納米硫化銅/偕胺肟復(fù)合纖維的制備及其抑菌性能

李婉玉，吳友吉，金 盈，李金瑞，李坤波

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽蕪湖 241000)

利用納米技術(shù)對(duì)紡織纖維進(jìn)行改性以提高其性能是目前納米紡織研究的熱點(diǎn)［1-3］。將納米顆粒添加至纖維中通常可采用溶液共混法和熔體共混法，這兩種方法是目前最普遍也是技術(shù)最成熟的納米纖維的制備方法。通過(guò)在纖維合成的原料中直接添加納米材料，經(jīng)聚合制得功能性纖維。目前，通過(guò)對(duì)原始纖維制成品的改性，添加納米材料制備納米功能性纖維的研究報(bào)道較少［4-5］。銀系和銅系抑菌納米纖維的研究和開(kāi)發(fā)已日益成為研究熱點(diǎn)［6-9］。

鑒于此，本文旨在通過(guò)在改性纖維上負(fù)載納米CuS，從而賦予納米復(fù)合纖維良好的抑菌性能。根據(jù)配位化合物的形成和結(jié)構(gòu)理論，以聚丙烯腈纖維(PAN)為原料，經(jīng)羥胺化學(xué)改性制得含偕胺肟基團(tuán)的螯合纖維(1);1與納米CuS反應(yīng)制得納米CuS/偕胺肟復(fù)合纖維(2)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)IR，掃描電鏡(SEM)和X-衍射能譜(EDX)表征。并研究了2對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WQF-200型紅外光譜儀(KBr壓片);D8型X-射線粉末衍射儀;90 PLUS型納米粒度/Zeta電位測(cè)定儀;S-4800型掃描電子顯微鏡;SHA-C型水浴恒溫振蕩器。

1按文獻(xiàn)［3］方法合成;大腸桿菌和枯草芽孢桿菌，安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室;PAN，工業(yè)級(jí)，安慶石化集團(tuán);瓊脂、牛肉浸膏、蛋白胨等生化試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;其余所用試劑均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 制備

(1)納米CuS的制備

在100 mL內(nèi)襯聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中加入氯化銅172.6 g(1 mmol)與硫代硫酸鈉249.2 g(1 mmol)，加入33%乙醇至80 mL，密封后置真空干燥箱，于150℃恒溫反應(yīng)10 h。自然冷卻至室溫，過(guò)濾，濾餅依次用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌除去雜質(zhì)，紅外干燥24 h得納米CuS 54.2 mg。

(2)2的制備

在錐形瓶中加入納米CuS 48 mg(0.5 mmol)和蒸餾水200 mL，超聲分散20 min;加入1 184.5 mg，于50℃(浴溫)振蕩反應(yīng)2 h。過(guò)濾，濾渣用蒸餾水洗滌，干燥得2 186.2 mg。

1.3 2的抑菌性能測(cè)定

配制牛肉蛋白胨培養(yǎng)基，高溫滅菌后倒平板，待培養(yǎng)基凝固后在無(wú)菌操作室中分別接種大腸桿菌和枯草芽孢桿菌，在pH 7條件下于35℃培養(yǎng)24 h，測(cè)定抑菌圈大小，以此評(píng)估2的抑菌能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米CuS的物相和形貌分析

圖1為納米CuS的XRD圖譜。從圖1可見(jiàn)，所有衍射峰均表明產(chǎn)物為六方晶系CuS晶體(JCPDS Cards，06-0464)，其中2θ=47.941 °處的最強(qiáng)峰，緣于(110)晶面的衍射。從圖1還可看出，衍射峰峰形尖銳，各衍射峰強(qiáng)度較高，表明納米CuS結(jié)晶較好，晶體生長(zhǎng)完整。

圖2為納米CuS的粒徑圖。從圖2可以看出，納米CuS粒徑約80 nm。圖3為納米CuS的SEM照片。從圖3可以看出，納米CuS為分散均勻小顆粒，粒徑約80 nm。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)成功制備了納米CuS。

圖1 納米CuS的XRD圖Figure 1 XRD pattern of nano-CuS

圖2 納米CuS的粒徑圖*Figure 2 Grain-size graph of nano-CuS Rel.Num=100.00，Cum.Num=40.83，Diam=83.04 nm

圖3 納米CuS品的SEM照片F(xiàn)igure 3 SEM image of nano-CuS

2.2 2 的表征

1和2的IR譜圖見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，1在1 072 cm-1處出現(xiàn)了C-N的特征吸收峰，而2中C-N特征吸收峰出現(xiàn)在1 074 cm-1，向高波數(shù)方向移動(dòng)了2 cm-1;同時(shí)N-O特征吸收峰向高波數(shù)方向移動(dòng)了4 cm-1，C=N特征吸收峰向低波數(shù)方向移動(dòng)了10 cm-1。說(shuō)明1中N和O原子與銅發(fā)生了配位，引起了C=N特征吸收峰的改變。

圖5為2的SEM照片。由圖5可見(jiàn)，在2的表面分散著粒徑約80 nm的小顆粒。可能機(jī)理是偕胺肟基團(tuán)中的氨基氮和羥基氧與銅發(fā)生了鍵合作用，生成了2。

為了進(jìn)一步確定2的元素組成，對(duì)2進(jìn)行了EDX分析，結(jié)果見(jiàn)圖6和表1。可以看出，在以C，N和O為主要元素的2表面上檢測(cè)到Cu和S等元素的存在，結(jié)合納米CuS的XRD譜圖，說(shuō)明成功制備了2。

圖4 1和2的IR譜圖Figure 4 IR spectra of 1 and 2

圖5 2的SEM照片F(xiàn)igure 5 SEM image of 2

圖6 2的EDX譜圖Figure 6 EDX spectrum of 2

2.3 2的抑菌性能

2與青霉素(6 mg)對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑菌效果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，當(dāng)m(2)為0.12 g時(shí)，2和青霉素對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑均為1.8cm，表明此時(shí)二者的抑菌能力相當(dāng);當(dāng)m(2)為0.16 g時(shí)，二者對(duì)枯草芽孢桿菌的抑菌圈直徑均為2.0 cm，表明此時(shí)二者對(duì)枯草芽孢桿菌的抑菌能力相當(dāng)。由此可見(jiàn)，2具有良好的抑菌性能。

表1 2的元素質(zhì)量和原子百分比Table 1 Mass percent and atomic percent of elements of 2

表2 2與青霉素的抑菌效果比較Table 2 The antibacterial properties of 2 and Penicillin

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