一种具有杀菌活性沸石的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用甲酸酸改性制备具有杀菌活性沸石的方法，该方法包括沸石粉碎、高温灼烧、酸处理、蒸馏水依次洗涤、烘干至恒重等步骤，即制得高效活性沸石。通过游离酸度、吸铵值、FITR、XRD、BET法分析改性沸石的表征，并对鸡伤寒沙门氏菌K533、猪大肠杆菌K88和禽大肠杆菌E.coli及其内毒素进行吸附和杀菌试验，发现其对细菌及其毒素具有显著的吸附和杀菌活性。本发明的工艺方法具有制备方法简单，条件温和、不破坏沸石结构、成本低、不污染环境等优点，制备的高效沸石具有较高的吸附和抑菌能力，因此具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种具有杀菌活性沸石的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用斜发沸石制备高效活性沸石的【技术领域】，具体涉及一种具有杀菌活性沸石的制备方法。
【背景技术】
[0002]斜发沸石(Clinoptilolite)是一种含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物，为架状结构，是由AlO4四面体和SiO4四面体所构成，这些四面体按一定的规律排列成具有不同笼状的晶体骨架。近几年的一些研究表明，沸石，其特殊的晶体结构能够在体内、外吸附细菌、寄生虫及它们所产生的内毒素，控制动物的腹泻，降低其死亡率。但斜发沸石作为一种天然矿物，其纯度较低，孔径和通道易堵塞，并且相互连通的程度也较差，其表面硅氧结构具有极强的亲水性，故导致天然沸石吸附性能极差，其生物学功能及疗效也不显著，从而限制了其应用。为了得到高效的沸石，人们在改性方面做了很多探索，且取得了良好的效果。对沸石进行适当的物理、化学改性可提高其性能，满足各方面的需求。
[0003]对沸石进行改性的方法，目前主要有超微粉碎、高温焙烧、盐酸及硫酸等酸处理、离子交换(盐及铵盐)、水冷却处理、有机改性等。用斜发沸石与Ag、Cu、Zn通过物理吸附及离子交换可制备抗菌沸石，对假单胞菌和大肠核杆菌均有较强的抑菌作用。用氯化十八烷基二甲基苄基铵对天然斜发沸石进行有机改性后，可提高对黄曲霉菌毒素B1、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A和麦角生物碱的吸附作用，吸附率最高达100 %。但目前的改性方法和产品中，应用最多和效果最好的是无机酸改性，通过此法改性沸石可改善其功能特性，提高吸附和抑菌能力、阳离子交换容量和催化性能。但此法在改性过程中会产生的大量废酸，对环境污染极其严重，且无机酸对机体组织有很强的刺激性和腐蚀性，对动物、设备等都带来很大的危害，从而限制了其在畜牧养殖中的应用，故急需改善改性路线，寻找环保的改性用酸，并充分利用沸石与其的协同效应，开发高效的吸附剂产品，使其在畜牧养殖方面发挥更重要的作用。
[0004]有机酸中的甲酸作 为一种弱性酸，其腐蚀性低，且不会对自然环境、设备、动物等造成污染。此外，甲酸作为一种有机酸化剂，能有效地降低消化道的PH值，激活酶原，起到抑菌和杀菌的作用，增强机体的抗应激能力，且能较好的提高其生产性能，提高营养成分的消化率，促进胃肠的发育等。而且，甲酸是抗生素替代品之一，能较好的控制肉鸡的肠炎，故有机酸化剂在动物养殖业中的应用前景可观。
