花瓣状磷灰石/贵金属复合材料的合成及其在废水处理中的应用

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liguiming321
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随着科技和工业的发展,水污染已经日趋严峻。由于我国工业、农业经济占比较大,大量的有机污染物未处理或处理不彻底便直接排入自然界。如化肥、染料、医药等行业产生的工业原料、中间产物等多种有机毒物,对人类及自然界有着无法想象的危害,严重威胁着人类的身体健康与生态平衡。除有机污染物外,微生物污染的危害也不容小觑,由于微生物生长环境和条件都十分简单,并且所需能量极低极易爆发大规模污染,其中细菌更可作为多种疾病的病原体,严重威胁人类生命安全。贵金属纳米粒子的使用早在罗马时期便有所记载,由于贵金属纳米粒子具有独特的光学性质,以及局域表面等离子共振现象,在污水催化、生物以及医药领域均有着十分出色的应用。由于贵金属纳米粒子表面能量过高,极易团聚流失,因此限制了其使用范围,一般常与载体相结合,不仅可以改善团聚现象,而且可以提升催化性能。羟基磷灰石作为贵金属纳米粒子载体的研究有很多,但是传统方法合成的羟基磷灰石多为针状晶体,并不具有高的比表面积,通过仿生法生物矿化制备的羟基磷灰石具有花瓣状纳米片层结构,很大程度上提升了比表面积,是一种极具潜力的载体选择。结合贵金属粒子自身优点,以及花瓣状片层结构磷灰石特性,本文研究制备了花瓣状磷灰石-贵金属复合材料,并对复合材料的催化及抗菌性进行检测分析。主要研究工作分为以下三个方面:(1)花瓣状磷灰石/金纳米粒子复合微球的制备及其催化性能研究。首先,利用溶胶-凝胶法制备含钙PVA二氧化硅杂化膜,将杂化膜浸泡模拟体液(SBF),仿生法生物矿化合成磷灰石,通过SEM表征显示,合成的磷灰石为花瓣状纳米片层结构微球,微球尺寸为0.83μm。将磷灰石微球浸泡在直径为10 nm的金纳米粒子(Au NPs)悬浊液中,进行吸附沉淀,通过X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等一系列表征结果显示,载Au NPs并不会破坏或改变磷灰石组分和结构。以硼氢化钠(NaBH4)与四硝基苯酚(4-NP)混合溶液作为催化对象,进行催化性能表征,紫外分光光谱(UV)图及动力学拟合曲线结果表明载金磷灰石微球具有良好的催化活性。(2)花瓣状磷灰石/金纳米粒子复合纤维的制备及其催化性能研究。为了改善磷灰石微球难以回收等弊端,通过静电纺丝技术与高温煅烧工艺制备了直径为486±60 nm的二氧化硅纤维(Silica NFs),利用仿生法生物矿化制备了磷灰石二氧化硅复合纳米纤维(Silica@apatite NFs),成功改善了磷灰石微球难回收的问题。通过SEM表征,发现Silica@apatite NFs表面为花瓣状纳米片层结构,在复合纤维上物理吸附直径为10 nm的Au NPs。以NaBH4与4-NP混合溶液作为催化对象,进行催化性能表征,UV谱图以及动力学拟合曲线结果显示载金磷灰石二氧化硅复合纳米纤维(Silica@apatite@Au NFs)具有良好的催化活性。(3)花瓣状磷灰石/银纳米粒子复合纤维的制备及其催化与抗菌性能研究。为了进一步探究花瓣状磷灰石对其他贵金属纳米粒子的负载性能,制备了载银磷灰石二氧化硅复合纳米纤维(Silica@apatite@Ag NFs),并对其催化性能和抗菌性能进行了表征。从UV谱图表征以及动力学拟合曲线结果显示Silica@apatite@Ag NFs具有极好的催化活性,仅在8 min时基本完成催化反应。以革兰氏阴性菌大肠杆菌与革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌作为抗菌对象,采用光密度法对细菌活性进行了定量分析,结果表明Silica@apatite@Ag NFs对两种细菌均具有良好的抗菌性能。
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