生物污染研究纳米粒子为基础的金属氧化物涂层在玻璃券海洋环境中

生物污染研究纳米粒子为基础的金属氧化物涂层在玻璃券海洋环境中。摘要二氧化钛，氧化铌，氧化硅涂料，来自其各自的纳米粒子的分散体或溶胶钠钙玻璃基片上制作收件者栏位进行测试，在海洋环境中的抗海洋光学仪器macrofouling应用程序。结算和枚举macrofouling生物如藤壶，这些纳米粒子为基础的金属氧化物涂层子的hydroides和牡蛎遭离弃不同热处理至400◦C的一个为期15天的定期监测。该中观察到的防污涂层和无涂层的基片之间的行为差异是dis-闷热的太阳紫外线光致光催化活性和亲水性的基础上情况下，二氧化钛和氧化铌涂层涂料和固有的亲水性的二氧化硅的情况下涂层。热处理对涂层的光催化活性的影响进行了讨论。1。介绍海洋防污材料的应用在海洋环境中的主要问题。在沿海从几分钟到几十年时间尺度的海洋环境变化的研究，可以实现通过使用的系泊部署在多个深度。这些人造物体放置在海洋环境中遭遇结垢海洋生物表面形成生物膜。光将加强与沿海海洋研究进展仪器提供了宝贵的工具，用于了解沿海的海洋物理，化学，生物和地质过程中。原位水质监测仪器和传感器玻璃制成的，大多需要适当的保养，以确保持续的准确性。这些平台的最大的缺点是生物污染的传感器。这些停泊浮标工具易受微生物和藻类电影的形式，可以覆盖光学窗口和降低数据质量[1]结垢。光学窗口和其以后的生长固着无脊椎动物幼虫的解决也是一个常见的问题[2]。生物，如藤壶，藻类和细菌，在水生环境中的犯规表面确定的范围内的最外的表面，几纳米的界面相互作用，涉及范围广泛的键合机制。此外，污损生物，尤其是脊椎动物和藻类有高度的选择性，在自己的喜好某些表面，可能会启动的表面所施加的信号，即特征行为，促进或抑制附着[3]。有不断的努力，调查方法在其扩展的部署，保持光学窗口清洁根据海洋环境。以某种形式或其他污垢可以发生在大多数地方，在所有的季节，使用的防污方法是必不可少的减少海上设施的后果。的一种方法防治微生物污堵是通过使用有毒防污涂料，含有金属化合物，如铜和三丁基锡（TBT），或由使用的生物杀伤剂，如银或表面活性剂[4,5]。然而，这些凭借其潜在的伤害是不建议使用的涂料对海洋生物造成环境污染的问题。含有机锡的涂料即使是最有效的长寿命，由于这些应用程序中的增加的风险有毒涂料，国际海事组织旨在彻底删除来自世界各地的所有船舶锡基涂料。2008年为了限制其使用。自2003年以来的紫外线（UV）辐射治疗也一直确定为新的生物污染浓度有前途的领域之一控制方法[6]。在最近的一项研究中，帕蒂尔等。[7]报道的UV-C（波长254nm）照射作为一种潜在的生物污染控制工具海洋光学测量仪器使用的UV-C辐射的优点他们是作为防污工具相比有害杀菌剂，也没有任何身体接触与光学窗户采用辐照方法时，从而降低 表面由于磨损而损坏。然而，这样做的缺点是技术是，它消耗大量的能量，紫外线的照射因此成本密集。二氧化钛涂层都是不错的选择进行调查，由于他们的光催化性能，经UV光照射。李和洛根[8]研究了UV光对细菌粘附在金属的影响氧化物涂覆的玻璃基板，并得出结论，紫外线照射二氧化钛包覆的玻璃表面可以成为一种有效的方法，用于减少细菌粘附。最近进行的调查扩展Ma等。在这个方向上报告的重要性，表面异质性设计的金属氧化物（二氧化钛）在决定细菌和胶体粘附[9]。的涂层的涂覆的玻璃表面通过气相沉积制备。铌是一种半导体喜欢二氧化钛的带隙为3.4eV，并且也能够显示出紫外线照射的光催化。虽然已经有像SOLVO铌粉体的合成新方法的调查水热合成及其光催化活性悬浮液[10]，铌涂层至今没有被查处其防污性能。基于二氧化硅的有机-无机混合涂料用防污物业已经研究上的应用程序优化校准仪器由Meinema等。[11]。这些作者捏造 涂层susing功能取代氧化硅（有机）RnSi（OR）4-n，其中R为烷基，芳基，氟取代的烷基或苯基基团，R是甲基或乙基的基团，n为0或1。他们发现表面能之间的相关性和海洋防污属性和得出的结论是，可以减少生物污染但不能完全防止使用这些涂料。然而，这些涂层有一个易于清洁的属性相比非镀膜玻璃，其持有的承诺。