纳米氧化锌的形貌控制及其性能研究(附件)【字数：11895】
摘 要摘 要纳米氧化锌（ZnO）是一种新型的多功能无机材料,由于其独特的光催化性和抗菌性，在光降解污染物和抗菌方面有极大的应用前景。目前，纳米氧化锌作为抗菌剂在国内还不是很普遍，光催化材料仍然处于研究阶段。控制纳米氧化锌的形貌会改变氧化锌粉体的很多性能，比如抗菌性和光催化性。因此，本文采用了直接沉淀法，制备出不同形貌的纳米氧化锌粉体，通过不同参数控制形貌，从而改变纳米氧化锌的抗菌性能和光催化性。以硫酸锌和氢氧化钠制备出了柱状的纳米氧化锌，在pH为11时，当温度从60℃变为90℃时，氧化锌由板块状变为柱状；在温度为60℃时，当pH由6变为13时，氧化锌由片状变为柱状。以醋酸锌和氨水为原料，制备出了花状的纳米氧化锌，在温度为60℃时，当pH从10变为12时，其形貌由不规则的花状变为规则的花瓣状。以氯化锌和氢氧化钠为原料制备出片状和棒状的纳米氧化锌，在温度为60℃时，当pH从6变为13时，其形貌由片状变为棒状。以大肠杆菌为菌株，研究纳米氧化锌抗菌性能，结果显示柱状氧化锌粉体颗粒尺寸较小，比表面积大，抗菌性好。以甲基橙为模型，研究光催化性，结果显示柱状纳米氧化锌颗粒小，比表面积大，光催化性好。关键词纳米氧化锌；形貌控制；直接沉淀法；抗菌性；光催化性
目录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2氧化锌纳米材料简介 1
1.3氧化锌在抗菌方面的研究概述 1
1.4纳米氧化锌主要制备方法 2
1.4.1机械法 3
1.4.2气相法 3
1.4.3液相法 4
1.5纳米氧化锌的表面改性 5
1.6纳米氧化锌的主要应用 6
1.7本课题研究目的和研究内容 9
第二章 直接沉淀法形貌控制制备纳米氧化锌 10
2.1主要仪器与试剂 10
2.2粉体的表征方法 11
2.3制备方法选择 11
2.4纳米氧化锌的制备过程 11
2.4.1硫酸锌不同温度制备 12
2.4.2硫酸锌不同pH制备 14
2.4.3乙酸锌不同pH制备 16
2.4.4氯化锌不同pH制备 19
2.5不同锌盐对形貌 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的影响 21
第三章 抗菌性实验 23
3.1实验仪器和材料 23
3.2大肠杆菌的培养 23
3.3抑菌圈试验 23
3.4实验结果与分析 23
第四章 光催化实验 25
4.1实验仪器和材料 25
4.2甲基橙降解测试方法 25
4.3.1光催化实验 25
4.3.2实验结果与分析 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
健康一直是人们最关心的问题，然而生活中细菌无处不在，无孔不入，一些有害细菌的传播，会严重的影响到我们人类的健康。近年来，肯德基冰块细菌超标事件，安利纽崔莱细菌事件屡见不鲜。美国WHO杂志曾做过数字统计，1995年全世界约有1700万人因为细菌感染而死亡，这令人不敢相信，小小的细菌居然对人类生存造成了这么巨大的危害。而环境问题也日益受到人们关注，大量化石燃料的使用，使二氧化碳增多，导致全球变暖和温室效应。水中污染物的难以分解，严重威胁着为数不多的水资源。所以，在高科技，高技术迅速发展的今天，控制和消灭这些有害细菌的生长和繁殖，分解二氧化碳和水中污染物已经成为了一项事关人类生存的重要课题，正受到越来越多的人们关注。
1.2氧化锌纳米材料简介
氧化锌俗称锌白粉，是一种无味，难溶于水的白色固体。能溶于酸和碱，属于两性氧化物。分子量81.37，密度较小，熔点较高，为1975摄氏度。氧化锌是一种铅锌矿结构的六方晶系晶体。纳米氧化锌是新时代新型无机高功能材料，其颗粒大小大约在1100nm，它具备纳米材料的表面效应和体积效应。学者研究发现，氧化锌性质稳定，在光，电，磁，催化等方面有着特殊的性能，使其在陶瓷，医药，化工，电子，光学等领域有极大的应用价值。另外，纳米氧化锌可用于紫外光屏蔽材料和抗菌材料，在纺织行业可用于制作孕妇装。纳米氧化锌所具有的这些优异性质，使它拥有十分诱人的应用前景，许多科研人员一直对它十分关注。
