载银分子筛抗菌

1、 化学工程学院新产品开发训练报告2015-12课题名称： 载银分子筛抗菌性能研究 课题类型： 应用研究/论文 班 级： 1111111111 姓 名： 1111111111 学 号： 1111111111 指导教师： 1111111111 评语：指导教师签名： 第一部分 文献综述1.1 抗菌剂的简介微生物从有利和有害两方面影响着人类的生存环境。一方面，人们利用微生物的有益性进行酿造、加工等;另一方面，人们也不得不时刻面临着微生物的侵扰，而有害细菌的传播和蔓延更是严重威胁着人类的健康。美国WHO杂志21996年度统计数字表明，1995年全世界死亡人口为5200万，其中因细菌传染造成的死亡人数为1

2、700万人。这些传染病包括霍乱、肺炎、疟疾、结核及肝炎等，人们在日常生活中常常会接触到其病菌，比如最易感染的感冒、肠炎、皮肤病、肺结核、红眼病等十几种疾病就可以通过使用电话这一途径传播。1996年在日本发生了全国范围的病原性大肠菌（015）感染事件，曾一度引起全世界恐慌。细菌这种致病性微生物已成为人类健康的主要杀手之一。因此，在高科学、高技术不断发展的今天，控制和消灭有害细菌的生长和繁殖，仍然是一项与人类健康息息相关的重要课题，并日益受到世人瞩目。抗菌剂的开发和研制是十分紧迫的任务。13从微生物学角度上来讲，抗菌的概念在对病菌的控制上与消毒是有区别的，它并不要求立即杀死对人体健康生活、生产环境

3、有害的微生物，而着重于在长期的使用过程中，抑制它们的生长繁殖，保持环境的清洁卫生。然而我们通常谈到抗菌概念的时候则意思比较宽泛，往往是包括了灭菌、杀菌、抑菌、除菌、防霉、消毒等的广义名称。相关地，使微生物的活动停止或降低、以及抑制微生物繁殖的行为称为抑菌或静菌;直接将微生物毒杀致死的行为称为杀菌。总的来说，抗菌的行为通常具有以下含义:(1)工作对象是在生活环境中生息的细菌，效果常可持续数年甚至数十年;(2)杀菌能力在杀菌水平之下，静菌(抑菌)水平之上;(3)能够长期保持生活环境的卫生性，达到微生物学上定义的卫生水平8。所以我们可以通俗地将抗菌定义为:先控制微生物的活动和繁殖，创造一个清洁环境，

4、并将其逐步杀灭的一种长期杀菌作用。添加到抗菌材料中，具有抑制细菌生长、繁殖或将其毒杀作用的试剂就是抗菌剂。目前，对抗菌剂的要求包括:(1)抗菌能力及广谱抗菌性;(2)持效性,即耐洗涤、耐磨损、寿命长;(3)耐侯性,即耐热、耐日照、不易分解失效;(4)与基材的相容性或可加工性，即易添加到基材中、不变色、不降低产品使用价值或美感;(5)安全性，对健康无害，不造成对环境的污染;(6)细菌不易产生耐药性.1.2抗菌剂的分类 根据成分不同，我们现在通常把抗菌剂分为天然、有机和无机三大类。天然抗菌剂主要为天然动植物的提取物，受资源的限制，应用推广有一定困难。有机抗菌剂己有30多年的应用历史。在选用有机抗菌

5、剂时，除考虑其安全性外3 (如毒副作用，某些单体甚至有致癌作用)，还存在耐热性差、易分解和使用寿命短等问题。无机抗菌剂通过将无机材料固有的稳定性和抗菌成分的高效性、广谱性相结合，成功地克服了有机抗菌剂的缺点，己经发展成为新型抗菌剂研究的主流。1.2.1天然抗菌剂 天然抗菌剂来自天然动植物的提取物1，有壳聚糖、天然萃取物等。根据特性不同，可作为肥料和土壤改良剂，以促进植物生长，提高免疫能力或作医疗材料，促进创伤治疗和止血;也用于化妆品的生产;另外，也用作保健食品。2但因耐久性差，且在150 - 180开始炭化、分解，应用范围窄，又受安全和生产加工条件制约，所以目前天然抗菌剂还不能实现大规模市场化

