金属氧化物催化剂的可控制备及其在室内空气杀菌中的形貌和尺寸效应研究

Pathogenic microbes are one of main contaminants in indoor air. It is very important to study environmentally friendly sterilization technology for improving the quality of indoor air and ensuring human health. Catalytic sterilization can inactivate pathogenic microbes through reactive oxgen species (ROS) which is formed by activation of oxygen molecule with catalyst.Compared with the commonly used steriliztion technology such as ultrviolet irradiation, ozonation, disinfectant,catalytic steriliztion is high effective and environmentally friendly. In order to optimize catalytic sterilization method, it is very necessary to prepare novel catalyst that could produce ROS effectively. Recently,we have reported that silver loaded catalysts had high bactericidal effect. Based on our previous studies,this work will focus on exploring metal oxdies with different shapes and sizes that could produce ROS.The bactericidal activity of metal oxides with and without silver loaded will be studied.The optimal catalyst with high bactericidal activity and stability will be selected by combination study of bactericidal activity and interaction between silver and metal oxide.The bactericidal mechanism and relationship of catalyst structure and activity will be explored through catalyst characterization and experimental analysis.The effort of this work will devote to develop new idea and catalyst with high activity and safety for economically catalytic sterilization in indoor air at room temperature.

病原微生物是室内空气中主要的污染物之一，开发环境友好的杀菌技术对提高室内空气质量、保障人体健康有重要的环境意义。催化杀菌技术是利用催化剂活化氧分子产生活性氧物种来杀灭病原微生物。同常用的紫外光、臭氧、化学药剂等技术相比，该技术是一种环境友好、安全高效的杀菌技术。目前，寻找和制备能有效产生活性氧的催化剂是该技术进一步发展的关键。本研究以前期研发的高效银系催化剂为基础，首先可控制备不同形貌和尺寸的能有效产生活性氧的新型金属氧化物，然后负载少量银物种，考察载银前后金属氧化物在室内空气杀菌中的形貌和尺寸效应；通过对杀菌效果、银与载体之间相互作用等研究，优选最佳银/金属氧化物催化剂新体系，实现在提高杀菌活性的同时，提高银系催化剂的稳定性；最后通过催化剂表征、催化反应机理等问题的研究，阐明催化剂结构-活性的构效关系和杀菌机理，为高效、经济的室内空气杀菌催化剂的开发提供新供新思路和技术支持。

病原微生物是室内空气中主要的污染物之一，开发环境友好的杀菌技术对提高室内空气质量、保障人体健康有重要的环境意义。催化杀菌技术是利用催化剂活化氧分子产生活性氧物种来杀灭病原微生物。同常用的紫外光、臭氧、化学药剂等技术相比，该技术是一种环境友好、安全高效的杀菌技术。目前，寻找和制备能有效产生活性氧的催化剂是该技术进一步发展的关键。本研究以前期研发的高效银系催化剂为基础，致病菌大肠杆菌（E. coli）为目标指示菌，考察了通过初湿浸渍、浸渍、一步合成法制备的Ag/SBA-15催化剂、通过水热法制备的形貌可控的CeO2纳米材料以及采用水热合成法和浸渍法制备了不同晶型二氧化锰变价氧化物为载体的载银杀菌催化剂对大肠杆菌的杀菌效果和机理。采用X 射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、H2 程序升温还原（H2-TPR）以及电子自旋共振（ESR）、X-射线吸收精细结构（XANES）、X-射线光电子能谱(XPS)等手段研究了催化剂的物化特性；探讨了不同催化剂制备方法、形貌、不同晶相对杀菌活性的影响；明确了反应过程中所涉及活性氧物种的产生，揭示了催化剂通过活化分子氧实现催化氧化杀菌的机理；筛选出了能有效生成活性氧，降低银离子溶出的高杀菌活性的催化剂，并对该催化技术的实际应用提供了一些基础实验参数。.取得的重要结果与结论如下：.(1）Ag 负载到SBA-15载体上制备的催化剂具有优异的抗菌活性，同时大大减少了银的用量。即使Ag负载量只有0.5%时，该催化剂的杀菌活性也很高。其中采用初始浸渍法制备的Ag/SBA-15催化剂在保持较高杀菌活性的同时又具有较少的Ag+ 溶出；.(2）不同形貌的Ag/CeO2催化剂表现出不同的杀菌活性，具有形貌效应。 Ag/CeO2纳米棒催化剂在保持较高杀菌活性的同时也大大减少了Ag+ 溶出，这有利于解决载银杀菌催化剂容易变色的问题； .(3）不同晶相的Ag/MnO2催化剂具有不同的杀菌活性，存在晶相效应，Ag/β-MnO2具有最高的杀菌活性；.(4）研究的载银催化剂的杀菌机理均为活性氧和Ag+ 协同作用。细胞外的活性氧可以诱导细胞内活性氧的产生，从而引起细胞壁和细胞膜的破损，最终导致细胞死亡，达到杀菌的目的；变价金属氧化物载体有利于活性氧的产生。