(嗜)耐盐菌生物合成纳米材料及其催化应用研究

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纳米材料通常是指纳米尺寸小于100 nm的材料,纳米材料具有比表面积大、表面能高等特征,这增大了与其他分子相互作用的机会和能力,因此,纳米材料具备着强大的潜在应用价值。例如,金属纳米材料可以具有抗癌、抗菌、催化、磁和光学活性。量子点是一种具有量子限域作用,粒径小于或接近激子玻尔半径,主要由Ⅱ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅳ族元素构成的半导体纳米材料。近几十年来发展起来的纳米科学研究及其应用,对许多信息技术、能源、环境科学、医学和食品安全都产生了很大的影响。合成各种无机金属纳米材料的技术已被广泛的应用于生物、化学传感器,生物成像,生物催化,光化学,药物传递和新能源等各个方面。纳米材料的制备过程中,常规的物理法和化学法通常会需要高温度条件和较大的压力条件,且需要添加化学还原剂和合成稳定剂,这就会造成材料生产成本、排放污染物、后续处理难度的增加。生物法则显得绿色环保,不需要这些严格的环境条件和额外的化学物质,生物纳米合成还可以通过控制环境中的温度、酸碱度、前体物的浓度、反应时间等条件来调节优化合成的纳米颗粒形态特征。因此,用微生物来生物还原合成纳米材料的方法已经成为制备金属纳米粒子的一个较为新颖的方式。(1)本实验室在浙江舟山盐场分别分离筛选出一株耐盐菌、一株嗜盐菌,并且通过基因序列结果将其鉴定为Staphylococcus saprophyticus JJ-1、Halomonas sp.zqy并将其和其合成的纳米材料应用于有机污染物的治理。而大多数工业有机废水如染料大多属于高盐废水,不具有(嗜)耐盐性的微生物很难在较高盐浓度环境下发挥其降解作用。因此,利用耐盐菌或嗜盐菌来降解高盐度的含有机污染物废水就就显得十分重要。(2)使用本实验室从舟山盐场筛选出的一株耐盐菌株Staphylococcus saprophyticus JJ-1可以在厌氧条件下,以丙酮酸钠为电子供体,以氯钯酸钠作为电子受体,实现生物钯纳米颗粒(Bio-Pd NPs)的合成。利用物理化学等表征手段进一步探究了纳米钯的形貌、结构特点,同时考察了纳米钯颗粒合成条件对钯还原以及原位还原邻氯硝基苯(2-CNB)效果的影响。实验发现纳米钯可以被还原生成于细胞表面,通过控制实验证明Staphylococcus saprophyticus JJ-1和Bio-Pd NPs对邻氯硝基苯的还原反应具有协同作用,能够催化促进2-CNB的还原。除此之外,我们还研究了2-CNB可能的还原产物,推测了可能的还原途径和还原2-CNB的最大浓度。(3)Halomonas sp.zqy能在高盐环境中生物合成硫化锌量子点(ZnS QDs),这是首次使用嗜盐菌来合成ZnS QDs。此外,使用染料孔雀石绿作为模型污染物检查了合成ZnS QD的光催化性能。研究结果显示合成的量子点在紫外光催化下能降解染料孔雀石绿。最后,考察了生物纳米材料光催化的机理,以及对其催化降解产物进行了分析。本工作展示了一种绿色,安全,环保的合成ZnS QDs的方法,并用该方法对有机污染物的降解提供了新的方法。
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