離子交換法制備載銀沸石抗菌劑及其性能研究

1、第5卷第3期2006年8月淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版JOURNA L OF H UAIY IN TE ACHERS CO LLEGE (NAT URA L SCIE NCE E DITION 離子交換法制備載銀沸石抗菌劑及其性能研究楊長茂1,2,趙登山2,周蘇閩2(1.南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇南京210009;2.淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,江蘇淮安223001摘要:以酸活化沸石為載體,AgNO 3為反應(yīng)液,通過離子交換法制備載銀沸石抗菌劑.采取正交試驗(yàn)法研究了制備工藝對抗菌劑載銀量及抗菌性能的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn)沸石的酸化是重要的影響因素,其次是AgNO 3的濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間.試

2、驗(yàn)表明,最佳的制備工藝條件為:活化酸度(HCl 115m ol/L ,AgNO 3濃度015m ol/L ,反應(yīng)溫度50,反應(yīng)時(shí)間2h.通過最佳的制備工藝條件制備載銀沸石抗菌劑的載銀量為2140%,這種抗菌劑具有良好的抗菌性能.關(guān)鍵詞:抗菌劑;載銀沸石;離子交換法;正交試驗(yàn)中圖分類號:T Q170文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:167126876(20060320229204收稿日期:2006205220作者簡介:楊長茂(19652,男,江蘇泗陽人,工程師,南京工業(yè)大學(xué)在讀碩士.研究方向?yàn)榛C(jī)械及材料.0引言隨著人們生活水平的不斷提高,人們對生活環(huán)境的舒適性和衛(wèi)生條件越來越重視.對衛(wèi)生用品、日用品

3、、水處理裝置、食品包裝、服裝等耐用消費(fèi)品的抗菌性有了較高的要求,因此各種抗菌制品便應(yīng)運(yùn)而生,并獲得迅速發(fā)展13.可以預(yù)見,抗菌材料的市場需求和發(fā)展?jié)摿κ鞘志薮蟮?沸石作為一種良好的離子交換劑,通過離子交換將其制備成無機(jī)抗菌劑已有很多研究5.它是一種堿金屬或堿土金屬結(jié)晶質(zhì)鋁硅酸鹽,由Si 2O 四面體和Al 2O 四面體通過共用氧離子構(gòu)成三維骨架環(huán)狀結(jié)構(gòu).具有脫附(吸附與脫吸附、分子篩、離子交換和催化四大功能.通過物理吸附或離子交換等方法,將銀、銅、鋅等抗菌活性金屬離子固定在無機(jī)離子交換體之類的多孔性物質(zhì)的表面可制成無機(jī)抗菌劑,在各種抗菌成分中,Ag +具有最好的抗菌效果,目前研究最多、最廣泛

4、的就是銀系抗菌劑57,銀系抗菌劑通常以銀離子進(jìn)行殺菌.沸石型載銀無機(jī)抗菌劑正是利用其陽離子交換性能,通過交換將Ag +結(jié)合到沸石結(jié)構(gòu)而制成.本文以沸石為載體制備了載銀抗菌劑,通過正交實(shí)驗(yàn)研究了制備載銀沸石各個(gè)影響因素,確定了最佳的制備條件,并對其抗菌性能進(jìn)行了測定.1實(shí)驗(yàn)部分111實(shí)驗(yàn)原料沸石:研磨,過6080目篩,室溫下,用一定濃度鹽酸溶液對其活化時(shí)間為1h ,反應(yīng)過程中的攪拌速度為400r/min 左右;硝酸銀;鹽酸.微生物試驗(yàn)所用細(xì)菌為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌.試驗(yàn)時(shí)的培養(yǎng)基配方為:牛肉膏510g ,蛋白胨1010g ,NaCl 510g ,瓊脂2010g ,蒸餾水1000m L ,pH

