載銀分子篩抗菌

PAGE化學(xué)工程學(xué)院新產(chǎn)品開發(fā)訓(xùn)練報(bào)告2015-12課題名稱：載銀分子篩抗菌性能研究課題類型：應(yīng)用研究/論文班級(jí)：1111111111姓名：1111111111學(xué)號(hào)：1111111111指導(dǎo)教師：1111111111評(píng)語(yǔ)：評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名：第一部分文獻(xiàn)綜述1.1抗菌劑的簡(jiǎn)介微生物從有利和有害兩方面影響著人類的生存環(huán)境。一方面，人們利用微生物的有益性進(jìn)行釀造、加工等;另一方面，人們也不得不時(shí)刻面臨著微生物的侵?jǐn)_，而有害細(xì)菌的傳播和蔓延更是嚴(yán)重威脅著人類的健康。美國(guó)《WHO》雜志[2]1996年度統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，1995年全世界死亡人口為5200萬(wàn)，其中因細(xì)菌傳染造成的死亡人數(shù)為1700萬(wàn)人。這些傳染病包括霍亂、肺炎、瘧疾、結(jié)核及肝炎等，人們?cè)谌粘Ｉ钪谐３?huì)接觸到其病菌，比如最易感染的感冒、腸炎、皮膚病、肺結(jié)核、紅眼病等十幾種疾病就可以通過(guò)使用電話這一途徑傳播。1996年在日本發(fā)生了全國(guó)范圍的病原性大腸菌（015）感染事件，曾一度引起全世界恐慌。細(xì)菌這種致病性微生物已成為人類健康的主要?dú)⑹种?。因此，在高科學(xué)、高技術(shù)不斷發(fā)展的今天，控制和消滅有害細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，仍然是一項(xiàng)與人類健康息息相關(guān)的重要課題，并日益受到世人矚目?？咕鷦┑拈_發(fā)和研制是十分緊迫的任務(wù)。[13]從微生物學(xué)角度上來(lái)講，抗菌的概念在對(duì)病菌的控制上與消毒是有區(qū)別的，它并不要求立即殺死對(duì)人體健康生活、生產(chǎn)環(huán)境有害的微生物，而著重于在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，抑制它們的生長(zhǎng)繁殖，保持環(huán)境的清潔衛(wèi)生。然而我們通常談到抗菌概念的時(shí)候則意思比較寬泛，往往是包括了滅菌、殺菌、抑菌、除菌、防霉、消毒等的廣義名稱。相關(guān)地，使微生物的活動(dòng)停止或降低、以及抑制微生物繁殖的行為稱為抑菌或靜菌;直接將微生物毒殺致死的行為稱為殺菌?？偟膩?lái)說(shuō)，抗菌的行為通常具有以下含義:(1)工作對(duì)象是在生活環(huán)境中生息的細(xì)菌，效果?？沙掷m(xù)數(shù)年甚至數(shù)十年;(2)殺菌能力在殺菌水平之下，靜菌(抑菌)水平之上;(3)能夠長(zhǎng)期保持生活環(huán)境的衛(wèi)生性，達(dá)到微生物學(xué)上定義的衛(wèi)生水平[8]。所以我們可以通俗地將抗菌定義為:先控制微生物的活動(dòng)和繁殖，創(chuàng)造一個(gè)清潔環(huán)境，并將其逐步殺滅的一種長(zhǎng)期殺菌作用。添加到抗菌材料中，具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖或?qū)⑵涠練⒆饔玫脑噭┚褪强咕鷦?。目前，?duì)抗菌劑的要求包括:(1)抗菌能力及廣譜抗菌性;(2)持效性,即耐洗滌、耐磨損、壽命長(zhǎng);(3)耐侯性,即耐熱、耐日照、不易分解失效;(4)與基材的相容性或可加工性，即易添加到基材中、不變色、不降低產(chǎn)品使用價(jià)值或美感;(5)安全性，對(duì)健康無(wú)害，不造成對(duì)環(huán)境的污染;(6)細(xì)菌不易產(chǎn)生耐藥性.1.2抗菌劑的分類根據(jù)成分不同，我們現(xiàn)在通常把抗菌劑分為天然、有機(jī)和無(wú)機(jī)三大類。