Dinara Yerezhepova

Vedoucí/Supervisor

RNDr. Jana Říhová Ambrožová, Ph.D.

Jazyk/Language

English

Abstrakt

V současně době, se do popředí vědeckovýzkumného zájmu, dostávají fotokatalytické reakce, využívající TiO2 vrstvy. Jejich hlavní využití je při rozkladu organických látek a při biologické dezinfekci. Oxid titaničitý je ozářen UV zářením (< 410 nm) za přítomnosti akceptoru elektronů (např. kyslíku) a při této reakci jsou generovány radikály OH• a O2•-. Bylo dokázáno, že produkty oxidace systému TiO2 ovlivňují metabolickou aktivitu a způsobují snižování počtu bakteriálních buněk v systému (suspenzi).

Hlavním cílem práce bylo studium deaktivace mikroorganismů (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis) na TiO2 površích. Uvedené mikroorganismy se používají ve vodárenské technologii a hygieně pitné vody jako biologické indikátory účinku dezinfekce. V práci byly použity čisté a stříbrem obohacené TiO2 vrstvy připravené sedimentací P25 Degussa suspense a čisté TiO2 vrstvy připravené sol-gel metodou.

Výsledky dokazují, že množství TiO2 vrstev a typ použitých mikroorganismů (zde gramnegativní Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli a grampozitivní Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis) jsou limitujícím parametrem v dezinfekčním procesu. Bylo pozorováno, že dezinfekční účinek na gramnegativní mikroorganismy roste s množstvím použitých TiO2 vrstev katalyzátoru. Počet grampozitivních mikroorganismů je ještě 2-3krát nižší. Možné vysvětlení tohoto jevu je, že grampozitivní a gramnegativní mikroorganismy mají rozdílné složení buněčné stěny. U gramnegativních bakterií má buněčná stěna složitější strukturu. U bakterií, použitých v této práci, je rychlejší inhibice (eliminace) gramnegativních Pseudomonas aeruginosa a Escherichia coli než grampozitivních Enterococcus faecalis a Bacillus subtilis.

Klíčová slova: vrstvy TiO2, disinfekce, inhibice bakterií, sol-gel metoda, P25 Degussa, grampositivní, gramnegativní, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis

Abstract

Currently, photocatalytic reactions using TiO2 have attracted extensive interest as a promising procedure to decompose organic compounds and for microbial disinfection. When the semiconductor, TiO2, is irradiated by near-UV light (<410 nm) in the presence of a suitable electron acceptor such as oxygen, a strong oxidizing power is generated due to the formation of oxidative radical species such as OH• and O2•- on the photo excited TiO2 surface. There are indications that the oxidative species in the TiO2 photoreaction system cause damage to bacterial cell components and disruption of metabolic activities.

The main purpose of this thesis was to study kinetical parameters of microorganisms deactivation (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis) on TiO2 nanosurfaces. The used microorganisms have been used as a biological indicator of disinfection efficiency in drinking water disinfection systems. In this work, pure and doped (Ag) TiO2 layers prepared by the sedimentation for the P25 Degussa suspension and pure TiO2 layers prepared by the sol-gel method were used.

The results show that the amount of deposited TiO2 layers and the types of microorganisms, such as Gram negative (Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli) or Gram positive (Enterococcus faecalis and Bacillus subtilis) are a crucial parameter in the disinfection process. It was found that the disinfection rates of the Gram negative microorganisms increase with the amount of deposited TiO2 catalyst, while Gram positive microorganisms show about 2-3 times lower. The possible explanation is in the fact that Gram positive and Gram negative microorganisms have different cell wall structure. The cell wall structure for Gram negative bacteria is relatively more complex than that of Gram positive cells. Disinfection kinetics showed more rapid for the Gram negative Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli than that for the Gram positive Enterococcus faecalis and Bacillus subtilis in this study.

Keywords: TiO2 nanosurfaces, disinfection kinetics, sol-gel method, P25 Degussa, Gram positive, Gram negative, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis