活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭浸漬大蒜提取物提升抗菌能力

　　病原微生物對水資源的污染是一個非常重要的問題，比如，醫療產生的廢水含有多種化學和微生物污染物。活性炭和殺菌劑的結合產生協同效應，在醫療廢水處理中具有巨大優勢。換句話說，使用浸漬活性炭最大限度地減少了殺菌劑的直接使用，并結合了環境和經濟效益。

　　大蒜提取物

　　新鮮生蒜瓣在1%次氯酸鈉溶液中消毒30分鐘，然后用蒸餾水徹底清洗。將清洗干凈的蒜瓣壓碎，用蒸餾水和乙醇兩種不同的溶劑進行提取。應該注意的是，蒜瓣沒有明顯的氣味。然而，粉碎后，由于大蒜素分解產生高濃度的硫化合物，產生了典型的硫磺氣味。此外，使用1g壓碎的大蒜手套和3mL溶劑進行提取。每個懸浮液在5℃下保持24小時并通過3µm過濾器過濾。將提取物樣品冷凍直至立即用于浸漬步驟。

　　大蒜素是一種無色至淡黃色液體，含有微量元素硫。該分子及其衍生物使得精確的定量分析變得困難。然后，為了估計大蒜提取物中含硫化合物的濃度，測量了大蒜素濃度。通過測定孵育后的丙酮酸濃度來測量酶活性，從而對水提取物或醇提取物中的大蒜素進行定量。由于大蒜素是一種揮發性且不穩定的化合物，因此提取后立即獲得其濃度。

　　活性炭的酸官能化

　　首先，將活性炭用去離子水在323.15K下洗滌，并在333K下干燥24h。然后，將其研磨并過篩，粒度平均為0.180mm(70-100目ASTM)。懸浮的蘇活性炭溶液的pH為8.3。在200rpm和25℃下將20g活性炭添加到100mL各1molL-1酸溶液中后，用硝酸進行官能化24小時。然后，過濾活性炭，用2L蒸餾水洗滌，并在48℃下干燥48小時。經過硝酸處理的活性炭現在被命名為硝酸功能化碳。

　　活性炭和硝酸活性炭樣品中大蒜提取物的浸漬

　　浸漬是指化學物質精細地分布在活性炭的內表面上。這樣的過程促進了這些物質和固體之間的協同作用。在本文提出的研究中，將10g活性炭和硝酸活性炭樣品添加到100mL水性或酒精性大蒜提取物中，在180rpm下在室溫下保持24小時。然后，過濾懸浮液，并將碳樣品在干燥器中保存48小時，并通稱為生物材料。在浸漬程序之后立即通過測量溶液中殘留的大蒜素來估計浸漬樣品的大蒜素組成。通過質量平衡獲得活性炭樣品中浸漬的大蒜素的量。還研究了生物材料中大蒜素的釋放，以確保浸漬過程的成功。

　　活性炭樣品的表征

　　圖1a中所示的活性炭SEM圖像具有干凈、光滑的表面，具有明顯較小的空隙，正如對于相同的活性炭那樣。較小空隙的存在證實了其結構特性。事實上，活性炭結構中微孔的主導地位(高表面積SBET)，典型的總體積(Vp)和平均孔徑(dp)。

　　圖1：活性炭樣品的SEM圖像(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

　　使用體外微生物測定和大腸桿菌生長抑制的證據評估了浸漬活性炭的抗菌潛力。通過圓盤擴散進行的抗菌敏感性測試顯示，在水中獲得的提取物的抑制暈圈為16±1.3mm，對于基于酒精的提取物為14±1.0mm，如圖2中的擴散圓盤圖像所示。這種抑制是顯著的，證明了提取物在靜態介質中的潛力。

　　圖2：通過紙片擴散對(a)水基大蒜提取物，16±1.3mm和(b)乙醇基大蒜提取物，14±1.0mm進行抗菌敏感性測試(從10次重復獲得的平均值和標準偏差值)。

　　圖3所示的圖像顯示了應用提取物后對細菌生長的抑制。經過活性炭處理的廢水中未檢測到菌落，總共減少了5個對數，這使得與活性炭相關的提取物成為潛在的殺菌劑。

　　圖3：活性炭樣品的微生物測試圖像(a)活性炭，(b)硝酸活性炭，(c)浸有水提取物的硝酸活性炭，(d)浸有氮功能化碳與乙醇提取物的硝酸活性炭。

　　大蒜含有具有廣泛生物活性的物質，包括抗菌作用。這項工作研究的水提取物和酒精提取物中所呈現的抗菌潛力可能與大蒜素的存在有關，大蒜素是該食品中發現的主要活性植物化學物質。類似的結果已經表明大蒜素對一系列革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌(包括多重耐藥大腸桿菌菌株)具有抗菌作用。事實上，活性炭由于其化學穩定性而被用作生物活性天然提取物的載體。這一特性對于使用浸漬有抗菌活性物質的活性炭的廢水處理系統來說是一個重要的盟友，其中病原體附著在生物材料上，隨后被提取物成分的作用所抑制。

　　活性炭浸漬大蒜提取物提升抗菌能力中，當用硝酸功能化時，活性炭為大蒜提取物中硫化合物的高電子帶電區域提供了有吸引力的表面。這意味著水提取物中的大蒜素和其他硫化合物被有效保留，并成功地成為一種殺菌固體材料，其抗菌活性在類似于廢水的合成污水中具有99.5%以上的大腸桿菌抗菌活性。通過綠色途徑合成的高效活性炭材料已被證明適用于去除水和廢水處理系統中的病原體，為醫療系統等復雜廢水的原位處理開辟了新的前景。

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