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TiO2光催化实用技术已经成为功能材料的研究热点,在抗菌材料方面虽已趋于成熟,但制备成本太高使其应用受到很大限制。本文在现有半导体光催化材料的光催化机理及应用的基础上,提出了以含钛炉渣作为原料制备低成本抗菌材料的新方法。实验采用抑菌环抗菌标准来确定材料的抗菌性能,通过对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生物抗菌实验,评价经过改性处理后的含钛高炉渣即抗菌材料的抗菌性能。
本文主要以攀钢高炉渣为研究对象,考察含钛高炉渣的抗菌性能。将炉渣粉碎、球磨得到粉体。为寻求最佳的处理方法,对含钛炉渣进行了不同温度焙烧,不同光照激发等处理措施。此外,为了改善其抗菌性能,对其进行了离子掺杂实验研究。
将炉渣分别在600℃、800℃、1000℃的温度下焙烧,不同温度下焙烧处理的炉渣对大肠杆菌做生物抗菌实验,三个温度下处理样品的抑菌环厚度分别为2.1mm、3.8mm、2.0mm。当抑菌环厚度大于3mm则可认为其具有一定的抗菌性能。在800℃焙烧后的高炉渣粉体具有良好的抗菌性能。
众所周知,TiO2半导体光催化材料在254m或者365nm紫外光的激发下才会表现出良好的光催化性能,因此本文考察了含钛高炉渣经253.7nm的紫外光、太阳光和自然条件激发蓄能后的抗菌性能。实验结果显示,经过紫外光激发、太阳光照和无光照样品的抑菌环厚度(大肠杆菌)分别为4.2mm、4.15mm、3.6mm。由此可见,改性处理后含钛高炉渣具有无光催化能力,在没有特殊光照的情况下可表现出一定的抗菌性能,因此该材料有很好的实用价值。
为进一步提高材料的抗菌能力,考察了AgCl和V2O5的掺杂对该材料抗菌性能的影响。对含钛高炉渣进行5%、10%、20%、35%、50%的掺杂,结果表明掺杂AgCl样品系列的抑菌环(大肠杆菌)厚度均大于4.5mm;V2O5在掺杂量小于10%时对样品起负面影响,均降低了材料的抗菌性能,当掺杂量大于10%可改善高炉渣的抗菌性能。可见AgCl的掺杂显著地提高了材料的抗菌性能,而V2O5的掺杂对该材料抗菌性能的改善不理想。
为考察抗菌材料的广谱抗菌性,采用金黄色葡萄球菌对所制备的抗菌材料进行抗菌实验测试,实验结果显示无掺杂样品的抑菌环厚度为4.7mm,AgCl掺杂系列样品的抑菌环厚度分别为6.5mm、6.7mm、6.8mm、7.2mm、7.5mm,抑菌环随掺杂比例的上升略有增大。V2O5的掺杂系列样品的抑菌环厚度分别为9.7mm、9.7mm、9.1mm、9.5mm、9.6mm,抑菌环基本不随掺杂比例变化。CuO掺杂系列样品的抑菌环厚度分别为0、2.3mm、2.4mm、2.8mm、2.3mm,CuO的掺杂降低了材料的抗菌性能。可见改性处理后的含钛高炉渣对杆菌和球菌均有一定的抑制作用。
对其他几种含钛物料采用相同的改性处理后进行抗菌实验测试,以大肠杆菌为实验对象,高钛渣、钛精矿、承德高炉渣、马钢高炉渣的抑菌环厚度分别为3.8mm、4.0mm、2.8mm、0mm。结果表明除二氧化钛不足2%的马钢高炉渣没有抗菌性能外,其他三种均具有一定的抗菌性能。