一种Phe@CuNCs复合材料的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种Phe@CuNCs复合材料的制备方法及应用 (Preparation method and application of Phe @ CuNCs composite material ) 是由 庆伟霞 王勇 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于纳米材料科学领域,具体涉及一种Phe@CuNCs复合材料的制备方法及应用。本申请将硫酸铜、苯丙氨酸和水合肼混合,在碱性条件下反应,经过滤、冷冻干燥,即得Phe@CuNCs复合材料。本发明制备条件温和简单,成本低廉；所制备的纳米复合材料具有降解染料作用和抗菌性质,用于刚果红的降解和大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑制。(The invention belongs to the field of nano material science, and particularly relates to a preparation method and application of a Phe @ CuNCs composite material. The preparation method comprises the steps of mixing copper sulfate, phenylalanine and hydrazine hydrate, reacting under an alkaline condition, filtering, and freeze-drying to obtain the Phe @ CuNCs composite material. The preparation method has mild and simple preparation conditions and low cost; the prepared nano composite material has the functions of degrading dye and resisting bacteria, and is used for degrading Congo red and inhibiting escherichia coli and staphylococcus aureus.)
技术领域
本发明属于纳米材料科学领域，涉及苯丙氨酸包裹的纳米铜簇复合材料，特别是指一种[email protected]复合材料的制备方法及应用。
背景技术
随着有机染料的广泛应用，染料废水的处理已经成为全球性问题。刚果红是一种典型的联苯胺类直接偶氮类染料，结构复杂稳定，它在生产和使用过程中流失率高，极易进入水体，对环境的危害作用很大。如果采用传统的生化处理方法（如活性污泥法）对其进行处理，效果不理想。若在厌氧条件下，刚果红会生成毒性更大的芳香胺类物质。因此，迫切需要开发快速、高效、低成本、安全的方法来去除刚果红。专利CN201610213298.3公开了一种纳米氧化锌光催化剂的制备方法及其应用。该制备方法以聚乙烯醇(PVA)和六水合硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O]为原料，首先制备了聚乙烯醇-硝酸锌混合物水溶液；然后采用真空冷冻干燥技术除去混合物水溶液中的水，该方法制备的纳米氧化锌光催化剂对两种染料均表现出良好的光催化活性，但由说明书可知该专利的制备方法复杂，需要高温煅烧耗能严重，在短时间内的降解率低，且该专利需要光催化，而本申请专利不需要光催化。
一般化脓性球菌属于革兰氏阳性菌，它们产生外毒素使人致病，而肠道菌属于革兰氏阴性菌，它们产生内毒素，靠内毒素使人致病。目前临床上抗生素的乱用造成了抗菌素耐药和二次感染。专利CN201510651518.6公开了一种具有光催化抑菌性能铜掺杂纳米二氧化钛的制备方法，该专利主要从提高了二氧化钛光催化抑菌效果的角度，在纳米TiO2粒子表面进行金属掺杂，改变了颗粒表面的性质，具有有抑菌和催化性能，但该材料主要应用于光电材料领域，并不能应用于制备用于可用服用的药品。因此对新型抗菌材料的研发迫在眉睫。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种[email protected]复合材料的制备方法及应用，本发明以将铜源与苯丙氨酸和水合肼在碱性条件下室温反应80分钟，过滤、冷冻干燥，即得[email protected]。本发明制备条件温和简单，成本低廉；所制备的纳米复合材料具有降解染料作用和抗菌性质，用于刚果红的降解和大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑制。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种[email protected]复合材料的制备方法，将铜源、苯丙氨酸溶液和水合肼混合，在碱性条件下反应，经过滤、冷冻干燥，即得[email protected]复合材料。
所述的[email protected]复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）将铜源和苯丙氨酸溶液按比例混合，在20-60℃下搅拌反应20-50 min，得混合液Ⅰ；
（2）向混合液Ⅰ中加入水合肼混合，在20-60℃下搅拌反应20-50 min，得混合液Ⅱ；
（3）向混合液Ⅱ中继续加入氢氧化钠溶液条pH至10-14，在20-60℃下搅拌反应20-30min后，经过滤、冷冻干燥，即得到黄色[email protected]。
所述步骤（1）中铜源为硫酸铜溶液、硝酸铜溶液、氯化铜溶液或醋酸铜溶液中的任一种；铜源的摩尔浓度为5-8 mmoL/L，苯丙氨酸溶液的摩尔浓度为40-70 mmoL/L。
所述铜源、苯丙氨酸溶液和水合肼的反应体积比为1:3:（0.1-0.2）。
所述步骤（3）中氢氧化钠溶液的浓度范围为0.5-5moL/L。
所述制备的[email protected]复合材料，作为快速可循环降解刚果红的催化剂和抑制革兰氏菌的抑菌剂应用，革兰氏菌包括金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
所述[email protected]复合材料快速可循环降解刚果红的方法为：取[email protected]复合材料，在20-60℃下，按照[email protected]复合材料与刚果红的质量比为3:1，进行降解；所述[email protected]复合材料在70 min内的降解率最高可达94%，循环使用14次后降解率最高可达58%。
所述[email protected]复合材料抑制革兰氏菌的最低使用浓度为0.3 mmoL/L。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明专利制备的[email protected]在染料降解和抗菌方面具有潜在的应用价值，可快速高效降解刚果红染料，降解过程中对环境友好无污染，而且能够重复使用至少14次以上，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有高度敏感，而且具有制备条件温和简单，成本低的优势。