[0005]但其甲酸在应用时也存在着许多问题，它在应用时大部分没有经过保护处理，容易在胃中快速释放H+，而不能到达肠道，难以有效降低小肠中的pH值和抑制有害菌生长。故开展酸化剂饲用效果稳定性和可靠性的研究是今后酸化剂应用研究的一个重要方向；此外，开展酸化剂与其它饲料添加剂之间协作效应，充分发挥酸化剂的抗菌性能也具有极高的研究价值。但迄今为止，国内外对用甲酸改性沸石来有效吸附细菌、毒素及杀菌的研究鲜见于报道。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种具有杀菌活性沸石的制备方法，能够稳定、长效作用，从而提高杀菌率，且与生物机体融合性好，饲用效果稳定、可靠，对环境无污染。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为:一种具有杀菌活性沸石的制备方法，包括以下步骤:
(1)将斜发沸石粉碎后，过100目筛，取得到的粉碎物；
(2)将步骤(1)制得的粉碎物放入马弗炉中，在450-500°C条件下活化4 h，之后置于干燥器中待用；
(3)按固液比为Ig/10 mL的比例，向步骤(2)制得的产物中加入甲酸溶液，之后，在恒温振荡水浴条件下进行酸处理，其中，甲酸溶液的浓度为I~7mol/L，酸处理的水浴温度为40~80°C，酸处理的时间为I~5 h ；
(4)将步骤(3)酸处理后得到的产物用定量滤纸过滤，之后，将滤渣用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，取沉淀物；
(5)将步骤(4)得到的沉淀物在60-65°C条件下，烘干至恒重，即完成制备。
[0008]所述步骤(3)中，甲酸溶液的浓度为3 mol/L,酸处理的水浴温度为80°C，酸处理的时间为4 h。
[0009]本发明的有益效果:
1、本发明所制备的活性沸石，与常规方法制得的改性沸石相比，细菌吸附能力和杀菌率都得到了显著提高，沸石到达动物肠道后，其游离酸度和阳离子交换容量都较高，且在制备过程中，没有废酸产生，不会对自然环境、设备、动物等造成污染和危害。饲用效果稳定、可靠，生物学功能及疗效显著。所制得的活性沸石的细菌吸附率达到59%以上，杀菌率达到86%以上。
[0010]2、本发明工艺简单、稳定，制备周期短，有利于实现工业化大批量生产。同时，耗费低廉，具有明显优势，应用前景广阔，适合推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明所制备的高效活性沸石的FITR图；
图2为本发明所制备的高效活性沸石XRD图；
图3为在2h作用条件下，采用本发明所制备的高效活性沸石配制出的不同浓度溶液对不同细菌的吸附作用关系图；
图4为在2h作用条件下，本发明所制备的高效活性沸石与普通沸石在不同配置浓度下对大肠杆菌脂多糖的吸附作用关系图；
图5为本发明所制备的活性沸石与原斜发沸石和磷酸改性沸石的比表面积和孔体积对比图表；
图6为本发明所制备的活性沸石在不同作用时间下，对三种不同细菌的杀菌效果变化图表；
图7为不同浓度的甲酸所制得的活性沸石的主要性能图表；
图8为不同酸处理的水浴温度所制得的活性沸石的主要性能图表；图9为不同酸处理的时间所制得的活性沸石的主要性能图表。
【具体实施方式】
[0012]下面通过实施例，对本发明作进一步描述。
[0013]一种具有杀菌活性沸石的制备方法，包括以下步骤:
(1)将斜发沸石进行粉碎，过100目筛，得颗粒均匀的粉碎物；
(2)将步骤(1)制得的粉碎物，用450-5001:马弗炉高温活化4 h，然后置于恒温干燥器中待用；
(3)将步骤(2)所得活化物按固液比Ig/10 mL，加入甲酸溶液进行酸处理，恒温振荡水浴中反应，酸处理的水浴温度为40~80°C，酸处理的时间为广5 h，得酸和沸石混合液；
(4)将步骤(3)酸处理后得到的产物用定量滤纸过滤，并用去离子水反复洗涤至滤液呈中性为止，取其沉淀物；
(5)将步骤(4)所得沉淀物提取液在60-65°C条件下，烘干至恒重，即为具备高效吸附和杀菌的沸石；
所述步骤(3)中，甲酸溶液的浓度为3 mol/L，酸处理的水浴温度为80°C，酸处理的时间为4 h。
