沸石抗菌剂的发展与应用

随着社会发展和人民生活水平的提高，人们的保健意识逐渐增强，对生活环境的舒适性和卫生条件越来越重视，对卫生用品、日用品、水处理装置、食品包装、服装等耐用消费品的抗菌性有了更高的要求，因此各种抗菌制品便应运而生，并获得迅速发展。可以预见，抗菌剂、抗菌材料的市场需求和发展潜力是十分巨大的。沸石抗菌剂的发展始于1984年，日本品川燃料公司首次成功开发载银沸石抗菌剂，商品化后获得了广泛地应用。用沸石抗菌剂制成的抗菌产品不断涌现，涉及家电、建材、纺织、塑料等领域，市场规模迅速扩大。

一、沸石抗菌剂的原理

沸石抗菌剂抗菌性能与银离子有关。关于银离子的抗菌机理的研究，主要有以下两种解释：

(1) 接触反应假说：银离子与细菌接触反应，造成细菌固有成分被破坏或产生功能障碍从而导致细菌死亡。当微量银离子到达微生物细胞膜时，因细胞膜带有负电荷，银离子依靠库伦引力牢固吸附细胞膜上，而且银离子还能进一步穿透细胞壁进入细菌内，并与细菌中的巯基反应，使细菌的蛋白质凝固，破坏细菌的细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，因此其抗菌效果持久。

(2)催化反应假说：在光的作用下，银离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基(· OH)及活性氧离子(O2-)；而活性氧离子(O2-)具有很强的氧化能力，能在短时间内破坏细菌的增殖能力，致使细胞死亡，从而达到抗菌的目的。

从上述的机理可以看出，由于银离子是对细菌的基体直接起作用，因而银离子具有高效性、持久性和抗菌广谱的特点。银离子杀菌将以何种机理进行，目前并无定论，一般认为，在通常的情况下是以第一种杀菌机理为主，而光催化过程也起到一定的作用。

二、沸石抗菌剂的变色抑制作用

虽然银系沸石抗菌剂具有优异的抗菌性能，但由于银离子化学性质活泼，在光照、热等作用下容易变色，使银系沸石抗菌剂从白色变成棕色。变了色的抗菌剂不仅不能在浅色制品中使用，而且抗菌性能也明显降低。因此银系抗菌剂的变色问题严重制约了其在更大范围的应用。

根据实践，研究人员发现高温可以在一定程度上延缓银系抗菌剂的变色。侯文生等研究了不同热处理下载银沸石抗菌剂的银含量和最小抑菌浓度，随着热处理温度的升高，样品中的银离子被逐渐氧化并分解挥发， Ag几乎全部变成了Ag2O，导致其抗菌性能下降。王洪水等也研究了高温下银沸石的抗菌性能，得出银沸石在加热温度不高于200℃时，沸石孔道中的Ag+扩散到外表面，并聚集成银团簇，少量银团簇的形成对抗菌性能的影响不大。银沸石在大于400℃时，形成更多银团簇，银离子的减少降低了银沸石的抗菌能力。银沸石加热至800℃，大部分银离子被还原并聚集为银团簇，造成抗菌能力急剧降低。另外沸石结构的破坏也影响了银的溶出，在一定程度上影响了其抗菌性能。可知通过灼烧改善银系抗菌剂的变色性可能需要以牺牲抗菌剂的抗菌性能为代价。

沸石抗菌剂在国内外已经形成了相当的产业规模，与高速发展的产业相比，相关基础研究明显滞后，特别是沸石抗菌剂抗菌作用机理、持久性、稳定性、人体和环境安全性、以及沸石抗菌剂结构化等关键基础问题亟待深入研究。随着沸石抗菌材料使用量的逐渐增大和使用领域的不断扩展，许多深层次的科学问题和环境安全问题必须引起行业内外的重视。