5、 =710.112抗菌沸石的制備取20g 活化沸石分散于200m L 去離子水中,在一定的溫度條件下強(qiáng)力攪拌并加入一定量的硝酸銀溶液.反應(yīng)一定時(shí)間后減壓抽濾分離,濾餅用去離子水洗滌數(shù)次后,然后在100下干燥2h ,得到載銀沸石抗菌材料備用.113銀離子含量的測定銀離子含量測定采用沉淀滴定法中的佛爾哈德法.114抗菌性能檢測用上述的培養(yǎng)基將兩種細(xì)菌在37的溫度條件下培養(yǎng)24h,將培養(yǎng)物用去離子水通過離心機(jī)進(jìn)行分離和洗滌,并制成濃度為103m L-1量級的菌液待用.分別稱取未處理沸石和載銀沸石抗菌劑810mg,加入到100m L菌液中,在37搖動(dòng)狀態(tài)下,進(jìn)行殺菌反應(yīng),量取012m L上述反應(yīng)液通過

6、活菌計(jì)數(shù)法測定未處理沸石和載銀沸石抗菌劑的抗菌性能.2結(jié)果與討論211制備工藝對抗菌劑含銀量的影響載銀沸石抗菌劑的制備過程中,影響載銀量的因素主要有活化酸濃度、硝酸銀濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等,為了準(zhǔn)確全面地考察各因素的影響情況,用正交試驗(yàn)法確定載銀抗菌劑的最佳制備工藝.根據(jù)文獻(xiàn)資料和探索性實(shí)驗(yàn),確定的因素和水平如表1所示.表1載銀沸石制備工藝條件試驗(yàn)因素水平表水平因素A活化酸度/(m ol/LBAgNO3濃度/(m ol/LC反應(yīng)溫度/D反應(yīng)時(shí)間/h表2L16(45正交試驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)方案A3B3C3D2032淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第5卷根據(jù)所確定的因素水平表,選取正交表L 16(45來安

7、排實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.由表2所見,看出沸石活化時(shí)的鹽酸濃度對其載銀量的影響十分顯著,酸濃度過低時(shí),難以溶出沸石中的鎂離子、鈣離子.酸濃度過高時(shí),可能破壞了沸石內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致載銀量有所減小.AgNO 3濃度對載銀量的影響也很顯著,隨AgNO 3濃度的增加載銀量增加.交換溫度對載銀量也有較大影響,溫度的升高,硝酸銀的活性增強(qiáng),使反應(yīng)速率的提高,使得載銀量的增加,溫度過高可能導(dǎo)致硝酸銀的分解而導(dǎo)致載銀量的下降,在50時(shí)載銀量達(dá)到最大值.交換反應(yīng)時(shí)間2h ,載銀量基本達(dá)到最大值,反應(yīng)24h ,載銀量增加不大.綜上所述,載銀沸石制備工藝的最佳條件為:活化酸度(HCl 115m ol/L (

8、A 3,AgNO 3濃度015m ol/L (B 3,反應(yīng)溫度50(C 3,反應(yīng)時(shí)間2h (D 2.按照上述最佳工藝條件制備載銀沸石測定其載銀量為2140%.可見由正交試驗(yàn)確定的最佳條件是合適的.2.2抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖1抗菌性能測試結(jié)果按照上述最佳工藝條件制備載銀沸石測定其抗菌性能.到目前為止,抗菌產(chǎn)品性能的測定國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)8,在檢測載銀沸石的抗菌性能時(shí)參考日本的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9,即在018mg/m L 的條件下是否具有抑菌功能.采用平板計(jì)數(shù)法對載銀沸石進(jìn)行抗菌試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.從圖1可以看到,載銀沸石具有良好的抗菌效果.當(dāng)大腸桿菌與載銀沸石作用5h 后,金色葡萄球菌與載銀沸石作

