金屬納米催化劑能夠快速高效地處理多種水體污染,如重金屬污染和水中有機(jī)物的去除。金屬納米催化劑的制備方法及制備過程的影響因素對催化劑的形貌和性能具有很大的影響,因此尋找到恰當(dāng)?shù)闹苽浞椒ê头磻?yīng)條件對催化劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用具有重要意義。我們首次用希瓦氏菌（Shewanella loihica PV-4）制備粒徑小、活性高的鈀納米粒子。Pd（II）的還原發(fā)生于希瓦氏菌細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi),鈀納米粒子的尺寸在4-10 nm范圍內(nèi)。通過與無微生物參與的鈀納米粒子的粒徑（50-100 nm）對比發(fā)現(xiàn),生物法制備的鈀納米粒子具有相對較小的粒徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明高的Pd（II）濃度、弱酸性環(huán)境和高濃度甲酸鈉作為電子供體能夠加速鈀納米粒子的生產(chǎn)過程。這些結(jié)果證明了Shewanella loihica PV-4生產(chǎn)的鈀納米粒子的可行性,以及微生物的存在使鈀納米粒子具有更小的粒徑且不易發(fā)生團(tuán)聚。生物法制備的鈀納米催化劑被用來催化還原地下水中的六價(jià)鉻,并且無微生物參與制備的鈀催化劑被用作對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)結(jié)束時,生物法制備的鈀納米粒子對六價(jià)鉻的還原率（100%）比化學(xué)鈀（34.2±2.8%）更高,這證明生物法制備... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：博士

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技術(shù)路線

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文25Pd(II)（1mM）來制備鈀納米粒子。在不同時間節(jié)點(diǎn)取得的樣品的紫外可見光譜中發(fā)現(xiàn)，三天的反應(yīng)時間內(nèi)，Pd(II)的吸光度逐漸降低。同時溶液顏色從淺黃色逐漸變?yōu)闊o色透明，并伴有黑色粒子的出現(xiàn)（如圖2-1a所示）棕黃色溶液中的Pd(II)被微生物吸附或吸收，使溶液的吸光度下降。同時，在實(shí)驗(yàn)過程中，均勻的黑色粒子逐漸出現(xiàn)，意味著鈀粒子被微生物成功還原合成。并且黑色粒子能夠均勻細(xì)膩地分散于水溶液，證明生成的粒子粒徑較校隨著反應(yīng)進(jìn)行，溶液的吸光度峰位置發(fā)生偏移，本結(jié)果跟別人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致（Janaetal.,2000）。經(jīng)過72小時的反應(yīng)后，溶液中的Pd(II)還原率達(dá)到了94.10.7%，說明將72小時定為反應(yīng)周期十分合理。為了更加清晰直觀地理解整個制備過程，微生物參與制備的鈀納米粒子過程如圖2-1b所示。圖2-1Pd(II)還原反應(yīng)的(a)紫外可見光譜和反應(yīng)過程中的顏色變化及(b)反應(yīng)示意圖Figure2-1(a)UV-VisspectraofbiologicalPd(II)reductionandtheapparentcolorchangesofthePd(II)solutioninthepresenceofShewanellahoilicaPV-4and(b)thereactiondiagram通過觀察微生物的形貌和狀態(tài)，更容易理解ShewanellaloihicaPV-4還原Pd(II)制備鈀納米粒子的機(jī)理。之前的研究結(jié)果證明，微生物除了具有提供成核位點(diǎn)和晶體的架構(gòu)作用，微生物也具有一定的酶催化的作用（Yongetal.,2002b），重金屬離子在微生物細(xì)胞表面和細(xì)胞外的還原可以通過一系列的酶催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)（DeWindtetal.,2005a）。從透射電鏡圖（圖2-2a）中可以看出處于原始狀態(tài)的希瓦氏菌是光滑飽滿的棒狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)Pd(II)還原反應(yīng)結(jié)束后，大小適當(dāng)?shù)拟Z納米粒子分布在細(xì)菌表面（圖2-2b），說明生物還原鈀的過程可以發(fā)生在細(xì)胞表面。

第2章生物法制備鈀納米粒子及其性質(zhì)研究26掃描透射電鏡鈀元素分布圖展現(xiàn)出鈀納米粒子可以同時出現(xiàn)在微生物細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞表面（圖2-2b）。因此，可以得出的結(jié)論是以甲酸鈉作為電子供體，用ShewanellaloihicaPV-4生物法制備鈀納米粒子既能在細(xì)胞表面，也能在細(xì)胞內(nèi)部得到鈀納米粒子。但是目前還不清楚細(xì)胞內(nèi)部還原和細(xì)胞表面還原鈀兩者中哪一類還原起到主要作用。盡管之前的研究發(fā)現(xiàn)，在氫氣作為電子供體的條件下，Pd(II)在希瓦氏菌細(xì)胞外的還原起主導(dǎo)作用（Ngetal.,2013）。這可能是由于氫氣作為氣態(tài)電子供體，也能還原金屬離子，如Jiang等人曾報(bào)道的以氫氣為電子供體來進(jìn)行地下水中釩的還原和脫氮過程（Jiangetal.,2018）。但是氫氣作為氣體較難穿過微生物細(xì)胞發(fā)揮還原作用且容易發(fā)生逸散，因此難以被微生物直接吸收利用，所以對Pd(II)的還原僅發(fā)生在微生物表面。更多的鈀顆粒是由氫氣直接還原溶液中的Pd(II)得到的，而非通過微生物制備，其顆粒的粒徑較大，催化活性比微生物參與制備的鈀納米粒子低。本研究中應(yīng)用甲酸鈉作為電子供體，因其能夠溶解于反應(yīng)溶液中，從而更容易被微生物體吸收并利用，比氫氣更容易在微生物體內(nèi)發(fā)揮作用還原Pd(II)。圖2-2ShewanellaloihicaPV-4的形貌特征:(a)ShewanellaloihicaPV-4的透射電鏡圖片;(b)鈀在微生物表面和微生物橫截面分布Figure2-2Morphologyofmicroorganisms:(a)TEMofShewanellaloihicaPV-4;and(b)elementalmappingofPdonthecellsurfacesandlateralsliceofcells在本章內(nèi)容中包括Pd(II)初始濃度、溶液pH值、甲酸鈉用量和生物質(zhì)量在內(nèi)的影響因素對生物法制鈀的影響被詳細(xì)討論（圖2-3）。首先，如圖2-3a所示，Pd(II)的還原速率隨著初始Pd(II)濃度的增加而增加，這可能是由于反應(yīng)初期生成

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3337084