凹土抗菌材料的研究进展(综述)

摘要：凹土是一种特殊的矿物材料，以它为载体而制备的抗菌材料，充分的抑制了细菌的繁殖与生长。在纤维、塑料、建材、涂料、医药、化妆品等领域有广阔的应用前景。

关键字：凹凸棒石，抗菌剂，抗菌材料，应用，研究进展

1 引言

随着人民生活水平的提高，人们越来越渴望一种健康的生活方式。全世界因细菌传染引起的死亡人数非常多，包括霍乱、肺炎、痢疾、结核等。因此，如何控制有害细菌的生长和繁殖在科技发达的今天仍为人们关注的重点。

抗菌剂是对细菌、霉菌等微生物高度敏感的化学成分，它能通过物理作用或化学反应杀死附着在材料表面的微生物，是目前有效控制有害微生物生长和繁殖的重要手段。抗菌材料是指经抗菌剂处理，具有抗菌性能的各种材料，它的核心成分是抗菌剂。目前我们接触到的很多领域都离不开应用抗菌材料而制成的具有抗菌功能的消费品。

凹凸棒石[Si8O20Mg5(OH)2(H2O)4·4H2O]是一种含硅、镁的硅酸盐粘土矿物，具有特殊的链层结构、物理性质、成因以及用途, 并且具有十分细小(约0. 01 Lm×1 Lm) 的棒状、纤维状晶体形态, 因而受到矿物学、沉积学及材料学等多个学科领域研究者的关注。这种矿物在胶体性能和吸附性能等许多方面都表现出优异的性质, 因而广泛用于钻井泥浆、石油化工、建材、化工、造纸、医药、农业及环保等领域。加工抗盐、耐热泥浆和吸附剂是目前凹凸棒石粘土最主要和最有前景的用途。

凹凸棒石干燥收缩小，吸水性强，可达到150%以上，pH值=8.5±1，由于内部多孔道，比表面大(可达500m2/g以上)，大部分的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中，电化学性能稳定，在高温和盐水中稳定性良好。凹凸棒石具很强的灭菌、除臭、去毒、杀虫等功能，其细小针状颗粒可通过磨蚀昆虫表面及吸附昆虫类脂化合物，导致昆虫快速死亡。利用凹凸棒石的大比表面积与多孔特性，以及ZnO较好的抗菌性，可将ZnO充分负载在凹凸棒石上制备一种新型的复合抗菌剂，增大ZnO与微生物的接触面积，使之定点抑制微生物生长，致其死亡，达到提高抗菌特性和降低成本的综合效果。

2 抗菌剂的分类和机理

抗菌剂按结构分类可分为有机抗菌剂和无机抗菌剂。

2．1 有机抗菌剂

有机抗菌剂包括天然有机抗菌剂和合成有机抗菌剂。天然抗菌剂主要是从动植物中提炼精制而成的, 例如山嵛、孟宗竹、薄荷、柠檬叶等的提取物, 蟹和虾中提炼的壳聚糖等。壳聚糖是一种带正电荷的单体物质, 具有良好的生物活性, 与生物体能亲和相容, 可对多种菌类表现出抗菌性。合成有机抗菌剂一般根据其化学分子结构可分成20 余大类, 像结构较为简单的醛基水溶液( 如福尔马林) 及结构较为复杂的异噻唑和咪唑类等。有机抗菌剂是通过化学反应破坏细胞膜, 使蛋白质变性、代谢受阻, 从而起到杀菌、防腐及防霉等作用。

2．2 无机抗菌剂

无机抗菌剂是通过物理吸附、离子交换等方法,将银、铜、锌等金属离子或其化合物固定在沸石、硅胶等多孔材料的表面得到的。无机抗菌剂从载体上可分为硅酸盐系、磷酸盐系、氧化物系和其他( 如活性炭、络合物等) 。根据抗菌剂的有效成分不同可分为银系( 含Ag+ , Cu2+ , Zn2+ 等金属离子) 和钛系( 具有光催化作用的TiO2 等) 抗菌剂。载银硅酸盐系抗菌剂主要用于低温加工的纤维、塑料等产品, 载银磷酸盐系抗菌剂和氧化物光触媒抗菌剂主要用于高温加工的陶瓷产品。

