Исследование фотокаталитических и антибактериальных свойств композиционных материалов с внедренным диоксидом титана

УДК 677.077.62

М. А. Саляхова, И. Ш. Абдуллин, В. В. Уваев

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВНЕДРЕННЫМ ДИОКСИДОМ ТИТАНА

Ключевые слова: композиционный материал с внедренным диоксидом титана, диоксид титана, антибактериальные свойства, фотокаталитическая активность, индикатор метиловый оранжевый.

Для оценки фотокаталитической активности материалов используется методика, основанная на реакции окисления индикатора метилового при УФ облучении. Антибактериальные свойства композиционного материала с внедренным диоксидом титана оценивают стандартным методом.

Keywords: composite material with embedded titanium dioxide, titanium dioxide, antibacterial properties, photocatalytic activity,

the indicator methyl orange.

To evaluate the photocatalytic activity of the materials is used method based on oxidation of the indicator methyl by UV irradiation. Antibacterial properties of the composite material with embedded titania evaluated by the standard method.

В последнее время важной областью применения фотокатализаторов стало использование диоксида титана в составе тканей, из которых изготавливают защитную одежду. Применение материалов с внедренным фотокатализатором позволит обеззараживать внешнюю поверхность защитной одежды после воздействия на нее токсичных химических веществ без применения специальных дегазирующих растворов, путем облучения их УФ или солнечным светом [1,2].

Применение фотокатализа для разработки «сухой» технологии разложения химически опасных веществ представляет интерес для разработчиков средств индивидуальной защиты.

Наиболее часто в фотокаталитическом процессе используется диоксид титана ТЮ2 как один из самых перспективных, химически и термически стабильных и нетоксичных продуктов с большой удельной площадью поверхности, низкой ценой, высокой фотокаталитической активностью [3].

Индикатор метиловый оранжевый используется многими исследователями в качестве модельного соединения для определения фотокаталитической активности образцов с внедренным фотокатализатором [4-6].

Использование реакции окисления индикатора метилового оранжевого для определения ФКА материалов, содержащих фотокаталитически активный диоксид титана, не требует сложного оборудования. Метод основан на измерении концентрации раствора индикатора метилового оранжевого в результате УФ облучения материала с внедренным фотокатализатором и сравнении с контрольной пробой. Фотокаталитическую активность композиционного материала с внедренным диоксидом титана оценивают фотометрическим методом по изменению концентрации раствора индикатора метилового оранжевого (4-диметил-амино-азобензол-41-

сульфокислота) за счет его окисления при облучении образца композиционного материала с внедренным диоксидом титана, помещенного в раствор индикатора, УФ светом с мощностью падающего излучения от 10 до 20 мВт/см2. Концентрацию рас-

твора метилового оранжевого до и после УФ облучения определяют путем измерения оптической плотности на фотоэлектроколориметре.

Проведенные испытания показывают, что фотокаталитическая активность образцов композиционного материала с внедренным диоксидом титана составляет от 68 до 83% в зависимости от соотношения компонентов титан-силикатного комплекса. Наибольшую активность проявляют образцы, полученные при соотношении TiO2: SiO2 = 1:1. Фотокаталитическая активность высушенного при 100 оС образца титан-силикатного комплекса составляет 7587%. Для сравнения - фотокаталитическая активность порошкообразного диоксида титана анатазной формы, полученного в лаборатории Института катализа им. Г.К. Бореского, составляет 45 %.

Антибактериальные свойства композиционного материала с внедренным диоксидом титана оценивают стандартным методом, который заключается в исследовании чувствительности микроорганизмов, помещенных на твердую питательную среду - агар, к действию фотокатализатора при облучении УФ светом. Тест-культуры: грамм положительные спорообразующие бактерии Bacillus subtilis и грамм отрицательные неспорообразующие бактерии Escherichia coli. Метод основан на образовании так называемых зон ингибиции вокруг образца испытуемого материала. Испытания показали, что при облучении УФ светом в течение 4 часов зона задержки роста культуры Bacillus subtilis составляет 2,70 см, культуры Escherichia coli - 2,67 см.

Дополнительно проведены исследования с предварительным загрязнением образцов композиционного материала с внедренным диоксидом титана культурами Bacillus subtilis и Escherichia coli. Образцы фотокаталитического композитного материала, загрязненные суспензиями вышеназванных культур, помещали в чашки Петри со стерильной питательной средой МПА (мясо-пептонный агар) и подвергали облучению УФ лампой с мощностью падающего излучения 15 мВт/см2 в течение 4 часов. Часть образцов (контроль) не подвергали УФ облучению.

Исследования показали, что на образцах композиционного материала с внедренным диоксидом титана, предварительно загрязненных культурами Bacillus subtilis и Escherichia coli, и на питательных средах, облучаемых УФ лампой, рост культур отсутствует. В контрольных образцах наблюдается рост культур на поверхности образцов материала и на поверхности питательной среды.

Следовательно, композиционный материал с внедренным диоксидом титана проявляет бакте-риостатические и бактерицидные свойства в отношении грамм положительных бактерий Bacillus subtilis и грамм отрицательных бактерий Escherich-ia coli при облучении УФ светом.

Литература

1 Фильтрующе-сорбирующий материал с внедренным фотокатализатором / М.А.Саляхова [и др.] // Вестник Казанского Технологического Университета. -2013.т.16. № 23. - С. 52-53.

2 Фотохимическая деструкция текстильных материалов / М.А.Саляхова [и др.] // Вестник Казанского Технологического Университета. - 2013.т.16. № 17. - С 9293.

3 Шабанова, Н.А. Химия и технология нанодис-персных оксидов [Текст] / Н.А. Шабанова,

B.В.Попов, П.Д.Саркисов - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 309 с.

4 Иванов В.М., Цепков М.Г., Фигуровская В.Н. Оптические, цветометрические и кислотно-основные характеристики метилового оранжевого. Вестник Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. - 2010. - т.51. - №6 -

C.445-

5 Photocatalytic degradation of methyl orange in aqueous TiO2 under different solar irradiation sources. M. N. Rashed, A. A. El-Amin. International Journal of Physical Sciences. March, 2007 Vol. 2 (3), pp. 073-081.

6 Иванов В. М. Оптические, цветометрические и кислотно-основные характеристики метилового оранжевого. / В.М.Иванов, М.Г. Цепков, В.Н. Фигуровская // Вестник Московского Университета. - 2010. - № 6. -С. 445-449.

© М. А. Саляхова - аспирант кафедры ПНТВМ, КНИТУ, milya_salyah@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - проректор по научной работе, зав. каф. ПНТВМ, КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; В. В. Уваев - канд. хим. наук, генеральный директор ОАО «КазХим-НИИ», vildanuvaev@rambler.ru.

© M. A. Salyahova - postgraduate KNRTU, milya_salyah@mail.ru; I. Sh. Abdullin - Vice-rector for research KNRTU, abdullin_i@kstu.ru; V. V. Uvaev - Candidate of Chemical Science, General director of Kazan Chemical Scientific-Research Institute,: vildanuvaev@rambler.ru.