Ag/AgCl的合成及其光催化殺菌性能的考察

謝萌 劉杰 徐遠國

摘 要： 本實驗采用沉淀法制備Ag/AgCl光催化劑；通過X-射線衍射（XRD）光譜對Ag/AgCl結構進行表征；以大腸桿菌為目標污染物、氙燈模擬太陽光的光源，探究催化劑Ag/AgCl光催化殺滅水體中細菌的能力，結果表明Ag/AgCl在光照條件下能夠快速殺滅細菌。該實驗提供了殺菌的新方法，可讓學生學習光催化的基本知識，沉淀法制備催化劑，材料的常用表征手段，以及光催化劑殺菌能力的考察方法。該實驗過程涉及知識面寬，理論與實驗結合，可以培養學生分析能力、創造能力及探索能力。

關鍵詞： 光催化 Ag/AgCl 沉淀法 大腸桿菌

綜合化學實驗是大學階段一門獨立課程，是在學生學習了相當系統的基礎理論知識之后，并且經過“基礎化學實驗”這一課程學習掌握了簡單基礎的實驗技能之后方可學習的一門課程。通過這門課程訓練，可以大大提高學生對所學知識的應用能力和實驗技能分析能力，從而具備一定的解決實際問題的能力。引領學生進行探索，尋找方法，突破自身，培養嚴謹科研態度及創造能力。

光催化材料能夠有效轉換太陽能為電能和化學能，其在光照條件下產生的自由基基團具有很強的氧化能力。這些自由基基團能夠高效降解水體中的有毒、有害有機污染物，殺滅水中的細菌等。光催化研究一直以來備受關注。然而，光催化研究主要集中在有機污染物降解方面，對光催化材料殺菌性能的研究則較少。水體污染不僅是有機污染物的污染，細菌污染也是不可忽略的環境污染源。Ag/AgCl光催化材料因具有很強的光催化降解污染物和殺滅細菌的能力受到研究者的青睞，為環境水體凈化提供新的思路[1]。

本實驗以AgNO■及NaCl為反應原料，通過沉淀法制備Ag/AgCl光催化劑。通過XRD（X-射線粉末衍射）對合成的催化劑進行結構的表征，并對Ag/AgCl光催化材料在可見光照射條件下對大腸桿菌的殺滅能力進行考察，為水體環境中的細菌污染提供新的解決方案。

1.實驗部分

1.1試劑和儀器

AgNO■及NaCl；乙二醇；無菌操作臺；培養皿；搖床；鼓風干燥機；恒溫培養箱；電子天平；德國Bruker公司D8型X射線衍射儀。

1.2光催化劑的表征分析

用德國Bruker公司D8型X射線衍射儀對催化劑進行結構分析。

1.3光催化劑的制備

首先稱取0.29g的AgNO■并溶于20mL乙二醇中，并稱取0.1gNaCl溶于20mL乙二醇中。然后將NaCl溶液滴加到AgNO■溶液中。常溫下磁力攪拌半小時后停止反應，用蒸餾水和乙醇先后洗滌三遍后放入60℃鼓風干燥機中烘干。烘干后收集到試劑瓶中備用。

1.4大腸桿菌的培養

1.4.1培養基的配置與滅菌

（1）稱量：蛋白胨5g；酵母提取物2.5g；氯化鈉5g；加水500mL。配置LB固體培養基時需再加10g瓊脂。

（2）熔化：加熱熔化，然后用蒸餾水定容至500mL。配置LB固體培養基時還需加瓊脂，整個過程需不斷用玻璃棒進行攪拌，防止瓊脂糊底導致燒杯破裂。

（3）調節pH：用1mol/L現配的NaOH溶液調節pH至偏堿性7.0～7.5。

（4）滅菌：取2個500mL藍蓋試劑瓶分別裝入250mL LB液體培養基和250mL LB固體培養基，高壓鍋120℃滅菌15min。

（5）倒平板：在無菌操作臺內，將滅菌后的固體培養基冷卻至60℃左右時倒入4個培養皿中，培養基厚度控制在0.4mm左右（培養基太薄營養不夠，太厚則浪費材料），倒入后將培養皿水平放置并輕輕搖勻，使冷卻后固體培養基形成平面。

操作注意事項：

①無菌操作臺用超凈紫外燈滅菌半小時后開始使用，使用過程中開啟過濾風防止細菌進入；

②操作前，桌面及人手要用酒精棉球進行消毒；

③平板冷凝后，要將平板倒置，防止培養基表面的水分揮發導致皿蓋上的水珠落入培養基而造成污染；

1.4.2大腸桿菌的擴大培養

（1）將接種環用酒精燈反復灼燒3次滅菌；

（2）接種環冷卻后從斜面上進行取菌；

（3）將大腸桿菌菌種接種到滅菌后的LB液體培養基中，使其在37℃搖床振蕩培養12h；

（4）取菌后封口膜和棉塞復原。

1.4.3涂布平板操作

（1）將涂布器反復灼燒3次滅菌；

（2）取少量菌液（10μL）滴加到培養基表面上；

（3）用冷卻至室溫的涂布器將菌液均勻涂布在培養基表面。涂布時可轉動培養皿，使涂布均勻。

1.4.4大腸桿菌的保存

接種到固體斜面培養基，菌落長成后置于4℃冰箱保存；

1.5光催化滅菌實驗操作

取培養好的大腸桿菌100μL加入含有20mL液體培養基的光反應瓶中（每個反應瓶中加入0.02g的Ag/AgCl催化劑），在光照不同時間后（分別為0min，5min，10min，30min），每次取20μL，每次涂1個板并寫上姓名和光照時間，放入37℃培養箱中培養12～24h后觀察催化劑的殺菌結果。拍照記錄。

2.實驗結果與討論

在模擬太陽光的照射下，Ag/AgCl能夠逐漸將水體中的大腸桿菌殺滅。觀察在培養箱中放置12～24h的培養皿。可以直觀看到，隨著光照時間的增加，培養皿中的細菌菌落數量從多到少直至沒有，結果表明Ag/AgCl具有良好的光催化殺菌性能。

本實驗考查學生的綜合操作能力。由于大部分操作過程需完全無菌，對學生實驗嚴謹性提出較高要求。此外，學生可以通過該實驗學習光催化劑的常規制備方法，熟悉電子天平的操作，進一步熟悉培養基的配置及大腸桿菌的保存等相關操作。

在該實驗中，學生需將經過光催化殺菌處理后的大腸桿菌在培養基上的存活情況進行拍照以記錄光催化劑的殺菌效果，并將照片打印附在實驗報告紙上。

將一個科研實驗設計成綜合實驗，其目的不僅在于幫助學生學習更多實驗方法，更多的是幫助學生了解一些光催化的基本知識，拓寬知識面，培養學生對科研的研究興趣和探索能力。

參考文獻：

[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.

江蘇大學高級人才啟動基金（No.14JDG164）。