6、。1.2.2 有机抗菌剂 有机抗菌剂主要品种有香醛、乙基香草醛类化合物、季胺盐类和甲氧苯青霉素也可作为抗菌剂，它们对痢疾杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌效果均很好。在抑制有害细菌、霉菌的产生与繁殖，从而达到杀灭细菌等的抗菌方法中，多种多样的有机抗菌剂的研制和开发占据了主要地位。有机系的抗菌剂主要可用作杀菌剂、防腐剂、防霉剂。 有机抗菌剂虽然杀菌力强、杀菌快，但存在安全性较差，会产生微生物耐性，化学稳定性较差，在塑料中易迁移(导致抗菌寿命缩短6)，易水解等不足。 另外，有机抗菌剂的耐热性较差，一般200以内长期使用有溶出、析出的现象，使用寿命短这一致命弱点，使它在许多塑料高温高压高剪切加工条

7、件下易分解失效，其分解产物甚至有毒。所以目前有机抗菌剂一般用于加工温度低于200的软质聚氯乙烯(SPVC)、聚乙烯(PE)等塑料中。1.2.3无机抗菌剂 无机抗菌材料是920世纪80年代中期快速发展的一类抗菌材料，具有耐热性、持久性、连续性和安全性等优点，但也存在一些缺点。目前对无机抗菌材料的应用研究主要涉及金属元素抗菌剂、光催化材料抗菌剂和纳米材料抗菌剂，主要应用于纺织、塑料、涂料及陶瓷等方面。 无机抗菌剂分为两大类:一类为金属离子类抗菌剂，由载体和抗菌成分组成，即无机化合物中含有抗菌性金属离子。通常是利用离子交换、吸附、沉淀等方法将金属离子附着在沸石、二氧化硅、陶瓷、磷灰石等无机载体上。抗

8、菌成分为银离子、锌离子、铜离子等，其中银离子型应用较多，银离子与其它金属离子相比其对细菌的抑菌作用和杀菌作用都较强，这也是银离子在无机抗菌剂作主要有效成分的重要原因。第二类是以二氧化硅为代表的具有光催化类抗菌剂，此类抗菌剂的特点是其载体类型耐热性比一般无机抗菌剂高，必须有紫外线的照射和氧气或水的存在才能起杀菌作用。日前，己有不少研究人员致力于将两类抗菌剂有机结合于一体。1.3载银抗菌剂的发展史 早在4000多年前10，古埃及人就知道利用铜壶盛水可防止水被污染，到公元前300多年希腊人也发现用银制的容器盛装东西可以防病。1893年瑞士植物学家拉克林发现金属对微生物有微动作用，经测试浓为0. 01

9、/ L的银离子可杀灭藻类。11929年英国人弗力密库用4, 4二羟基一3, 3二氨基一偶苯砷一氢氯银来治疗梅毒。现代抗菌材料的应用于80年代起始于日本、欧美等发达国家。至90年代末15，市场上出现了抗菌家电、抗菌布料、抗菌陶瓷等。 我国在抗菌剂方面的研究相对落后。近年来一些科研院所正在投入力量研究开发，方向集中在无机抗菌剂方面。但由于银系抗菌剂需要的技术性较强，成本较高，与国外抗菌剂相比，无论在质量上还是价格方面都缺乏竞争力。 1.4银系抗菌剂的分类和研究进展 按照载体不同银系无机抗菌剂可分为硅酸盐系、磷酸盐系、氧化物系等，而且不同的抗菌剂的有效杀菌成份和吸附方式也是不同的。表1-1 银系无菌

