：本發(fā)明屬于電化學(xué)殺菌，具體涉及一種氧化銅納米線微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，采用熱空氣升華法在cu網(wǎng)上制備了自支撐氧化銅納米線作為電極，在陰極區(qū)進(jìn)行殺菌，且電催化過(guò)程中具有電化學(xué)尖端效應(yīng)，并在電極附近形成了更大的oh-擴(kuò)散微區(qū)，降低了反應(yīng)所需要的過(guò)電位，有效提升了殺菌效率。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、隨著城市化和工業(yè)化的不斷加速，空氣中的微生物、病毒、細(xì)菌等有害生物的污染問(wèn)題日益顯著。人們對(duì)空氣質(zhì)量和生活環(huán)境的要求提高，傳統(tǒng)的殺菌消毒方法，如化學(xué)消毒劑或熱處理，可能存在一些局限性，包括對(duì)特定微生物的不敏感性、殘留物質(zhì)的產(chǎn)生以及在一些情況下對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。因此，科研人員開始尋求更有效、更環(huán)保的替代方案。電化學(xué)殺菌技術(shù)是一種利用電流或電場(chǎng)來(lái)消滅微生物的技術(shù)，因其高效殺滅有害生物的特性被廣泛研究。電化學(xué)殺菌技術(shù)作為一種新興的空氣凈化技術(shù)，利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的活性物質(zhì)具有高效、環(huán)保等特點(diǎn)，并在水處理、醫(yī)療設(shè)備消毒、食品加工等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。

2、多年來(lái)，研究人員在電催化消毒領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。根據(jù)微生物滅活發(fā)生的電極區(qū)域的不同，對(duì)陽(yáng)極區(qū)域的研究主要側(cè)重于電催化有機(jī)質(zhì)的直接氧化和電場(chǎng)殺菌(電穿孔)方向。與此同時(shí)，對(duì)陰極區(qū)的電化學(xué)殺菌機(jī)制的相關(guān)研究主要聚焦于氧還原或電芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)氧化活性物種，如過(guò)氧化氫、羥自由基、單線態(tài)氧等，這些活性物種在殺菌過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3、陰極區(qū)電化學(xué)殺菌的機(jī)制通常涉及在電解液中通入空氣或氧氣，為氧還原反應(yīng)提供反應(yīng)底物的條件。值得注意的是，目前對(duì)于純粹的陰極區(qū)電催化滅菌的研究相對(duì)較少，因此有必要進(jìn)行純粹的陰極區(qū)電催化滅菌方法，不引入氣體，也能實(shí)現(xiàn)高效滅菌。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，氧化銅納米線作為電極，利用納米線尖端在陰極區(qū)的電解催化反應(yīng)形成局部的堿性環(huán)境對(duì)細(xì)菌進(jìn)行殺滅，能夠在5min內(nèi)對(duì)1×107cfu?ml-1濃度的大腸桿菌具有良好的滅殺效果。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，利用氧化銅納米線作為工作電極，使用三電極體系，在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)不互通的電解池中進(jìn)行殺菌；所述陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)之間使用質(zhì)子交換膜；菌濃度為1×107cfu?ml-1時(shí)，施加負(fù)電流，恒電流(-6)～(-15)ma通電，5min殺菌率達(dá)到99.9％；具體步驟如下：

3、(1)制備氧化銅納米線：使用80目以上的高純度的銅網(wǎng)裁成相同大小的長(zhǎng)方形，隨后，依次用去離子水、乙醇、鹽酸、去離子水、乙醇清洗，獲得經(jīng)過(guò)有效清潔的銅網(wǎng)；再將潔凈的銅網(wǎng)垂直置于馬弗爐中央，設(shè)定溫度在400-500℃，制備時(shí)間不大于6小時(shí)，然后進(jìn)行冷卻；

4、(2)殺菌性能測(cè)試：使用三電極體系，在h型電解池中進(jìn)行殺菌實(shí)驗(yàn)；電解池中間使用質(zhì)子交換膜分隔陰陽(yáng)極，實(shí)驗(yàn)開始之前使用高溫滅菌鍋對(duì)電解池和所需電解液進(jìn)行滅菌處理；配制新鮮的大腸桿菌溶液，加入至電解液中作為含菌電解液測(cè)試殺菌性能；將含菌電解液加入至電解池陰極，在恒電流作用下通電3-15min取樣測(cè)試細(xì)菌活性；為確保細(xì)菌活力正常，配制后的含菌電解液須在3h內(nèi)使用；

5、殺菌實(shí)驗(yàn)效果由涂板計(jì)數(shù)法取得：定性分析時(shí)，每個(gè)平板取實(shí)驗(yàn)后含菌電解液直接涂板，平板涂覆后，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)18-24h，觀察結(jié)果。

