离子交换法制备载银沸石抗菌剂及其性能研究

1、第5卷第3期2006年8月淮阴师范学院学报(自然科学版JOURNA L OF H UAIY IN TE ACHERS CO LLEGE (NAT URA L SCIE NCE E DITION 离子交换法制备载银沸石抗菌剂及其性能研究杨长茂1,2,赵登山2,周苏闽2(1.南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009;2.淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江苏淮安223001摘要:以酸活化沸石为载体,AgNO 3为反应液,通过离子交换法制备载银沸石抗菌剂.采取正交试验法研究了制备工艺对抗菌剂载银量及抗菌性能的影响.结果发现沸石的酸化是重要的影响因素,其次是AgNO 3的浓度、反应温度和时间.试

2、验表明,最佳的制备工艺条件为:活化酸度(HCl 115m ol/L ,AgNO 3浓度015m ol/L ,反应温度50,反应时间2h.通过最佳的制备工艺条件制备载银沸石抗菌剂的载银量为2140%,这种抗菌剂具有良好的抗菌性能.关键词:抗菌剂;载银沸石;离子交换法;正交试验中图分类号:T Q170文献标识码:A 文章编号:167126876(20060320229204收稿日期:2006205220作者简介:杨长茂(19652,男,江苏泗阳人,工程师,南京工业大学在读硕士.研究方向为化工机械及材料.0引言随着人们生活水平的不断提高,人们对生活环境的舒适性和卫生条件越来越重视.对卫生用品、日用品

3、、水处理装置、食品包装、服装等耐用消费品的抗菌性有了较高的要求,因此各种抗菌制品便应运而生,并获得迅速发展13.可以预见,抗菌材料的市场需求和发展潜力是十分巨大的.沸石作为一种良好的离子交换剂,通过离子交换将其制备成无机抗菌剂已有很多研究5.它是一种碱金属或碱土金属结晶质铝硅酸盐,由Si 2O 四面体和Al 2O 四面体通过共用氧离子构成三维骨架环状结构.具有脱附(吸附与脱吸附、分子筛、离子交换和催化四大功能.通过物理吸附或离子交换等方法,将银、铜、锌等抗菌活性金属离子固定在无机离子交换体之类的多孔性物质的表面可制成无机抗菌剂,在各种抗菌成分中,Ag +具有最好的抗菌效果,目前研究最多、最广泛

4、的就是银系抗菌剂57,银系抗菌剂通常以银离子进行杀菌.沸石型载银无机抗菌剂正是利用其阳离子交换性能,通过交换将Ag +结合到沸石结构而制成.本文以沸石为载体制备了载银抗菌剂,通过正交实验研究了制备载银沸石各个影响因素,确定了最佳的制备条件,并对其抗菌性能进行了测定.1实验部分111实验原料沸石:研磨,过6080目筛,室温下,用一定浓度盐酸溶液对其活化时间为1h ,反应过程中的搅拌速度为400r/min 左右;硝酸银;盐酸.微生物试验所用细菌为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌.试验时的培养基配方为:牛肉膏510g ,蛋白胨1010g ,NaCl 510g ,琼脂2010g ,蒸馏水1000m L ,pH

5、 =710.112抗菌沸石的制备取20g 活化沸石分散于200m L 去离子水中,在一定的温度条件下强力搅拌并加入一定量的硝酸银溶液.反应一定时间后减压抽滤分离,滤饼用去离子水洗涤数次后,然后在100下干燥2h ,得到载银沸石抗菌材料备用.113银离子含量的测定银离子含量测定采用沉淀滴定法中的佛尔哈德法.114抗菌性能检测用上述的培养基将两种细菌在37的温度条件下培养24h,将培养物用去离子水通过离心机进行分离和洗涤,并制成浓度为103m L-1量级的菌液待用.分别称取未处理沸石和载银沸石抗菌剂810mg,加入到100m L菌液中,在37摇动状态下,进行杀菌反应,量取012m L上述反应液通过

