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石墨烯氧化物抑制水凈化膜表面細(xì)菌生長(zhǎng)

作者：中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司來源：http://www.sikpqwc.cn 日期：2014-01-26 11:40:31

據(jù)美國(guó)《《化學(xué)工程與新聞》（C&EN）網(wǎng)站2014年1月2日?qǐng)?bào)道，美國(guó)耶魯大學(xué)（Yale University）化學(xué)工程與環(huán)境工程系的研究人員，已經(jīng)成功的將石墨烯氧化物應(yīng)用于水處理，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物納米薄片應(yīng)用于海水淡化和水處理凈化膜，可以有效抑制表面細(xì)菌生長(zhǎng)。圖1就是微生物殺手的示意圖，研究人員將只有單個(gè)原子厚度的氧化石墨烯薄片耦合在聚酰胺膜(藍(lán)色部分)的表面來達(dá)到抑制細(xì)菌生長(zhǎng)之目的。

要將海水或污水轉(zhuǎn)變成可飲用的水取決于聚酰胺薄膜的過濾能力。微生物在薄膜上的滲入和淤積會(huì)使其去除鹽分和污染物的能力遭到破壞。但是，如果在聚酰胺材料的薄膜附著一層石墨烯氧化物納米薄片（attaching graphene oxide nanosheets），就可以減少細(xì)菌生長(zhǎng),而且這些功能化的薄膜與現(xiàn)今使用的濾膜相比較，沒有必要經(jīng)常清洗，使用周期更長(zhǎng)。此項(xiàng)研究成果已經(jīng)在《環(huán)境科技快報(bào)》雜志發(fā)表(Environ. Sci. Technol. Lett.，2013, DOI: 10.1021/ez4001356)。

某些納米材料,如石墨烯氧化物可以殺死微生物，但是具體的作用機(jī)理目前還尚未被人們認(rèn)識(shí)。在先前的研究中,研究人員制得的抗菌膜，是在鑄造過程中通過將石墨烯氧化物混入到聚酰胺之中。但是根據(jù)耶魯大學(xué)梅納赫姆·伊利米勒（Menachem Elimelech）等人的研究結(jié)果認(rèn)為，如果將石墨烯氧化物置于膜內(nèi),對(duì)于滅殺微生物是無效的。由于納米材料昂貴,還有可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響,伊利米勒想開發(fā)一種抗菌膜,需要盡可能少的石墨烯氧化物，這樣就可以降低生產(chǎn)成本，有可以節(jié)省原材料，保護(hù)環(huán)境。

為此,伊利米勒和他的同事們用酰胺耦合化學(xué)法，在聚酰胺膜的表面附著一層30-650 nm寬的氧化石墨烯薄片。伊利米勒說：“無論怎樣，當(dāng)你改變了表面化學(xué)時(shí),幾乎總是影響到膜的性能。”但這并不是立竿見影，功能化以后的薄膜與未經(jīng)處理的薄膜一樣，使水的通過不受影響，但是抑菌效果截然不同。

研究人員測(cè)試了這種功能化薄膜的抗菌活性，他們用大腸桿菌培養(yǎng)基覆蓋功能化薄膜一個(gè)小時(shí)。然后,研究人員試圖在瓊脂板培養(yǎng)來自任何粘在此膜上的細(xì)菌。與未經(jīng)處理的薄膜進(jìn)行比較,那些用氧化石墨烯改性的薄膜生產(chǎn)的細(xì)菌菌落減少65%。為了強(qiáng)化殺傷力,伊利米勒計(jì)劃在未來的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)在聚酰胺薄膜表面使用石墨烯氧化物薄片的數(shù)量和大小繼續(xù)進(jìn)行深入研究。

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