活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭浸渍大蒜提取物提升抗菌能力

　　病原微生物对水资源的污染是一个非常重要的问题，比如，医疗产生的废水含有多种化学和微生物污染物。活性炭和杀菌剂的结合产生协同效应，在医疗废水处理中具有巨大优势。换句话说，使用浸渍活性炭最大限度地减少了杀菌剂的直接使用，并结合了环境和经济效益。

　　大蒜提取物

　　新鲜生蒜瓣在1%次氯酸钠溶液中消毒30分钟，然后用蒸馏水彻底清洗。将清洗干净的蒜瓣压碎，用蒸馏水和乙醇两种不同的溶剂进行提取。应该注意的是，蒜瓣没有明显的气味。然而，粉碎后，由于大蒜素分解产生高浓度的硫化合物，产生了典型的硫磺气味。此外，使用1g压碎的大蒜手套和3mL溶剂进行提取。每个悬浮液在5℃下保持24小时并通过3µm过滤器过滤。将提取物样品冷冻直至立即用于浸渍步骤。

　　大蒜素是一种无色至淡黄色液体，含有微量元素硫。该分子及其衍生物使得精确的定量分析变得困难。然后，为了估计大蒜提取物中含硫化合物的浓度，测量了大蒜素浓度。通过测定孵育后的丙酮酸浓度来测量酶活性，从而对水提取物或醇提取物中的大蒜素进行定量。由于大蒜素是一种挥发性且不稳定的化合物，因此提取后立即获得其浓度。

　　活性炭的酸官能化

　　首先，将活性炭用去离子水在323.15K下洗涤，并在333K下干燥24h。然后，将其研磨并过筛，粒度平均为0.180mm(70-100目ASTM)。悬浮的苏活性炭溶液的pH为8.3。在200rpm和25℃下将20g活性炭添加到100mL各1molL-1酸溶液中后，用硝酸进行官能化24小时。然后，过滤活性炭，用2L蒸馏水洗涤，并在48℃下干燥48小时。经过硝酸处理的活性炭现在被命名为硝酸功能化碳。

　　活性炭和硝酸活性炭样品中大蒜提取物的浸渍

　　浸渍是指化学物质精细地分布在活性炭的内表面上。这样的过程促进了这些物质和固体之间的协同作用。在本文提出的研究中，将10g活性炭和硝酸活性炭样品添加到100mL水性或酒精性大蒜提取物中，在180rpm下在室温下保持24小时。然后，过滤悬浮液，并将碳样品在干燥器中保存48小时，并通称为生物材料。在浸渍程序之后立即通过测量溶液中残留的大蒜素来估计浸渍样品的大蒜素组成。通过质量平衡获得活性炭样品中浸渍的大蒜素的量。还研究了生物材料中大蒜素的释放，以确保浸渍过程的成功。

　　活性炭样品的表征

　　图1a中所示的活性炭SEM图像具有干净、光滑的表面，具有明显较小的空隙，正如对于相同的活性炭那样。较小空隙的存在证实了其结构特性。事实上，活性炭结构中微孔的主导地位(高表面积SBET)，典型的总体积(Vp)和平均孔径(dp)。

　　图1：活性炭样品的SEM图像(a)活性炭，(b)硝酸活性炭，(c)浸有水提取物的硝酸活性炭，(d)浸有水提取物和乙醇提取物的硝酸活性炭，放大1000倍。

　　微生物分析

　　使用体外微生物测定和大肠杆菌生长抑制的证据评估了浸渍活性炭的抗菌潜力。通过圆盘扩散进行的抗菌敏感性测试显示，在水中获得的提取物的抑制晕圈为16±1.3mm，对于基于酒精的提取物为14±1.0mm，如图2中的扩散圆盘图像所示。这种抑制是显着的，证明了提取物在静态介质中的潜力。

　　图2：通过纸片扩散对(a)水基大蒜提取物，16±1.3mm和(b)乙醇基大蒜提取物，14±1.0mm进行抗菌敏感性测试(从10次重复获得的平均值和标准偏差值)。

　　图3所示的图像显示了应用提取物后对细菌生长的抑制。经过活性炭处理的废水中未检测到菌落，总共减少了5个对数，这使得与活性炭相关的提取物成为潜在的杀菌剂。

　　图3：活性炭样品的微生物测试图像(a)活性炭，(b)硝酸活性炭，(c)浸有水提取物的硝酸活性炭，(d)浸有氮功能化碳与乙醇提取物的硝酸活性炭。

　　大蒜含有具有广泛生物活性的物质，包括抗菌作用。这项工作研究的水提取物和酒精提取物中所呈现的抗菌潜力可能与大蒜素的存在有关，大蒜素是该食品中发现的主要活性植物化学物质。类似的结果已经表明大蒜素对一系列革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌(包括多重耐药大肠杆菌菌株)具有抗菌作用。事实上，活性炭由于其化学稳定性而被用作生物活性天然提取物的载体。这一特性对于使用浸渍有抗菌活性物质的活性炭的废水处理系统来说是一个重要的盟友，其中病原体附着在生物材料上，随后被提取物成分的作用所抑制。

　　活性炭浸渍大蒜提取物提升抗菌能力中，当用硝酸功能化时，活性炭为大蒜提取物中硫化合物的高电子带电区域提供了有吸引力的表面。这意味着水提取物中的大蒜素和其他硫化合物被有效保留，并成功地成为一种杀菌固体材料，其抗菌活性在类似于废水的合成污水中具有99.5%以上的大肠杆菌抗菌活性。通过绿色途径合成的高效活性炭材料已被证明适用于去除水和废水处理系统中的病原体，为医疗系统等复杂废水的原位处理开辟了新的前景。

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