光触媒与中药组合物的空气净化作用研究

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根据世界卫生组织(WHO)关于空气质量指南报告,室内空气污染物包括:气态有机、无机化学污染物和颗粒物质,其中,最常见的室内空气污染物主要是由装修材料和家具中的甲醛、苯和甲苯,以及空气中的各种微生物。毒理学研究表明,气态有机污染物主要通过呼吸道和皮肤进入人体,导致人体呼吸系统、神经系统、生殖系统和免疫系统功能异常。因此一个清新、整洁、卫生的室内环境对人的身体健康尤为重要。现有的空气净化产品繁多,例如活性炭、化学消醛剂(过硼酸钠、次氯酸、过氧化氢等),存在需定期更换、易产生二次污染等问题。光触媒技术作为一项新兴的环保技术,能有效分解有害气体;我国传统中草药抗菌、抗病毒作用显著。因此本课题利用中草药抗菌、抗病毒及吸收分解甲醛、苯等有害气体和纳米二氧化钛能彻底分解有害气体为二氧化碳和水等稳定、无毒物质的作用,制备光触媒与中药组合物,以期达到有效清除室内有害气体,抑制细菌病毒的生长传播的目的。组方中草药的提取工艺研究:(1)药材配比的确定。根据文献调研,本课题选取决明子、板蓝根、鱼腥草、艾叶、菊花五种药材为原料,以乙醇为溶剂,回流法制备中药提取物。以五种药材的用量为因素,每个因素设计四个水平,以五种药材提取物的甲醛降解率为考察指标,设计五因素四水平正交实验,结果显示药材筛选的最优配比为板蓝根:鱼腥草:决明子:艾叶:菊花=4:4:2:4:3。(2)提取工艺的优化。以提取时间、料液比、乙醇浓度为因素,每个因素设计三个水平,以五种药材提取物的甲醛降解率为考察指标,设计三因素三水平正交实验,结果显示,最优提取工艺为提取时间为6 h,料液比为1:6,溶剂为80%乙醇。经最优提取工艺制备的中药提取物,过滤后减压浓缩成膏状,冷冻干燥24 h,将冷冻干燥后的中药提取物研磨成粉末,备用。光触媒与中药组合物对甲醛的消除性能研究:在空气舱中模拟室内甲醛环境,分别加入不同配比的光触媒与中药组合物。光触媒与中药组合物由中草药提取物粉末与纳米TiO2以蒸馏水作为溶剂制备,根据所制备光触媒与中药组合物成分、用量不同,分为TiO2组:25 mg/mL、50 mg/100mL、100 mg/100mL;中草药提取物组:37.5 mg/mL、75mg/mL、150 mg/mL;和混合物组(TiO2:提取物=2:3):62.5 mg/mL、125 mg/mL、25 g/mL。加入组合物后分别在0 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12h时采集甲醛样品。采用乙酰丙酮分光光度法测定甲醛含量,结果显示,在12 h,中草药提取物低、中、高剂量组甲醛降解率分别为10.47%、21.79%、27.78%,光触媒TiO2低、中、高剂量组甲醛降解率分别为25.85%、34.73%、43.20%,TiO2与中草药提取物混合低、中、高剂量组甲醛降解率分别为45.40%、49.80%、62.90%。各组数据对比结果显示中草药提取物与光触媒材料TiO2混合后制备的光触媒与中药组合物对甲醛降解作用最好。对比低、中、高剂量组甲醛降解率,结果显示组合物对甲醛的降解作用呈现剂量依赖型。综上所述,TiO2与中草药提取物以2:3的比例混合的高剂量组(250 mg/mL)光触媒与中药组合物对甲醛的降解作用最好。光触媒与中药组合物对苯系物的消除性能研究:用活性炭采样管进行采样,以二硫化碳作为解析液解析样品,以乙酸乙酯作为内标物进行定量,采用气相色谱法进测定。进样口温度200℃,分流比为33.3:1;色谱柱:DB-WAX毛细管柱(60 m*0.53 mm*1.0μm);以N2为载气;检测器为FID检测器,检测器温度250℃,;升温程序:初温50℃保持5 min,以3℃/min的速度升温至100℃,保持4 min;进样量:2μL。结果显示,在12 h,提取物高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为21.02%、20.21%,TiO2高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为54.43%、60.46%,混合物高剂量组对苯和甲苯的降解率分别为63.59%、74.36%。混合物高剂量组对苯和甲苯的降解效果最好,说明中草药提取物和TiO2混合后对苯和甲苯的降解起协同作用。光触媒与中药组合物的抑菌性能研究:采用琼脂扩散法对TiO2、中草药提取物和二者混合物的最小抑菌浓度进行研究。结果显示,TiO2对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌的MIC值为100 mg/mL。对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌中草药提取物的MIC值为18.75 mg/mL;对大肠杆菌,中草药提取物MIC值为37.50 mg/mL。中草药提取物与TiO2混合物对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的MIC值为31.25 mg/mL,对大肠杆菌的MIC值为62.50 mg/mL,中草药提取物和TiO2/中草药提取物相比,MIC值的大小取决于中草药提取物的浓度。结果表明,中草药提取物起主要抑菌作用。本课题对光触媒与中药组合物的空气净化作用进行了研究,建立了稳定可行的提取和制备工艺。光触媒与中药组合物能有效降解甲醛、苯和甲苯等有害气体,对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌等也有良好的抑制作用。
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