1.3氧化锌抗菌性的研究
抗菌材料是兴起于20世纪90年代，之后迅速发展，是一种能抑制杀死细菌的新型功能材料。近年来人们的生活水平不断提高，这就导致了人们对抗菌材料的需求也越来越大。目前已经涉及家电，服饰，包装，建材等诸多方面。在美国等发达国家，抗菌材料已经系统的研究，并广泛应用。近年来我国抗菌材料的研究和应用，也发展迅速，许多研究院在抗菌纤维，抗菌陶瓷，抗菌塑料等方面取得了较好的成果，并得到了广泛的应用。
抗菌材料的核心是抗菌剂，根据性质不同，一般分为有机和无机两种。有机抗菌剂由于其耐热性较差，使用寿命短，且存在毒副作用，应用一直受到限制。无机抗菌剂则不存在这些缺点，在安全性和持久性方面具有很大的优势。目前无机抗菌剂主要研究的是银系抗菌剂，但其耐热性差，易变色，重金属毒性也具有争议，限制了它的应用。
1995年日本科学家Sawai等研究发现，氧化锌对大肠杆菌表现出了极强的抗菌能力。[1]这一发现引起了广大学者的关注，纷纷对其进行研究，并扩展到纳米领域，研究纳米氧化锌的抗菌能力。相较于银，氧化锌制备原料丰富，杀菌能力强，无色无毒，优点多多，更加具有市场价值。
Osamu Yamamoto教授[2]研究了氧化锌粉体具有抗菌性的原因，研究发现，氧化锌粉体的抗菌性与晶粒大小以及粉体对细菌吸附能力有关。过程如下，粉体先依附在细菌表面，破坏细胞壁进入细胞内部，破坏细胞结构，从而杀死细菌；还有一种方式是在光照条件下，利用光催化性，纳米氧化锌电荷分离，产生氧负离子，使细菌死亡[3]。
这一观点得到Roberta Brayner教授的证实，通过氧化锌粉体对大肠杆菌的抗菌测试发现[4]，增加粉体浓度，会提高其抗菌性能。粉体的颗粒越小，吸附性越好，更能破坏细胞壁，所以抗菌性也越好。
Sawai教授[5]曾研究了CaO、MgO和ZnO三种金属氧化物粉体的抗菌性能,同浓度条件下,ZnO的抗菌性能最强。进一步研究了影响氧化锌的抗菌性能的主要因素,结果表明随着锌离子浓度对粉体抗菌性能影响不大。粉体与细菌表面吸附后使得细菌表面形成如湿疹的病状,[6]这极大的提高了粉体抗菌性能。所以，氧化锌的抗菌机理主要是由于粉体的吸附性。
目前，氧化锌抗菌机理的研究还在不断继续，已知为接触吸附机理和光催化机理两种。所以，要想提高纳米氧化锌的抗菌性能，可以在控制氧化锌颗粒大小和形貌及提高光催化性做研究。
1.4纳米氧化锌主要制备方法
纳米氧化锌制备方法的分类方法很多，一般来说，通常可分为物理方法和化学方法。具体分类如下
物理方法：机械粉碎。
化学方法：固相法；气相法；液相法。
目录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2氧化锌纳米材料简介 1
1.3氧化锌在抗菌方面的研究概述 1
1.4纳米氧化锌主要制备方法 2
1.4.1机械法 3
1.4.2气相法 3
1.4.3液相法 4
1.5纳米氧化锌的表面改性 5
1.6纳米氧化锌的主要应用 6
1.7本课题研究目的和研究内容 9
第二章 直接沉淀法形貌控制制备纳米氧化锌 10
2.1主要仪器与试剂 10
2.2粉体的表征方法 11
2.3制备方法选择 11
2.4纳米氧化锌的制备过程 11
2.4.1硫酸锌不同温度制备 12
2.4.2硫酸锌不同pH制备 14
2.4.3乙酸锌不同pH制备 16
2.4.4氯化锌不同pH制备 19
2.5不同锌盐对形貌 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的影响 21
第三章 抗菌性实验 23
3.1实验仪器和材料 23
3.2大肠杆菌的培养 23
3.3抑菌圈试验 23
3.4实验结果与分析 23
第四章 光催化实验 25
4.1实验仪器和材料 25
4.2甲基橙降解测试方法 25
4.3.1光催化实验 25
4.3.2实验结果与分析 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