10、抗菌剂的分类载体 载体与有效成分结合方式硅酸盐类载体沸石粘土矿物硅胶离子交换离子交换吸附磷酸盐类载体磷酸锆磷酸钙离子交换吸附其他可容性玻璃活性炭金属（合金）有机（金属）玻璃成分吸附合金化合其中银沸石是最早开发的抗菌剂，银通过离子交换结合在多孔沸石上，沸石的隧道微孔结构很稳定，无论发生吸附、脱附、脱水或离子交换均不会发生变化。目前市场上主要以海尔科化工程塑料国家工程研究中心股份有限公司的FS-ZN抗菌剂和北京崇高纳米科技有限公司的安迪美TM-AM系列抗菌剂产品为代表。11国内家电用塑料，如冰箱内胆、门衬、把手等已大量采用该应用技术。因活性炭具有良好的吸附性，载银活性炭是研究最多的载银材料。但在试

11、验中我们可以看到，其抗菌效果较差。且活性炭呈黑色，外表极不美观，不为消费者接受。目前研究人员主要的研究对象是活性炭纤维，但其造价极高。对于载银材料，载银活性炭研究的较多7，但其外观差、造价高、抗菌效果不显著;载银沸石的抗菌效果好，但其造价高;对于载银硅藻土、载银分子筛的研究则较少。 抗菌剂抗菌力的好坏是与载体紧密相关的，同一种抗菌剂在不同的载体里会表现出抗菌力的差异5。所以本试验选取活性炭、沸石、分子筛和硅藻土四种载体进行研究对比，筛选出抗菌效果好、实用经济的载银材料。同时，本试验制备出的载银材料中银以纳米微粒形式存在，获取较好的抗菌效果。1.5银系无机抗菌剂的抗菌机理银系纳米无机抗菌材料的抗

12、菌机理与无机银系的抗菌机理类似，主要依赖于银元素的强抗菌活性。 银系抗菌剂通常是由抗菌金属离子及无机或有机载体组成。金属离子是抗菌剂中关键的抗菌成分，它们的抗菌能力差别颇大。高山正彦等人曾经测定金属离子的抗菌能力按其强弱顺序排列如下13: A gHgCu >Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe 虽说汞、锡、铅等金属离子具有与银同样的抗菌性能，但是毒性较大，对人体有害。实际上用作金属杀菌剂的金属主要为银、铜、锌、钻、镍，而铜、钻、镍等离子又带有一定的颜色，会影响工业制品的外观;锌有一定的抗菌性但强度仅为银的1/1000，因此无机系抗菌剂中银系抗菌剂占

13、据着主导地位。 抗菌剂的抗菌能力和菌体细胞壁的结构与成份有直接的关系。7细胞的基本结构中细胞壁在最外层，它使细胞具有一定的形态且承担着保护菌体的作用，和抗菌剂首先接触的就是它。如果细胞壁受到损伤，细胞便难以生长，甚至死亡。采用同种抗菌剂来处理不同的菌体时，抗菌效果是不同的，因为细胞壁的厚度和化学成份随细胞品种而有差异。抗菌剂对多聚糖层合成的干扰程度反映着其抗菌的效果。1.6. 抗菌剂的评价标准评价抗菌剂一般有以下几方面：（1）抗菌效果（2）使用安全性（3）抗菌持久性（4）耐酸碱性（5）耐热性。抗菌作用大致可分为抑菌作用和杀菌作用两种。1.6.1 菌落计数方法（1）只有一个稀释液的菌落数在适当的

14、计数范围之内时,按该稀释液的稀释倍数可计算出原有总菌数。（2）有两个稀释液的菌落数在适当的计数范围之内时,先计算每个菌落数的平均菌落数,然后也可计算出原有的总菌数。（3）当没有或者所需稀释液的两个平板中只有一个平板产生一个菌落,则按以下方法计数。（4）在非正常情况下计算和报告需氧平板计数的准则。1.6.2 计算可按下式计算出样本的杀菌率4 初始浓度-终止浓度杀菌率= ×100% 初始浓度 此方法容易造成结果误差的地方是，将菌液涂于固体培养皿表面需要很均匀，否则可能造成结果的菌落数的变化。而且培养的温度等条件也比较苛刻,容易造成最终菌落数的差异。1.7 载银分子筛抗菌的应用前景及研究意

