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石墨烯氧化物抑制水凈化膜表面細菌生長

作者：中國科學院成都有機化學有限公司來源：http://m.chun-tian.cn 日期：2014-01-26 11:40:31

據美國《《化學工程與新聞》（C&EN）網站2014年1月2日報道，美國耶魯大學（Yale University）化學工程與環境工程系的研究人員，已經成功的將石墨烯氧化物應用于水處理，研究結果發現石墨烯氧化物納米薄片應用于海水淡化和水處理凈化膜，可以有效抑制表面細菌生長。圖1就是微生物殺手的示意圖，研究人員將只有單個原子厚度的氧化石墨烯薄片耦合在聚酰胺膜(藍色部分)的表面來達到抑制細菌生長之目的。

要將海水或污水轉變成可飲用的水取決于聚酰胺薄膜的過濾能力。微生物在薄膜上的滲入和淤積會使其去除鹽分和污染物的能力遭到破壞。但是，如果在聚酰胺材料的薄膜附著一層石墨烯氧化物納米薄片（attaching graphene oxide nanosheets），就可以減少細菌生長,而且這些功能化的薄膜與現今使用的濾膜相比較，沒有必要經常清洗，使用周期更長。此項研究成果已經在《環境科技快報》雜志發表(Environ. Sci. Technol. Lett.，2013, DOI: 10.1021/ez4001356)。

某些納米材料,如石墨烯氧化物可以殺死微生物，但是具體的作用機理目前還尚未被人們認識。在先前的研究中,研究人員制得的抗菌膜，是在鑄造過程中通過將石墨烯氧化物混入到聚酰胺之中。但是根據耶魯大學梅納赫姆·伊利米勒（Menachem Elimelech）等人的研究結果認為，如果將石墨烯氧化物置于膜內,對于滅殺微生物是無效的。由于納米材料昂貴,還有可能會對環境造成影響,伊利米勒想開發一種抗菌膜,需要盡可能少的石墨烯氧化物，這樣就可以降低生產成本，有可以節省原材料，保護環境。

為此,伊利米勒和他的同事們用酰胺耦合化學法，在聚酰胺膜的表面附著一層30-650 nm寬的氧化石墨烯薄片。伊利米勒說：“無論怎樣，當你改變了表面化學時,幾乎總是影響到膜的性能。”但這并不是立竿見影，功能化以后的薄膜與未經處理的薄膜一樣，使水的通過不受影響，但是抑菌效果截然不同。

研究人員測試了這種功能化薄膜的抗菌活性，他們用大腸桿菌培養基覆蓋功能化薄膜一個小時。然后,研究人員試圖在瓊脂板培養來自任何粘在此膜上的細菌。與未經處理的薄膜進行比較,那些用氧化石墨烯改性的薄膜生產的細菌菌落減少65%。為了強化殺傷力,伊利米勒計劃在未來的實驗中，對在聚酰胺薄膜表面使用石墨烯氧化物薄片的數量和大小繼續進行深入研究。

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