Ag/AgCl的合成及其光催化殺菌性能的考察

謝萌 劉杰 徐遠(yuǎn)國(guó)

摘 要： 本實(shí)驗(yàn)采用沉淀法制備Ag/AgCl光催化劑；通過(guò)X-射線衍射（XRD）光譜對(duì)Ag/AgCl結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；以大腸桿菌為目標(biāo)污染物、氙燈模擬太陽(yáng)光的光源，探究催化劑Ag/AgCl光催化殺滅水體中細(xì)菌的能力，結(jié)果表明Ag/AgCl在光照條件下能夠快速殺滅細(xì)菌。該實(shí)驗(yàn)提供了殺菌的新方法，可讓學(xué)生學(xué)習(xí)光催化的基本知識(shí)，沉淀法制備催化劑，材料的常用表征手段，以及光催化劑殺菌能力的考察方法。該實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及知識(shí)面寬，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，可以培養(yǎng)學(xué)生分析能力、創(chuàng)造能力及探索能力。

關(guān)鍵詞： 光催化 Ag/AgCl 沉淀法 大腸桿菌

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)階段一門獨(dú)立課程，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了相當(dāng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)之后，并且經(jīng)過(guò)“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”這一課程學(xué)習(xí)掌握了簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能之后方可學(xué)習(xí)的一門課程。通過(guò)這門課程訓(xùn)練，可以大大提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力和實(shí)驗(yàn)技能分析能力，從而具備一定的解決實(shí)際問(wèn)題的能力。引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探索，尋找方法，突破自身，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科研態(tài)度及創(chuàng)造能力。

光催化材料能夠有效轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能為電能和化學(xué)能，其在光照條件下產(chǎn)生的自由基基團(tuán)具有很強(qiáng)的氧化能力。這些自由基基團(tuán)能夠高效降解水體中的有毒、有害有機(jī)污染物，殺滅水中的細(xì)菌等。光催化研究一直以來(lái)備受關(guān)注。然而，光催化研究主要集中在有機(jī)污染物降解方面，對(duì)光催化材料殺菌性能的研究則較少。水體污染不僅是有機(jī)污染物的污染，細(xì)菌污染也是不可忽略的環(huán)境污染源。Ag/AgCl光催化材料因具有很強(qiáng)的光催化降解污染物和殺滅細(xì)菌的能力受到研究者的青睞，為環(huán)境水體凈化提供新的思路[1]。

本實(shí)驗(yàn)以AgNO■及NaCl為反應(yīng)原料，通過(guò)沉淀法制備Ag/AgCl光催化劑。通過(guò)XRD（X-射線粉末衍射）對(duì)合成的催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的表征，并對(duì)Ag/AgCl光催化材料在可見(jiàn)光照射條件下對(duì)大腸桿菌的殺滅能力進(jìn)行考察，為水體環(huán)境中的細(xì)菌污染提供新的解決方案。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

AgNO■及NaCl；乙二醇；無(wú)菌操作臺(tái)；培養(yǎng)皿；搖床；鼓風(fēng)干燥機(jī)；恒溫培養(yǎng)箱；電子天平；德國(guó)Bruker公司D8型X射線衍射儀。

1.2光催化劑的表征分析

用德國(guó)Bruker公司D8型X射線衍射儀對(duì)催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

1.3光催化劑的制備

首先稱取0.29g的AgNO■并溶于20mL乙二醇中，并稱取0.1gNaCl溶于20mL乙二醇中。然后將NaCl溶液滴加到AgNO■溶液中。常溫下磁力攪拌半小時(shí)后停止反應(yīng)，用蒸餾水和乙醇先后洗滌三遍后放入60℃鼓風(fēng)干燥機(jī)中烘干。烘干后收集到試劑瓶中備用。

1.4大腸桿菌的培養(yǎng)

1.4.1培養(yǎng)基的配置與滅菌

（1）稱量：蛋白胨5g；酵母提取物2.5g；氯化鈉5g；加水500mL。配置LB固體培養(yǎng)基時(shí)需再加10g瓊脂。

（2）熔化：加熱熔化，然后用蒸餾水定容至500mL。配置LB固體培養(yǎng)基時(shí)還需加瓊脂，整個(gè)過(guò)程需不斷用玻璃棒進(jìn)行攪拌，防止瓊脂糊底導(dǎo)致燒杯破裂。