[0014]将步骤(5)所得高效活性沸石用醋酸-醋酸钠缓冲溶液分别配制成一系列浓度的溶液，采用Bradford法测定其对鸡伤寒沙门氏菌K533 (5: choleraesuis I,,)、猪大肠杆菌K88 iE.coli尤，》)和禽大肠`杆菌(E.coli)的吸附能力；并采用细菌计数法测定其对以上三种细菌的杀菌能力。
[0015]本方法所制备的高效活性沸石为褐色粉末，高效活性沸石对细菌及毒素的吸附作用呈现矿物浓度、菌液(内毒素)和时间的依赖关系，当沸石浓度为20 mg/mL(5:choleraesuis K533)或25 mg/mL (疋co7i),菌液浓度为I mL(K533和禽大肠杆菌的浓度约为IO8 CFU/mL ；K88浓度为2.7 X IO8 CFU/mL)(内毒素浓度控制在0.2 mg/mL)与作用2 h时，最大吸附率为:5: choleraesuis K533 为 62.90%, B.coli K88 为 59.04%，禽大肠杆菌(E.coli)为 60.04%,内毒素(LPS)为 64.92%。最大杀菌率为:5: choleraesuis 为 9L 46%,R coliK88 为 86.14%，禽大肠杆菌(E.coli)为 88.30%。
[0016]其中，选择作用时间为2 h，是根据甲酸改性沸石与沙门氏菌、大肠杆菌及其毒素细菌的吸附能力进行试验测定，测定结果显示:沸石经甲酸改性后对细菌的吸附能力明显高于天然沸石，其吸附量随着时间的延长逐渐增加，在2 h时达到吸附平衡，其后，随着时间的延长，其吸附率则出现下降趋势。因此，本方案选择在吸附时间为2 h时，对吸附结果进行测定。
[0017]本发明的一种具有杀菌活性沸石的制备方法采用在烧制后进行甲酸置换吸附的方法对天然斜发沸石进行改性处理。其中，对沸石进行高温烧制本身也是一种改性方法，通过烧制，可以去除沸石空隙内杂质，使其吸附和阳离子交换能力更强，从而更好的与甲酸进行阳离子交换。甲酸作为酸化剂已广泛应用，其抑菌功能逐渐被人们所重视，用甲酸改性沸石，发挥二者的协同效应具有重要理论意义和应用价值。本发明就是利用甲酸抑菌的功能，通过于烧制后具有相对较大比表面积的斜发沸石的阳离子交换处理，使甲酸改性后的沸石具有吸附和杀菌的双重功效。[0018]本发明以沸石为原料，通过阳离子交换反应，用甲酸来进行改性处理，制成酸改性沸石，并将其做为试验材料，以肉鸡饲养中常见的致病菌及这些菌所产生的毒素为试验对象，采用体外吸附、抑菌试验等方法，研究天然斜发沸石(NCLI)和对沙门氏菌、大肠杆菌的吸附特性及改性沸石(MCLI)的抑菌能力，探讨它们做为一种新型吸附剂的可行性和可能性，从而为动物生产中的应用提供理论依据。
[0019]本发明所制备的改性沸石的杀菌机理为:改性沸石和细菌接触后，先将细菌吸附到改性沸石的表面，然后改性沸石中的氢离子渐渐释放出来，从而和细菌的细胞膜结合在一起，并穿透细胞壁，阻碍细菌的生物合成和能量传递，引起细菌的细菌酶蛋白变性和细胞膜生物学性质破坏和损伤，引起细菌形态变化，细菌细胞死亡。由于氢离子存在于改性沸石的空隙内，其释放缓慢，且不容易散发除去，因此，能够避免过早的释放。通过将细菌吸附到改性沸石表面的方法实现杀菌作用，能够提高其杀菌作用的稳定性和长效性，使细菌吸附率达到59%以上，杀菌率达到86%以上。
[0020]此外，通过对细菌胞内三种酶:AST、LDH、ALT活性的测定，进一步证实了，改性沸石的杀菌机制。在正常生理情况下，这三种酶存在于细菌胞内，只有当细菌细胞壁或细胞膜结构发生变化，通透性增加时，胞内酶才能释放到菌体外。滤液中含有大量的这三种酶，说明细菌细胞膜在酸改沸石作用后通透性增加或受严重损害，酶从菌体内大量释放出来，从而导致细菌死亡，这与改性沸石中所载的甲酸有关。甲酸作为阳离子表面活性剂，对细菌有明显的亲和力，它能结合到细菌的细胞膜表面，改变膜的渗透性，从而造成细胞内物质流出。