天然抗菌劑主要為天然動(dòng)植物的提取物，受資源的限制，應(yīng)用推廣有一定困難。有機(jī)抗菌劑己有30多年的應(yīng)用歷史。在選用有機(jī)抗菌劑時(shí)，除考慮其安全性外[3](如毒副作用，某些單體甚至有致癌作用)，還存在耐熱性差、易分解和使用壽命短等問(wèn)題。無(wú)機(jī)抗菌劑通過(guò)將無(wú)機(jī)材料固有的穩(wěn)定性和抗菌成分的高效性、廣譜性相結(jié)合，成功地克服了有機(jī)抗菌劑的缺點(diǎn)，己經(jīng)發(fā)展成為新型抗菌劑研究的主流。1.2.1天然抗菌劑天然抗菌劑來(lái)自天然動(dòng)植物的提取物[1]，有殼聚糖、天然萃取物等。根據(jù)特性不同，可作為肥料和土壤改良劑，以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高免疫能力或作醫(yī)療材料，促進(jìn)創(chuàng)傷治療和止血;也用于化妝品的生產(chǎn);另外，也用作保健食品。[2]但因耐久性差，且在150℃-180℃開始炭化、分解，應(yīng)用范圍窄，又受安全和生產(chǎn)加工條件制約，所以目前天然抗菌劑還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場(chǎng)化。1.2.2有機(jī)抗菌劑有機(jī)抗菌劑主要品種有香醛、乙基香草醛類化合物、季胺鹽類和甲氧苯青霉素也可作為抗菌劑，它們對(duì)痢疾桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌效果均很好。在抑制有害細(xì)菌、霉菌的產(chǎn)生與繁殖，從而達(dá)到殺滅細(xì)菌等的抗菌方法中，多種多樣的有機(jī)抗菌劑的研制和開發(fā)占據(jù)了主要地位。有機(jī)系的抗菌劑主要可用作殺菌劑、防腐劑、防霉劑。有機(jī)抗菌劑雖然殺菌力強(qiáng)、殺菌快，但存在安全性較差，會(huì)產(chǎn)生微生物耐性，化學(xué)穩(wěn)定性較差，在塑料中易遷移(導(dǎo)致抗菌壽命縮短[6])，易水解等不足。另外，有機(jī)抗菌劑的耐熱性較差，一般200℃以內(nèi)長(zhǎng)期使用有溶出、析出的現(xiàn)象，使用壽命短這一致命弱點(diǎn)，使它在許多塑料高溫高壓高剪切加工條件下易分解失效，其分解產(chǎn)物甚至有毒。所以目前有機(jī)抗菌劑一般用于加工溫度低于200℃的軟質(zhì)聚氯乙烯(SPVC)、聚乙烯(PE)等塑料中。1.2.3無(wú)機(jī)抗菌劑無(wú)機(jī)抗菌材料是[9]20世紀(jì)80年代中期快速發(fā)展的一類抗菌材料，具有耐熱性、持久性、連續(xù)性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)。目前對(duì)無(wú)機(jī)抗菌材料的應(yīng)用研究主要涉及金屬元素抗菌劑、光催化材料抗菌劑和納米材料抗菌劑，主要應(yīng)用于紡織、塑料、涂料及陶瓷等方面。無(wú)機(jī)抗菌劑分為兩大類:一類為金屬離子類抗菌劑，由載體和抗菌成分組成，即無(wú)機(jī)化合物中含有抗菌性金屬離子。通常是利用離子交換、吸附、沉淀等方法將金屬離子附著在沸石、二氧化硅、陶瓷、磷灰石等無(wú)機(jī)載體上?？咕煞譃殂y離子、鋅離子、銅離子等，其中銀離子型應(yīng)用較多，銀離子與其它金屬離子相比其對(duì)細(xì)菌的抑菌作用和殺菌作用都較強(qiáng)，這也是銀離子在無(wú)機(jī)抗菌劑作主要有效成分的重要原因。第二類是以二氧化硅為代表的具有光催化類抗菌劑，此類抗菌劑的特點(diǎn)是其載體類型耐熱性比一般無(wú)機(jī)抗菌劑高，必須有紫外線的照射和氧氣或水的存在才能起殺菌作用。日前，己有不少研究人員致力于將兩類抗菌劑有機(jī)結(jié)合于一體。