CuO凹凸棒石黏土复合材料的制备及其吸附、抑菌性能研究.pdf

第4 l 卷第 1 1 期 2 0 1 2年 1 1 月 应用化工 Ap p l ie d C h e mic a l I n d u s t r y Vo1 41 No 1 l N O V 2 0 1 2 C u O 凹 凸棒石黏 土复合材料 的制备及其吸附 抑菌性能研究 徐惠 唐靖 彭振军 黄剑 兰州理丁大学 石油化工学院 甘肃 兰州7 3 0 0 5 0 摘要 以凹凸棒石粘土为载体 采用共混水热法制备了纳米氧化铜 凹凸棒石黏土复合材料前驱体 4 5 0 煅烧后 得到凹凸棒石黏土负载的多孔氧化铜复合材料 考察了其吸附 抑菌性能 结果表明 复合材料中C u O的质量分数 为5 0 时 亚甲基蓝色度的去除率达 8 0 以上 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的增长具有良好的抑制作用 关键词 氧化铜 凹凸棒 吸附 抑菌 中图分 类号 T Q 3 1 7 T B 3 3 2 O 6 3 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 2 1 1 1 8 8 1 0 4 S y n t h e s is o f Cu O a t t a p u l g it e c o mp o s it e m a t e r ia l a n d t h e ir a d s o r p t io n a n d a n t ib a c t e r ia l p r o p e r t ie s XU H u i T A N G J i n g P E N G Z h e n j u n HU A N G J i a n C o l l e g e o f P e t r o c h e m ic al T e c h n o l o g y L a n z h o u U n iv e r s i t y o f t e c h n o l o g y L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 C h i n a Ab s t r a c t A t t a p u l g it e w a s u s e d a s t h e m a t r i x o f C u O t o s y n t h e s iz e a n o v e l k i n d o f c o m p o s i t e C u O A T P b y d e p o s it in g C u O o n t h e s u r f a c e o f A T P v i a h y d r o t h e r ma l r e a c t io n me t h o d a ft e r 4 5 0 c a l c i n e d a t t a p u l g it e l o a d p o r o us c o pp e r o x id e c o mp o s it e t h e a ds o r p t io n a n d pr o p e r t i e s o f b a c t e r i o s t a i c we r e in v e s t ig a t e d Th e r e s u l t s i n d ic a t e d t ha t Cu O ATP c o mp o s it e l e a d a n imp r o v e me n t t o t he a n t ib a c t e r ia l a c t io n o f S t a p h y l o c o c c u s a u r e u s a nd Es c h e r ic h ia c o l i W h e n t he Cu O q u a l it y s c o r e f o r 5 0 in c o mp o s i t e ma t e r ia l t h e e f f e c t s o f C u O A T P c o mp o s it e h a s r e ma r k a b l y e n h a n c e d d e g r a d a t i o n r a t e o f t h e me t h y l e n e b l u e w h ic h d e g r e e s a b o v e t he r e mo v a l r a t e o f u p t o 8 0 Ke y wo r ds c o p p e r o x i d e a t t a p u l g i t e a d s o r p t io n a n t ib a c t e r i a l p r o pe r t ie s 纳米氧化铜是一种重要的无机纳米材料 在磁 性材料 生物抗菌 电学 光学及催化等领域有着广 泛的应用 引 凹凸棒石黏土 