另一组有趣的唐等人的调查。[12]报告了以二氧化硅为基础的混合动力干凝胶薄膜作为一种新型防污涂料和污垢释放。在这种情况下，人们发现，涂层的干凝胶具有低的表面润湿性提出减少游动孢子的沉降和增加去除孢子。基于以上所述，可以看出，努力仍在进行开发抗污染涂料强，坚固耐用，宏观污损生物工程控制技术中的表面或低表面能涂料，最大限度地减少生物粘附强度，让污垢释放“温和刷牙/水喷雾压力或通过涂层，可以防止生物污染通过其光催化活性。存在这样一种需要开发经济上可行，环境友好型方法，不涉及的厌恶油漆涂料，生物污染控制。这些无毒的涂料，以防止静电存款结垢层，而是通过一个共同的功能机制，通过它，可以很容易地除去微生物污堵控制表面化学的基础[13]。 发展新的技术，如金属氧化物涂层似乎是一种有效的方法打击传感器结垢份[14]。由于使用的日益重视和重要性的无毒材料作为防污剂，主要目标研究是监测的防污性的金属氧化物纳米粒子（二氧化硅，二氧化钛和氧化铌）来自镀膜玻璃券使用商用的纳米粒子分散/溶胶，在一个天然的海洋环境，并探讨生物附着污垢这些涂层券淹没富营养化区域内的光合作用发生。本文报道的结果是来自于该字段的纳米粒子的金属氧化物涂层的测试为基础的防污剂在海洋环境中沉积在玻璃基板上，在光学器件的潜在用途。这些涂层具有可能被用于海洋应用，因为它们是环境友好，成本低相容性好在海水中。2。材料与方法2.1。防污涂料涂层材料是市售的，水性的氧化钛和氧化铌纳米粒子的分散体与二氧化钛的平均微晶尺寸为8.6nm和氧化铌的晶粒大小145NM。该从X-射线衍射确定平均微晶尺寸（XRD）图谱得到的粉末从作为干燥分散体。使用BrukersD8ADVANCEX射线X射线衍射图案收集衍射超过2θ波范围的10-80◦和晶体建兴尺寸使用德拜-Scherrer公式计算。在情况下制造的二氧化硅涂层，涂层材料使用商业二氧化硅溶胶。玻璃基板的尺寸（70毫米×70毫米×5毫米）仔细清洗用1％的NaOH溶液，然后运行蒸馏水彻底漂洗最后由高纯度低电导率水。水的痕迹通过吹入过滤的压缩空气到子除去施特拉特。2.2。涂层沉积纳米粒子为基础的金属氧化物涂层沉积通过旋涂技术，使用的玻璃基板的旋转涂布机（劳雷尔技术公司，美国，模型WS-400B-6NPP-LITE）。3ml的溶胶或分散液中的分配装置，在基板上的刻度注射器自旋涂层。二氧化硅涂料制备的硅溶胶。二氧化钛从纳米粒子分散体的制备和氧化铌涂层。用于旋涂的涂布程序是为100rpm-15S;1000rpm-30s;250rpm-15S- ;几分钟后，空气干燥，涂层进行热处理（HT），以温度为300和400◦C1K/min的速率和在设定温度下的1小时的浸泡时间。2.3。涂层特性使用的表面涂层的厚度测定的轮廓（马尔德国Perthometer）。的X射线衍射分析得到的二氧化钛和Nb2O5粉末干燥的分散体，并加热到不同的温度的结晶度和晶粒尺寸随温度的变化进行了研究。没有这样的尝试了在二氧化硅溶胶的情况下，由于涂层是料是无定形的，至少可以达到400度C。扫描型电子显微镜分析进行了使用一台日立SE/3400N场发射扫描电子显微镜。2.4。接触角测量仪玻璃和金属氧化物表面的水接触角使用KrüssDSA100液滴形状分析仪测量。一滴刻度注射器的液体从分配的表面上，并液滴的表面上所形成的接触角为评估所使用的拍摄图像中的图像分析软件水滴。对于每个样品，进行测量据报道，至少在15个地点，他们的平均水接触角。2.5。用于涂料的附着力测试涂层到基片的粘附性的测量采用一个十字划痕胶带试验用切割机，根据ASTM3359-02。进行一次测试，通过施加和除去的压敏磁带在电影削减。一个25mm宽的半透明Permacel制造的压敏胶带，新泽西州用了很长的一个十字划痕刀切割边缘之间的夹角15和30◦。最初，约2cm长的形式，削减采用2mm间距的网格当年“泰坦尼克号。放置磁带在网格上，以保证良好的接触，然后与当年“泰坦尼克磁带坚决擦。在20世纪90年代和电网，然后取出磁带检查区域从基片上除去的涂层。该附着力测试，至少在3个不同位置上进行每个样品具有相同的涂层的最小的2个样本参数被用来为每个测试。2.6。