1.3載銀抗菌劑的發(fā)展史早在4000多年前[10]，古埃及人就知道利用銅壺盛水可防止水被污染，到公元前300多年希臘人也發(fā)現(xiàn)用銀制的容器盛裝東西可以防病。1893年瑞士植物學(xué)家拉克林發(fā)現(xiàn)金屬對(duì)微生物有微動(dòng)作用，經(jīng)測(cè)試濃為0.01㎎/L的銀離子可殺滅藻類。[1]1929年英國(guó)人弗力密庫(kù)用4,4－二羥基一3,3－二氨基一偶苯砷一氫氯銀來(lái)治療梅毒?，F(xiàn)代抗菌材料的應(yīng)用于80年代起始于日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。至90年代末[15]，市場(chǎng)上出現(xiàn)了抗菌家電、抗菌布料、抗菌陶瓷等。我國(guó)在抗菌劑方面的研究相對(duì)落后。近年來(lái)一些科研院所正在投入力量研究開發(fā)，方向集中在無(wú)機(jī)抗菌劑方面。但由于銀系抗菌劑需要的技術(shù)性較強(qiáng)，成本較高，與國(guó)外抗菌劑相比，無(wú)論在質(zhì)量上還是價(jià)格方面都缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。1.4銀系抗菌劑的分類和研究進(jìn)展按照載體不同銀系無(wú)機(jī)抗菌劑可分為硅酸鹽系、磷酸鹽系、氧化物系等，而且不同的抗菌劑的有效殺菌成份和吸附方式也是不同的。表1-1銀系無(wú)菌抗菌劑的分類載體載體與有效成分結(jié)合方式硅酸鹽類載體沸石粘土礦物硅膠離子交換離子交換吸附磷酸鹽類載體磷酸鋯磷酸鈣離子交換吸附其他可容性玻璃活性炭金屬（合金）有機(jī)（金屬）玻璃成分吸附合金化合其中銀沸石是最早開發(fā)的抗菌劑，銀通過(guò)離子交換結(jié)合在多孔沸石上，沸石的隧道微孔結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，無(wú)論發(fā)生吸附、脫附、脫水或離子交換均不會(huì)發(fā)生變化。目前市場(chǎng)上主要以海爾科化工程塑料國(guó)家工程研究中心股份有限公司的FS-ZN抗菌劑和北京崇高納米科技有限公司的安迪美TM-AM系列抗菌劑產(chǎn)品為代表。[11]國(guó)內(nèi)家電用塑料，如冰箱內(nèi)膽、門襯、把手等已大量采用該應(yīng)用技術(shù)。因活性炭具有良好的吸附性，載銀活性炭是研究最多的載銀材料。但在試驗(yàn)中我們可以看到，其抗菌效果較差。且活性炭呈黑色，外表極不美觀，不為消費(fèi)者接受。目前研究人員主要的研究對(duì)象是活性炭纖維，但其造價(jià)極高。對(duì)于載銀材料，載銀活性炭研究的較多[7]，但其外觀差、造價(jià)高、抗菌效果不顯著;載銀沸石的抗菌效果好，但其造價(jià)高;對(duì)于載銀硅藻土、載銀分子篩的研究則較少?？咕鷦┛咕Φ暮脡氖桥c載體緊密相關(guān)的，同一種抗菌劑在不同的載體里會(huì)表現(xiàn)出抗菌力的差異[5]。所以本試驗(yàn)選取活性炭、沸石、分子篩和硅藻土四種載體進(jìn)行研究對(duì)比，篩選出抗菌效果好、實(shí)用經(jīng)濟(jì)的載銀材料。同時(shí)，本試驗(yàn)制備出的載銀材料中銀以納米微粒形式存在，獲取較好的抗菌效果。1.5銀系無(wú)機(jī)抗菌劑的抗菌機(jī)理銀系納米無(wú)機(jī)抗菌材料的抗菌機(jī)理與無(wú)機(jī)銀系的抗菌機(jī)理類似，主要依賴于銀元素的強(qiáng)抗菌活性。銀系抗菌劑通常是由抗菌金屬離子及無(wú)機(jī)或有機(jī)載體組成。金屬離子是抗菌劑中關(guān)鍵的抗菌成分，它們的抗菌能力差別頗大。高山正彥等人曾經(jīng)測(cè)定金屬離子的抗菌能力按其強(qiáng)弱順序排列如下[13]:Ag﹥Hg﹥Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe雖說(shuō)汞、錫、鉛等金屬離子具有與銀同樣的抗菌性能，但是毒性較大，對(duì)人體有害。