本發(fā)明涉及一種高效快速殺滅水中大腸桿菌的方法，更具體地說，涉及一種利用(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物為光催化劑在模擬太陽光照射條件下消除水中大腸桿菌污染的方法，屬于環(huán)境光催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大腸桿菌作為自然界的常在細菌而大量存在，是人和許多動物腸道中最主要且數(shù)量最多的一種細菌，主要寄生在大腸內(nèi)。大腸桿菌能夠隨人畜糞便的排放進入天然水體。大多數(shù)大腸桿菌對人體無害，但是致病性大腸桿菌經(jīng)飲用水被人體攝取后，可引起感染，如腹膜炎、膽囊炎、膀胱炎及腹瀉等。人感染大腸桿菌后能夠引起胃痛、嘔吐、腹瀉和發(fā)熱等癥狀。由于其常與病毒、球蟲或其他細菌合并感染，或繼發(fā)其他疾病，使治療難度加大。由于致病性大腸桿菌的存在及耐藥性的問題日趨嚴重，開發(fā)出更多安全、高效和快速的殺滅水中大腸桿菌的方法是以后科研的主要趨勢和方向。

傳統(tǒng)滅菌方法主要有三種：紫外線滅菌、試劑滅菌和加熱滅菌。紫外線的穿透能力小，在照射不到的地方消毒效果很差，其殺菌能力隨著使用時間的增加而減少，而且燈管壽命短，更換過于頻繁，運行費用較高?；瘜W試劑滅菌，剩余的藥品直接排入大氣，造成對周圍環(huán)境的污染，需要空調(diào)長時間置換新風，從而增加了能耗。例如，環(huán)氧乙烷具有強大的殺菌作用，且殺菌譜廣，但是該種方法滅菌時間相對較長，環(huán)氧乙烷氣體易燃易爆，滅菌后有殘余毒性，需要通風散氣后才能使用。加熱滅菌主要存在溫度高和能耗大的缺點，對抗性較強的細菌殺菌效果不明顯。臭氧滅菌具有殺菌徹底、無死角和殺菌廣譜等優(yōu)點，但是臭氧對人體呼吸道粘膜具有刺激作用，易分解，在使用過程中應(yīng)該防止泄漏。微波消毒具有加熱速度快、不污染環(huán)境和不留殘毒等優(yōu)勢。但微波直接照射對人體有損害作用，并且微波產(chǎn)生的高能量容易導致炭化。電離輻射滅菌方法穿透力強、殺菌徹底、效果可靠，且滅菌后物品可長時間保存。但該方法耗時較長，一次性投資較大，且射線對人體有傷害作用。

近年來，利用光催化方法殺滅水中大腸桿菌的技術(shù)引起了研究學者的廣泛關(guān)注。當納米級光催化劑在光子能量大于帶隙的光照下，能夠產(chǎn)生導帶電子(e^-)和價帶空穴(h⁺)。e^-能夠?qū)⒀鯕夥肿舆€原為超氧陰離子自由基(O₂^·-)。h⁺能夠?qū)₂O或者OH^-氧化為羥基自由基(·OH)。O₂^·-能夠經(jīng)過一系列的光化學反應(yīng)產(chǎn)生單線態(tài)氧(¹O₂)和過氧化氫。其中，·OH是一種氧化能力極強的自由基，能夠高效破壞許多生物大分子，包括糖類、核酸、脂肪和蛋白質(zhì)等。¹O₂能夠不可逆的破壞生物組織，導致生物膜的氧化和降解。雖然O₂^·-不是很強的氧化劑，但是轉(zhuǎn)化為毒性很強的·OH和¹O₂后也能夠?qū)ι矬w產(chǎn)生毒性作用。因此，利用納米光催化劑在光照下產(chǎn)生的活性氧自由基對水中的大腸桿菌進行處理，能夠達到凈化水體的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種以(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物為光催化劑在模擬太陽光照射條件下殺滅污水中細菌的方法，該方法設(shè)計簡單，能耗低，可實現(xiàn)高效快速殺滅水中大腸桿菌的目的。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種光催化法殺滅污水中細菌的方法，其特征在于：在模擬太陽光照射下利用光催化劑產(chǎn)生活性氧自由基，對細菌污水進行凈化；其中，所述方法包括如下步驟：

1)將含有細菌的污水分散于磷酸鹽緩沖溶液中得到待處理的細菌污水；

2)向玻璃容器中添加所述容器容積的三分之二量的細菌污水；

3)向所述細菌污水中加入光催化劑溶液，得到混合體系；

4)將上述混合體系在避光條件下進行超聲處理，使所述光催化劑均勻分散于所述細菌污水中，得到混合溶液；

5)采用氙燈照射所述混合溶液，在攪拌條件下進行滅菌處理，同時所述混合溶液的溫度通過水浴保持恒溫；

6)定期抽取樣品，稀釋后統(tǒng)計菌落數(shù)，計算細菌的死亡率，至滿足處理要求后，停止步驟5)的處理。

進一步的，所述細菌為大腸桿菌。

進一步的，所述步驟1)中，所述磷酸鹽緩沖溶液的濃度為2毫摩/升，pH＝7.2。

進一步的，所述步驟2)中，所述細菌污水中細菌的初始濃度是10⁵-10⁷CFU/毫升。

進一步的，所述步驟3)中，所述的光催化劑為(CuAg)_xIn_2xZn_2(1-2x)S₂四元硫化物，其在所述混合體系中添加濃度為100-500毫克/升。優(yōu)選所述光催化劑為(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物，優(yōu)選濃度為300毫克/升。該種催化劑在模擬太陽光照射下能夠產(chǎn)生最多的羥基自由基，因此對細菌具有最高的抗菌活性。更高濃度的催化劑雖然能夠提供更多與細菌接觸的表面積，但同時催化劑的散射作用導致光照穿透反應(yīng)體系的深度降低，從而降低了光催化劑對細菌的抗菌活性。

