纳米金属氧化物/酵母菌复合材料的制备及其亚甲基蓝废水处理研究

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随着经济的迅速发展,未经处理的染料废水被大量排放,由此引起的水环境污染问题已成为世界各国普遍关注的热点。若染料废水一旦排入水体,水体的透光性及溶解度受到一定程度影响,生态系统将被破坏,并对人体造成危害,甚至致癌。因此,如何处理染料废水是至关重要的。酵母菌作为一种来源广泛、廉价易得、安全实用的工业微生物已被广泛应用于废水研究处理中。研究显示酵母细胞壁中所含有机官能团在吸附过程中具有重要作用。然而由于酵母细胞表面官能团种类单一且数量有限,其废水处理能力相对较差。因此寻找各种改性、修饰等方法来增加酵母菌表面官能团数量,从而提升其废水处理能力成为现代研究热点。为此,本文探索研究制备了纳米铁酸锌/氧化锌/酵母菌复合物(ZnFe2O4/ZnO/Y)、纳米α-Fe2O3@羧基功能化酵母菌复合物(α-F@CFYC),并将所制备的两种复合材料应用于模拟染料废水——亚甲基蓝的处理研究中,主要包括以下内容:(1)以酵母菌为载体材料,醋酸锌(Zn(CH3COO)2)、三氯化铁(FeCl3·6H2O)为前驱体,通过―碱性低温水热法‖合成纳米铁酸锌/氧化锌/酵母菌复合物(ZnFe2O4/ZnO/Y)。运用一系列表征方法对纳米ZnFe2O4/ZnO/Y复合物进行测试分析,如扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X-射线光电子能谱分析(XPS)。结果显示,碱性低温水热法制备出的纳米金属氧化物/酵母菌复合材料不仅使酵母菌表面暴露出大量有机官能团,而且ZnFe2O4和ZnO纳米粒子成功原位生长在酵母菌表面;模拟亚甲基蓝染料废水吸附测试结果表明,由于ZnFe2O4、ZnO纳米粒子和酵母菌表面暴露官能团的协同效应,纳米ZnFe2O4/ZnO/Y复合物拥有比原始酵母菌更好的吸附性能。另外,因为复合吸附材料表面的纳米ZnFe2O4所具有良好的超顺磁性,因此纳米ZnFe2O4/ZnO/Y复合物展现出良好的可重复回收性能。(2)以酵母菌为载体材料,高铁酸钾(K2FeO4)作为强氧化剂,通过―一锅法‖成功制备具有高吸附/Fenton催化性能的纳米α-Fe2O3@羧基功能化酵母菌复合物(α-F@CFYC)。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X-射线光电子能谱分析(XPS)等表征分析得出在水溶液中通过利用K2FeO4直接氧化酵母菌不仅使其表面成功负载a-Fe2O3纳米粒子,而且引入/暴露了更多的官能团,这将有利于提高纳米α-F@CFYC复合材料对亚甲基蓝溶液的吸附及Fenton催化降解性能。
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