[发明专利]钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂在水处理抗菌中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型钽掺杂氧化锌纳米光催化剂在水处理中的应用，具体是对水的消毒净化处理及抑制细菌增长的应用。

背景技术

地球上的水资源是有限的，随着全球总人口的快速膨胀，水资源的短缺日益彰显，清洁的饮用水越来越重要。尽管人类已经掌握了氯或臭氧消毒处理水的方法，但在不少发展中国家或欠发达地区，因不洁净水引发的疾病仍多不胜举，例如伤寒、肝炎、脊髓灰质炎症、痢疾等等。因此发展高效、易使用、安全的抗菌剂，愈来愈重要和迫切。而纳米材料光催化剂，近来作为一种先进的氧化技术，成为水处理研究的一个热点。它可以用来降解有机物，降低有害金属离子含量，并对水进行杀菌消毒。

抗菌剂主要可以划分为两大类别：有机材料和无机材料。大部分的有机抗菌剂对温度和压强比较敏感，易失效。而无机材料如金属及金属氧化物则可以承受比较苛刻的处理条件。所以，无机材料在抗菌处理中表现出更大的优势。

氧化锌由于其优异的光电、压电、压敏和半导体等特性已经得到了广泛的关注，但是关于氧化锌的抗菌行为研究较少，已报道的有氧化锌对枯草芽孢杆菌的抗菌作用强于大肠杆菌，对枯草芽孢杆菌的最小抑菌浓度（MIC）随颗粒不同在2000和12500ppm之间，而对大肠杆菌的MIC在50000和100000ppm之间，单单对于枯草芽孢杆菌来说，氧化锌抗菌效果优于二氧化硅和二氧化钛。然而关于氧化锌的可见光下光催化抗菌效果研究很少。这是由于氧化锌的带隙是3.3ev，只能波长吸收小于385nm的紫外光，为了提高氧化锌对可见光的吸收，可通过掺杂改性其它离子来改变、收窄氧化锌的带隙，同时增大表面缺陷，提高氧化锌的光催化活性，进而增强抗菌能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供钽掺杂氧化锌纳米光催化剂对多种常见致病菌，包括革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌大肠杆菌、铜绿假单胞杆菌表具有优异抗菌性的应用。

本发明提供了钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂在水处理抗菌中的应用。

上述菌种包括革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌。

本发明将1～5％（原子百分比）钽掺杂氧化锌纳米粉末应用在水处理中，在160－200 微克每毫升的浓度和可见光照射下，对多种常见致病菌（革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌大肠杆菌、铜绿假单胞杆菌）表现出优异的抗菌性，而且此抗菌剂在暗环境下，也具有较好的抗菌性，对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌及大肠杆菌最小抑菌浓度约在200 微克每毫升左右。同未掺杂的纯氧化锌粉末相比，抗菌性能有明显的提高，特别是可见光下对枯草芽孢杆菌的抗菌效果最好。钽掺杂氧化锌纳米粉末且具有易操作使用、高效安全等特点，可应用于环境治理和水处理。

本发明具有以下有益效果：

1、首次表明钽掺杂氧化锌纳米粉末能在暗环境及可见光下抑制细菌生长，而且抗菌性优于纯氧化锌纳米粉末。光催化可以有效降低暗环境下的MIC，更小的加入量就可以达到较高的抑菌效果。

2、合成方法简单，抗菌剂易操作使用，钽掺杂氧化锌光催化剂在催化抑菌后，可以回收处理后，重复利用。

3、在可见光下催化，可以利用太阳能作为光源，且光照下效果更好，有效地利用了取之不尽、用之不竭的太阳能资源。

4、钽掺杂氧化锌光催化剂可进行污水处理，还可以清洁水系统，控制微生物，应用范围较广。

附图说明

图1、钽掺杂氧化锌纳米粉末的X射线衍射（XRD）图。

图2、钽掺杂氧化锌纳米粉末的形貌，其中a是纯的氧化锌；b是1%钽掺杂的氧化锌；c是3%钽掺杂氧化锌；d是5%钽掺杂氧化锌。

图3、钽掺杂氧化锌光催化抑菌的时间曲线，其中（a）是200微克每毫升的钽掺杂氧化锌光催化抑制铜绿假单胞杆菌; （b）是200微克每毫升的钽掺杂氧化锌光催化抑制大肠杆菌; （c）是200微克每毫升的钽掺杂氧化锌光催化抑制金黄色葡萄球菌; （d）是 160微克每毫升的钽掺杂氧化锌光催化抑制枯草芽孢杆菌。        

     图4、抗菌处理后的细菌形貌，其中(a)是阳性铜绿假单胞杆菌细菌对照和3%钽掺杂氧化锌暗环境200 微克每毫升的处理; (b)是阳性大肠杆菌对照和3%钽掺杂氧化锌暗环境下300 微克每毫升的处理; （c）是阳性金黄色葡萄球菌对照和1%钽掺杂氧化锌200 微克每毫升的处理；(d) 是阳性枯草芽孢杆菌对照和1%钽掺杂氧化锌暗环境 160 微克每毫升的处理。

具体实施方式