金属基纳米材料的绿色制备技术及其光催化和生物医学性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lin_yuqi
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水在维系和延续生命中起着极为重要的作用,然而在过去的几十年中,有机污染物导致的水体污染已成为全球关注的严重问题,对人类和生态系统产生了恶劣影响。化妆品、纺织、造纸、塑料、食品加工等许多行业每天都使用大量染料,这些染料直接排放到水体(如河流和海洋等)中,由于其难以生物降解性,引发了严重的环境和人类健康问题。此外,染料在非常低的浓度(<1mg/L)下即可影响水的透明度。因此,应当减少染料的使用。同样地,医院中许多与医疗相关的感染也在医疗系统中引发了多种问题。这些医院获得性感染中的许多是由耐药菌甚至是多重耐药菌(例如α和β溶血性链球菌)引发的。因此,针对医院感染的新型有效抗菌材料的设计和开发一直是研究人员面临的巨大挑战。此外,开发此类抗菌材料的主要方向是使用具有强抗氧化性能的天然物质。实际上,囊括炎症、皮肤病、衰老、癌症和冠心病在内的许多病理问题的主要原因是由多种因素产生的氧化应激。为了解决这种日益增长的问题,相关新材料的设计和开发受到了广泛的关注。为了实现此目标,研究人员一直在探索合成和开发具有所需特性新材料的新方法。为此,已有许多研究尝试通过多种成分的组合以低生产成本来开发高功能性材料。本论文工作旨在研究和开发具有更高效率、高稳定性和优秀的可重复使用性的金属基纳米复合材料,并研究其在各种应用中的适应性。通过紫外可见光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TGA)、Zeta电位、动态光散射(DLS)和元素分析等对绿色合成的纳米材料进行了系统表征。研究工作主要包括以下三部分内容:(Ⅰ)采用简便、经济、环保的方法,利用印加孔雀草叶提取物制备了Au/MgO纳米复合材料,并对其进行了系统的表征。印加孔雀草叶片中含有的植物化学物质充当了还原剂和稳定剂,可以避免在制备Au/MgO纳米复合材料过程中纳米粒子的团聚。在其紫外可见光谱上315 nm和528 nm处分别显出了两个SPR峰,这证实了MgO和Au的存在。研究结果表明,Au/MgO纳米复合材料具有优异的光催化、抗菌、溶血和抗氧化活性。光催化实验结果表明,Au/MgO纳米复合材料对亚甲基蓝(MB)具有很好的紫外光催化降解活性及稳定性,在连续循环使用四次后,对MB的催化降解性能保持稳定;抗菌实验结果表明,该纳米复合材料对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的生长具有高度抑制作用,分别具有18(±0.3)、21(±0.5)和19(±0.4)mm的抑制区;细胞毒性研究表明,Au/MgO纳米复合材料对普通健康红细胞无毒。此外,Au/MgO纳米复合材料还具有出色的抗氧化活性,可有效清除82%稳定而有害的DPPH。该研究工作表明,用该生态友好技术制备的Au/MgO纳米复合材料具有对细菌致病的修复潜力和可应用于对MB降解的光催化潜力。(Ⅱ)研究了使用尖叶木犀榄(Oleacuspidata)叶提取物制备Ag/MgO纳米材料的绿色合成技术,尖叶木犀榄叶提取物中的植物化学物质可作为稳定剂和封帽剂,可减少前体盐的含量。结果表明,Ag/MgO纳米复合材料具有球形结构,颗粒小,具有高度分散性。考差评估了该材料对革兰氏阴性(大肠杆菌)细菌和革兰氏阳性(金黄色葡萄球菌)的抗菌活性。结果表明,该材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最大抑制区分别为30(±0.8)mm和26(±0.7)mm;该材料对亚甲基蓝(MB)也具有较好的光催化降解性能。此外,该材料对2,2-二苯基-1-吡啶并肼基(DPPH)自由基的破坏率最大可达93%,这证实了该技术合成的Ag@MgO纳米复合材料具有很好的抗氧化性质。FT-IR结果证实了尖叶木犀榄中以有机酸(柑橘酸)形式存在的活性成分有助于稳定整个材料的结构,并优化产物的性能。(Ⅲ)利用水和抗坏血酸(Vit.C)等无毒无害介质研究了Ag/CuO纳米复合材料的绿色合成技术。结果表明,用Vit.C可以实现结晶银纳米颗粒、CuO和Ag/CuO纳米复合材料的可控合成。实验研究了所制备的纳米材料在无光、可见光和紫外光下催化降解MO的性能。结果表明,在无光、可见光和紫外光下,40min内MO的降解率分别达到了20%、50%和90%。实验还研究评估了材料对细菌的灭活作用,发现其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别具有7(±0.5 mm)、20(±0.6 mm)的光抑制区,这是因为在光和Ag/CuO存在下会产生活性氧(ROS),这是细菌失活的主要原因。
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