6、活菌计数法测定未处理沸石和载银沸石抗菌剂的抗菌性能.2结果与讨论211制备工艺对抗菌剂含银量的影响载银沸石抗菌剂的制备过程中,影响载银量的因素主要有活化酸浓度、硝酸银浓度、反应温度、反应时间等,为了准确全面地考察各因素的影响情况,用正交试验法确定载银抗菌剂的最佳制备工艺.根据文献资料和探索性实验,确定的因素和水平如表1所示.表1载银沸石制备工艺条件试验因素水平表水平因素A活化酸度/(m ol/LBAgNO3浓度/(m ol/LC反应温度/D反应时间/h表2L16(45正交试验结果最优方案A3B3C3D2032淮阴师范学院学报(自然科学版第5卷根据所确定的因素水平表,选取正交表L 16(45来安

7、排实验,实验结果如表2所示.由表2所见,看出沸石活化时的盐酸浓度对其载银量的影响十分显著,酸浓度过低时,难以溶出沸石中的镁离子、钙离子.酸浓度过高时,可能破坏了沸石内部的孔结构,从而导致载银量有所减小.AgNO 3浓度对载银量的影响也很显著,随AgNO 3浓度的增加载银量增加.交换温度对载银量也有较大影响,温度的升高,硝酸银的活性增强,使反应速率的提高,使得载银量的增加,温度过高可能导致硝酸银的分解而导致载银量的下降,在50时载银量达到最大值.交换反应时间2h ,载银量基本达到最大值,反应24h ,载银量增加不大.综上所述,载银沸石制备工艺的最佳条件为:活化酸度(HCl 115m ol/L (

8、A 3,AgNO 3浓度015m ol/L (B 3,反应温度50(C 3,反应时间2h (D 2.按照上述最佳工艺条件制备载银沸石测定其载银量为2140%.可见由正交试验确定的最佳条件是合适的.2.2抗菌实验结果及分析图1抗菌性能测试结果按照上述最佳工艺条件制备载银沸石测定其抗菌性能.到目前为止,抗菌产品性能的测定国内还没有统一的标准8,在检测载银沸石的抗菌性能时参考日本的行业标准9,即在018mg/m L 的条件下是否具有抑菌功能.采用平板计数法对载银沸石进行抗菌试验,试验结果如图1所示.从图1可以看到,载银沸石具有良好的抗菌效果.当大肠杆菌与载银沸石作用5h 后,金色葡萄球菌与载银沸石作

9、用8h 后,其活菌数为零,抗杀菌率达到100%,但反应时间是载银沸石抗杀菌效果的重要因素,抗杀不同的细菌需要不同的时间.而未经处理的沸石基本不具备抗菌性能.3结论1在离子交换法制备载银沸石抗菌剂的过程中,通过正交试验发现,沸石酸化是重要的影响因素,其次是AgNO 3的浓度、反应温度和时间.试验表明,最佳制备工艺条件为:活化酸度(HCl 115m ol/L ,AgNO 3浓度015m ol/L ,反应温度50,反应时间2h.2通过最佳的制备工艺条件制备载银沸石抗菌剂的载银量为2140%,这种抗菌剂具有良好的抗菌性能,对于抗杀不同的细菌需要不同的时间.参考文献:1汪山,程继健,陈奇.载银型无机缓释

10、抗菌材料的研究与应用J .中国陶瓷,2000,36(2:79.2张文钲,张羽天.载银抗菌材料及其制品J .贵金属,1998,19(4:5053.3李毕忠.抗菌塑料的发展和应用J .化工新型材料,2000,28(6:812.4肖士民,李玲华.用天然沸石离子交换制备抗菌沸石J .华南理工大学学报,1997,25(3:2228.5张文钲.载银抗菌材料研究与开发J .化工新型材料,1997(6:2022.6汪铭,丁新更,曹旭丹,等.不锈钢基片上制备Ag +/T iO 2抗菌薄膜的研究J .材料科学与工程学报,2003,21(3:379382.7严建华,封孝信,郝挺宇,等.银离子交换法制备载银天然斜发沸

11、石及产品抗菌性能研究J .非金属矿,2001,24(5:1921.8徐瑛等,杨增新,李志华,等.纳米T iO 2复合微粉的抗菌性能研究J .功能材料,2002(6:682683.9王静,金宗哲,梁金生,等.抗菌陶瓷抗菌性能检测方法研究J .江苏陶瓷,2001(4:1115.132第3期杨长茂等:离子交换法制备载银沸石抗菌剂及其性能研究232淮阴师范学院学报(自然科学版第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责任编辑

15、:蒋海龙 (上接第218页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