殼聚糖、碘的抗菌性能及其在活性炭纖維抑菌處理中的應(yīng)用.pdf

1、殼聚糖(Chitosan)是甲殼素(Chitin)脫乙酰基的產(chǎn)物,目前主要從蝦、蟹等甲殼動(dòng)物中提取,無(wú)毒,可生物降解,具有良好的生物相容性,已在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,同時(shí)殼聚糖也有著天然、廣譜的抗菌性能,對(duì)多種細(xì)菌、霉菌具有殺滅作用。碘(Iodine)是鹵族元素的一種,單質(zhì)碘為紫黑色晶體,碘是常用的消毒滅菌劑,可制成碘伏、聚碘樹(shù)脂等多種抗菌材料。
　　活性炭(AC)自從誕生以來(lái),在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,活性

2、炭纖維(ACF)是繼粉末活性炭、顆粒活性炭之后的第三代活性炭材料,具有比表面積大、吸脫附速度快、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、可再生、安全性能好等特點(diǎn)。
　　活性炭纖維由于有著良好的吸附性能,常常被應(yīng)用于微污染水的凈化,去除水中的泥沙、有機(jī)物、金屬離子等雜質(zhì),但活性炭纖維良好的吸附性與生物相容性、豐富的微孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積,加上其處理微污染水時(shí)形成的濕潤(rùn)環(huán)境,造成了活性炭纖維上細(xì)菌、霉菌等微生物的滋生和繁殖,這些微生物的生長(zhǎng)導(dǎo)致了水中細(xì)菌總數(shù)

3、和亞硝酸鹽等菌體代謝產(chǎn)物的超標(biāo),嚴(yán)重影響活性炭纖維的凈水效果,這是困擾整個(gè)活性炭行業(yè)在凈水領(lǐng)域應(yīng)用的難題。
　　為解決上述問(wèn)題,本實(shí)驗(yàn)首先篩選出合格的抑菌材料(殼聚糖、碘),并深入評(píng)價(jià)殼聚糖和碘的抗菌性能,再將其負(fù)載于活性炭纖維上,來(lái)達(dá)到抑制細(xì)菌繁殖的目的,實(shí)驗(yàn)流程遵循著抑菌劑抗菌性能的評(píng)價(jià)-抑菌型活性炭纖維制備方法的探索-抑菌型活性炭纖維效果的評(píng)價(jià)的步驟,主要分為以下幾個(gè)部分:
　　(1)對(duì)碘的抗菌性能進(jìn)行評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯

4、示,碘具有良好的抗菌性能,其抗菌性能隨著碘濃度的增加而增強(qiáng),且隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。當(dāng)原水細(xì)菌總數(shù)采用一個(gè)較高的數(shù)量級(jí)(達(dá)到n×105CFU/ml)時(shí),1.291mg/L的碘濃度殺菌率達(dá)到96％,具有很強(qiáng)的抗菌能力,當(dāng)?shù)鉂舛鹊椭?.129mg/L時(shí),殺菌率亦能達(dá)到4%,因此碘作為抑菌劑符合抑制活性炭纖維上細(xì)菌生長(zhǎng)的要求。
　　對(duì)殼聚糖的抗菌效果進(jìn)行評(píng)價(jià),抑菌圈定性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼聚糖具有良好的抗菌性能;利用殼聚糖對(duì)海河水中細(xì)菌的殺滅

5、試驗(yàn)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了殼聚糖的殺菌效果,分別考察殼聚糖酸溶劑、溶液pH值、殼聚糖濃度和分子量對(duì)其殺菌效果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,吐溫80-卵磷脂是良好的殼聚糖中和劑,乙酸是較好的酸溶劑,溶液pH值越低殼聚糖殺菌率越高,然實(shí)際應(yīng)用中采用pH6為宜,濃度為1.0g/L時(shí)殼聚糖殺菌效果最好,且隨著分子量的增大殺菌效果增強(qiáng),殼聚糖處理后平均殺菌率可達(dá)98%以上。其中低分子量的殼聚糖通過(guò)雙氧水降解法制取,加入的雙氧水體積越大,制取的殼聚糖分子量越低,當(dāng)每

6、100ml3%的殼聚糖溶液中加入5ml36%的過(guò)氧化氫溶液時(shí),粘度法測(cè)定發(fā)現(xiàn)殼聚糖分子量可減小到初始的7.06%。殼聚糖殺菌主要原理是利用殼聚糖的絮凝性能及其分子中的活性氨基的抗菌作用。同時(shí),將殼聚糖季銨化后,其分子中氨基被季銨基取代,生成季銨化殼聚糖,殺菌性能得到了提升。
　　(2)用浸漬法制作載碘活性炭纖維,并用虹吸出水裝置分析碘在活性炭纖維上負(fù)載穩(wěn)定性。用虹吸出水裝置使水流不斷沖刷活性炭纖維,檢測(cè)出水中碘含量來(lái)評(píng)價(jià)其載碘穩(wěn)定

7、性,結(jié)果顯示,簡(jiǎn)單的浸漬法制得的載碘活性炭纖維的初始出水含碘量較高,隨后迅速降低,逐漸趨于平穩(wěn),且碘在活性炭纖維上可能有一個(gè)飽和吸附值。單純依靠碘的物理吸附制作抑菌型活性炭纖維方法簡(jiǎn)便,但碘的負(fù)載穩(wěn)定行欠佳,活性炭纖維較易失去抑菌能力。
　　(3)為提高碘在活性炭纖維上的負(fù)載穩(wěn)定性,將殼聚糖與碘聯(lián)合起來(lái),作為復(fù)合抑菌材料,制備出新型的抑菌型活性炭纖維,并用氣體吸附儀、掃描電鏡(SEM)分析活性炭纖維比表面積與結(jié)構(gòu)前后的變化,研究此

8、種活性炭纖維對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能,分析水力沖刷下活性炭纖維上抑菌劑的負(fù)載穩(wěn)定性,通過(guò)傅立葉紅外光譜(FTIR)分析殼聚糖與碘絡(luò)合物的表征。結(jié)果顯示,殼聚糖與碘在活性炭纖維表面絡(luò)合,形成顆?；蚰畹奈镔|(zhì),當(dāng)載碘量為2.44%時(shí),活性炭纖維的比表面積下降了20.18%,而對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達(dá)到了100%,且在水力沖刷下碘不易流失,出水碘濃度低,對(duì)人體安全無(wú)害。在過(guò)水100L后,殼聚糖-碘活性炭纖維仍保持86