基于二氧化钛-钌纳米棒阵列电极的酸性电解水的制备和杀菌应用研究

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食源性致病菌的污染是最常见的食品安全问题之一,严重威胁着食品安全。在众多食源性致病菌中,大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌分布广泛且致病性强,造成了严重的健康威胁。酸性电解水近年已经被广泛用作杀菌剂,其具有良好的杀菌效果,且具有广谱、廉价、安全等多种优势。然而当前的研究者们更多关注商业化电解水的应用,而非关注如何获得成本更低且催化性能更为优异的电极材料。纳米阵列电极是近年来受到高度关注的新型材料,具有高效、节能等优势。本研究合成了二氧化钛-钌复合纳米棒阵列作为制备酸性电解水的电极,之后利用自制有隔膜电解体系制备了酸性电解水,最后利用悬液定量杀菌实验方法测试所制酸性电解水对上述两种食源性致病菌的杀灭效果。取得的主要成果如下:(1)成功制备了二氧化钛-钌复合纳米棒阵列电极,并通过一系列物理表征确定了其组成成分和表面形貌。该电极具有优异的催化析氯性能,仅需1.09 V的极低电位就可使析氯反应剧烈进行。同时电流密度保持在10 m A cm-2时,在长达20 h的反应过程中,电极电位能够稳定在1.09 V,表现出了优异的稳定性。(2)将二氧化钛-钌复合纳米棒阵列电极嵌入到自制的隔膜型多室电解体系中,构建了一种新型节能的电解水发生装备,仅需约1.60 V的电压即可达到10 m A cm-2的电流密度,在长期电解过程中也表现出优异的稳定性。进一步,我们探索了电流密度等对酸性电解水理化性质的影响,综合杀菌能力和经济性等多种因素,得到了适宜的反应条件范围。(3)利用该自制的电解水发生装备可以制备具有高有效氯值(ACC),高氧化还原电位(ORP)以及低p H值的酸性电解水,指标满足杀菌需要,进而实际验证所制酸性电解水的杀菌能力。本研究采用了悬液定量杀菌方法,利用实验室纯化菌株制备菌悬液,验证杀菌能力。结果证明制备的酸性电解水对两种食源性致病菌都具有高效的杀灭能力,仅需15 s即可使细菌数量下降8 log10 CFU m L-1以上。
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