實(shí)際上用作金屬殺菌劑的金屬主要為銀、銅、鋅、鉆、鎳，而銅、鉆、鎳等離子又帶有一定的顏色，會(huì)影響工業(yè)制品的外觀;鋅有一定的抗菌性但強(qiáng)度僅為銀的1/1000，因此無(wú)機(jī)系抗菌劑中銀系抗菌劑占據(jù)著主導(dǎo)地位?？咕鷦┑目咕芰途w細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)與成份有直接的關(guān)系。[7]細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)中細(xì)胞壁在最外層，它使細(xì)胞具有一定的形態(tài)且承擔(dān)著保護(hù)菌體的作用，和抗菌劑首先接觸的就是它。如果細(xì)胞壁受到損傷，細(xì)胞便難以生長(zhǎng)，甚至死亡。采用同種抗菌劑來(lái)處理不同的菌體時(shí)，抗菌效果是不同的，因?yàn)榧?xì)胞壁的厚度和化學(xué)成份隨細(xì)胞品種而有差異。抗菌劑對(duì)多聚糖層合成的干擾程度反映著其抗菌的效果。1.6.抗菌劑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)抗菌劑一般有以下幾方面：（1）抗菌效果（2）使用安全性（3）抗菌持久性（4）耐酸堿性（5）耐熱性。抗菌作用大致可分為抑菌作用和殺菌作用兩種。1.6.1菌落計(jì)數(shù)方法（1）只有一個(gè)稀釋液的菌落數(shù)在適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)范圍之內(nèi)時(shí),按該稀釋液的稀釋倍數(shù)可計(jì)算出原有總菌數(shù)。（2）有兩個(gè)稀釋液的菌落數(shù)在適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)范圍之內(nèi)時(shí),先計(jì)算每個(gè)菌落數(shù)的平均菌落數(shù),然后也可計(jì)算出原有的總菌數(shù)。（3）當(dāng)沒有或者所需稀釋液的兩個(gè)平板中只有一個(gè)平板產(chǎn)生一個(gè)菌落,則按以下方法計(jì)數(shù)。（4）在非正常情況下計(jì)算和報(bào)告需氧平板計(jì)數(shù)的準(zhǔn)則。1.6.2計(jì)算可按下式計(jì)算出樣本的殺菌率[4]初始濃度-終止?jié)舛葰⒕?×100%初始濃度此方法容易造成結(jié)果誤差的地方是，將菌液涂于固體培養(yǎng)皿表面需要很均勻，否則可能造成結(jié)果的菌落數(shù)的變化。而且培養(yǎng)的溫度等條件也比較苛刻,容易造成最終菌落數(shù)的差異。1.7載銀分子篩抗菌的應(yīng)用前景及研究意義1.7.1皮革防霉[12]隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,不僅對(duì)皮革及其制品的需求量逐年增加,而且對(duì)其質(zhì)量、耐用性及健康安全性也隨之提高,其中皮革及其制品的防霉性也是其中必要的內(nèi)容。皮革是由動(dòng)物皮經(jīng)過(guò)一系列物理和化學(xué)的加工和處理而轉(zhuǎn)變成的一種固定耐用的物質(zhì),具有柔性、堅(jiān)韌、遇水不易變形、干燥不收縮、耐濕熱、耐化學(xué)藥劑、透氣好等特點(diǎn),是目前人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷奈锲分弧Ｓ捎谄じ锏闹饕煞菔墙宦?lián)蛋白,在制革過(guò)程中使用的原輔材料中許多也含有蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分。因此皮革及皮革制品中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)能被微生物所利用,只要外界濕度、溫度等條件合適,微生物就會(huì)生長(zhǎng)繁殖,導(dǎo)致皮革及其制品產(chǎn)生霉變。