[0021]实施例一
研究不同浓度甲酸溶液(1mol/L、2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6 mol/L、7mol/L)、酸处理的水浴温度(40 °C>60 °C>80 °C)、酸处理的时间(I h、2 h、3 h、4 h、5 h)
对酸改沸石改性效果的影响。
[0022]( 1)酸浓度对改性沸石阳离子交换容量的影响
量取一定量的甲酸分别配制成浓度为1mol/L、2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6mol/L、7 mol/L的溶液。称取5.0 g斜发沸石，在反应温度为60 °C条件下，按1g/10 mL的固液比，在恒温振荡水浴中分别与不同浓度的甲酸溶液振荡反应3 h。过滤，洗涤至滤液呈中性为止，取沉淀物烘干。不同甲酸浓度制得的改性沸石的主要性能见图7。
[0023]从图7中可看出，在反应温度和交换时间相同的条件下，甲酸浓度为3 mol/L时，其游离酸度和阳离子交换容量最高。
[0024](2)反应温度对活化沸石阳离子交换容量的影响
称取5.0 g改性沸石,在反应浓度为6 mol/L的条件下,在烧杯中分别与50 mL甲酸溶液进行离子交换反应，将水浴温度分别设为40 °C、60 °C、80 °C，恒温振荡水浴中反应3h。过滤，洗涤至滤液呈中性为止，取沉淀物烘干。不同反应温度制得的改性沸石的主要性能见图8。
[0025]从图8可知，在酸浓度和处理时间相同的条件下，水浴温度为80 1:时，其游离酸
度和阳离子交换容量最高。
[0026](3)反应时间对活化沸石阳离子交换容量的影响
称取5.0 g斜发沸石,在反应浓度为6 mol/L、60 °C的条件下,在烧杯中分别与50 mL甲酸溶液进行离子交换反应，置于恒温振荡水浴锅中振荡，将作用时间分别控制为I h、2h、3 h、4 h、5 h。过滤，洗涤至滤液呈中性为止，取沉淀物烘干。不同反应时间制得的改性沸石的主要性能见图9。
[0027]从图9可知，在相同甲酸浓度、相同处理温度时，改性沸石的阳离子交换容量和游离酸度以4 h为宜。`
【权利要求】
1.一种具有杀菌活性沸石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将斜发沸石粉碎后，过100目筛，取得到的粉碎物； (2)将步骤(1)制得的粉碎物放入马弗炉中，在450-500°C条件下活化4 h，之后置于干燥器中待用； (3)按固液比为Ig/10 mL的比例，向步骤(2)制得的产物中加入甲酸溶液，之后，在恒温振荡水浴条件下进行酸处理，其中，甲酸溶液的浓度为f7mol/L，酸处理的水浴温度为40-80°C，酸处理的时间为1-5 h ； (4)将步骤(3)酸处理后得到的产物用定量滤纸过滤，之后，将滤渣用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，取沉淀物； (5)将步骤(4)得到的沉淀物在60-65°C条件下，烘干至恒重，即完成制备。
2.根据权利要求1所述的一种具有杀菌活性沸石的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中，甲酸溶 液的浓度为3 mol/L，酸处理的水浴温度为80°C，酸处理的时间为4 h。
【文档编号】A01P1/00GK103818917SQ201410057629
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】吴秋珏, 王玉琴, 李元晓, 任国艳, 武晓红 申请人:河南科技大学