生物分子模板仿生合成功能材料及其性能研究

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1、生物分子模板仿生合成功能材料及其性能研究生物分子模板仿生合成功能材料及其性能研究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

2、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

3、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

4、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

5、膜选择性吸附Pb2+的机理进行了探讨。摘要5-7ABSTRACT7-10目录10-12第1章绪论12-211.1生物矿化与仿生合成12-131.1.1生物矿化与仿生合成简介121.1.2生物矿物简介121.1.3仿生合成的指导意义12-131.2生物分子模板在仿生合成中的应用13-161.2.1微生物细胞模板在仿生合成中的应用131.2.2蛋白质模板在仿生合成中的应用13-141.2.3多糖模板在仿生合成中的应用141.2.4氨基酸模板在仿生合成中的应用14-161.3仿生合成材料常用的表征手段16-171.3.1扫描电镜161.3.2透射电镜161.3.3红外光谱16-

6、171.3.4X-射线粉末衍射171.4仿生合成材料的应用17-201.4.1在医用材料上的应用171.4.2在石质文物保护上的应用17-181.4.3作为载体的应用181.4.4在工业废水处理中的应用18-201.5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21-292.1实验材料21-222.1.1主要仪器212.1.2主要试剂21-222.2试验方法22-232.2.1二氧化硅微球的仿生合成222.2.2产物的表征22-232.3结果与讨论23-282.3.1二氧化硅微球表征23-262.3.2SiO_2微球的形成机理探讨2

7、6-282.4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29-403.1实验材料29-303.1.1主要仪器293.1.2主要试剂29-303.2试验方法30-313.2.1吸附试验303.2.2吸附条件的优化30-313.3结果与讨论31-393.3.1Pb~(2+)标准曲线的绘制313.3.2Pb~(2+)溶液初始pH对吸附的影响31-323.3.3吸附动力学试验32-343.3.4吸附等温线研究34-363.3.5RSM法对吸附条件的优化36-393.4本章小结39-40第4章L-酪氨