Ag和Ag2S纳米复合材料的生物合成及其催化性能研究

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微生物合成纳米材料作为一种环境友好的绿色合成方法,具有反应条件温和、微生物来源广泛、且合成材料生物兼容性好等优点。细菌、真菌和酵母菌等已被广泛用于合成纳米材料,但多用于单体纳米材料的合成,而微生物合成纳米复合材料的研究鲜见报道。本文以一种革兰氏阴性菌—Shewanella oneidensis MR-1为生物还原剂,研究在载体表面原位合成Ag和Ag2S纳米复合材料,并探究其在环境有机污染物催化降解方面的应用,该研究主要内容和结果如下:(1)Ag/Fe304磁性复合材料的生物合成及其光催化性能研究S.oneidensis MR-1以Ag+为电子受体,在Fe304表面原位合成Ag/Fe3044复合材料。采用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、能量色散X射线光谱仪(Energy dispersive x-ray spectroscopy,EDX)、振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer,VSM)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对复合材料的特性进行表征,结果显示所合成的粒径约为15 nm的银纳米颗粒(Ag nanoparticles,Ag NPs),均匀地分布在Fe304表面。Ag/Fe304对亚甲基蓝(Methylene blue,MB)具有高的光催化性能,在50 min时催化效率达96.3%;当溶液的pH值为7,复合材料的浓度为0.3 g/L时,材料的催化活性最高;复合材料兼具Fe304的超顺磁性,在外加磁场作用下能快速从溶液中分离,回收利用便捷;6次循环试验后,其催化活性保持在90%左右。(2)Ag2S/TNTs纳米复合材料的生物合成及其催化降解性能研究S.oneidensis MR-1以Na2S2O3为电子受体,在二氧化钛纳米管(TiO2 nanotubes,TNTs)外管壁上原位合成Ag2S/TNTs纳米复合材料。复合材料以TEM、XPS、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和紫外可见漫反射分析仪(UV-Vis diffuse reflection spectroscopy,DRS)表征结果显示Ag2S NPs均匀分布在TNTs外管壁上,平均粒径为4.87±1.66 nm。通过调节前驱体中的Ag/Ti摩尔比实现了对Ag2S NPs在TNTs上负载量的调控,当Ag/Ti摩尔比为1/10时,以NaBH4为还原剂,Ag2S/TNTs催化降解对硝基苯酚(4-Nitrophenol,4-NP)的效率最高,反应时间为50 min时,还原效率达98.3%,反应符合一级动力学模型,反应常数为0.07992 min-1;复合材料表现出较高的循环稳定性,经8次循环其催化活性仍能保持在87%。窄带隙的Ag2S NPs使复合材料在可见光区具有较强的吸收性能,Ag2S/TNTs纳米复合材料在可见光的照射下能有效光催化降解4-NP,且反应符合一级动力学模型,反应常数为0.69 h-1。以S.oneidensis MR-1为生物还原剂成功合成了Ag和Ag2S纳米复合材料,该材料对环境污染物具有良好的催化降解性能及循环稳定性,实现了纳米材料的绿色合成和高效循环使用:研究结果为绿色合成纳米复合材料提供了一种行之有效的途径。
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