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、較高的反應活性在滅菌領域受到了廣泛的關注與研究。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,進而產生大量的活性氧基團來增強大氣壓低溫等離子體的滅菌效率,將光能轉化為活性氧基團的化學能,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合光催化(Atmospheric Pressure Cryogenic Plasma Combined with Photocatalysis,APCPCP)的在滅菌領域的應用亟待研究。本文搭建了大氣壓低溫等離子體聯合光催化滅菌實驗平臺,對大氣壓低溫等離子體射流的物理特性進行診斷,探究了大氣壓低溫等離子體聯合光催化對大腸桿菌的滅活效果和滅菌機理,具體工作內容和結果如下:(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;光催化產生的活性氧基團是由光催化劑表面的電荷轉移導致的,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。利用結晶紫分光光度法檢測了 APCP和APCPCP中的活性氧含量,結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滅活大腸桿菌的實驗研究。通過菌落計數法,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,結果顯示光催化過程對于APCP的滅菌效果有增強作用,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,結果表明,經過APCP處理的大腸桿菌進入存活但不可培養(yǎng)狀態(tài),而相同條件下的APCPCP處理后的大腸桿菌外結構破裂,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滅菌的機理。實驗結果表明,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菌與增殖菌落數量大致相同,說明APCP處理會導致部分大腸桿菌進入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一步提高了低溫等離子體滅菌效率和能量的利用率,驗證了大氣壓低溫等離子體聯合光催化的可行性,為大氣壓低溫等離子體聯合光催化在滅菌領域的運用提供了實驗和理論基礎。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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
        1.2.1 大氣壓低溫等離子體
        1.2.2 光催化技術
        1.2.3 大氣壓等離子體聯合光催化構想的提出
    1.3 研究現狀
        1.3.1 大氣壓低溫等離子體滅菌應用
        1.3.2 大氣壓低溫等離子體滅菌機理
        1.3.3 大氣壓低溫等離子聯合光催化滅菌研究現狀
    1.4 本文主要研究內容
第二章 滅菌實驗平臺與等離子體射流特性診斷
    2.1 滅菌實驗平臺搭建
        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 結晶紫分光光度法測量活性氧
        2.4.1 研究方法
        2.4.2 實驗步驟
        2.4.3 實驗結果與分析
    2.5 本章小結
第三章 大氣壓低溫等離子體聯合光催化滅菌效果研究
    3.1 研究方法
        3.1.1 菌落計數法表征滅菌效果
        3.1.2 掃描電鏡表征滅菌效果
    3.2 實驗材料
        3.2.1 實驗菌種及菌種的接種培養(yǎng)
        3.2.2 實驗試劑和設備
        3.2.3 實驗數據統(tǒng)計方法
    3.3 實驗步驟
        3.3.1 菌落計數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 實驗結果分析
        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 等離子體處理細菌掃描電鏡表征結果
    3.5 本章小結
第四章 大氣壓低溫等離子體聯合光催化滅菌機理探究
    4.1 研究方法
        4.1.1 BCA法測細菌胞外蛋白質濃度
        4.1.2 大腸桿菌新陳代謝能力測定
    4.2 實驗材料
        4.2.1 實驗試劑
        4.2.2 實驗所需設備
    4.3 實驗步驟
        4.3.1 BCA法測細菌胞外蛋白質濃度
        4.3.2 大腸桿菌新陳代謝能力測定
    4.4 實驗結果分析
        4.4.1 聯合光催化對于大腸桿菌胞外蛋白質濃度的影響
        4.4.2 聯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
第五章 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
參考文獻
致謝
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