Ag/AgCl的合成及其光催化杀菌性能的考察

谢萌 刘杰 徐远国

摘 要： 本实验采用沉淀法制备Ag/AgCl光催化剂；通过X-射线衍射（XRD）光谱对Ag/AgCl结构进行表征；以大肠杆菌为目标污染物、氙灯模拟太阳光的光源，探究催化剂Ag/AgCl光催化杀灭水体中细菌的能力，结果表明Ag/AgCl在光照条件下能够快速杀灭细菌。该实验提供了杀菌的新方法，可让学生学习光催化的基本知识，沉淀法制备催化剂，材料的常用表征手段，以及光催化剂杀菌能力的考察方法。该实验过程涉及知识面宽，理论与实验结合，可以培养学生分析能力、创造能力及探索能力。

关键词： 光催化 Ag/AgCl 沉淀法 大肠杆菌

综合化学实验是大学阶段一门独立课程，是在学生学习了相当系统的基础理论知识之后，并且经过“基础化学实验”这一课程学习掌握了简单基础的实验技能之后方可学习的一门课程。通过这门课程训练，可以大大提高学生对所学知识的应用能力和实验技能分析能力，从而具备一定的解决实际问题的能力。引领学生进行探索，寻找方法，突破自身，培养严谨科研态度及创造能力。

光催化材料能够有效转换太阳能为电能和化学能，其在光照条件下产生的自由基基团具有很强的氧化能力。这些自由基基团能够高效降解水体中的有毒、有害有机污染物，杀灭水中的细菌等。光催化研究一直以来备受关注。然而，光催化研究主要集中在有机污染物降解方面，对光催化材料杀菌性能的研究则较少。水体污染不仅是有机污染物的污染，细菌污染也是不可忽略的环境污染源。Ag/AgCl光催化材料因具有很强的光催化降解污染物和杀灭细菌的能力受到研究者的青睐，为环境水体净化提供新的思路[1]。

本实验以AgNO■及NaCl为反应原料，通过沉淀法制备Ag/AgCl光催化剂。通过XRD（X-射线粉末衍射）对合成的催化剂进行结构的表征，并对Ag/AgCl光催化材料在可见光照射条件下对大肠杆菌的杀灭能力进行考察，为水体环境中的细菌污染提供新的解决方案。

1.实验部分

1.1试剂和仪器

AgNO■及NaCl；乙二醇；无菌操作台；培养皿；摇床；鼓风干燥机；恒温培养箱；电子天平；德国Bruker公司D8型X射线衍射仪。

1.2光催化剂的表征分析

用德国Bruker公司D8型X射线衍射仪对催化剂进行结构分析。

1.3光催化剂的制备

首先称取0.29g的AgNO■并溶于20mL乙二醇中，并称取0.1gNaCl溶于20mL乙二醇中。然后将NaCl溶液滴加到AgNO■溶液中。常温下磁力搅拌半小时后停止反应，用蒸馏水和乙醇先后洗涤三遍后放入60℃鼓风干燥机中烘干。烘干后收集到试剂瓶中备用。

1.4大肠杆菌的培养

1.4.1培养基的配置与灭菌

（1）称量：蛋白胨5g；酵母提取物2.5g；氯化钠5g；加水500mL。配置LB固体培养基时需再加10g琼脂。

（2）熔化：加热熔化，然后用蒸馏水定容至500mL。配置LB固体培养基时还需加琼脂，整个过程需不断用玻璃棒进行搅拌，防止琼脂糊底导致烧杯破裂。

（3）调节pH：用1mol/L现配的NaOH溶液调节pH至偏碱性7.0～7.5。

（4）灭菌：取2个500mL蓝盖试剂瓶分别装入250mL LB液体培养基和250mL LB固体培养基，高压锅120℃灭菌15min。

（5）倒平板：在无菌操作台内，将灭菌后的固体培养基冷却至60℃左右时倒入4个培养皿中，培养基厚度控制在0.4mm左右（培养基太薄营养不够，太厚则浪费材料），倒入后将培养皿水平放置并轻轻摇匀，使冷却后固体培养基形成平面。

操作注意事项：

①无菌操作台用超净紫外灯灭菌半小时后开始使用，使用过程中开启过滤风防止细菌进入；

②操作前，桌面及人手要用酒精棉球进行消毒；

③平板冷凝后，要将平板倒置，防止培养基表面的水分挥发导致皿盖上的水珠落入培养基而造成污染；

1.4.2大肠杆菌的扩大培养

（1）将接种环用酒精灯反复灼烧3次灭菌；

（2）接种环冷却后从斜面上进行取菌；

（3）将大肠杆菌菌种接种到灭菌后的LB液体培养基中，使其在37℃摇床振荡培养12h；

（4）取菌后封口膜和棉塞复原。

1.4.3涂布平板操作

（1）将涂布器反复灼烧3次灭菌；

（2）取少量菌液（10μL）滴加到培养基表面上；

（3）用冷却至室温的涂布器将菌液均匀涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀。

1.4.4大肠杆菌的保存

接种到固体斜面培养基，菌落长成后置于4℃冰箱保存；

1.5光催化灭菌实验操作

取培养好的大肠杆菌100μL加入含有20mL液体培养基的光反应瓶中（每个反应瓶中加入0.02g的Ag/AgCl催化剂），在光照不同时间后（分别为0min，5min，10min，30min），每次取20μL，每次涂1个板并写上姓名和光照时间，放入37℃培养箱中培养12～24h后观察催化剂的杀菌结果。拍照记录。

2.实验结果与讨论

在模拟太阳光的照射下，Ag/AgCl能够逐渐将水体中的大肠杆菌杀灭。观察在培养箱中放置12～24h的培养皿。可以直观看到，随着光照时间的增加，培养皿中的细菌菌落数量从多到少直至没有，结果表明Ag/AgCl具有良好的光催化杀菌性能。

本实验考查学生的综合操作能力。由于大部分操作过程需完全无菌，对学生实验严谨性提出较高要求。此外，学生可以通过该实验学习光催化剂的常规制备方法，熟悉电子天平的操作，进一步熟悉培养基的配置及大肠杆菌的保存等相关操作。

在该实验中，学生需将经过光催化杀菌处理后的大肠杆菌在培养基上的存活情况进行拍照以记录光催化剂的杀菌效果，并将照片打印附在实验报告纸上。

将一个科研实验设计成综合实验，其目的不仅在于帮助学生学习更多实验方法，更多的是帮助学生了解一些光催化的基本知识，拓宽知识面，培养学生对科研的研究兴趣和探索能力。

参考文献：

[1]Z.Y.Lin，J.Xiao，J.H.Yan，P.Liu，L.H.Li and G. W.Yang，J.Mater.Chem.A，2015，3，7649-7658.

江苏大学高级人才启动基金（No.14JDG164）。