基于原位生成杀菌剂的光电催化方法及机理研究

由病原微生物所污染的水体能够引发痢疾、霍乱、伤寒等多种疾病，从而直接对人体健康和经济造成危害，所以饮用水和废水的安全问题依然是世界各国研究的热点课题。本课题拟建立一种基于光电催化原位产生高浓度稳定的二卤阴离子自由基(X2o-)杀菌剂的方法，此杀菌剂不但具备瞬间杀灭细菌和病毒的能力，而且还可以使灭活的细胞发生快速降解和矿化。制备出适合于光电催化杀菌的高性能光阳极(上层为具有高催化活性的裸露{001}晶面的纳米TiO2单晶(NSC),下层为具有优异电子传导性能的垂直有序TiO2纳米管阵列(NTA)复合结构, NSC/NTA)。系统深入开展典型病原微生物的光(电)催化杀灭、降解和矿化的机理研究。本项目的成功实施可以增进相关领域的基础知识，有效推动新一代杀菌技术的发展与进步。这种高效经济实用的光电催化瞬间杀菌技术的成功研究对于我国的环境保护与污染治理具有重大的研究价值和现实意义。

由病原微生物所污染的水体能够引发多种疾病，所以饮用水安全问题依然是世界各国研究的热点。本项目主要成果如下：①发展一种新型的基于原位光电催化产生稳定的高浓度X2•-杀菌剂的方法，该方法具有瞬间杀灭病原微生物的能力。②除了制备出适合于光电催化杀菌的高性能光阳极(TiO2纳米管组装{001}面单晶光电极)外，我们还合成了一系列基于TiO2的新型高效光催化剂，包括TiO2纳米薄膜，TiO2纳米管和N,C掺杂的TiO2电极，及g-C3N4/TiO2和Ag/AgX-CNTs可见光催化剂。并系统研究了他们在杀菌等方面的应用。结果表明在TiO2纳米管电极上，由E. coli K-12基因改造而来的BW25113对光催化及光电催化都具有更强的抵抗作用。当加入卤素离子后，光电催化的杀菌效果明显提高，仅需0.3 s就可完全杀灭细菌；TiO2纳米管组装{001}面光电极比TiO2纳米管具有更高的光电催化杀菌活性；N,C掺杂的TiO2光电极可见光PEC杀灭效率高，30 min内可完全杀菌；g-C3N4/TiO2和Ag/AgX-CNTs具有良好的可见光催化杀菌活性。③从生物分子到微生物，系统开展了光(电)催化杀菌的机理研究。目前相关研究内容发表SCI论文19篇，申请专利6项，其中2项授权。本项目的成功实施可以增进相关领域的基础知识，有效推动新一代杀菌技术的发展与进步。这种高效经济实用的光电催化瞬间杀菌技术的成功研究对于我国的环境保护与污染治理具有重大的研究价值和现实意义。