ni／tio2復(fù)合鍍層光催化抗菌性能的研究

1、第 1 2 卷 第 1 期2004年 2月材 料 科 學(xué) 與 工 藝 MA T E RI AI 5 S C I E NC E & T E C HNO L OG Y I _ l 2NolF e b ．，2 0 0 4N i ／ T i O 2復(fù)合 鍍 層 光 催 化抗 茵性 能 的研 究 遲廣俊 ， 姚 素薇 ， 范 君 ， 張衛(wèi) 國， 王宏智 ， 任 光 勛：( 1 ． 天津大學(xué) 化 工學(xué)院 ， 天津 3 0 0 0

2、7 2 ； 2 ． 鞍山鋼鐵集 團(tuán)公司 長甸醫(yī)院 ， 遼寧 鞍 山 I 】 4 0 0 0 )摘 要：為了研 究 T i O在鍍層中的光催化抗 菌活性， 以不銹鋼 為基體， 制 各了 N i ／ T i O七催 化抗 菌功能性復(fù) 合鍍 屢， 測定 了鍍層 中 T i O ，做粒的復(fù)合量 ， 考察 了N i ／ T i O電板的七催 化析 氫性 能， 利用 E S E M 強(qiáng) 察 了鍍 曇的表面形貌， 并探討 了半導(dǎo)體 T i O光催 化

3、樂 滅細(xì)菌 的機(jī)理． 研 究表 明： 當(dāng)鍍 層中 T i O !復(fù)合 量達(dá) 到 2 1 ． 9 8 ％ 時(shí)， N i ／ T i O ， 復(fù) 合鍍 層對 尢腸桿 菌 、 綠 膿桿菌 、 糞鏈球 菌和 金黃色葡 萄球菌 的抗菌 率均干 9 5 ％ ： 在 照射 下 ， N i ／ T i O ，電極 陰極析氫反應(yīng)的起始 電1 = 立正侈 了約 2 0 0m V．關(guān)鍵詞 ：電沉積 ； 復(fù)合鍍 層；F i O； 抗菌功 能； 七催 E中圖分

4、類 號： T Q 1 5 3 ． 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：文章編號 ：1 0 0 5— 0 2 9 9 ( 2 0 0 4 ) 0 1— 0 0 5 2一 t ) 5S t u d yo np h o t o c a t a l y t i ca n t i b a c t e r i a lp e r f o r ma n c eo fNi ／ T i O2c o mp o s i t ed e p o s i t sC H IG u a n

5、 g — j u n， Y A OS u — w e i，F(xiàn) A NJ u n ： ，Z HA N GWe i — g u o， WA N GH o n g — z h i， R E NG u a n g — x u n( 1 ．S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ， T i a n j i nU n i v e r s i t y ， _ r i a n j i n3

6、0 0 0 7 2 ，C h i n a ； 2 ． C h a n g d i a nh o s p i t a l ，~ n s h a nS t e (1a n dI r o n( ； r o u p ，~ , n s h a n11 4 0 0 0 ，C h i n a )Ab s t r a c t ：I no r d e rt os t u d yt h ep h o t o c a t a l y t k 、 a n t

7、i b a c t e r i a la c t i v i t yo fT i O2i nt h ed e p o s i t ，Ni ／ T i Oc o mp o s i t ed e p o s i t sw i t ha n t i b a e t e r i a la c t i v i t yw e r ep r e p a r e do nS US 3 0 4s t a i n l e s ss t e e lma t

8、r i x ．T h ec o n t e n to fT i O， i nt h ed e p o s i tw a sme a s u r e da n dt h es u r f a e emo r p h o l o ~' wa sc h a r a c t e r i z e db yt h eE S E M ．T h ea n t i b a ( ’ t e r i a lp e r f o r m—a n C e0

9、 fNi ／ T i O，c o mp o s i t e sw e r et e s t e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea n t i b a c t e r i a lr a t e so fs a mp l e sa r e>9 5c ka —g a i n s tt h eg r o wt ho fE s c h e r i c h i ac o l i ，p s e