9、用8h 后,其活菌數(shù)為零,抗殺菌率達(dá)到100%,但反應(yīng)時(shí)間是載銀沸石抗殺菌效果的重要因素,抗殺不同的細(xì)菌需要不同的時(shí)間.而未經(jīng)處理的沸石基本不具備抗菌性能.3結(jié)論1在離子交換法制備載銀沸石抗菌劑的過程中,通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),沸石酸化是重要的影響因素,其次是AgNO 3的濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間.試驗(yàn)表明,最佳制備工藝條件為:活化酸度(HCl 115m ol/L ,AgNO 3濃度015m ol/L ,反應(yīng)溫度50,反應(yīng)時(shí)間2h.2通過最佳的制備工藝條件制備載銀沸石抗菌劑的載銀量為2140%,這種抗菌劑具有良好的抗菌性能,對于抗殺不同的細(xì)菌需要不同的時(shí)間.參考文獻(xiàn):1汪山,程繼健,陳奇.載銀型無機(jī)緩釋

10、抗菌材料的研究與應(yīng)用J .中國陶瓷,2000,36(2:79.2張文鉦,張羽天.載銀抗菌材料及其制品J .貴金屬,1998,19(4:5053.3李畢忠.抗菌塑料的發(fā)展和應(yīng)用J .化工新型材料,2000,28(6:812.4肖士民,李玲華.用天然沸石離子交換制備抗菌沸石J .華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),1997,25(3:2228.5張文鉦.載銀抗菌材料研究與開發(fā)J .化工新型材料,1997(6:2022.6汪銘,丁新更,曹旭丹,等.不銹鋼基片上制備Ag +/T iO 2抗菌薄膜的研究J .材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,21(3:379382.7嚴(yán)建華,封孝信,郝挺宇,等.銀離子交換法制備載銀天然斜發(fā)沸

11、石及產(chǎn)品抗菌性能研究J .非金屬礦,2001,24(5:1921.8徐瑛等,楊增新,李志華,等.納米T iO 2復(fù)合微粉的抗菌性能研究J .功能材料,2002(6:682683.9王靜,金宗哲,梁金生,等.抗菌陶瓷抗菌性能檢測方法研究J .江蘇陶瓷,2001(4:1115.132第3期楊長茂等:離子交換法制備載銀沸石抗菌劑及其性能研究232淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第5卷Preparation of Ag2carrying Z eolite AntimiCrobial withIon Exchange Method and the Study of Its PropertiesY ANG C

12、hang2mao1,2,ZHAO Deng2shan2,ZHOU Su2ming2(1.C ollege of Chemistry Chemical Engineering,Nanjing University of T echnology,Nanjing Jiangsu,210009,China(2.Department of Life Sciences and Chemical Engineering,Huaiyin Industry C ollege,Huaian Jiangsu,223001,China Abstract:Ag2carrying zeolite antimicrobia

13、l was prepared with ion exchange method using zeolite as the carrier andAgNO3s olution as the exchange s olution.The orthog onal tests indicated that the concentration of acid was a tremen2 dous in fluence and The optimum preparing conditions were established the concentration of hydrochloric acid a

14、nd AgNO3were115m ol/L and015m ol/L,respectively.The reactive tem perature and time were50and2h,respec2 tively.The prepared product under the optimum preparing conditions carried Ag2140%and they had excellent properties of antimicrobial.K ey w ords:antimicrobial;silver loaded zeolite;ion exchange責(zé)任編輯

15、:蔣海龍 (上接第218頁Synthesis and Characterization ofCoCuMgAl H ydrotalcite2like CompoundsLI U Bing2hua1,2(1.Department of Chemistry,Huaiyin T eachers C ollege,Huaian Jiangsu,223300,China(2.Department of Chemistry,Nanjing University,Nanjing Jiangsu,210093,ChinaAbstract:The sam ples of115C o/015Cu/Al,1125C o/0125Cu/015Mg/Al,C o/015Cu/015Mg/Al and C o/Cu/ Al were prepared by using coprecipitation method.The measured methods of XRD and TG2DSC were used to study these sam ples.The results indicated that115C o/0