【摘 要】
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工业废水和生活污水经生化二级处理后,仍含有大量微生物,极易形成生物粘泥使水质恶化,造成设备腐蚀和引起传染病等问题。为了将处理水回用于工业冷却及中水回用等体系,必须采取有效措施,控制微生物的生长和繁殖,才能使出水达到回用水质标准,而传统的化学杀菌剂易使细菌产生耐药性、形成二次污染等,因此,开发新型高效的环境友好型抗菌材料显得尤为重要。本论文重点研究了氧化石墨烯复合材料的抗菌性能和抗菌机理及其在水处理
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工业废水和生活污水经生化二级处理后,仍含有大量微生物,极易形成生物粘泥使水质恶化,造成设备腐蚀和引起传染病等问题。为了将处理水回用于工业冷却及中水回用等体系,必须采取有效措施,控制微生物的生长和繁殖,才能使出水达到回用水质标准,而传统的化学杀菌剂易使细菌产生耐药性、形成二次污染等,因此,开发新型高效的环境友好型抗菌材料显得尤为重要。本论文重点研究了氧化石墨烯复合材料的抗菌性能和抗菌机理及其在水处理中的应用。（1）采用超声合成法和溶液共混法分别制备了铜锌复合氧化物-氧化石墨烯（CuZnO@GO）、氯化壳聚糖-氧化石墨烯（CSCl@GO）复合材料,并通过各种手段对材料进行了表征。（2）以大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）为模式菌,测试了CuZnO@GO复合材料在有无可见光照射和不同菌液初始浓度下的抗菌性能,以及CSCl@GO复合材料在不同剂量和溶液p H下的抗菌性能。（3）考察了两种复合材料对细菌生长曲线、蛋白质泄露、细胞膜完整性、胞内氧化应激水平的影响,并分析总结抗菌机理。（4）探究了两种复合材料在循环冷却水系统中的抗菌性能,并将CSCl@GO复合材料和石英砂（QS）滤料结合制得CSCl@GO/QS改性滤料,考察了其对生活污水二级出水的处理效果。实验表明:（1）溶胶-凝胶法制备的CuZnO纳米颗粒成功分布于GO表面,CSCl与GO发生化学反应形成酰胺基而结合。（2）CuZnO@GO复合材料使细菌在24 h内无法进入正常对数生长期,可以破坏细菌细胞膜的结构,加速细菌蛋白质的泄露,致使E.coli和S.aureus的蛋白质泄露量分别为空白实验的10.5倍和8.3倍。在可见光照射下,CuZnO@GO复合材料的抗菌活性显著提高,使细菌细胞内活性氧自由基（ROS）水平提升4倍以上,100 mg?L-1 CuZnO@GO使E.coli和S.aureus全部失活的时间分别为40min和80 min。（3）100 mg?L-1 CSCl@GO复合材料作用于E.coli或S.aureus悬浮液15min即可将细菌全部灭活,当溶液p H为7.0时,复合材料的抗菌性能最强。复合材料同样可以抑制细菌的生长,导致菌体破裂,造成细胞内容物的流出,使E.coli和S.aureus蛋白质的泄露速度分别提高12.7倍和9.9倍。（4）在可见光照射下,当GO质量分数为17.5%,100 mg?L-1 CuZnO@GO复合材料在循环冷却水中的抗菌率达到99.09%,经过四次循环使用后,在60 min内,复合材料仍可使超过90%的细菌失活。（5）当GO质量分数为0.6%,100 mg?L-1 CSCl@GO复合材料在循环冷却水中作用2 h的抗菌率达到95.74%。当滤料粒径、进水流量、滤床高度分别为0.8-2 mm、2.6 m L?min-1、15 cm时,CSCl@GO/QS滤料对生活污水二级出水显示出最佳抗菌性能,将滤料反冲洗三次后,抗菌率仍可高于90%。
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