木质素磺酸钠调控制备银基纳米复合材料及其催化性能研究

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在过去几十年里,由于贵金属纳米颗粒自身独特的化学、生物学和物理特性(纳米尺寸,光学和催化特性,自组装能力等),使其在各个领域中得到了飞速的发展,如“智能”传感器、纳米发生器、抗菌织物、工业废水处理和包装领域等。而充分利用贵金属纳米颗粒优异的催化活性对废水中有机污染物进行催化降解成为了减轻严重环境问题的一种实用、经济且高效的方法。但是,自由分散在溶液中的贵金属纳米颗粒不稳定并且趋于聚集,导致比表面积减小和催化效果降低。本文以木质素磺酸钠(Na LS)作为表面活性剂、还原剂、分散剂和稳定剂以及甲壳素纳米晶(Ch NC)作为载体用于制备具有粒径小且尺寸均匀的银纳米颗粒(Ag NPs)复合材料,并以紫外分光光度计、透射电子显微镜、原子力显微镜、傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪等来表征其形貌和性能。最后将所制备的银基纳米复合材料应用于催化降解有机污染物,探究复合材料的催化降解效率。以Na LS作为还原剂、分散剂和稳定剂用于制备Na LS/Ag NPs纳米复合材料。在最佳Na LS浓度为1.8 mmol/L时,Ag NPs具有最小的粒径(15±5 nm)并且尺寸分布均匀。Na LS/Ag NPs纳米复合材料表现出对亚甲基蓝(MB)优异的催化降解性能,在150 s的反应时间内对MB的催化降解效果几乎达到100%去除率,表观速率常数达到k=20.4×10-3 s-1。另外,提出了一种新的Na LS/Ag NPs/H2O2催化系统,在更短的时间内(240 min下降到180 min)将甲基橙(MO)的光催化降解效率从27%提高到了90%,表观速率常数达到k=4.04×10-3 min-1。以Ch NC作为载体、Na LS作为表面活性剂通过原位合成的方法制备Ch NC/Na LS/Ag NPs纳米复合材料。与Ag NPs和Ch NC/Ag NPs纳米复合材料相比较,Na LS作为表面活性剂可以很好消除Ch NC上大基团乙酰氨基(-NHCOCH3)不利于Ag NPs分散的影响。同时,在0.2 wt%Ch NC和0.4 mmol/L Na LS的协同调控下实现了银纳米颗粒具有最小的粒径(15±5 nm)和最均匀的尺寸分布。此外,Ch NC/Na LS/Ag NPs纳米复合材料对刚果红(CR)和盐酸四环素(TC·HCl)的模型污染物表现出最高的催化降解性能,其表观速率常数分别达到了k=50.2×10-3 s-1和k=0.0483 min-1。以水溶性差的Ch NC作为载体解决了Na LS/Ag NPs复合材料体系难以回收利用的问题。结果表明,经过5次对Ch NC/Na LS/Ag NPs纳米复合材料的回收利用,仍能保持对CR的90%催化降解活性。
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