進一步的，所述步驟4)中，所述超聲處理的時間為5-15分鐘，優(yōu)選時間為10分鐘。短時間無法使催化劑充分分散于細菌污水中，超聲時間過長能夠引起光催化劑釋放金屬離子，導致抗菌活性降低。

進一步的，所述步驟5)中，所述氙燈的波長為300-800納米、功率為300瓦，所述攪拌的速率為600轉(zhuǎn)/分鐘，所述水浴的溫度為(20±2)℃，滅菌處理的時間為1-3小時，優(yōu)選時間為2小時。參見附圖所示，處理時間短于1小時，無法達到最高的抗菌率。處理時間3小時后，細菌的死亡率達到最大值，因此最長光照時間為3小時。使用水浴保持反應(yīng)體系的溫度，該溫度下光催化劑具有最優(yōu)的抗菌活性。

本發(fā)明中，所采用的光催化裝置由直流電源、鎮(zhèn)流器和氙燈組成，其他部件包括石英反應(yīng)器、水浴鍋和磁力攪拌器等，所用部件均可從相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商獲得，也可自行設(shè)計搭建。

本發(fā)明所采用的四元硫化物具有很高的光催化活性，能吸收更廣的可見光范圍、性能穩(wěn)定，可作為一種新型的殺菌光催化劑。

本發(fā)明提供的對大腸桿菌活性的分析方法如下：

在光照一定時間后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)，統(tǒng)計光催化劑暴露的存活細菌數(shù)量(N_t)和相同實驗條件下沒有光催化劑暴露的存活細菌數(shù)量(N₀)。滅菌效果使用細菌的死亡率表示，計算方法為(1-N_t/N₀)×100％。

本發(fā)明提供的在模擬太陽光照射條件下光催化凈化污水中大腸桿菌的方法具有如下優(yōu)點：

1.采用光能殺滅水中大腸桿菌，高效利用清潔能源；

2.能夠高效快速去除水中大腸桿菌的污染；

3.該方法流程短、操作簡單、抗菌效率高，在污水凈化和廢水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景；

該方法在光催化劑用量為500毫克/升處理100毫升初始濃度為10⁷CFU/毫升的大腸桿菌污水2小時后，固體培養(yǎng)基上幾乎觀察不到存活的細菌，并且光催化劑能在不降低催化效果的前提下重復使用5次以上。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為在E.coli初始濃度為10⁶CFU/毫升，反應(yīng)體系100毫升不同初始濃度的(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物光催化劑在模擬太陽光照射條件下細菌的死亡率-時間曲線。

具體實施方式

下面將更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然列舉了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

實施例1

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁷CFU/毫升，加入10毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照2小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行2小時后，大腸桿菌的死亡率為78.2％。

實施例2

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁷CFU/毫升，加入20毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照2小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行2小時后，大腸桿菌的死亡率為84.6％。

實施例3

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁶CFU/毫升，加入20毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照2小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行2小時后，大腸桿菌的死亡率為90.3％。

實施例4

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁶CFU/毫升，加入40毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照2小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行2小時后，大腸桿菌的死亡率為98.6％。

實施例5

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁵CFU/毫升，加入50毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照1小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行1小時后，大腸桿菌的死亡率為99.5％。

對比例1

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁸CFU/毫升，加入100毫克(CuAg)_0.15In_0.3Zn_1.4S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照3小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行3小時后，大腸桿菌的死亡率為36.8％。

對比例2

將含細菌的污水分散于100毫升濃度為2毫摩/升的磷酸鹽緩沖溶液(pH＝7.2)，使得E.coli初始濃度為10⁵CFU/毫升，加入50毫克(CuAg)_0.05In_0.1Zn_1.8S₂四元硫化物粉體。將混合液超聲5分鐘，使光催化劑在溶液中完全分散。然后用300瓦氙燈(波長是300-800納米)進行照射，光照過程中以600轉(zhuǎn)/分鐘進行磁力攪拌以使反應(yīng)液均勻，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20±2)℃。光照3小時后取樣，稀釋100倍，然后將50微升樣品涂于瓊脂板上(Sautons液體培養(yǎng)基，加入1.5％瓊脂)，每個稀釋的樣品均涂5個平行板，在37℃下過夜培養(yǎng)。統(tǒng)計催化劑暴露的存活細菌數(shù)量和相同實驗條件下沒有催化劑暴露的存活細菌數(shù)量。結(jié)果表明，反應(yīng)進行3小時后，大腸桿菌的死亡率為24.4％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。