆粒的長大;而在高pH值下,反應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,當其達到一定值后,繼續(xù)升高pH值,顆粒的粒徑和分布范圍降低。分散劑(PVP)可促進葡萄糖與硝酸銀的反應,其機理是PVP在溶液中與H+配位,降低了H+在溶液中的濃度,從而促進了反應的進行。

PVP的加入明顯提高納米銀的分散性,并在一定程度上細化了顆粒。當PVP與硝酸銀質量比在1.2~1.3之間時,所制備的溶膠具有較好的穩(wěn)定性。與已報道的結論不同,本文認為對于粒度為10~50nm的顆粒,PVP對顆粒的保護主要是因為PVP中的N與銀進行配位。對納米銀粉的抗菌性能的研究表明,當顆粒粒徑從500nm降低到納米級后,抗菌性能顯著提高,表現(xiàn)出明顯的納米效應。 

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。這是因為Ag+的交換降低了沸石的比表面積,使沸石結構穩(wěn)定性增加,但是Ag-O鍵的不穩(wěn)定性,易造成沸石結構破壞,兩者共同作用造成在低銀含量下,沸石結構穩(wěn)定性增加,在高銀含量下,結構穩(wěn)定性降低。在低pH值下,H+交換到沸石孔道內,增加了沸石比表面積,降低了沸石結構的穩(wěn)定性,pH值過低會直接造成沸石結構的破壞。

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,當銀含量為3%wt時,其對大腸桿菌(E-coli)和金色葡萄球菌(S-aureus)的抑菌濃度達到62.5ppm。當銀含量繼續(xù)增加時,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+擴散到沸石表面,并還原、聚集成銀團簇,從而引起抗菌能力下降;當熱處理溫度達到800℃后,銀離子大部分被還原且沸石的孔道結構被破壞,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TiO2晶型轉變的影響以及制備和熱處理工藝對其光催化和抗菌性能的影響。銀的摻雜導致TiO2晶格的畸變,同時晶格內的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TiO2的光催化活性及抗菌活性都有顯著的影響。由于其結晶化程度和金紅石相的產(chǎn)生及顆粒長大幾個因素共同的作用的結果,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,當摻銀量達到1%mol時,催化效果達到最大值,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S-aureus的24小時殺菌率達到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E-coli和S-aureus的24小時殺菌率達到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S-aureus的24小時殺菌率達到90%以上。