【摘要】：由于量子效應(yīng)對(duì)物質(zhì)性能和結(jié)構(gòu)的影響,納米材料往往具有特殊的理化性質(zhì),其在光學(xué)、催化化學(xué)及電子等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)上,納米材料通過(guò)物理和化學(xué)方法合成,但這些方法通常成本高,需要使用有毒試劑或產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物,容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。生物法合成納米材料可以避免有毒有害化學(xué)物質(zhì)的使用,并且在常溫常壓下進(jìn)行,具有成本低和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。本研究著眼于環(huán)境功能性納米材料的綠色合成與應(yīng)用,利用異化金屬還原菌的典型菌株:硫還原泥桿菌(Geobacter sulfurreducens)和奧奈達(dá)希瓦氏菌(Shewanella oneidensisMR-1)合成具有優(yōu)良催化活性的生物單金屬、雙金屬和磁性雙金屬納米顆粒并將其應(yīng)用于典型難降解污染物的處理;同時(shí)研究腐敗希瓦氏菌(Shewanella putrefcciens CN-32)分泌的胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)在含鐵礦物存在下對(duì)金屬離子的還原,取得的研究成果如下:利用 G.sulfurreducen 還原 Pd(Ⅱ)合成生物鈀(biogenic Pd(0),bio-Pd)。通過(guò)透射電鏡、能量色散X射線和X射線衍射等表征證實(shí)納米尺度的Pd(0)顆粒分布于細(xì)胞表面和細(xì)胞周質(zhì)中。增大生物量與鈀的質(zhì)量比以及添加蒽醌-2,6-二磺酸鹽(anthraquinone-2,6-disulfonate,AQDS)可以加快細(xì)胞還原 Pd(Ⅱ)的速率,有利于形成粒徑更小、數(shù)量更多且對(duì)Cr(Ⅵ)的催化還原能力更強(qiáng)的納米顆粒。用米氏方程描述Cr(Ⅵ)的比還原速率和初始Cr(Ⅵ)濃度之間的關(guān)系,經(jīng)計(jì)算Km和Vmax分別為891.3 μmol 1-1和3.6 μmol h-1 mg-1 bio-Pd。雙金屬納米材料往往具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。本研究利用S.oneidensis MR-1 合成 bio-Pd、生物鉑(biogenic Pt,bio-Pt)和生物鈀鉑(biogenic PdPt,bio-PdPt)。添加 AQDS可以提高細(xì)胞還原Pd(Ⅱ)或/和Pt(Ⅳ)的效率,促進(jìn)細(xì)胞合成粒徑更小的bio-PdQ、bio-PtQ和bio-PdPtQ。合成的六種納米顆粒均能催化硼氫化鈉還原4-硝基酚,其活性順序?yàn)?bio-PdPtQ～bio-PdPtbio-PdQbio-Pdbio-PtQ～bio-Pt。bio-PdPtQ 的催化活性最高,經(jīng)六次循環(huán)使用后4-硝基酚的還原率仍可達(dá)92%以上。針對(duì)納米材料普遍存在難以回收和重復(fù)使用的問(wèn)題,本研究利用S.oneidensis MR-1將無(wú)磁性的四方纖鐵礦轉(zhuǎn)化為有磁性的Fe304納米顆粒,并將其作為載體進(jìn)一步合成可磁性回收的Pd/Fe3O4、Au/Fe304和PdAu/Fe304。Fe304表面的胞外組分不僅參與磁鐵表面PdAu合金的形成,而且可以改變Fe304的形貌,將Fe304由顆粒狀轉(zhuǎn)化為桿狀。Pd/Fe304、Au/Fe304和PdAu/Fe304納米顆粒均能催化硼氫化鈉還原4-硝基酚,其表觀動(dòng)力學(xué)常數(shù)kapp分別為0.1671、0.0255和0.3282min-1。PdAu/Fe304的催化活性最高,經(jīng)八次循環(huán)使用后4-硝基酚的還原率仍可達(dá)87%以上。此外,合成的三種納米顆粒均可不同程度地催化硼氫化鈉對(duì)硝基苯、2-硝基甲苯、3-硝基甲苯、4-硝基甲苯、2-硝基酚、3-硝基酚和4-氯硝基苯的還原,其催化活性順序?yàn)?PdAu/Fe3O4Pd/Fe3O4Au/Fe3O4。微生物分泌的EPS能將多種金屬離子還原為相應(yīng)的金屬納米顆粒。S.putrefaciens CN-32分泌的緊密型胞外多聚物(bound-EPS,B-EPS)和松散型胞外多聚物(loosely-EPS,L-EPS)均可以將Ag+還原為Ag(0)納米顆粒。當(dāng)赤鐵礦納米顆粒(α-Fe2O3)存在時(shí),α-Fe2O3對(duì)不同EPS的吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,且對(duì)L-EPS的吸附量大于B-EPS。此外,α-Fe2O3納米顆粒促進(jìn)了 EPS對(duì)Ag+的還原,同時(shí)發(fā)現(xiàn)在α-Fe2O3表面形成的Ag(0)納米顆粒比游離在溶液中的粒徑大且含量高。X射線光電子能譜表明吸附于α-Fe2O3表面的EPS中半縮醛基團(tuán)起還原Ag+的主要作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X592;X172
【圖文】：

邐典型異化金屬還原菌及其胞外多聚物合成貴金屬納米顆粒的研宄邐逡逑ＭＲ－１首先制備出ＰｄＡｕ合金納米顆粒（ｂｉｏ－ＰｄＡｕ），在此基礎(chǔ)上添加石墨烯氧化物逡逑（ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ，邋Ｇ０），形成具有核／殼／殼結(jié)構(gòu)的細(xì)菌／ｂｉｏ－ＰｄＡｕ／還原氧化石墨q媯ǎ猓椋錚義希校洌粒酰潁澹洌酰悖澹溴澹牽襄澹ǎ潁牽希┥錟ぃㄍ跡保玻�，笍浿生五Uぴ謁嶁院圖钚蘊(yùn)跫露孕》腫佑謝義銜锏難躉從χ斜硐殖霰繞脹ɑВ校洌酶康牡绱呋钚院臀榷ㄐ裕郟矗保�。辶x�？ｂ逦ｓw義

本文編號(hào)：2798595