高效广谱抑菌性能的CoPxQy复合材料的制备及其抗微生物腐蚀性能

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近几十年来,随着世界各国对海洋资源的开发利用不断增长,大量金属材料被用于海洋装备和海洋工程建造。但海洋环境复杂恶劣,涉海材料经常面临着严峻的微生物腐蚀问题,这不仅极大地限制了海洋资源的开发利用,也严重危及人们的生命财产安全。因此,开展微生物腐蚀以及抗微生物腐蚀策略的研究,对海洋环境中金属材料的防护具有极其重要的意义。在开放系统或者不适宜使用缓蚀剂的环境中,使用抗菌剂抑制微生物腐蚀是一种理想、可行的有效措施。本文在文献调研的基础上,采用简单的共沉淀法合成了片层状Co PxOy复合氧化物,该氧化物对多种细菌和真菌都具有很好的抑菌性能。通过SEM、XPS和XRD等表征发现,Co元素和P元素之间存在着强的相互作用,且Co PxOy表现出优异的稳定性。在此基础上本文又开展了以下两部分的研究:第一部分,首先通过圆盘琼脂实验测试了CoPxOy复合氧化物对细菌:大肠杆菌(E.coli)和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)以及真菌:近平滑念珠菌(C.parapsilosis)和白色念珠菌(C.albicans)的抑菌性能。实验结果表明,Co PxOy复合氧化物对细菌的抑菌性能优于对真菌的抑菌性能,对P.aeruginosa表现出最优的抑菌性能。此外,Co PxOy复合氧化物的Co:P摩尔比对材料的抑菌性能有着极大的影响,当Co:P=1:1时,合成的Co P1Oy复合氧化物表现出最优的抑菌性能。而将Co3O4和Na H2PO4(磷源)作为对照组进行探究,实验结果发现它们均没有抑菌活性,由此证明Co与P之间的强的相互作用能诱导该复合物具有较高的抑菌活性。此外,对系列材料的最小抑菌浓度进行测试,Co P1Oy的最小抑菌浓度最低,再次证明Co P1Oy复合氧化物的抑菌性能最好。统计结果显示Co P1Oy对P.aeruginosa、E.coli、C.albicans和C.parapsilosis的最小抑菌浓度分别为4.88μg/m L、19.53μg/m L、78.12μg/m L和312.5μg/m L。第二部分,首先研究了人工海水中C.albicans对钛材腐蚀的影响和P.aeruginosa对5083铝合金腐蚀的影响。电化学测试结果表明,在人工海水中,C.albicans会加剧钛材的腐蚀,P.aeruginosa会加剧5083铝合金的腐蚀。然后将所制备的具有最优抑菌性能的Co P1Oy复合氧化物涂覆于钛材和5083铝合金表面,研究涂层的抗微生物腐蚀性能和抗污性能。电化学测试结果表明,涂层可以高效抑制人工海水中C.albicans和P.aeruginosa对金属的腐蚀。在1 d时,涂层对钛材和5083铝合金的微生物腐蚀抑制效率分别为78.48%和97.84%,在7 d时,涂层对钛材和5083铝合金的微生物腐蚀抑制效率分别为88.29%和97.28%。抗污实验结果显示,Co P1Oy复合氧化物涂层可以有效地抑制金属表面P.aeruginosa和C.albicans微生物膜的形成,表现出潜在的抗污性能。综上,本文用简单的共沉淀法设计合成的CoPxOy复合氧化物具有高效广谱的抑菌性能,且可作为防腐抗污的多功能材料,本文的研究内容有望为开发多功能的抗微生物腐蚀新涂层提供思路和见解。
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