Для выяснения роли TiO2 в процессе инактивации бактерий была проведена серия экспериментов по изучению эффективности инактивации E. сoli и B. cereus без УФ-обработки. В результате было установлено, что наночастицы TiO2 не обладают бактерицидными свойствами по отношению к клеткам E. сoli и B. cereus в отсутствие УФ-облучения KrCl-эксилампой.
Далее были проведены эксперименты по изучению совместного бактерицидного действия УФ-излучения KrCl-эксилампы и наночастиц TiO2 на микроорганизмы.
В случае комбинированной обработки - с участием фотокатализатора диоксида титана – наблюдается высокая эффективность инактивации, достигаемая в течение значительно меньшей продолжительности облучения. Так, при исходной численности 102 и 103 КОЕ/мл полная инактивация клеток E. сoli зафиксирована уже после 5 и 10 сек обработки, соответственно. В результате облучения зараженной воды при максимальной исходной численности клеток эффективность инактивации составила 99.9% уже после 25 сек обработки (55 мДж/см2).
При исходной численности E. coli 102–103 КОЕ/мл полная инактивация УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии наночастиц TiO2 происходила за 5-10 с (Рис. 5). В результате облучения суспензии при максимальной исходной численности клеток эффективность инактивации составила 100% уже при дозе облучения 55 мДж/см2, которая достигается за 25 с обработки.
Доза излучения, мДж/см2р
| |||
 | |||
 |  |
| |
 | |||
 | |||
Рис. 5. Изменение численности клеток E. coli в воде после УФ-облучения эксилампой в присутствии наночастиц TiO2.
Известно, что в результате взаимодействия УФ-излучения и TiO2 в воде генерируются реакционноспособные окислительные частицы, такие как OH•, O2•, HO2•, из которых гидроксильный радикал OH• считается наиболее важным окисляющим агентом, обеспечивающим инактивацию клетки (Hirakawa et al., 2007).
На рис. 5 показано, что кривые выживания клеток в течение первых 15 с облучения суспензии, содержащей 104-107 КОЕ/мл, характеризуются наличием плато, которое отражает относительно низкую эффективность инактивации. Предполагается, что в этот период реакционноспособные частицы начинают атаковать клетку и окислять клеточную мембрану с сохранением ферментативных механизмов ее самовосстановления (Benabbou et al., 2007). В конце этого периода происходит разрушение клеточной мембраны, что приводит к дезинтеграции внутриклеточных компонентов и увеличению эффективности инактивации. Также мы полагаем, что здесь определенный вклад вносят эффекты поглощения и рассеяния УФ-излучения. Кроме того, небольшое рассеяние падающего излучения может происходить и на самих частицах катализатора.
При комбинированной инактивации (УФ/TiO2) высококонцентрованных водных суспензий клеток B. cereus, (107 КОЕ/мл), доза 396 мДж/см2, достигаемая за 180 с облучения, является достаточной для инактивации 99.9% клеток. Для полной инактивации B. cereus при невысоких исходных численностях клеток (102-103 КОЕ/мл) необходимой является доза 66-132 мДж/см2, достигаемая за 30-60 с облучения (Рис. 6).
Доза излучения, мДж/см2р
| |
 | |
 |
Рис. 6. Изменение численности клеток B. cereus в воде после УФ-облучения эксилампой в присутствии наночастиц TiO2.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности инактивации узкополосного УФ-излучения при 222 нм и наночастиц TiO2 при обработке воды, содержащей до 107 КОЕ/мл E. coli и B. cereus. Что касается клеток, с низкой исходной численностью, эффект инактивации наблюдается уже в пределах 5-10 с облучения для E. coli и 60 с облучения для B. cereus, что соответствует дозам 11-132 мДж/см2.
Таким образом, мы предполагаем перспективность применения УФ-эксилампы и наночастиц TiO2 для инактивации суспензий E. coli и B. cereus.
При выдерживании облученных клеток E. сoli и B. cereus на свету реактивация не наблюдалась. Темновая реактивация также отсутствовала.
Таким образом, УФ-обработка в присутствии фотокатализатора TiO2 суспензии клеток E. сoli и B. cereus, обеспечивает необратимый, устойчивый эффект инактивации.
Инактивация E. сoli и B. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы
при совместном присутствии H2O2 и наночастиц TiO2.
В результате инактивации клеток E. сoli излучением KrCl-эксилампой при совместном присутствии пероксида водорода и наночастиц TiO2 установлено, что при максимальной исходной концентрации клеток 107 КОЕ/мл доза УФ-излучения 33 мДж/см2 (15 с), обеспечивала снижение численности клеток на 3,2 порядка (Рис. 7). Полная же инактивация клеток E. сoli была достигнута при дозе облучения 55 мДж/см2, которая достигается за 25 секунд обработки.
Доза излучения, мДж/см2р
|
|
|  |
| ||||
| ||||||||
Рис. 7. Изменение численности клеток E. сoli в воде после УФ-облучения эксилампой в присутствии H2O2 и
наночастиц TiO2.
Похожие результаты получены и при обработке в присутствии только пероксида водорода, или только TiO2. Поэтому можно сказать, при УФ-обработке клеток при совместном присутствии H2O2 и наночастиц TiO2 не происходит увеличение эффективности инактивации и отсутствует синергетический эффект, как предполагалось. Возможно, это связано с тем, что происходит увеличение концентрации ОН° радикалов в результате фотолиза H2O2 и взаимодействия УФ-излучения и TiO2. Как известно, при избыточном содержании ОН° радикалов в растворе протекают конкурирующие реакции: образующиеся ОН° радикалы подвергаются димеризации (1) или вступают в реакции (2, 3):
ОН° + ОН° → Н2О2 (1)
ОН° + Н2О2 → НО2° + Н2О (2)
ОН° + НО2°→ Н2О + О2 (3)
Поскольку гидроксопероксидные радикалы НО2° являются менее реакционноспособными, чем ОН° радикалы (Daneshvar et al., 2008), повышение их концентрации не оказывает заметного влияния на скорость инактивации.
При инактивации клеток B. cereus также не происходит увеличение эффективности инактивации и полученные результаты подобны результатам, полученным при обработке в присутствии либо пероксида водорода, либо фотокатализатора TiO2. Так, полная инактивация B. cereus при 106–107 КОЕ/мл наблюдалась после облучения дозой 264 мДж/см2 при 120 с облучения, рис. 8.
Доза излучения, мДж/см2р
| ||
 |
| |
| ||
| ||
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
