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生物分子模板仿生合成功能材料及其性能研究

作　者: 谷浩
导　师: 陶玉贵
学　校: 安徽工程大学
专　业: 微生物学
关键词: 仿生合成 SiO2杂化微球 吸附 片状β-MnO2 氧化降解 Pb2+印迹杂化膜
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


现代工业生产过程中会产生大量的工业废水,其中重金属废水和染料废水排放量较大,而且都具有很强的毒性,如果不采用适当的方法进行处理,会给自然环境甚至是人体健康带来很大的危害。因此,重金属废水和染料废水的治理就显得很重要。本文以生物分子为模板,分别制备了二氧化硅微球、二氧化硅杂化微球、片状β-MnO2和Pb2+印迹杂化膜,并对其吸附或催化性能进行了研究。以胱氨酸为模板,仿生合成二氧化硅微球。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、热重分析仪(TGA)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)以及X-射线衍射仪(XRD)对产物进行表征。FE-SEM、FT-IR表征结果显示Si02微球的形成过程为：在胱氨酸的模板分子作用下TEOS水解生成含有大量-NH2和-Si-OH的Si02杂化微球,该Si02杂化微球经600℃煅烧得到Si02微球；TGA表征结果显示Si02微球具有良好的热稳定性；XRD表征结果表明Si02微球为无定型结构。依据表征结果,进一步对二氧化硅微球的形成机理进行了探讨。以二氧化硅杂化微球为吸附剂,对其吸附Pb2+的行为进行了研究。分别考察了pH、吸附时间、Pb2+初始浓度以及温度对吸附的影响,利用响应面实验设计方法对pH、Pb2+初始浓度和温度三个条件进行了优化。结果显示,吸附动力学符合准二级动力学方程；吸附等温线试验结果用Langmuir吸附等温模型拟合效果优于Freundlich吸附等温模型；pH、Pb2+初始浓度和温度三个条件的最佳组合为pH4.2、Pb2+初始浓度86.7mg/L、温度60℃,在此条件下二氧化硅杂化微球对Pb2+的理论吸附率为88.2%。以L-酪氨酸为模板,仿生合成片状β-MnO2。对片状β-MnO2催化甲基橙氧化降解性能进行了研究,分别考察了反应时间、片状β-MnO2添加量、H202添加量、甲基橙初始浓度和pH对甲基橙氧化降解的影响,利用响应面实验设计方法对β-MnO2添加量、甲基橙初始浓度和pH三个条件进行了优化。结果显示β-MnO2添加量、甲基橙初始浓度和pH最佳组合为Mn02添加量25.2mg、甲基橙初始浓度9.1mg/L、pH4.0,在此条件下,甲基橙理论脱色率为96.93%。以壳聚糖为模板,制备了Pb2+印迹杂化膜。利用X-射线光电子能谱仪对Pb2+印迹杂化膜,通过竞争吸附试验研究了Pb2+印迹杂化膜对Pb2+的选择吸附性能。结果显示Pb2+印迹杂化膜对Pb2+的吸附能力高于对Cu2+和Zn2+的吸附能力,说明制备的Pb2+印迹杂化膜可以对Pb2+进行选择性吸附；XPS表征结果显示,Pb2+印迹杂化膜制备过程中Pb2+与-NH2结合在一起。对Pb2+印迹杂化膜选择性吸附Pb2+的机理进行了探讨。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-12
第1章 绪论  12-21
  1.1 生物矿化与仿生合成  12-13
    1.1.1 生物矿化与仿生合成简介  12
    1.1.2 生物矿物简介  12
    1.1.3 仿生合成的指导意义  12-13
  1.2 生物分子模板在仿生合成中的应用  13-16
    1.2.1 微生物细胞模板在仿生合成中的应用  13
    1.2.2 蛋白质模板在仿生合成中的应用  13-14
    1.2.3 多糖模板在仿生合成中的应用  14
    1.2.4 氨基酸模板在仿生合成中的应用  14-16
  1.3 仿生合成材料常用的表征手段  16-17
    1.3.1 扫描电镜  16
    1.3.2 透射电镜  16
    1.3.3 红外光谱  16-17
    1.3.4 X-射线粉末衍射  17
  1.4 仿生合成材料的应用  17-20
    1.4.1 在医用材料上的应用  17
    1.4.2 在石质文物保护上的应用  17-18
    1.4.3 作为载体的应用  18
    1.4.4 在工业废水处理中的应用  18-20
  1.5 本课题的研究意义及主要内容  20-21
第2章 胱氨酸模板下二氧化硅微球的仿生合成及其表征  21-29
  2.1 实验材料  21-22
    2.1.1 主要仪器  21
    2.1.2 主要试剂  21-22
  2.2 试验方法  22-23
    2.2.1 二氧化硅微球的仿生合成  22
    2.2.2 产物的表征  22-23
  2.3 结果与讨论  23-28
    2.3.1 二氧化硅微球表征  23-26
    2.3.2 SiO_2微球的形成机理探讨  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 二氧化硅杂化微球对水溶液中Pb~(2+)吸附行为的研究  29-40
  3.1 实验材料  29-30
    3.1.1 主要仪器  29
    3.1.2 主要试剂  29-30
  3.2 试验方法  30-31
    3.2.1 吸附试验  30
    3.2.2 吸附条件的优化  30-31
  3.3 结果与讨论  31-39
    3.3.1 Pb~(2+)标准曲线的绘制  31
    3.3.2 Pb~(2+)溶液初始pH对吸附的影响  31-32
    3.3.3 吸附动力学试验  32-34
    3.3.4 吸附等温线研究  34-36
    3.3.5 RSM法对吸附条件的优化  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 L-酪氨酸模板下片状β-MnO_2的仿生合成及其催化性能研究  40-55
  4.1 实验材料  40-41
    4.1.1 主要仪器  40-41
    4.1.2 主要试剂  41
  4.2 试验方法  41-42
    4.2.1 片状β-MnO_2的仿生合成  41
    4.2.2 产物的表征  41
    4.2.3 催化性能  41-42
  4.3 结果与讨论  42-53
    4.3.1 产物表征结果  42-44
    4.3.2 催化性能  44-53
  4.4 本章小结  53-55
第5章 壳聚糖模板下Pb~(2+)印迹杂化膜的合成及其吸附性能  55-61
  5.1 实验材料  55-56
    5.1.1 主要仪器  55-56
    5.1.2 主要试剂  56
  5.2 试验方法  56-57
    5.2.1 Pb~(2+)印迹杂化膜的制备  56
    5.2.2 选择性吸附试验  56
    5.2.3 表征手段及分析方法  56-57
  5.3 结果与讨论  57-60
    5.3.1 LIHF制备过程中Pb(Ac)_2·3H_2O添加量的选择  57
    5.3.2 选择性吸附试验  57-58
    5.3.3 XPS表征结果  58-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章 结论与展望  61-64
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 功能材料
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