微纳多层次管状马达的制备及其应用

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吸附法是一种应用广泛的污水处理方法。但传统的吸附剂吸附效率不够高,并且不具有选择性。我们通过将微米马达与分子印迹技术相结合,制备既高效又具有选择性的吸附剂材料。酶催化氧化是一种有效的污水处理方法。但游离酶易失活,稳定性差,难以回收再利用。固定化酶技术可以有效地解决这个问题。我们将固定化酶技术与微米马达相结合,制备了高活性的固定化酶微马达。具体的研究工作从以下两部分展开。1、采用天然木棉为生物模板,成功制备出分子印迹聚合物微马达(MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达),对其进行XRD、SEM、EDS-mapping、TEM、FT-IR、N2吸附-脱附和TG-DTA等测试分析。结果显示,MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达保留了木棉的中空管状不对称结构,表面负载着MgAl-LDH纳米片和超薄分子印迹膜,具有微纳多层次结构,比表面积达到211.9 m2 g-1,吸附活性位点多。研究了MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达对多西环素的吸附性能。结果表明,在没有H2O2的环境中,MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达吸附72 h后达到吸附平衡,对多西环素的最大吸附量为209.33 mg g-1;在2%的H2O2环境中,MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达仅吸附7 h就达到吸附平衡,并且最大吸附量达到224.23 mg g-1,因此,微马达的设计,大大提高了吸附剂的吸附效率。此外,MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达对多西环素的吸附还具有良好的特异性和重复性。最后研究了MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达的运动性能,在一定范围内,随着H2O2浓度的增加,马达速度增大,当H2O2浓度为10%时,马达速度达到197.86μm s-1。对MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达加磁后,磁性MIPs-MgAl-LDH/Mn3O4微马达吸附性能几乎不受影响,具有良好的磁控特性和回收再利用的性能。2、以木棉为生物模板分别成功合成ZIF-67/MoS2固定化漆酶磁性微马达和ZIF-67/NiAl-LDH固定化辣根过氧化物酶磁性微马达。对合成试样的微观形貌和物理性能进行了测试和分析。结果显示,两种固定化酶磁性微马达都完整保留了木棉的中空管状结构,表面负载着MoS2纳米片/NiAl-LDH纳米片和菱形十二面体的ZIF-67,透射图显示ZIF-67中成功包覆上了酶,整个材料具有微纳多层次结构,ZIF-67/MoS2固定化漆酶磁性微马达和ZIF-67/NiAl-LDH固定化辣根过氧化物酶磁性微马达的比表面积分别达到511.6 m2 g-1和499.4 m2 g-1。研究了两种固定化酶磁性微马达的酶学性质。结果表明,当漆酶制备加入量为5 mg时其比活力和活力回收率最高,分别为27840 IU/g和376.2%。固定化漆酶磁性微马达的最佳pH值为4,最佳温度为40℃。具有良好的pH稳定性、温度稳定性和重复使用性。当辣根过氧化物酶制备加入量为10 mg时其酶活性和酶活性保留值最高,分别为456.82和72.21%。固定化辣根过氧化物酶磁性微马达的最佳pH值为7,具有良好的重复使用性。最后研究了两种固定化酶磁性微马达的运动性能,ZIF-67/MoS2固定化漆酶磁性微马达和ZIF-67/NiAl-LDH固定化辣根过氧化物酶磁性微马达都具有良好的运动性能和磁控特性,可以实现高效降解污染物和磁回收再利用。
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