3 凹凸棒石的矿物学特性

凹凸棒石(attapulgite)，又称坡缕石(palygors-kite)。它是一种含水镁铝硅酸盐晶体矿物。它的基本结构分为3个层次：（1）基本结构单元为棒状或纤维状单晶体,棒晶的直径为0.101μm数量级,长度可达0.11～1μm；（2）由单晶平行聚集而成的棒晶束；（3）由晶束(包括棒晶)相互聚集堆砌而形成的各种聚集体,粒径通常为0.101～0.11mm 数量级。

由于凹凸棒石的结晶习性、结晶形态、沉积方式和内部孔道等多种因素的影响而赋予其很高的比表面积，凹凸棒石表面固有的原子结构和活化处理产生的表面电荷不平衡现象而形成了吸附中心，二者的结合使凹凸棒石具有良好的吸附性能，使其能够在工业中用作除臭剂、助滤剂、净化剂、脱色剂及载体等。正因为凹凸棒石具有链层状晶体结构，表现出纳米效应、吸附活性和化学活性，因而凹凸棒石是一种值得重视

的载体材料，尤其在凹凸棒石-Ag复合材料应用方面具有很大的潜力。而以凹凸棒石代替部分脂肪酸生产的肥皂，不仅能改善洗涤质量和去污能力，还能提高白度、吸附细菌、降低纺织品上和水中的细菌含量等。同时它对硫化氢、氨气等有毒有味气体具有强烈的吸附作用。用作农药载体不仅可以使农药充分分散，而且能够起到缓释的作用，使药效变长。

4 凹土基质抗菌材料的抗菌机理

近年来出现的一种新型保健抗菌材料——纳米抗菌材料。它克服了传统有机抗菌产品在安全性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺陷，能满足人们生活舒适水平和卫生水平不断提高的要求，从而得到广泛的利用。

这种材料按载体类型分类，其中之一就是水溶性玻璃和硅胶纳米抗菌材料，它是一类以磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐及硅硼酸盐、硅磷酸盐玻璃等水溶性玻璃或硅胶为载体的纳米抗菌材料，而凹凸棒石就是一种镁铝硅酸盐粘土矿物，这种材料通过水溶性玻璃或硅胶吸附银离子络和物获得，具有良好的热稳定性和持久抗菌性。

在抗菌材料使用过程中，抗菌金属离子逐渐从材料中所含的抗菌剂中溶出，缓释出金属离子破坏了细菌细胞的能量代谢作用，阻止了微生物的繁殖。此外，抗菌金属离子还能与生物体中的蛋白质、核酸中存在的巯基(-SH)、胺基(-NH，)等官能团发生反应，或进入菌体细胞内同细胞的酶和DNA等反应，阻碍微生物体的生物化学合成过程及生理机能。

5 凹土在抗菌材料领域意义及其特点

凹土基无机抗菌复合材料是以无机天然矿物质凹凸棒土为基本材料，添加优质复合抗菌剂，运用陶瓷生产工艺制备出的一种颗粒或管状制品，该类制品具有良好的广谱抗菌性和异味吸附特性。凹土基无机抗菌复合材料作为一种新型的抗菌材料，其优良的综合性能，在水质的处理领域有着广阔的应用前景。

此材料具有如下特点：

一．具有广谱抗菌性对大肠杆菌、金色葡萄球菌、绿脓杆菌、铜绿假单胞菌、白色念珠菌等具有100%的抗菌能力；对铜绿藻、微囊藻等藻类有滤除和灭活作用。

二．安全性好本产品不含有可溶性的银离子、氯离子、碘化树脂等化学药剂，因此，无二次污染，对环境十分友好，使用本产品更加安全；

三．过滤通量大由于掺杂了抗菌复合材料，滤芯组件的通道直径可以在1微米