溶胶凝胶法合成纳米C12A7-O-材料及其抗菌性能研究

摘要

病原微生物对人类最大的影响是引发传染病的爆发和流行，而大量广谱抗生素的滥用造成了许多菌株发生变异，严重威胁着的人类健康，低毒性和环境友好的抗菌材料的研究一直是抗菌领域的研究热点之一。本文首次成功地利用溶胶.凝胶法制备了具有高氧化特性的氧负离子存储-发射材料（C12A7-O-），研究了制备的C12A7-O-材料的结构特性、O-离子发射和存储特性；并且研究了C12A7-O-材料在溶液中的抗菌作用和抗菌机理。主要的创新研究结果如下：
　　 1.首次成功地利用溶胶凝胶法在较低的合成温度(90-150℃)下制备了纳米C12A7-O-材料，并用多种表征手段对制备的材料进行分析与表征。研究表明，溶胶凝胶法制备纳米C12A7-O-材料包括三个主要的过程：前躯体中的铝盐生成A1203，钙盐生成CaO，CaO/Al203复合物相变产生纳米Ca12A114033(C12A7)晶体结构。材料的性能分析表明：(1)1150℃焙烧制备的C12A7-O-材料中所含的O-和O2-离子的浓度均为1.2×1020cm-3;(2)从C12A7-O-材料表面发射的离子中主要的是O-离子，其数量约占发射总量的89％，当材料表面的温度是800℃，引出场为800V/cm时，O-离子的发射电流强度为0.89士0.15uA/cm2;(3)溶胶凝胶法制备的C12A7-O-材料的平均粒径约为33-74nm，比传统粉末合成方法制备的材料粒径(通常大于1μm)更小。此外，溶胶凝胶法在工艺上克服了传统方法的苛刻条件（如：需要20O-300atm压片、1350℃以上高温焙烧），显著降低了合成温度和合成周期，使制备工艺更加简便。
　　 2.首次使用制备的的纳米C12A7-O-材料进行抗菌实验。结果显示C12A7-O-材料具有良好的广谱抗菌作用，当负载有C12A7-O-粉末材料的纺织品对金黄色葡萄球菌作用lh的杀灭率可达99.89％，表明C12A7-O-粉末材料具有快速有效的抗菌作用，可应用于抗菌纺织品、抗菌塑料等领域。
　　 3.首次研究了C12A7-O-材料在溶液中的抗菌作用机理。研究了C12A7-O-材料在溶液中的抗菌作用和抗菌机理，结果表明，当C12A7-O-材料中含有的O-浓度为2×1020cm-3，1mg/mL的C12A7-O-水溶液中的O-浓度约为4×1016 cm-3。1mgC12A7-O-/mL的溶液可在lh内将菌液浓度为105 cfu/mL的大肠杆菌浓度降低99.98％。对比实验表明，在中性PBS环境中，lmg/mL的C12A7-O-材料加入后不会产生明显的pH效应和接触效应，结合XRD和ESR结果分析，C12A7-O-材料在中性PBS溶液中主要是O-负离子起到抗菌作用。
　　 4.Ni/ZSM的催化剂与生物油水蒸气催化重整制氢研究（附加研究）。此外，本文以HZSM-5分子筛为载体，采用浸渍法制备了Ni/ZSM的催化剂，考察了生物油水蒸气催化重整制氢的催化性能、S/C和电流对催化重整性能的影响，并通过对催化剂反应前后的结构进行了表征分析。结果表明：含Ni比例相同的Ni/ZSM催化剂与Ni/A1203催化剂相比，相同条件下的碳转化率和氢产率都有所提高；反应温度、S/C和电流明显地提高了碳转化率和氢产率；在400℃、S/C=17、I=3.5A时，生物油达到完全转化和92.6％的氢产率。

目录

文摘

英文文摘

第1章 研究背景和文献综述

1.1 微生物介绍

1.2 抗菌材料的研究进展

1.3 O-的重要性和传统的产生方法

1.4 负离子发射材料介绍

1.4.1 YSZ(Y203-stabilized Zr02)材料

1.4.2 O-发射材料C12A7-O-的结构及性能研究

1.5 C12A7材料的制备方法

1.5.1 传统C12A7材料的制备方法

1.5.2 溶胶-凝胶自蔓延燃烧(SGCS)法

1.6 本文新进展

参考文献

第2章 溶胶凝胶法制备C12A7-O-材料

2.1 引言

2.2． 实验材料和方法

2.2.1． 实验材料

2.2.2． 样品制备

2.2.3． 样品表征

2.3． 材料表征结果

2.3.1． TG/DTA分析

2.3.2． XRD分析

2.3.3． ESR分析

2.3.4． 场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)的观察

2.3.5． TOF及电流发射实验

2.4． 小结

参考文献

第3章 C12A7-O-材料抗菌性能及其抗菌机理研究

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.2.1 材料和试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 实验方法与装置

3.2.4 样品表征

3.3 抗菌实验结果

3.3.1 抗菌性能试验结果

3.3.2 C12A7-O-粉末材料负载于纺织品的抗菌效果

3.3.3 抗菌试验FESEM结果

3.3.4 抗菌机理试验结果

3.3.5 X射线衍射分析

3.3.6 电子顺磁共振分析

3.3.7 抗菌机理讨论

3.4 小结

参考文献

第4章 Ni/ZSM催化剂上生物油重整制氢的研究

4.1 引言

4.1.1 氢气生产现状

4.1.2 生物质能及其应用介绍

4.1.3 生物质裂解制生物油及生物油水蒸汽重整制氢的研究进展

4.1.4 生物油重整制氢的催化剂的研究进展

4.2 实验部分

4.2.1 生物油原料

4.2.2 催化剂的制备

4.2.3 实验装置和操作过程

4.3 重整制氢结果

4.3.1 载体对碳转化率和氢产率的影响

4.3.2 S/C对碳转化率和氢产率的影响

4.3.3 电流对碳转化率和氢产率的影响

4.3.4 电流对产物选择性的影响

4.4 催化剂的表征结果与讨论

4.4.1 H2-TPR(H2-程序升温还原)测试

4.4.2 X射线衍射(XRD)表征

4.5 小结

参考文献

总结与展望

攻读博士学位期间发表的论文目录

致谢