（3）調(diào)節(jié)pH：用1mol/L現(xiàn)配的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至偏堿性7.0～7.5。

（4）滅菌：取2個(gè)500mL藍(lán)蓋試劑瓶分別裝入250mL LB液體培養(yǎng)基和250mL LB固體培養(yǎng)基，高壓鍋120℃滅菌15min。

（5）倒平板：在無(wú)菌操作臺(tái)內(nèi)，將滅菌后的固體培養(yǎng)基冷卻至60℃左右時(shí)倒入4個(gè)培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)基厚度控制在0.4mm左右（培養(yǎng)基太薄營(yíng)養(yǎng)不夠，太厚則浪費(fèi)材料），倒入后將培養(yǎng)皿水平放置并輕輕搖勻，使冷卻后固體培養(yǎng)基形成平面。

操作注意事項(xiàng)：

①無(wú)菌操作臺(tái)用超凈紫外燈滅菌半小時(shí)后開(kāi)始使用，使用過(guò)程中開(kāi)啟過(guò)濾風(fēng)防止細(xì)菌進(jìn)入；

②操作前，桌面及人手要用酒精棉球進(jìn)行消毒；

③平板冷凝后，要將平板倒置，防止培養(yǎng)基表面的水分揮發(fā)導(dǎo)致皿蓋上的水珠落入培養(yǎng)基而造成污染；

1.4.2大腸桿菌的擴(kuò)大培養(yǎng)

（1）將接種環(huán)用酒精燈反復(fù)灼燒3次滅菌；

（2）接種環(huán)冷卻后從斜面上進(jìn)行取菌；

（3）將大腸桿菌菌種接種到滅菌后的LB液體培養(yǎng)基中，使其在37℃搖床振蕩培養(yǎng)12h；

（4）取菌后封口膜和棉塞復(fù)原。

1.4.3涂布平板操作

（1）將涂布器反復(fù)灼燒3次滅菌；

（2）取少量菌液（10μL）滴加到培養(yǎng)基表面上；

（3）用冷卻至室溫的涂布器將菌液均勻涂布在培養(yǎng)基表面。涂布時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)培養(yǎng)皿，使涂布均勻。

1.4.4大腸桿菌的保存

接種到固體斜面培養(yǎng)基，菌落長(zhǎng)成后置于4℃冰箱保存；

1.5光催化滅菌實(shí)驗(yàn)操作

取培養(yǎng)好的大腸桿菌100μL加入含有20mL液體培養(yǎng)基的光反應(yīng)瓶中（每個(gè)反應(yīng)瓶中加入0.02g的Ag/AgCl催化劑），在光照不同時(shí)間后（分別為0min，5min，10min，30min），每次取20μL，每次涂1個(gè)板并寫上姓名和光照時(shí)間，放入37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12～24h后觀察催化劑的殺菌結(jié)果。拍照記錄。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在模擬太陽(yáng)光的照射下，Ag/AgCl能夠逐漸將水體中的大腸桿菌殺滅。觀察在培養(yǎng)箱中放置12～24h的培養(yǎng)皿?？梢灾庇^看到，隨著光照時(shí)間的增加，培養(yǎng)皿中的細(xì)菌菌落數(shù)量從多到少直至沒(méi)有，結(jié)果表明Ag/AgCl具有良好的光催化殺菌性能。

本實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生的綜合操作能力。由于大部分操作過(guò)程需完全無(wú)菌，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性提出較高要求。此外，學(xué)生可以通過(guò)該實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)光催化劑的常規(guī)制備方法，熟悉電子天平的操作，進(jìn)一步熟悉培養(yǎng)基的配置及大腸桿菌的保存等相關(guān)操作。

在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需將經(jīng)過(guò)光催化殺菌處理后的大腸桿菌在培養(yǎng)基上的存活情況進(jìn)行拍照以記錄光催化劑的殺菌效果，并將照片打印附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上。

將一個(gè)科研實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)，其目的不僅在于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)更多實(shí)驗(yàn)方法，更多的是幫助學(xué)生了解一些光催化的基本知識(shí)，拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的研究興趣和探索能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Z.Y.Lin，J.Xiao，J.H.Yan，P.Liu，L.H.Li and G. W.Yang，J.Mater.Chem.A，2015，3，7649-7658.

江蘇大學(xué)高級(jí)人才啟動(dòng)基金（No.14JDG164）。