2、本申请的[email protected]复合材料的抑菌机理，由图8、图9很明显可以看出，加了[email protected]复合材料之后，细菌表面发生了塌陷和穿孔，破坏了细胞壁从而杀死细菌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的[email protected]紫外可见图。
图2为实施例1制备的[email protected]的红外图。
图3为实施例1制备的[email protected]的XPS图。
图4为实施例1制备的[email protected]的TEM及DLS（插图）图。
图5为实施例1制备的[email protected]催化降解刚果红水溶液的紫外可见光谱图。
图6 为实施例1制备的[email protected]催化降解刚果红的循环使用次数考察。
图7为实施例1制备的[email protected]对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈图。
图8为金黄色葡萄球菌进行[email protected]抑菌前后的SEM图。
图9为大肠杆菌进行[email protected]抑菌前后的SEM图。
图10为[email protected]的使用量对刚果红的影响图。
图11为温度对[email protected]降解刚果红的影响图。
图12为时间对[email protected]降解刚果红的影响图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种[email protected]复合材料的制备方法的制备方法，步骤如下：
（1）取5 mmoL/L硫酸铜0.3 mL，50 mmoL/L苯丙氨酸0.9 mL二者混合均匀后再加入2.1mL二次水，室温磁力搅拌30分钟；
（2）在上述（1）中加入水合肼60 μL，继续室温搅拌30分钟；
（3）在上述（2）中继续加入1.0 moL/L氢氧化钠100 μL，室温磁力搅拌30分钟。过滤、冷冻干燥，得到黄色固体，其表征图见图1-4图。
由图1、图2可知，本申请的[email protected]复合材料与Phe具有明显的区别；
由图3可知，本实施例制备的复合材料中含有Cu（0.11%）、C（69.39%）、N（8.94%）、O（21.56%）。
由图4可知，本实施例所制备的[email protected]的平均粒径为0.78 nm。
实施例2
一种[email protected]复合材料的制备方法的制备方法，步骤如下：
（1）取6 mmoL/L硝酸铜0.3 mL，40 mmoL/L苯丙氨酸0.9 mL二者混合均匀后再加入2.1mL二次水，室温磁力搅拌30分钟；
（2）在上述（1）中加入水合肼30 μL，继续室温搅拌20分钟；
（3）在上述（2）中继续加入0.5 moL/L氢氧化钠调pH至10，室温磁力搅拌20分钟。过滤、冷冻干燥，得到黄色固体。
实施例3
一种[email protected]复合材料的制备方法的制备方法，步骤如下：
（1）取8 mmoL/L醋酸铜0.3 mL，50 mmoL/L苯丙氨酸0.9 mL二者混合均匀后再加入2.1mL二次水，室温磁力搅拌30分钟；
（2）在上述（1）中加入水合肼40 μL，继续室温搅拌50分钟；
（3）在上述（2）中继续加入0.5 moL/L氢氧化钠调pH至14，室温磁力搅拌50分钟。过滤、冷冻干燥，得到黄色固体。
实施例4
一种[email protected]复合材料的制备方法的制备方法，步骤如下：
（1）取7 mmoL/L氯化铜0.3 mL，60 mmoL/L苯丙氨酸0.9 mL二者混合均匀后再加入2.1mL二次水，室温磁力搅拌30分钟；
（2）在上述（1）中加入水合肼40 μL，继续室温搅拌50分钟；
（3）在上述（2）中继续加入0.5 moL/L氢氧化钠调pH至14，室温磁力搅拌50分钟。过滤、冷冻干燥，得到黄色固体。
应用效果例1
选用实施例1制备好的[email protected]复合材料作为催化剂，自然光下催化降解刚果红染料。
① 复合材料的使用量对刚果红的影响
取100 μL 1.0 mM刚果红于5mL试管中，分别加入0、50、100、200、300、400、500 μL 0.6mM [email protected]溶液，用二次水稀释至3 mL。放置2h后，取其1 mL混合溶液，稀释至3.5 mL，检测其紫外吸收值；由图10可知，使用300 μL [email protected]对刚果红的降解率最高。
② 温度对刚果红的影响
取100 μL 1.0 mM刚果红，300 μL [email protected]溶液于5 mL试管，用二次水稀释至3 mL，放置在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃不同温度下的水浴锅加热1h后，取其1 mL混合溶液，稀释至3.5 mL，检测其紫外吸光度值。由图11可知，使用50℃时刚果红的降解率最高。
③ 时间稳定
取100 μL 1.0 mM刚果红，300 μL [email protected]溶液于5 mL试管，用二次水稀释至3 mL，放置在50℃的水浴锅中，检测其10、20、30、40、50、60、70、80 min的紫外吸收值；由图12可知，70 min时刚果红的降解率最高。
优化实验条件后，测定溶液的吸光度，计算其降解率。在70分钟内刚果红降解率达到94%（图5），循环使用14次后降解率达到58%（图6）。
应用效果例2
采用纸片法考察实施例1制备的[email protected]对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用：
细菌培养基放入37℃培养箱过夜培养18 h，校正细菌浓度为5×105 CFU/mL。取100 μL菌液加入琼脂平板表面，用无菌涂布棒涂布均匀，室温静置10 min。用灭菌镊子取纸片，轻轻放入平板中，并轻压纸片使其紧贴琼脂。[email protected]母液浓度为0.6 mmoL/L（以硫酸铜的量计算），分别稀释至0.30、0.40、0.50和0.60 mmoL/L。每个纸片上滴加20 μL后，37℃恒温培养箱培养18 h，取出，用尺子测量抑菌圈直径均大于12 mm（见图7），说明[email protected]对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有高度敏感。
在扫描电镜下观察本申请的[email protected]复合材料的抑菌机理，图8A和图9A是正常的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，图8B和图9B是加了[email protected]之后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。由图8B和图9B很明显可以看出，加了[email protected]之后，细菌表面发生了塌陷和穿孔，破坏了细胞壁从而杀死细菌。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。