影響皮革最主要的微生物是霉菌,輕則嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量,重則導(dǎo)致大量產(chǎn)品報(bào)廢。而目前我國(guó)很多產(chǎn)品銷售范圍較大,需要較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)運(yùn),尤其是出口歐美產(chǎn)品需要較長(zhǎng)時(shí)間海上運(yùn)輸,產(chǎn)品的防霉要求則顯得非常重要。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在物品外邊噴涂納米防霉材料,保證物品在高溫高濕環(huán)境中保持不長(zhǎng)霉,納米防霉物品具有良好的抗菌持久性,能夠較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持物品不長(zhǎng)霉。防霉操作方便易行,不需用增加生產(chǎn)線或加工工序,僅對(duì)已包裝物品就可單獨(dú)進(jìn)行防霉操作。1.7.2飼料防霉用發(fā)霉的飼料來(lái)飼喂動(dòng)物,可是動(dòng)物生長(zhǎng)停滯,內(nèi)臟出血,甚至中毒死亡。很多飼料的質(zhì)量問(wèn)題就是因?yàn)轱暳习l(fā)生霉變引起的,據(jù)報(bào)道,全世界每年平均損失的糧食和飼料約占總產(chǎn)量的五分之一左右,其中有一半以上是由于霉變所致。因此防止飼料霉變是商品化飼料生產(chǎn)所必須解決的問(wèn)題之一。硅藻土、沸石本就是傳統(tǒng)的飼料添加劑。而本試驗(yàn)所制備的載銀材料中就有載銀硅藻土和載銀沸石,這兩種材料均具有良好的抗菌性,如將其添加在飼料中,一定會(huì)起到良好的防霉效果。同時(shí)還可考察其作飼料對(duì)生長(zhǎng)中的海鷗等禽類對(duì)禽流感的免疫能力,但因時(shí)間、經(jīng)費(fèi)問(wèn)題目前未能實(shí)驗(yàn)。1.7.3水處理[11]緩釋型抗菌劑可作為水處理劑直接應(yīng)用于水溶液中,通過(guò)抗菌劑在水中析出抗菌離子,以達(dá)到抗菌效果。例如載銀活性炭纖維材料,與水接觸后,就可將常見的病原性大腸桿菌和金黃色葡萄球菌完全殺滅。利用其緩釋的特性,可應(yīng)用于飲用水的消毒、游泳池的殺菌等諸多需要水處理的場(chǎng)所。參考文獻(xiàn)王永鋒.載銀分子篩的離子交換及抗菌性研究，南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007.06.01徐如人.龐文琴.分子篩與多孔材料化學(xué).北京科學(xué)出版社,2004王永鋒.載銀分子篩的離子交換及抗菌性研究.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007.06.01侯靜雯.韓璐.向豪.陳亞芍.堿處理載銀Na分子篩的制備及抗菌性能研究.化工科技,2011.03.15李俠.抗菌劑與抗菌聚合物性能的研究.貴州大學(xué),2007.05.01宮雪.載納米銀抗菌復(fù)合材料的研究.西北師范大學(xué),1998,279:548-553吉向飛.李玉平.楊柳青.曲領(lǐng).石晉美.寇濤.抗菌劑及抗菌材料的發(fā)展和應(yīng)用.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.01.20馮芳霞;竇濤等.干粉法合成中孔分子篩MCM-41.石油學(xué)報(bào)(加工版),1998,3:22-26胡芬娥.13X載銀分子篩在水處理中的研究.昆明理工大學(xué),2006.02.22:47-50王凈宇;王卓鵬;郭嵩.含銀抗感染制劑的進(jìn)展.化學(xué)研究與應(yīng)用,2010.06.15張小明;張兆榮等.介孔硅基分子篩研究新進(jìn)展.化學(xué)通報(bào),2000,(3)