新型纳米复合材料介孔m-TiO₂/Ag对大肠杆菌和铜绿假单胞菌生长、抑制作用（一）
摘要：运用醇热法制备介孔二氧化钛(m-TiO2)，并借助光还原法制备m-TiO2载银(m-TiO2/Ag)复合材料，通过透射电镜和X射线衍射等手段对复合材料的形貌和组成进行表征，并以亚甲基蓝(MB)的脱色降解来表征不同Ag含量样品的光催化性能，通过生长曲线、最小抑菌浓度和抑菌环对其抗菌性能进行表征。结果表明：用醇热法制备的m-TiO2是以锐钛矿为主含有少量板钛矿的混晶，金属Ag颗粒沉积在m-TiO2表面；纳米银负载可显著提高m-TiO2的可见光光催化性能；亚甲基蓝的光催化降解反应遵循一级反应动力学模型；m-TiO2/Ag复合材料的抗菌性能随着载银量的增加而逐渐提高。
近年来，随着工业化的快速发展，环境污染问题日益严峻，严重威胁到人类的健康和生活，如何降解污染物已成为解决环境污染问题的研究热点。伴随着纳米技术的快速发展，涌现了大量性能优异的新型材料，而将新型纳米材料应用于环境领域的研究也得到了越来越多的关注。TiO2是一种高效、对环境无污染的光催化剂，具有原料成本低、化学稳定性好、无毒和可重复使用等优点，在杀毒杀菌、有机物降解等方面表现出良好的应用前景。1985年，Matsunaga等首次报道了使用TiO2光催化剂可以杀灭3种不同的细菌。现已发现的纳米TiO2有锐钛矿型、金红石型、板钛矿型、斜方晶型和水合氧化钛等。
然而，传统TiO2较大的禁带宽度，使其只能被太阳光中极少的紫外部分所激发，且单一组分光催化剂通常面临着太阳能利用率较低、光生电子-空穴复合率高和量子效率低等问题。因此，通过对催化剂进行改性，拓展其光吸收范围以实现对太阳能的充分利用，抑制光生载流子复合，提高其催化活性，已成为材料、化学与环境等学科的研究热点。
研究表明将TiO2制成介孔材料后，其较大的比表面积和发达的孔隙结构，不但可以更有效地吸附降解底物，为光催化反应提供高浓度反应物，而且能够产生较多的催化活性中心，提高其光催化活性。以催化剂为载体，用金属（Ag、Pt、Au等）对其表面进行修饰，能有效抑制光生电子-空穴对的复合，以此构筑的TiO2系列纳米复合可见光光催化材料，不仅可保留各自的优异性能，而且还可能产生纳米协同效应。
纳米银作为一种特殊的银材料，其广谱杀菌性、超强的活性及渗透性被广泛应用于医药、化工、环保等行业。纳米银表面由于较高的还原电势，在光的作用下，使周围空气产生活性氧O2·和HO·，能在短时间内破坏细菌的增殖能力，致使细胞死亡，起到杀菌作用。银的活性氧抗菌机理认为，在物质表面的微量银起到催化活性中心的作用，本身并不消耗，所以有持久抗菌效果。
综上所述，介孔TiO2(m-TiO2)作为一种新型的纳米材料具有良好的亲水性、光催化性能和抗菌性，且纳米银也是一种优异的杀菌剂，本研究通过光还原法将二者有效结合从而制备出m-TiO2/Ag复合材料，并对其性能进行表征。
1实验部分
1.1主要试剂与仪器
十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN,CTAB)；钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)；异丙醇(IPA)；硝酸银；亚甲基蓝(MB)；大肠杆菌(Escherichia coli)；铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)；蛋白胨；酵母提取物；NaCl；琼脂粉；柠檬酸钠；MgSO4·7H2O；碘化钠(NaI)；苯醌(BQ)等。
电子天平；高压晶化釜；高压汞灯；医用离心机；真空干燥箱；氙灯光源；磁力搅拌器；紫外-可见分光光度计；恒温培养摇床；电热恒温培养箱；立式压力蒸汽灭菌器；全波长扫描酶标仪等。
1.2 m-TiO2及m-TiO2/Ag复合材料的制备
采用醇热法，将1.5 g模板剂CTAB加到40 mL异丙醇溶液中，室温下磁力搅拌溶解至均匀相后加入4 mL钛酸丁酯继续搅拌，再逐滴滴加1 mL冰醋酸，搅拌30 min。磁力搅拌完后将溶液放入高压晶化釜中。密封好反应釜，置于120℃烘箱内老化48 h。然后将m-TiO2混合物用无水乙醇反复离心、洗涤至无泡沫。最后置于80℃真空干燥箱干燥24 h。研磨所得样品即为m-TiO2原粉。
称取0.3 g m-TiO2于烧杯中，加入90 mL纯水超声30 min。加入15 mL不同浓度（0.1 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L）的硝酸银溶液和10 mL甲醇，于黑暗中磁力搅拌15 min。将其置于磁力搅拌机上于125 W高压汞灯下光照12 h后用蒸馏水反复离心、洗涤，将洗涤干净的样品放入真空干燥箱中60℃下干燥24 h，研磨后即得m-TiO2/Ag粉末。根据银负载量的不同，将m-TiO2/Ag粉末分别记做m-TiO2/Ag-x（x为物质的量），x分别为0.1、0.5、1.0。
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