【摘要】：由于潛在的環(huán)境和生物化學(xué)方面的應(yīng)用,化學(xué)驅(qū)動的納米/微米尺寸的馬達(dá)受到越來越多的關(guān)注。微馬達(dá)(micromotor)由于可以自主運(yùn)動及其協(xié)同作用,可以提高溶液中物質(zhì)的微觀混合。面對日益嚴(yán)峻的水污染問題,吸附和光催化法被廣泛用于污水處理,但傳統(tǒng)的吸附光催化法只能靜止地吸附光催化降解污染物。目前模仿自然界存在的抗原-抗體反應(yīng)機(jī)理對模板分子實(shí)現(xiàn)特異性識別的分離分析技術(shù)分子印跡技術(shù)(molecular imprinted technology,MIT)也是靜止地印跡模板分子。我們將吸附光催化、分子印跡技術(shù)和微馬達(dá)結(jié)合起來以提高光催化和吸附效率。本論文主要研究內(nèi)容及結(jié)論:1、基于具有天然不對稱形態(tài)的脫脂棉,通過化學(xué)活化制備了多孔活性炭,利用微波法和水熱法制備了保留脫脂棉不對稱形態(tài)的Mn_3O_4/ZnO/ACF微馬達(dá),利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS、Uv-vis漫反射、TOC對Mn_3O_4/ZnO/ACF微馬達(dá)進(jìn)行表征和性能分析,結(jié)果表明制備了管徑約為10μm的基于脫脂棉形貌的微馬達(dá)。對于微馬達(dá)的運(yùn)動,使用光學(xué)顯微鏡Microscope N-300M捕獲視頻,并使用TSview軟件與數(shù)碼相機(jī)DC2000數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合來分析自主微馬達(dá)的速度。研究了微馬達(dá)對亞甲基藍(lán)的降解性能。研究了不同水熱溫度制備的樣品對微馬達(dá)降解性能的影響,結(jié)果表明當(dāng)水熱溫度為160℃制備的樣品對亞甲基藍(lán)的降解率最高。此外研究了不同濃度的過氧化氫溶液中,由Mn_3O_4分解雙氧水產(chǎn)生氣泡驅(qū)動的微馬達(dá)的運(yùn)動速度及其運(yùn)動效率,當(dāng)過氧化氫的濃度由3%提高到7%,微米馬達(dá)的運(yùn)動速度隨著過氧化氫濃度的增加而增加,其運(yùn)動速度由81.78±11.25μm s~(-1)增加至198.14±19.86μm s~(-1)。最后對比了靜止和運(yùn)動狀態(tài)下微馬達(dá)對亞甲基藍(lán)的降解效率,運(yùn)動狀態(tài)下微馬達(dá)的降解效率大約是靜止?fàn)顟B(tài)下降解效率的2倍。2、基于木棉的天然不對稱管狀形貌,以木棉作為載體單端負(fù)載MnO_2形成MnO_2木棉管微馬達(dá),通過水熱法在微馬達(dá)表面負(fù)載氨基化Fe_3O_4并以牛血紅蛋白為模板蛋白對其進(jìn)行分子印跡制備磁性印跡微馬達(dá)。通過XRD、SEM、TEM、IR對磁性印跡微馬達(dá)的物相和形貌等進(jìn)行表征,結(jié)果表明分子印跡后的微馬達(dá)保持了木棉天然的不對稱形貌且在微馬達(dá)表面引入磁性物質(zhì)并進(jìn)行了牛血紅蛋白印跡。由不對稱分布的MnO_2作為催化劑催化分解H_2O_2產(chǎn)生氣泡推動磁性印跡微馬達(dá)運(yùn)動。研究磁性印跡微馬達(dá)對于牛血紅蛋白的吸附性能,通過改變功能單體的添加量得到最佳的印跡條件:V_(APTES)=V_(OTMS)=60μL。制備的磁性印跡微馬達(dá)在靜止?fàn)顟B(tài)下在0.6 h達(dá)到吸附平衡,對牛血紅蛋白的最大吸附量為35.72 mg g~(-1),對吸附過程進(jìn)行擬合表明吸附過程符合偽二級動力學(xué)模型和Langmiur模型,對牛血紅蛋白的吸附是在微馬達(dá)印跡表層的單層化學(xué)吸附。通過在牛血紅蛋白溶液中加入少量的H_2O_2實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)的運(yùn)動,運(yùn)動狀態(tài)下的磁性印跡微馬達(dá)對于牛血紅蛋白的吸附速率明顯提高。由于引入磁性物質(zhì)可以將磁性印跡微馬達(dá)進(jìn)行回收,經(jīng)過NaOH溶液對印跡蛋白進(jìn)行洗脫,磁性印跡微馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。
【圖文】：

生能量帶來的靈感，制造了納米或微米級尺寸的馬達(dá)，使其境中的能量轉(zhuǎn)化為動能，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動。達(dá)的驅(qū)動機(jī)制散電泳機(jī)制2]通過半邊蒸鍍將Au包覆在TiO2微球上（如圖1.1所示），當(dāng)紫TiO2價(jià)帶上的電子受激發(fā)會發(fā)生躍遷，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)成為了一個(gè)“電子接收器”。由于金的導(dǎo)電作用，電子轉(zhuǎn)移空穴復(fù)合的概率。TiO2的價(jià)帶上由于電子的躍遷而留下空穴氧化，產(chǎn)生H+：2H2O+4h+ O2+4H+；由于Au導(dǎo)電，H+轉(zhuǎn)在半邊涂覆Au的表面產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)就會造成表面的電氫離子流，由于H+的自擴(kuò)散電泳推動微馬達(dá)陰陽球的運(yùn)動

5可以觀察到大量的氣泡。圖1.2 氣泡驅(qū)動微馬達(dá)示意圖[30]此外，利用很多的外部刺激，，如磁場[32,33]、電場[34,35]、超聲波[36,37]等可以實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)的推進(jìn)。1.3.2 微米馬達(dá)的運(yùn)動控制微米馬達(dá)可以將環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)化為動能實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動。但若將其應(yīng)用于較為復(fù)雜的環(huán)境中，則有必要對其的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)控制，如運(yùn)動方向，運(yùn)動速度以及“啟動/停止”的控制等。1.3.2.1 磁控制將藥物封裝在膠囊中到達(dá)指定位置再釋放，要求微米馬達(dá)不僅可以自主運(yùn)動而且要改變其運(yùn)動狀態(tài)。微馬達(dá)運(yùn)動方向的控制對于微馬達(dá)的實(shí)際應(yīng)用具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。Dong等人[22]在TiO2表面先半邊涂覆Ni再蒸鍍上Au，由于Ni是具有磁性的，因此在外界是加一個(gè)磁場即可實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)運(yùn)動方向的改變。Wu等人[38]制備了Janus陰陽膠囊微馬達(dá)，沉積Au前蒸鍍上一層厚度為5 nm的Ni層。在0.02 T的外界磁場作用下，通過參照物的對比可知
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.3;O631.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2672155