银系纳米材料对游离细菌及生物膜的抗菌性研究

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本文采用化学还原法合成了载银多壁碳纳米管(Ag0/MWCNTs),选用革兰氏阴性菌大肠杆菌E.coli DH5α作为典型菌种,检测Ag0/MWCNTs的杀菌性能,并结合多重捕获剂和半透膜隔离系统的引入,探究Ag0/MWCNTs的杀菌机理(Ag+、活性基团和直接接触作用),以期深入了解纳米材料的杀菌机理,进而增强纳米材料在水处理工艺中的应用。结果表明,相较于单个纳米银材料(AgNPs)和多壁碳纳米管(MWCNTs),Ag0/MWCNTs的杀菌性能明显增强。在Ag0/MWCNTs杀菌体系中,Ag0/MWCNTs表面生成的·OHs和h+发挥主要作用,溶液中游离的·OHb也参与了Ag0/MWCNTs杀菌过程,而其他活性基团,如H2O2、·O2-和e-并未在杀菌系统中发挥作用。在杀菌作用时间内,Ag0/MWCNTs的Ag+释放量始终小于0.02 mg L-1,且0.02 mg L-1的Ag+杀菌性能极弱(只有0.15-LogCFU mL-1的细菌死亡),表明少量释放的Ag+并不是Ag0/MWCNTs杀菌性能的主要作用因素。  本文研究了胞外多聚物(EPS)和天然有机质(NOM)对杀菌性能的影响,并探讨产生影响的原因。结果表明,细菌表面的EPS对细菌起保护作用,EPS的去除可以增强Ag0/MWCNTs体系对大肠杆菌E.coli DH5α的杀菌效果。由于SRHA吸附在Ag0/MWCNTs的表面,竞争与·OHs和h+作用、生成的·OHs和h+有效数量的减少,以及细菌与Ag0/MWCNTs之间的电荷排斥作用的增强,SRHA抑制了Ag0/MWCNTs的杀菌性能。  由于生物膜广泛存在于地下水环境中,而随着纳米材料的广泛应用,越来越多的纳米材料进入地下水环境,因此,探究纳米材料在地下水中的迁移行为对生物膜的杀菌灭活作用,具有重要的实际应用意义。本文选用不同表面活性剂包裹的纳米银材料(Ag-PVP和Ag-CTAB)作为研究对象,通过石英砂柱子系统模拟理想地下水环境,检测Ag-PVP和Ag-CTAB在迁移过程中对生物膜的杀菌效果,并探讨导致杀菌性能不同的影响因素。结果表明,附着在饱和多孔介质上的生物膜对Ag-PVP和Ag-CTAB均具有吸附作用,且在生物膜柱中的银吸附量均随迁移距离增加而递减。两种纳米银材料的迁移对生物膜均具有杀菌效果,Ag-CTAB的迁移杀菌性能明显强于Ag-PVP。纳米银的表面电势在迁移杀菌过程中发挥主要作用,粒径不是杀菌性能的主要决定因素。离子强度对迁移杀菌的影响与迁移溶液的pH有关。当迁移溶液的pH值接近纳米材料的等电点时,离子强度越高,杀菌效果越好。
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