A T P 是一种具有特 殊结构 形态 物理化学性质 的镁铝硅酸 盐黏土矿 物 比表面积大 化学稳定性好 吸附能力强 J 其 独特的微观结构使其可用作催化剂优 良载体 用以 担负贵金属 A g C e O 2 T iO Z n O等 过渡 金属氧化 物 广泛应用于环境污水治理等领域 陈志刚 等 采用均相沉淀法制备了 A T P C e O 纳米复合 材料 考察了复合材料对亚甲基蓝染料模拟废水的 催化氧化处理 结果表明 纳米复合材料的催化活性 明显高于相同条件下制备的纯 C e O 刘德春等 将 凹凸棒石黏土改性后 以化学沉淀法制备 了纳米 Z n O 凹凸棒石黏土复合材料 讨论了复合材料对甲 基橙溶液的脱色速率 0 M a h a p a tr a 等 采用液相 法 以碱式碳酸铜和氢氧化钠为原料制备了氢氧化 铜的前驱体 热分解得到纳米 C u O 研究表明 该纳 米 C u O对肺炎杆菌 绿脓杆菌等具有 良好 的抑菌能 力 本文以凹凸棒石黏土为载体 采用水热法一 均相 沉淀法 制备了 C u O 凹凸棒石黏土复合材料 并研 究了复合材料对亚甲基蓝废水的催化吸附性能 以 及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制性能 1 实验部分 1 1 试剂与仪器 硝酸铜 尿素 亚 甲基蓝均为分析纯 凹凸棒石 黏土 原土 江苏盱眙 实验用水均为蒸馏水 N i c o l e t 2 1 0型傅里叶红外光谱仪 J S M 6 7 0 1 型 扫描电镜 D Ma x 一 2 4 0 0型 x射线衍射仪 V is 7 2 2 0 G 可见分光光度计 1 2 C u o 凹凸棒的制备 分别配制 l m o l L的硝酸铜溶液和 1 m o l L尿 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 0 6 修改稿 日期 2 0 1 2 09 1 2 基金项目 国家 自然科学资助项 目 5 1 0 6 2 0 1 1 作者简介 徐惠 1 9 6 6一 女 甘肃兰州人 兰州理工大学教授 博士 硕士生导师 主要从事纳米功能复合材料的研究 电话 1 3 6 3 9 3 1 7 9 2 7 E m a i l x u h u i l u t c n 应用化工 第4 1 卷 素溶液 混合 在不断搅拌下 加入一定质量的纯化 凹凸棒 搅拌均匀后转入水热反应 釜中 1 3 0 c IC 水热 反应 6 h 抽滤 固体经 8 0 真空干燥 4 5 0 煅烧 4 h得到 C u O 凹凸棒纳米复合材料 1 3 性能测试 1 3 1 吸附性能 称取一定质量的 C u O 凹凸棒 纳米复合材料 置于 2 5 0 mL烧杯 中 注入1 0 0 m L 浓 度为5 0 m g L的亚甲基蓝废水 机械搅拌 1 5 m in 静 置一定时间后 取少许上层清液检测吸光度 1 3 2 抑茵性能 配制琼脂培养基和牛肉汤培养 基 将培养基放人高压锅中高压灭菌 2 0 rai n 压力 控制在 0 1 MP a 左右 用牛肉汤培养基将细菌稀释 成浓度约为1 0 c f u m L的菌悬液 移取 1 5 m L 琼脂 培养基于直径 9 c m的培养皿中 冷却凝固后 取 0 1 m L菌种悬液涂布于其表面 放人压制好的 C u O 凹凸棒 3 7 c c 恒温培养2 4 h 用游标卡尺量出 各个样品的抑菌圈直径 每个样 品重复 4次 求平 均值 2 结果与讨论 2 1 F T I R分析 A T P与 C u O A T P的 I R示于图 1 图 1 A T P与 C u O A T P的红外谱图 F ig 1 F r r I R s p e c t r u m o f A TP a n d Cu O AT P a A T P b Cu O A T P 1 1 C C u O A T P 4 1 由图 1 a可知 除 4 0 0 6 0 0 a m 范 围外 三组 谱线基本相似 1 6 3 3 c m 左右的吸收峰为凹凸棒 黏土以及 A T P C u O表面吸附水分子氢氧键间的弯 曲振动 3 4 4 0 c m 附近的吸收峰为 O H键的伸缩 振动引起 的 l 0 3 5 c m 附近 的吸收 峰应 归属于 S i O伸缩振动 A T P C u O 谱线 b和谱线 c 中 5 3 8 c m 处出现一个新 的吸收峰 这是 C u 一0键 的 吸收峰 并且随着氧化铜负载量的增加 氧化铜的特 征吸收逐渐加强 这说明复合材料中存在氧化铜 铜 元素是以氧化铜的形式分散在载体 A T P的表面 2 2 X R D分析 当材料中 C u O 与凹凸棒石黏土质量 比为 1 1 C u O的质量百分含量为 5 0 时 C u O 凹凸棒石 黏土复合材料 的 X R D图谱见图 2 i 越 骥 鹫 蒜 2 0 图2 C u O与 C u O A T P的 X射线衍射图 F ig 2 XRD p a t t e r n s o f C u O a n d Cu O A T