10、 u d o mo n a sa e r u g i n o s a ，s t r e p t o c o c c u sf a e c a l i sa n dS t a p h y l o c o c c u sa Hr e u sT h ee u r v eo fe a t h o dp o l a r i z a t i o ni n0 ． 5mo l ／ LH2S O 4s o l u t i o nd e mo n s t

11、r a t e st h a tt h ei n i t i a Jp o t e n t i a lf o rh y d r o g e ne v o l u t i o nr e a c t i o ni ss h i f t e d2 0 0 , n Vp o s i t i v e l yu n d e rl i g h ti r r a d i a t i o n ．Ke ywo r d s ：e l e c t r o d

12、e p o s i t i o n；c o mp o s i t ed e p o s i t ； T i O2 ；a n t i b a c t e r i a lp e r f o r ma；p h o t o e a t a l y t i ( ‘自從 F u j i s h i m a 用半導(dǎo)體電極光分解 水制備 氫氣以及 B a r d 將光 電化學(xué)理論擴(kuò)展到半導(dǎo)體微 粒光催化后 ， 半導(dǎo)體光催化理論及應(yīng)用研究 已取 得 了長

13、足的進(jìn)展． 半導(dǎo)體 T i O具有化學(xué)性能和光 電化學(xué)性能十分穩(wěn)定 ， 耐強(qiáng)酸 、 強(qiáng)堿 、 耐光腐蝕的 優(yōu)點(diǎn) ， 并 具 有 較 深 的價(jià) 帶 能 級 ， 光 激 發(fā) T i O產(chǎn) 生 的 活性 氧類 (· O H，O一 ， H O· ，HO) 物質(zhì) 反 應(yīng)活性強(qiáng) ， 對作用物無選擇性 ， 不僅能殺死大多數(shù) 種類 的微 生物 細(xì)胞 ， 而且 能 同時(shí) 在 短 時(shí) 間 內(nèi)礦 化 收稿 日期 ： 2 0 0 3一O 5

14、一 O 5基金項(xiàng)目： 教育郜 、 天津大學(xué) 、 南開大學(xué)聯(lián) 合研究 院資助項(xiàng) }作者簡介 ： 遲廣俊 ( 1 9 7 l 一) ， 男 ， 博士后 ；姚素薇 ( 1 9 4 2 一) ， 女 ， 教授 ， 博士生導(dǎo)師聯(lián) 系人： 姚索薇 ， E - m a i l ~ y a o s u w e i @2 6 3 ． n e t ．絕 大 多數(shù)有機(jī) 污 染物 ( 包 括 三 氯 甲烷 ， 四 氯化 碳 ，六氯取代苯等難 以降解的污染物 )

15、并且 T i O光 催化反應(yīng)不消耗 昂貴的氧化劑 ，需要空氣中的氧作為氧化劑 ， 不存在二次污染． 激 活 T i O所需 的光為長波紫外 ， 可直接利用太陽光的紫外波段 ．而不消耗能源． 故近幾年來， 利用 T i O的光催化 活性殺滅病原細(xì)菌 、 病毒的研究 日趨活躍 ．不銹鋼 具 有 銀 白 色 的 外 觀 及 優(yōu) 異 的 耐 蝕性 能 ， 在 醫(yī)療器 械 以 及公 用 金 屬 設(shè)施 等 領(lǐng)域 應(yīng) 用 廣 泛 然而細(xì)菌等微生物

16、在其表面易于繁殖 ， 不符合 衛(wèi)生 、 潔凈的標(biāo)準(zhǔn)． 本文通過復(fù)合電沉積 的方法 ，以不銹鋼為基體 ， 首次制 備了 N i ／ T i O抗菌功能 性復(fù)合鍍層 ， 這對于減少由病原菌感染而導(dǎo)致的 維普資訊 http://www.cqvip.com 材 料 科 學(xué) 與 工 藝 第 1 2卷 從圖 2 可 以看出， 隨著 T i O ， 在鍍液中懸浮量 的增加， 鍍層中T i O ： 微粒數(shù)量明顯增多． 當(dāng)鍍液 中T i O的質(zhì)量濃度達(dá)