15、义1.7.1 皮革防霉12 随着社会的发展和人民生活水平的提高,不仅对皮革及其制品的需求量逐年增加,而且对其质量、耐用性及健康安全性也随之提高,其中皮革及其制品的防霉性也是其中必要的内容。皮革是由动物皮经过一系列物理和化学的加工和处理而转变成的一种固定耐用的物质,具有柔性、坚韧、遇水不易变形、干燥不收缩、耐湿热、耐化学药剂、透气好等特点,是目前人们日常生活中常见的物品之一。由于皮革的主要成份是交联蛋白,在制革过程中使用的原辅材料中许多也含有蛋白质、糖类、脂肪等营养成分。因此皮革及皮革制品中含有丰富的营养能被微生物所利用,只要外界湿度、温度等条件合适,微生物就会生长繁殖,导致皮革及其制品产生霉变

16、。影响皮革最主要的微生物是霉菌,轻则严重影响产品质量,重则导致大量产品报废。而目前我国很多产品销售范围较大,需要较长时间储运,尤其是出口欧美产品需要较长时间海上运输,产品的防霉要求则显得非常重要。本实验通过在物品外边喷涂纳米防霉材料,保证物品在高温高湿环境中保持不长霉,纳米防霉物品具有良好的抗菌持久性,能够较长时间内保持物品不长霉。防霉操作方便易行,不需用增加生产线或加工工序,仅对已包装物品就可单独进行防霉操作。1.7.2 饲料防霉 用发霉的饲料来饲喂动物,可是动物生长停滞,内脏出血,甚至中毒死亡。很多饲料的质量问题就是因为饲料发生霉变引起的,据报道,全世界每年平均损失的粮食和饲料约占总产量的

17、五分之一左右,其中有一半以上是由于霉变所致。因此防止饲料霉变是商品化饲料生产所必须解决的问题之一。硅藻土、沸石本就是传统的饲料添加剂。而本试验所制备的载银材料中就有载银硅藻土和载银沸石,这两种材料均具有良好的抗菌性,如将其添加在饲料中,一定会起到良好的防霉效果。同时还可考察其作饲料对生长中的海鸥等禽类对禽流感的免疫能力,但因时间、经费问题目前未能实验。1.7.3 水处理11缓释型抗菌剂可作为水处理剂直接应用于水溶液中,通过抗菌剂在水中析出抗菌离子,以达到抗菌效果。例如载银活性炭纤维材料,与水接触后,就可将常见的病原性大肠杆菌和金黄色葡萄球菌完全杀灭。利用其缓释的特性,可应用于饮用水的消毒、游泳

18、池的杀菌等诸多需要水处理的场所。参考文献1 王永锋.载银分子筛的离子交换及抗菌性研究，南京理工大学学报,2007.06.012 徐如人.庞文琴.分子筛与多孔材料化学.北京科学出版社,20043 王永锋.载银分子筛的离子交换及抗菌性研究.南京理工大学学报,2007.06.014 侯静雯.韩璐.向豪.陈亚芍.碱处理载银Na分子筛的制备及抗菌性能研究.化工科技,2011.03.155 李侠.抗菌剂与抗菌聚合物性能的研究.贵州大学,2007.05.016 宫雪.载纳米银抗菌复合材料的研究.西北师范大学,1998, 279: 548-5537 吉向飞.李玉平.杨柳青.曲领.石晋美.寇涛.抗菌剂及抗菌材料的发展和应用.太原理工大学学报，2003.01.208 冯芳霞;窦涛等.干粉法合成中孔分子筛MCM-41.石油学报(加工版),1998,3:22-269 胡芬娥.13X载银分子筛在水处理中的研究.昆明理工大学,2006.02.22: 47-5010 王净宇;王卓鹏;郭嵩.含银抗感染制剂的进展.化学研究与应用,2010.06.1511 张小明;张兆荣等.介孔硅基分子筛研究新进展.化学通报,2000,(3):29-3112 王洪水.纳米银及载银抗菌材料的研究.华中科技大学,2006.04.0113 江山.新兴高分子抗菌剂及抗菌材料的应用.浙江大学.2003.01.01第二部分 实验