P a C u O b C u O A T P 1 1 由图2可知 分别在 3 2 3 3 5 3 3 8 6 4 8 6 5 3 2 5 8 1 6 6 2 6 7 9 7 2 3 处出现明显的锐峰 和 单斜晶形 C u O的标准图谱 J C P D S 8 9 5 8 9 9 完全一 致 在 8 9 1 9 5 2 O 7 2 6 5 2 7 3 2 9 3 处有强烈的 凹凸棒石黏土特征 峰 J C P D F 0 2 0 0 1 8 在通常情 况下 C u O的衍射峰强度较高 凹凸棒石黏土的衍射 峰强度较低 因此 在复合材料 中凹凸棒石黏土除在 2 6 5 处衍射峰强度较高外 其余的衍射信号均较为 微弱 2 3 S E M 分析 图3 为凹凸棒石黏土 氧化铜及氧化铜 凹凸棒 石黏土复合材料的扫描电镜照片 图3 a 为煅烧活化处理后的凹凸棒石黏土 主要 以坍塌的片层结构为主 片层中夹杂棒束 图3 b为 水热法制备的前驱体在4 5 0 c C 条件下煅烧后得到多 孔的纳米氧化铜棒 呈现规则统一的棒状 图3 c 是 共混水热制备出的 C u O前躯体和凹凸棒石黏土复 合材料在 4 5 0 o C 煅烧后得到的 C u O 凹凸棒石黏土 复合材料 可见棒状氧化铜大量存在于层状凹凸棒 石黏土中间 均匀分布 同向排列 不仅能观察到凹 凸棒的层片结构 同时发现断裂的氧化铜棒束 在高 倍放大 图3 d 的情况下 能清晰地看到氧化铜棒体 上分布着大量 的空洞结构 这与图3 b中纯氧化铜多 孔棒的结构相一致 这种 多孑 L 状结构有利于提高材 料性能 1 8 8 4 应用化工 第4 1卷 由表 1 可知 随着复合材料中氧化铜含量的增 加 复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制 性作用逐渐增强 对金黄色葡萄球菌的抑制作用要 大于大肠杆菌 结合图4可知 当复合材料中 C u O的质量分数 达到 5 0 随着 吸附时间的延长 亚 甲基蓝色度的 去除率达到了8 0 以上 而 C u O的质量分数再增大 时已经具备有效地抑菌作用 并且抑菌作用增大也 不那么明显 了 所以 C u O的质量分数为 5 0 时 材料具备了较好的吸附性能的同时 还能有效抑制 金黄色葡萄球菌的增长 从而达到更好 的净化水体 的作用 3 结论 以凹凸棒石黏土为载体 在尿素和硝酸铜存在 的条件下 采用水热反应法制备 C u O 凹凸棒石黏土 复合材料 当 C u O含量为 5 0 时 投加量为 5 L 时 复合材料对 亚甲基蓝废水 的脱色率 达 8 0 以 上 同时对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的 抑制性能 参考文献 1 侯贵华 沈晓冬 许仲梓 氧化铜对碳酸钙热分解动力 学的影响 J 硅酸盐学报 2 0 0 5 3 3 1 1 0 9 1 1 4 2 Ma h a p a t r a 0 B h a g a t M G o p al a k r is h n a n C e t a 1 U l t r a f i n e d is p e r s e d Cu O n a n o p a r t ic l e s a n d t h e ir a n t ib a c t e r ia l a c t iv i t y J J o u rna l o f E x p e rime n t a l N a n o S c ie n c e 2 0 0 8 3 3 1 8 5 1 9 3 3 朱海青 周杰 凹凸棒石粘土的开发利用现状及发展 趋势 J 矿产保护与利用 2 0 0 4 8 4 1 4 1 7 4 陈红 王文波 王爱勤 不同矿点凹凸棒黏土对复合高 吸水性树脂吸水性能的影响 J 非金属矿 2 0 1 1 3 4 1 2 2 2 5 5 陈岩 赵宜江 周守勇 等 聚丙烯酰胺 凹凸棒粘土复 合吸附材料的研究 J 高等化学工程学报 2 0 1 0 2 4 2 2 7 4 2 7 9 6 马玉恒 方卫 民 马小杰 凹凸棒土研究与应用进展 J 材料导报 2 0 0 6 2 0 9 4 3 4 6 7 汪丽梅 陈大俊 窦立岩 等 银 凹凸棒土纳米复合材 料的制备与表征 J 吉林建筑工程学院学报 2 0 0 9 2 6 3 8 3 8 6 8 李霞章 陆晓旺 陈志刚 等 C e O A T P纳米复合材料 的水热合成及其表征 J 机械工程材 料 2 0 1 0 3 4 3 7 7 7 9 9 陈天虎 史晓莉 彭书传 凹凸棒石一 T iO 纳米复合材 料制备和表征 J 硅酸盐通报 2 0 0 5 1 1 1 2 1 1 4 1 0 张莉莉 吕伏建 刘建全 凹凸棒黏土一 S n O T iO 复合 材料的制备及其光催化性能 J 应用化学 2 0 1 0 2 7 1 6 3 6 8 1 1 陈志刚 郭亭亭 李霞章 凹凸棒土负载 C e O 催化氧 化处理亚甲基蓝染料废水 J 功能材料 2 0 0 9 4 0 i 1 0 1 7 0 9 1 7