17、到 7 0L時(shí) ， T i O ： 在復(fù)合鍍層 中分布均勻， 鑲嵌數(shù)量較多． 這一結(jié)果與采用滴定 法測定的鍍層 中 T i O ： ( 質(zhì) 量分?jǐn)?shù)， 以 ( T i O ： ) 表 示) 的含量檢驗(yàn)結(jié)果相一致 ， 如圖 3 所示．圖 3鍍層 中 T i O的含量與鍍 液中 T i O懸 浮量的關(guān) 系從圖 3 可以看出， 隨著鍍液中 T i O懸浮量的 增多， T i O在鍍層中的復(fù)合量幾乎線性遞增 ， 這是 因?yàn)殄円褐形⒘舛仍酱?，

18、在單位時(shí)間 內(nèi)通過攪 拌等作用將微粒輸送到陰極表面的數(shù)量也越 多，微粒進(jìn)人鍍層 的幾率也就越大 ． 當(dāng)鍍液 中 T i O ，質(zhì)量濃度為 7 0L時(shí) ， T i O在復(fù)合鍍層 中的復(fù)合 量高達(dá) 2 1 ． 9 8 ％．2 ． 2N i ／ T i O 2 復(fù)合鍍 層 光催化 抗 菌檢驗(yàn) 結(jié) 果 以 3 0w 熒 光燈 為光 源 ， 在距 樣 品 2 0c n l 高度 處照 射 ( 圖 1 ( a ) ) 被測 樣 品 ， 進(jìn) 行鍍層

19、的抗 菌 性能 檢驗(yàn) ， 結(jié)果列于表 2和表 3 ．表 2 、 3中 S U S 3 0 4為未施鍍 的不銹 鋼， N i 代 表 以 不 銹 鋼 為 基 體 的 純 鎳 鍍 層 ， N i ／ T i Oa 、N i ／ T i Ob 、 N i ／ T i Oc 代表以不銹鋼為基體 、 鍍層 中T i O的 質(zhì) 量 分 數(shù) 分 別 為 8 ． o 4 ％ 、 11 ． 7 8 ％ 、2 1 ． 9 8 ％ 的 3個(gè) 復(fù)合 鍍層 ．表

20、 2 無光照時(shí) N i ／ T i O： 復(fù)合鍍 層的抗菌檢驗(yàn)結(jié)果 注 ： c f l J 為細(xì)菌繁殖單位． 5 ． 1 ×1 0、 4 ． 2×1 0、 6 ． 5× 1 0、 7 ． 8×1 0c f u／ m L是實(shí)驗(yàn)時(shí)使 用的細(xì)菌濃度 表 3 光照時(shí) N i ／ T i O ： 復(fù)合鍍層的抗菌檢驗(yàn)結(jié)果 由 表 2 、 3 可 以 看 出 ： 無 論 有 無 光 照 時(shí) ，S U S 3 0

21、 4不銹鋼樣品的抗菌率都為零 ， 沒有抗菌活 性 ； N i 鍍層 在 光照 前后 抗菌 率 變化 不 大， 均在 3 0 ％ ～5 0 ％ ， 有 一 定 的 抗 菌 活 性 ； N i ／ T i O 2 a 、N i ／ T i O ， b 、 N i ／ T i OC3 個(gè)樣 品在光照后 ， 抗菌率 明顯增 加． 在 沒有 光 照 射 時(shí) ， N i ／ T i O 2 a 、 N i ／ T i O 2 b 、N i ／ T

22、i O ， c3 個(gè)被測樣品對 4種細(xì)菌的抗菌率均小 于 5 0 ％， 與 N i 鍍層 的抗菌活性相當(dāng)， 而在有光照 射情況下抗菌率均在 6 0 ％ ～1 0 0 ％． 而且 ， 隨著鍍 層中 T i O ： 復(fù)合 量的增大 ， 樣 品的抗菌率 顯著增 加， 當(dāng) 鍍 層 中 T i O復(fù) 合 量 ( 質(zhì) 量 分 數(shù) ) 達(dá) 到 2 1 ． 9 8 ％時(shí) ， 樣品( N i ／ T i O ： C ) 對實(shí)驗(yàn)中所使用的 4種細(xì)菌的抗菌率