6、本發(fā)明所述電解液為硫酸鈉電解液，或其他導(dǎo)電且不產(chǎn)生其他反應(yīng)的電解液。

7、所述電流為負(fù)電流，恒電流(-6)～(-15)ma。

8、本發(fā)明通過(guò)掃描電化學(xué)顯微鏡(secm)的應(yīng)用，驗(yàn)證了氧化銅納米線結(jié)構(gòu)在擴(kuò)大oh-擴(kuò)散微區(qū)方面的關(guān)鍵作用；采用secm的競(jìng)爭(zhēng)模式，通過(guò)測(cè)量產(chǎn)生的電流反映電極附近某一距離處的ph值，觀察到電流的大小與oh-濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與未經(jīng)處理的cu網(wǎng)電極相比，氧化銅納米線的存在使得oh-濃度下降速度明顯減緩。

9、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)造氧化銅納米線結(jié)構(gòu)，增加表面積，提高電場(chǎng)強(qiáng)度，加速電子輸運(yùn)，利用尖端電流增強(qiáng)，形成一個(gè)堿性迅速增強(qiáng)的局部微區(qū)，利用局部的高堿性條件，通過(guò)改變微生物周圍環(huán)境的酸堿度，破壞其細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到殺菌的效果。這種特性能夠?qū)?xì)菌進(jìn)行快速有效的殺滅而對(duì)大范圍的整體環(huán)境ph改變較小。

10、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

11、(1)相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將氧化銅納米線用于電化學(xué)殺菌，無(wú)需依賴氣體通入，因此能夠在沒(méi)有氣體引入的情況下高效殺菌，不需要消耗額外的能源來(lái)產(chǎn)生氣體流動(dòng)。因此，在能源利用上更加高效，同時(shí)減少了對(duì)外部氣體的依賴，有利于環(huán)保。

12、(2)利用納米線的尖端效應(yīng)能夠快速有效的增強(qiáng)電催化局部的oh-濃度，達(dá)到高效殺菌的目的，局部堿性微環(huán)境對(duì)整體電解液酸堿性改變較小，減少了因處理堿性液體造成的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)。

13、綜上，本發(fā)明通過(guò)熱空氣升華法制備的氧化銅納米線具有電化學(xué)尖端效應(yīng)，能夠快速形成堿性微區(qū)高效殺滅細(xì)菌，能夠維持更大的oh-擴(kuò)散微區(qū)，延長(zhǎng)了高ph區(qū)域與細(xì)菌的接觸時(shí)間，提高了殺菌效率，能夠在5min內(nèi)對(duì)1×107cfu?ml-1濃度的大腸桿菌具有良好的滅殺效果；本發(fā)明采用電化學(xué)方法制造堿性微區(qū)殺菌，無(wú)需通入氣體，電壓只需-1v左右，具有高效殺菌、無(wú)化學(xué)污染、電壓小、能耗低等特點(diǎn)，且制備方法簡(jiǎn)單。整個(gè)過(guò)程綠色無(wú)污染，應(yīng)用環(huán)境友好，市場(chǎng)前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，利用氧化銅納米線作為工作電極，使用三電極體系，在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)不互通的電解池中進(jìn)行殺菌。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，電解池中電解液包括但不限于硫酸鈉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)之間使用質(zhì)子交換膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，菌濃度為1×107cfu?ml-1時(shí)，施加負(fù)電流，恒電流(-6)—(-15)ma通電，5min殺菌率達(dá)到99.9％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，所述電解池為h型電解池，電解池中間使用質(zhì)子交換膜分隔陰陽(yáng)極，陽(yáng)極池中鉑片為陽(yáng)極；在陰極池中，氧化銅納米線為工作電極，銀/氯化銀作為參比電極；陰極池中菌濃度為1×107cfuml-1；陰極池開啟攪拌，施加負(fù)電流，恒電流(-6)—(-15)ma通電，3min殺菌率達(dá)到99.9％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，其特征在于，所述氧化銅納米線的制備方法為：使用銅網(wǎng)，依次用去離子水、乙醇、鹽酸、去離子水、乙醇清洗，獲得潔凈的銅網(wǎng)；再將潔凈的銅網(wǎng)垂直置于馬弗爐中央，設(shè)定溫度在400-500℃，制備時(shí)間不大于6小時(shí)，然后進(jìn)行冷卻；得到氧化銅納米線。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電化學(xué)殺菌技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧化銅納米線堿性微區(qū)電化學(xué)殺菌方法，采用熱空氣升華法在Cu網(wǎng)上制備了自支撐氧化銅納米線作為電極，使用三電極體系，在陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)不互通的電解池中進(jìn)行殺菌；氧化銅納米線能夠快速形成堿性微區(qū)高效殺滅細(xì)菌，能夠維持更大的OH<supgt;?</supgt;擴(kuò)散微區(qū)，延長(zhǎng)了高pH區(qū)域與細(xì)菌的接觸時(shí)間，提高了殺菌效率，能夠在3?15min內(nèi)對(duì)1×10<supgt;7</supgt;CFU?mL<supgt;?1</supgt;濃度的大腸桿菌具有良好的滅殺效果；本發(fā)明采用電化學(xué)方法制造堿性微區(qū)殺菌，無(wú)需通入氣體，具有高效殺菌、無(wú)化學(xué)污染、電壓小、能耗低等特點(diǎn)，且制備方法簡(jiǎn)單。整個(gè)過(guò)程綠色無(wú)污染，應(yīng)用環(huán)境友好，市場(chǎng)前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：陳君蓉,孫松,許元紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21