纳米氧化锌负载沸石Na-P的简易制备及其高效抗菌性能研究

研究人员针对传统沸石合成工艺复杂、耗时长且抗菌性能不足的问题，创新性地以甘蔗渣灰(Sugarcane Bagasse Ash, SCBA)和Narathiwat高岭土为原料，通过回流法快速合成沸石Na-P，并负载纳米氧化锌(nano-ZnO)制备复合抗菌材料。该研究通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术证实材料结构稳定性，抗菌实验显示3% w/w nano-ZnO负载量的复合材料对革兰氏阳性菌(如金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性菌(如大肠杆菌Escherichia coli)抑制效果最佳，抑菌圈达15.17-23.17 mm。该成果为开发低成本、可持续的抗菌剂提供了新策略，在医疗和环境修复领域具有重要应用价值。

　　

在医疗和环境领域，细菌耐药性问题日益严峻，开发新型抗菌材料迫在眉睫。传统沸石合成面临三大瓶颈：依赖商业级原料导致成本高昂，高压水热法需2-4天结晶周期，且杂质抑制晶体形成。更关键的是，现有抗菌沸石多通过复杂工艺负载金属氧化物，如银/氧化锌(Ag/ZnO)需高温煅烧，或铜改性沸石需24小时浸泡，这些方法效率低下且难以规模化。

针对这些挑战，来自国内某研究机构的研究团队在《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》发表创新成果。他们巧妙利用农业废弃物甘蔗渣灰(SCBA)提取无定形二氧化硅(SiO₂)，结合Narathiwat高岭土煅烧产物偏高龄石(Metakaolin, MK)，开发出快速高效的沸石Na-P合成工艺。通过优化硅铝比(4.65)和回流条件(100°C, 8小时)，成功将结晶时间从传统方法的96小时大幅缩短，所得沸石Na-P的阳离子交换容量(CEC)达177.84 meq/100g，优于多数商业沸石。

研究采用三大关键技术：1) XRD和FTIR表征材料晶体结构和化学键；2) 超声辅助(70°C, 15分钟)结合机械搅拌(1400 rpm)实现纳米氧化锌(nano-ZnO)在沸石中的均匀分散；3) 纸片扩散法评估对6种病原菌(包括3种革兰氏阳性菌和3种革兰氏阴性菌)的抑制效果。

研究结果揭示多项重要发现：

1. 化学与矿物学特性：XRD证实沸石Na-P特征峰(2θ=12.46°, 21.67°)与标准卡片(JCPDS 71-0962)匹配，FTIR显示关键振动峰(975 cm^-1为Si-O-Al伸缩振动)，证明成功构建GIS拓扑结构。
2. 纳米复合材料的构建：当nano-ZnO负载量为3% w/w时，BET比表面积从1.81增至2.46 m²/g，孔径分布优化至0.111-0.866 nm，SEM-EDS显示锌元素均匀分布(重量占比16.76%)。
3. 抗菌性能突破：3% nano-ZnO负载样品对革兰氏阳性菌(枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis抑菌圈18.00 mm)和革兰氏阴性菌(铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa抑菌圈23.17 mm)均表现优异，且显著优于单纯nano-ZnO(仅对铜绿假单胞菌有效)。

讨论部分指出，该材料的抗菌机制涉及三重作用：1) 沸石三维结构缓释Zn²⁺离子；2) 纳米颗粒破坏细菌细胞壁糖蛋白层；3) 介孔结构(2-50 nm)增强细菌接触概率。与文献对比，其抑菌效果超越商用沸石4A/ZnO复合物(对大肠杆菌抑菌圈仅6.86 mm)，甚至接近四环素抗生素水平。

这项研究的意义在于：首次实现农业废弃物基沸石的高效抗菌功能化，突破传统工艺对高压设备和长反应时间的依赖。所开发的"超声-机械搅拌协同负载法"为纳米复合材料制备提供新范式，其3小时完成功能化的效率较传统24小时浸泡法提升8倍。该成果不仅为抗菌材料开发开辟可持续原料来源，更推动绿色化学在环境修复和医疗防护领域的应用。