[发明专利]一种纳米氧化锌/玉米桔穰复合抗菌滤柱的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纳米氧化锌/玉米桔穰复合抗菌滤柱的制备方法，该方法将玉米秸秆经风干除叶去皮后，对其剪切、挑选得到秸穰原料，将玉米桔穰浸渍于四氟硼酸锌溶液中，之后再转移到异丙醇钠溶液中进一步反应，并利用超声进行辅助；反应完毕后，产物经洗净、冷干后再置于烘箱中转化，得到纳米氧化锌/玉米桔穰复合抗菌滤柱；该复合滤柱在结构上大致保持了玉米秸秆本身的通道结构，显示出优异的水传输能力和过滤抗菌效果，菌液经滤柱过滤处理后，测得大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的过滤抗菌率都达到了90%以上；作为一种有机与无机相结合的抗菌材料，其有助于清除水中的细菌，适用于水净化领域。

技术领域

本发明涉及一种由玉米桔穰原位固载纳米氧化锌颗粒制备复合抗菌滤柱的工艺以及复合抗菌滤柱在去除水体细菌中的应用，属于天然高分子材料技术领域。

背景技术

健康一直是人们最关注的话题之一，然而细菌无处不在，防不胜防，其中不乏致病的有害细菌，它们的传播和蔓延严重威胁着人类的健康。纵观历史，由致病细菌感染所引发的肺炎、霍乱、鼠疫、肺结核等重大疾病的爆发和传染屡见不鲜，全球每年都会导致约16%的死亡率，因此，细菌感染一直以来都被认为是人类面临的最具挑战性的自然威胁之一。虽然，抗生素的诞生和疫苗的普及在一定程度上实现了人类对细菌感染的控制，但抗生素类药物的泛滥使用导致菌体的变异，滋生不计其数的新型“多重耐药性细菌”。因此，研究开发高效、无毒副作用且具有优异持久性的非抗生素类抗菌材料是当前的重要课题之一。

无机抗菌材料是一类具有杀灭和抑制细菌生长、繁殖的功能材料。其中，ZnO因自身安全、稳定，且其抗菌效果具有广泛性和持久性等特点，在多种同类抗菌剂的研发和应用中有着明显的优势。ZnO纳米粒子被证明由于其本身能够产生 ROS使细菌氧化损伤以及其粉体的吸附也会破坏细菌的细胞壁，所以对革兰氏阳性和阴性细菌都具有显著的抗菌和抑菌的能力，其抗菌方式多样化，过程不同于其他金属氧化物，这也是以ZnO为核心成分的抗菌材料引起极大兴趣的原因所在。然而单纯的ZnO纳米粒子具有易团聚、难回收等缺点，为了克服此类问题，赋予金属颗粒更好的分散性、抗菌性和可回收性，ZnO纳米粒子在形成的过程中通常需要一定的承载物。所以开发廉价高效、绿色环保、内在结构友好的功能载体是实现纳米氧化锌基抗菌材料可持续化发展的一个基础性问题。

玉米是我国重要经济作物之一，其秸秆年产量可达到2.2亿吨之多，这一巨大的资源在农村除被用作生活能源外，大部分弃之于地，或就地焚烧，只有少部分用作饲料加工或酒精发酵工业。目前玉米秸皮已经作为纤维原料在制浆造纸工业中得以应用。至于玉米秸秆的另一重要组成部分---秸穰，因其细胞种类以及纤维长度的局限性，无法像秸皮一样应用于造纸领域，大大降低了玉米秸秆的应用价值。

目前未见与本发明技术方案相关的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米氧化锌/玉米桔穰复合抗菌滤柱的制备方法，本方法以玉米秸秆中的穰部为柱状载体，利用其中丰富的天然高分子组分（木质素、纤维素和半纤维素）同步实现纳米氧化锌抗菌粒子的原位生长和固载，制备具有三维立体结构的纳米复合柱，用于清除水体中的细菌。

ZnO纳米颗粒主要有助于杀灭水体中的细菌，而玉米桔穰的多孔结构则有利于水流的通过，本发明为水的高效净化提供了一条经济有效的途径；而且选用资源丰富但开发深度尚浅的玉米秸穰为原料，利用简易的化学沉淀法原位固载ZnO纳米粒子，反应制备得到抗菌滤柱产品，进一步拓展玉米秸秆的应用领域，使秸秆这种绿色可再生材料得到高附加值的利用，为农业废弃秸秆多元化高值拓展奠定理论和新技术基础。

实现本发明目的采取如下技术方案：

（1）玉米秸秆经风干除叶后，皮穰分离，选取秸穰部分为原料，剪切成小段，得到玉米秸穰原料；

（2）将玉米秸穰原料浸泡在四氟硼酸锌溶液中，在搅拌条件下利用玉米秸穰对溶液中的离子进行吸附；