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石墨烯氧化物抑制水净化膜表面细菌生长

作者:中国科学院成都有机化学有限公司 来源:http://www.timesnano.com 日期:2014-01-26 11:40:31


据美国《《化学工程与新闻》(C&EN)网站2014年1月2日报道,美国耶鲁大学(Yale University)化学工程与环境工程系的研究人员,已经成功的将石墨烯氧化物应用于水处理,研究结果发现石墨烯氧化物纳米薄片应用于海水淡化和水处理净化膜,可以有效抑制表面细菌生长。图1就是微生物杀手的示意图,研究人员将只有单个原子厚度的氧化石墨烯薄片耦合在聚酰胺膜(蓝色部分)的表面来达到抑制细菌生长之目的。

       要将海水或污水转变成可饮用的水取决于聚酰胺薄膜的过滤能力。微生物在薄膜上的渗入和淤积会使其去除盐分和污染物的能力遭到破坏。但是,如果在聚酰胺材料的薄膜附着一层石墨烯氧化物纳米薄片(attaching graphene oxide nanosheets),就可以减少细菌生长,而且这些功能化的薄膜与现今使用的滤膜相比较,没有必要经常清洗,使用周期更长。此项研究成果已经在《环境科技快报》杂志发表(Environ. Sci. Technol. Lett.,2013, DOI: 10.1021/ez4001356)。

 

       某些纳米材料,如石墨烯氧化物可以杀死微生物,但是具体的作用机理目前还尚未被人们认识。在先前的研究中,研究人员制得的抗菌膜,是在铸造过程中通过将石墨烯氧化物混入到聚酰胺之中。但是根据耶鲁大学梅纳赫姆·伊利米勒(Menachem Elimelech)等人的研究结果认为,如果将石墨烯氧化物置于膜内,对于灭杀微生物是无效的。由于纳米材料昂贵,还有可能会对环境造成影响,伊利米勒想开发一种抗菌膜,需要尽可能少的石墨烯氧化物,这样就可以降低生产成本,有可以节省原材料,保护环境。
       为此,伊利米勒和他的同事们用酰胺耦合化学法,在聚酰胺膜的表面附着一层30-650 nm宽的氧化石墨烯薄片。伊利米勒说:“无论怎样,当你改变了表面化学时,几乎总是影响到膜的性能。”但这并不是立竿见影,功能化以后的薄膜与未经处理的薄膜一样,使水的通过不受影响,但是抑菌效果截然不同。
       研究人员测试了这种功能化薄膜的抗菌活性,他们用大肠杆菌培养基覆盖功能化薄膜一个小时。然后,研究人员试图在琼脂板培养来自任何粘在此膜上的细菌。与未经处理的薄膜进行比较,那些用氧化石墨烯改性的薄膜生产的细菌菌落减少65%。为了强化杀伤力,伊利米勒计划在未来的实验中,对在聚酰胺薄膜表面使用石墨烯氧化物薄片的数量和大小继续进行深入研究。

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