介孔白炭黑粉體的微生物催化合成及表征.pdf

1、本文首先對(duì)介孔材料、生物礦化技術(shù)和微生物仿生合成等學(xué)科進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,在此基礎(chǔ)上對(duì)白炭黑材料的研究和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,并分析了利用微生物作為模板礦化合成介孔白炭黑粉體材料的可行性,將“酶催化”理論引入到介孔白炭黑材料的合成當(dāng)中,提出了以天然酵母活體細(xì)胞為“微反應(yīng)器”,利用其自身的生物活性礦化合成介孔白炭黑的新思路。
　　 選用酵母細(xì)胞為模板,通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),選擇不同的合成條件,以合成樣品的BET比表面積和DBP吸油值為優(yōu)化

2、目標(biāo)參數(shù),選擇最優(yōu)的合成條件。結(jié)果表明,當(dāng)煅燒溫度為550℃,酵母細(xì)胞的用量為2％(wt％),水玻璃體積濃度為15％,硫酸濃度為0.15 mol/L,pH值為9時(shí),合成樣品的BET比表面積和DBP吸油值的綜合性能均能達(dá)到最佳狀態(tài),以此作為本實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件。之后,對(duì)合成的白炭黑材料進(jìn)行了XRD、TEM、氮?dú)馕矫摳?、紅外光譜等測(cè)試分析,并與沒(méi)有添加酵母模板的合成樣品進(jìn)行了對(duì)比,測(cè)試及對(duì)比結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)中加入酵母模板后,合成樣品的各項(xiàng)性

3、能均好于空白樣品,通過(guò)TEM的形貌分析可以明顯地觀察到介孔的存在,并呈現(xiàn)出無(wú)序的蜂窩狀結(jié)構(gòu),這一結(jié)果也通過(guò)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試得以驗(yàn)證,合成樣品的吸附等溫線顯示樣品為典型的介孔材料,并且滯后環(huán)為H2型,其孔形狀類似于“墨水瓶”,其比表面積為443.18 m2g-1,平均孔徑為6.24 nm。在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),深入研究了熱處理溫度、水玻璃濃度、pH值等實(shí)驗(yàn)因素對(duì)介孔白炭黑的影響情況,結(jié)果表明,合成樣品的BET比表面積和DBP吸油

4、值隨著熱處理溫度的升高、水玻璃濃度的變大、pH值的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),這也與正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相吻合,從而進(jìn)一步證明之前所選擇的最佳工藝條件是合理的。
　　 在成功制備介孔白炭黑粉體的基礎(chǔ)上對(duì)其吸附性能和熒光性能進(jìn)行了研究。通過(guò)測(cè)定溶液的吸光度,分別計(jì)算了介孔白炭黑固定α-淀粉酶的固定化率和吸附亞甲基藍(lán)的吸附率,研究表明,經(jīng)過(guò)24h之后α-淀粉酶在介孔白炭黑材料上的固定化率可達(dá)到80％以上,經(jīng)過(guò)120 min之后對(duì)亞甲基藍(lán)的

5、吸附率可達(dá)到96％以上,兩者均顯示出白炭黑優(yōu)良的吸附性能；另外,利用熒光分光光度計(jì)和熒光顯微鏡對(duì)其發(fā)光性能進(jìn)行了測(cè)試,并簡(jiǎn)單探討了其發(fā)光機(jī)理。
　　 利用熒光顯微鏡對(duì)酵母細(xì)胞在礦化過(guò)程中的超分子自組裝進(jìn)行了研究,利用高分辨透射電鏡對(duì)SiO2與酵母細(xì)胞內(nèi)部的無(wú)定形碳等有機(jī)物質(zhì)的結(jié)合情況進(jìn)行分析,并解釋了礦化過(guò)程中的晶體成核、生長(zhǎng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,利用示意圖的形式對(duì)酵母細(xì)胞的礦化過(guò)程進(jìn)行了模擬分析,并提出了礦化機(jī)理。