發(fā)布時間：2020-10-18 10:28

　　 大氣壓低溫等離子體(Atmospheric Pressure Cryogenic Plasma,APCP)憑借其較低的宏觀溫度、較高的反應(yīng)活性在滅菌領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注與研究。但是,大氣壓低溫等離子體的滅菌時間從幾十秒到十幾分鐘,滅菌的效率仍舊有提高的空間;同時,大氣壓低溫等離子體中的部分能量通過光子的形式散失,其對于能量的利用率仍有待提高。光催化技術(shù)可以利用大氣壓低溫等離子體中的光子作為激發(fā)光源,進(jìn)而產(chǎn)生大量的活性氧基團(tuán)來增強(qiáng)大氣壓低溫等離子體的滅菌效率,將光能轉(zhuǎn)化為活性氧基團(tuán)的化學(xué)能,提高滅菌效率的同時提高大氣壓低溫等離子體的能量的利用率。大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化(Atmospheric Pressure Cryogenic Plasma Combined with Photocatalysis,APCPCP)的在滅菌領(lǐng)域的應(yīng)用亟待研究。本文搭建了大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化滅菌實(shí)驗(yàn)平臺,對大氣壓低溫等離子體射流的物理特性進(jìn)行診斷,探究了大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化對大腸桿菌的滅活效果和滅菌機(jī)理,具體工作內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)探究了電壓、頻率、流速和光催化對于射流長度的影響。結(jié)果顯示射流長度隨著電壓升高而變長,隨著流速的升高先變長后變短,頻率和光催化對于射流長度無影響;探測了大氣壓低溫等離子體射流的光譜,檢測出OH,N2,He,單線態(tài)氧原子和三線態(tài)氧原子等特征譜線;光催化產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)是由光催化劑表面的電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的,并非發(fā)光的過程,因此光催化過程并不影響大氣壓低溫等離子體的發(fā)射光譜。利用結(jié)晶紫分光光度法檢測了 APCP和APCPCP中的活性氧含量,結(jié)果顯示光催化的加入可以有效提高APCP中活性氧的含量。(2)開展了APCP和APCPCP滅活大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)研究。通過菌落計(jì)數(shù)法,探究了不同電壓、頻率、流速和催化劑對APCP和APCPCP滅菌效果的影響,結(jié)果顯示光催化過程對于APCP的滅菌效果有增強(qiáng)作用,隨著電壓、頻率和流速的升高,APCP和APCPCP處理后的大腸桿菌存活率均不斷下降;通過掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)檢測,探究了APCP和APCPCP作用下大腸桿菌微觀形貌的變化,結(jié)果表明,經(jīng)過APCP處理的大腸桿菌進(jìn)入存活但不可培養(yǎng)狀態(tài),而相同條件下的APCPCP處理后的大腸桿菌外結(jié)構(gòu)破裂,APCPCP對于與大腸桿菌殺滅效果更加徹底。(3)檢測APCP和APCPCP處理后的大腸桿菌泄漏蛋白、新陳代謝能力異同,探究了 APCPCP滅菌的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,18 kV的APCPCP處理15 s后大腸桿菌菌液中的泄漏蛋白的濃度有0.115 μg/μL和19 kV的APCP處理30 s后的效果相似,相同條件下的APCPCP造成更多的蛋白質(zhì)泄漏。APCP處理后,具有新陳代謝能力的大腸桿菌多于增殖菌落,而APCPCP處理后仍有新陳代謝能力的細(xì)菌與增殖菌落數(shù)量大致相同,說明APCP處理會導(dǎo)致部分大腸桿菌進(jìn)入VBNC狀態(tài),而APCPCP處理對于大腸桿菌的滅活更加徹底。本文的研究工作與成果進(jìn)一步提高了低溫等離子體滅菌效率和能量的利用率,驗(yàn)證了大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化的可行性,為大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化在滅菌領(lǐng)域的運(yùn)用提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R187
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及研究意義
    1.2 大氣壓低溫等離子體及光催化技術(shù)
        1.2.1 大氣壓低溫等離子體
        1.2.2 光催化技術(shù)
        1.2.3 大氣壓等離子體聯(lián)合光催化構(gòu)想的提出
    1.3 研究現(xiàn)狀
        1.3.1 大氣壓低溫等離子體滅菌應(yīng)用
        1.3.2 大氣壓低溫等離子體滅菌機(jī)理
        1.3.3 大氣壓低溫等離子聯(lián)合光催化滅菌研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第二章 滅菌實(shí)驗(yàn)平臺與等離子體射流特性診斷
    2.1 滅菌實(shí)驗(yàn)平臺搭建
        2.1.1 射流發(fā)生裝置
        2.1.2 射流診斷平臺
    2.2 電學(xué)特性檢測
        2.2.1 電壓電流波形
        2.2.2 射流功率的測量
    2.3 光學(xué)特性檢測
        2.3.1 不同因素對于射流長度的影響
        2.3.2 射流發(fā)射光譜診斷
    2.4 結(jié)晶紫分光光度法測量活性氧
        2.4.1 研究方法
        2.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    2.5 本章小結(jié)
第三章 大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化滅菌效果研究
    3.1 研究方法
        3.1.1 菌落計(jì)數(shù)法表征滅菌效果
        3.1.2 掃描電鏡表征滅菌效果
    3.2 實(shí)驗(yàn)材料
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)菌種及菌種的接種培養(yǎng)
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備
        3.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)步驟
        3.3.1 菌落計(jì)數(shù)法表征等離子體滅菌效果
        3.3.2 掃描電鏡表征等離子體處理后大腸桿菌微觀形貌
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        3.4.1 處理時間對于滅菌效果的影響
        3.4.2 外施電壓對于滅菌效果的影響
        3.4.3 電源頻率對于滅菌效果的影響
        3.4.4 氣體流速對于滅菌效果的影響
        3.4.5 不同催化對于滅菌效果的影響
        3.4.6 等離子體處理細(xì)菌掃描電鏡表征結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
第四章 大氣壓低溫等離子體聯(lián)合光催化滅菌機(jī)理探究
    4.1 研究方法
        4.1.1 BCA法測細(xì)菌胞外蛋白質(zhì)濃度
        4.1.2 大腸桿菌新陳代謝能力測定
    4.2 實(shí)驗(yàn)材料
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備
    4.3 實(shí)驗(yàn)步驟
        4.3.1 BCA法測細(xì)菌胞外蛋白質(zhì)濃度
        4.3.2 大腸桿菌新陳代謝能力測定
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        4.4.1 聯(lián)合光催化對于大腸桿菌胞外蛋白質(zhì)濃度的影響
        4.4.2 聯(lián)合光催化對于大腸桿菌的新陳代謝能力的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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