健康一直是人们最关心的问题，然而生活中细菌无处不在，无孔不入，一些有害细菌的传播，会严重的影响到我们人类的健康。近年来，肯德基冰块细菌超标事件，安利纽崔莱细菌事件屡见不鲜。美国WHO杂志曾做过数字统计，1995年全世界约有1700万人因为细菌感染而死亡，这令人不敢相信，小小的细菌居然对人类生存造成了这么巨大的危害。而环境问题也日益受到人们关注，大量化石燃料的使用，使二氧化碳增多，导致全球变暖和温室效应。水中污染物的难以分解，严重威胁着为数不多的水资源。所以，在高科技，高技术迅速发展的今天，控制和消灭这些有害细菌的生长和繁殖，分解二氧化碳和水中污染物已经成为了一项事关人类生存的重要课题，正受到越来越多的人们关注。
1.2氧化锌纳米材料简介
氧化锌俗称锌白粉，是一种无味，难溶于水的白色固体。能溶于酸和碱，属于两性氧化物。分子量81.37，密度较小，熔点较高，为1975摄氏度。氧化锌是一种铅锌矿结构的六方晶系晶体。纳米氧化锌是新时代新型无机高功能材料，其颗粒大小大约在1100nm，它具备纳米材料的表面效应和体积效应。学者研究发现，氧化锌性质稳定，在光，电，磁，催化等方面有着特殊的性能，使其在陶瓷，医药，化工，电子，光学等领域有极大的应用价值。另外，纳米氧化锌可用于紫外光屏蔽材料和抗菌材料，在纺织行业可用于制作孕妇装。纳米氧化锌所具有的这些优异性质，使它拥有十分诱人的应用前景，许多科研人员一直对它十分关注。
1.3氧化锌抗菌性的研究
抗菌材料是兴起于20世纪90年代，之后迅速发展，是一种能抑制杀死细菌的新型功能材料。近年来人们的生活水平不断提高，这就导致了人们对抗菌材料的需求也越来越大。目前已经涉及家电，服饰，包装，建材等诸多方面。在美国等发达国家，抗菌材料已经系统的研究，并广泛应用。近年来我国抗菌材料的研究和应用，也发展迅速，许多研究院在抗菌纤维，抗菌陶瓷，抗菌塑料等方面取得了较好的成果，并得到了广泛的应用。
抗菌材料的核心是抗菌剂，根据性质不同，一般分为有机和无机两种。有机抗菌剂由于其耐热性较差，使用寿命短，且存在毒副作用，应用一直受到限制。无机抗菌剂则不存在这些缺点，在安全性和持久性方面具有很大的优势。目前无机抗菌剂主要研究的是银系抗菌剂，但其耐热性差，易变色，重金属毒性也具有争议，限制了它的应用。
1995年日本科学家Sawai等研究发现，氧化锌对大肠杆菌表现出了极强的抗菌能力。[1]这一发现引起了广大学者的关注，纷纷对其进行研究，并扩展到纳米领域，研究纳米氧化锌的抗菌能力。相较于银，氧化锌制备原料丰富，杀菌能力强，无色无毒，优点多多，更加具有市场价值。
Osamu Yamamoto教授[2]研究了氧化锌粉体具有抗菌性的原因，研究发现，氧化锌粉体的抗菌性与晶粒大小以及粉体对细菌吸附能力有关。过程如下，粉体先依附在细菌表面，破坏细胞壁进入细胞内部，破坏细胞结构，从而杀死细菌；还有一种方式是在光照条件下，利用光催化性，纳米氧化锌电荷分离，产生氧负离子，使细菌死亡[3]。
这一观点得到Roberta Brayner教授的证实，通过氧化锌粉体对大肠杆菌的抗菌测试发现[4]，增加粉体浓度，会提高其抗菌性能。粉体的颗粒越小，吸附性越好，更能破坏细胞壁，所以抗菌性也越好。
Sawai教授[5]曾研究了CaO、MgO和ZnO三种金属氧化物粉体的抗菌性能,同浓度条件下,ZnO的抗菌性能最强。进一步研究了影响氧化锌的抗菌性能的主要因素,结果表明随着锌离子浓度对粉体抗菌性能影响不大。粉体与细菌表面吸附后使得细菌表面形成如湿疹的病状,[6]这极大的提高了粉体抗菌性能。所以，氧化锌的抗菌机理主要是由于粉体的吸附性。
目前，氧化锌抗菌机理的研究还在不断继续，已知为接触吸附机理和光催化机理两种。所以，要想提高纳米氧化锌的抗菌性能，可以在控制氧化锌颗粒大小和形貌及提高光催化性做研究。
1.4纳米氧化锌主要制备方法
纳米氧化锌制备方法的分类方法很多，一般来说，通常可分为物理方法和化学方法。具体分类如下
物理方法：机械粉碎。
化学方法：固相法；气相法；液相法。
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