海水曝光纳米粒子为基础的金属氧化物涂层券在ENNORE，金奈，印度东海岸部署的位置13◦1525.03？N和80◦2029.32？？E，海洋自然环境，悬浮在0.3M以下的深度从浮筏表面平均海平面（图1）。2.7。生物膜特性物理化学数据对应的pH值，混浊度，溶解使用水质监测系统（HYDROLAB，广达仪器）收集氧气，温度和盐度。总活菌列举擦拭1cm的表面细菌计数曝光的涂层与对照侧（无涂层）玻璃试管containingfiltered，蒸压海水。所有样品的在一个凉爽举行4◦C，并直接返回到实验室进行表1本研究中研究了涂层的厚度和粗糙度。样品涂层厚度[微米]粗糙度[微 米]裸玻璃基板-0.00083玻璃|二氧化硅-羟色胺400◦C0.10.003玻璃|二氧化钛-HT300◦C0.06±0.010.003±0.001玻璃|二氧化钛-HT400◦C0.05±0.010.005±0.001玻璃|氧化铌-羟色胺300◦C0.061±0.0090.004±0.001玻璃|氧化铌-羟色胺400◦C0.053±0.010.004±0.001的分析。对样品进行了进一步连续稀释100倍，使用镀上的灭菌海水和0.1毫升的等分试样从每个管佐贝尔海洋琼脂，培养28±1◦C，这是靠近大海环境条件和48h后所得菌落计数的育成[15]。相对于控制所有的结果进行了比较无金属氧化物涂层。佐贝尔海洋琼脂平板作为对照。2.8。评估宏观污垢淹没涂料连续监测4天部署后，观察到初始结算宏观foulers和在定期的时间间隔后，第4天，第9和样品中检索15宏观结垢和幼虫观察。所收集的优惠券在单独的容器被转移到实验室与海水。枚举数值丰富的污垢生物手动计数的数量表明，后，与三目的帮助下，吞吐量生物体的viduals立体声变焦显微镜（NIKONSMZ1500）污垢热阻％年龄评分根据涂布部所涵盖的一个特定类型的污垢有机体。3。结果与讨论3.1。涂层特性调查涂层的厚度和粗糙度本研究中提出了由轮廓仪测得于表1。的裸露的钠钙玻璃基片的典型剖面其粗糙度和二氧化钛涂层热处理的评价300度C是如图所示。2。可以看出，由于略有增加收缩薄膜在较高的温度下，400◦CHT涂层具有厚度超过300◦CHT的略低。该图3。在玻璃衬底上（一）上的二氧化钛涂层玻璃HT300◦C（二）上的二氧化钛涂层玻璃HT400◦C（三）氧化铌的金属氧化物涂层的扫描电子显微照片（四）涂布在玻璃HT在300度海底隧道氧化铌涂层在玻璃HT在400◦C及（e）在400二氧化硅涂层在玻璃HT◦C.电子显微镜下观察的涂料被认为是无裂纹。涂层的SEM照片示于图中。3。 的情况下二氧化硅涂层是无特征的非晶性的涂层材料（如示于图3（五）图4（a）和（b）所示的的表面的元素组成分析的结果被覆的金属氧化物，二氧化钛，氧化铌，分别在玻璃上基板。随着涂层的Ti和Nb的存在下，在从确认的元素存在于所述玻璃基板的EDS谱。用同样的方法没有尝试二氧化硅涂层由于干扰的可能性中的Si的存在基片上。3.2。附着力测试下，本研究的所有涂料的，当在放大镜下观察到的胶带测试后，表明他们属于排列5B，表示的粘附性到基片的涂层是非常好，并且，没有任何除去包衣到磁带上后，它被从网格区域。3.3。生物膜特性及评估macrofoulants在研究期间的过程中被发现在室温水平的水生生物参数。平均来说，附着的菌落均低于铌其次是 二氧化硅和最后二氧化钛（图5）。在TiO2总活菌计数HT300◦C组的7×104和5×104CFUcm-2上TiO2HT400◦C。相应的值◦Nb2O5HT300中C为1×104和铌HT6×103CFUcm2400◦C和那些上SiO2HT400◦C2分别×104CFUcm-2。在这项研究中，所有的涂料进行静态浸泡条件下，因此微生物计数的差异反映了不同的涂层。菌落计数的增加，观察到细菌密度控制面相比，金属氧化物纳米粒子为基础的涂料。盐度（34.3±0.2pss）和温度（28±1.2◦C）值是正常的，有利于幼虫附着。主要品种确定金属氧化物涂层，如藤壶藤壶而轻微的污垢安菲特里特包括hydrozoans（Hydroides线虫）的牡蛎（牡蛎madrasensis）。经过1天有