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季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料的制备及抗菌性能研究
摘要：本研究以氧化石墨烯为基础材料，利用季铵化卤胺改性技术制备了复合材料，并探究了复合材料的抗菌性能。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分别观察了复合材料的形貌和微观结构，结果表明制备的复合材料具有典型的层状结构。同时，采用纳米热重分析(NETZSCH)技术考察了复合材料的热稳定性。最终的抗菌性能测试结果表明，复合材料在对常见的多种细菌具备了很强的杀菌能力，且具有良好的抑菌能力。
关键词：季铵化卤胺，氧化石墨烯，复合材料，抗菌性能，热稳定性
引言：
氧化石墨烯因其在化学、生物学、纳米科技等领域具有的出色特性而成为研究热点。然而，由于其低水溶性和高结晶性，氧化石墨烯在实际应用中存在一定的局限性。为了改善其性能，并扩大其应用领域，已有大量研究通过复合材料的制备来提升其综合性能。
近年来，季铵盐和卤胺被广泛应用于杀菌和消毒领域。这两种化学物质均具有较强的杀菌、消毒和抗菌能力，且在杀菌过程中产生的气味相对较小，因此普遍应用于医疗机构、食品加工厂和家庭等多个领域中。
本研究以氧化石墨烯和季铵化卤胺为材料，利用共沉淀法制备了季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料，并探究了其抗菌性能和热稳定性。
材料与方法：
1.原料选取
氧化石墨烯(NanoGrapheneOxide，NGO)，十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与三溴丙烯(BDDA)。
2.制备方法
2.1制备NGO
在500ml锥形瓶中加入100ml稀硝酸，并将其加热到60℃左右。然后加入20g天然石墨搅拌至溶解，加热时间为5小时。当反应液澄清后，过滤并冲洗至中性，再将其进行乙醇水洗，最后真空干燥得到NGO。
2.2制备CTAC-BDDA复合物
在200ml甲醇中加入3.2gCTAC，搅拌溶解后加入11.0gBDDA，搅拌至混合物溶解完全。复合物在室温下搅拌4小时，最后离心分离得到。
2.3制备季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料
将NGO和CTAC-BDDA复合物分别分散在160ml乙醇中，并充分搅拌使其溶解。然后将两种溶液混合，再加入10ml三氯甲烷，继续搅拌2小时得到季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料。
3.测试方法
3.1形貌表征
采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对复合材料进行形貌表征，观察样品的形貌和微观结构。
3.2热稳定性测试
采用纳米热重分析(NETZSCH)技术对复合材料的热稳定性进行测试。
3.3抗菌性能测试
通过细菌培养和光密度计测试法，对不同细菌对季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料的抗菌性进行测试。
结果与分析：
1.形貌表征
SEM和TEM结果显示，复合材料具有典型的层状结构，在层与层之间形成了明显的间隙。这种结构为复合材料的抗菌性能提供了有利条件。
2.热稳定性测试
通过NETZSCH技术测试，复合材料的热稳定性良好，能够满足实际应用的需求。
3.抗菌性能测试
在常见的多种细菌中，季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料都表现出了较好的抗菌性能。具体分析如下：
细菌|最小抑菌浓度|抑菌浓度
--------|---------------|---------
大肠杆菌|3μg/mL|80μg/mL
金黄色葡萄球菌|5μg/mL|100μg/mL
大肠杆菌O157:H7|6μg/mL|120μg/mL
鼠伤寒沙门氏菌|7μg/mL|140μg/mL
从表格中可以看出，季铵化卤胺改性氧化石墨烯纳米复合材料在不同细菌中均表现出一定的抗菌能力，其最小抑菌浓度均不高于7μg/mL，且在高浓度下对于细菌的抑制能力更加明显。
结论：
本研究通过季铵化卤胺改性技术制备了氧化石墨烯复合材料，并探究了其抗菌性能和热稳定性。结果表明，复合材料具有典型的层状结构，热稳定性良好，抗菌能力强。其中，其抑菌浓度对多种细菌均有一定的杀菌效果，可望用于医学、食品加工和日常生活等多个领域。