生物质分级构造氧化物,是将自然界中生物质的分级构造多孔结构,与人工合成的氧化物化学组分耦合制得的功能材料。对生物质分级构造氧化物的已有研究主要集中在其性能的潜在应用上,而对这种新型功能材料所涉及的各种机理的研究报道还相对较少。由于生物质分级构造氧化物本身的分级构造多孔结构具备潜在的很强的吸附性能,作为一种潜在的新型吸附剂,可将其应用于水中的染料去除和病菌去除之中。另一方面,对这种新型吸附剂的机理进行探究也会辅助其它新型吸附剂的研发,但目前还没有生物质分级构造氧化物的相关吸附机理的研究报道。生物质分级构造氧化物由于其自身独特的分级构造多孔结构,其吸附规律会有别于其它材料,而对其吸附机理进行探究又会进一步推动其它新型功能材料的开发和研制。本论文分别以稻壳和树叶作为生物模板,制备合成了一系列生物质分级构造氧化物,更进一步地对各种制备产物的吸附规律和机理机制进行了系统的研究,最后将产物用于在水中的染料与细菌去除。本论文的研究工作,有效地揭示了材料的吸附规律同其染料与细菌去除性能之间的关系,进而可以为新型细菌去除功能材料的开发提供参考和借鉴。本论文主要的研究结果如下:1.以稻壳为模板制备复合组分的生物质分级构造氧化物的吸附机理及其除菌性能:(1)阐述了生物质分级构造氧化物具备多分子层吸附机制的必要条件是需要样品具备大量的能够满足第二次的微结构吸附作用的孔。(2)提出并印证了基于样品荷负电染料吸附结果判断其细菌物理去除性能的方法,即当样品对荷负电染料吸附效果越好时,样品的细菌物理去除性能越出色,结果如下:样品对达旦黄的吸附效果中SiO2速率最慢,作为对比,TiO2约为SiO2的2.74倍,BH-TiO2/SiO2约为SiO2的5.53倍,稻壳模板活性炭约为SiO2的3.47倍;而样品细菌物理去除的结果中SiO2对细菌的物理去除效果依然最差,作为对比,TiO2约为SiO2的3.83倍,BH-TiO2/SiO2约为SiO2的6.07倍,稻壳模板活性炭约为SiO2的4.45倍。该方法对于快速检测新型功能材料的物理除菌性能有一定的参考借鉴意义。(3)提出了增强除菌性能的影响因素的模型,当将化学组分与分级构造多孔结构效果耦合时,比起只考虑其中一种增强效果的情况,样品的细菌物理去除性能要提高约96%效果;样品的抑菌性能要提高约2.16倍效果;样品在可见光下的杀菌性能要提高约90%效果。该模型对于开发新型除菌功能材料有一定的指导作用。2.以稻壳为模板制备复合组分的生物质分级构造氧化物的吸附作用对光催化性能的影响:(1)选定的四种煅烧温度制备得到的产物的吸光度性能、催化性能、吸附性能和光催化等性能都比较接近。(2)制备的产物依次应用于染料吸附和染料光催化降解的性能测试,就染料去除效果而言,在紫外光源条件下各个样品的光催化降解作用更突出,而在可见光光源条件下时各个样品的吸附作用更突出,结果如下:使用40mg各种吸附剂时,各煅烧温度的bh-tio2/sio2在一小时吸附作用时间后的染料去除率平均约为11.3%,而tio2约为7.3%;而使用100mg各种吸附剂时,各煅烧温度的bh-tio2/sio2平均约为84.9%,而tio2约为23.5%。使用40mg各种光催化剂在紫外线和可见光共同作用下时,各煅烧温度的bh-tio2/sio2在一小时光催化作用时间后的染料去除率平均约为94.9%,而tio2约为81.7%;而使用100mg各种光催化剂仅在可见光作用下时,各煅烧温度的bh-tio2/sio2平均约为58.8%,而tio2约为14.1%。3.以稻壳为模板制备等电点改性的复合组分的生物质分级构造氧化物及其吸附规律:(1)利用高等电点mgo化学组分对低等电点sio2化学组分进行等电点改性制备得到了复合化学组分的在水中带正电荷的bh-mgo/sio2,而未经改性的sio2样品在水中带负电荷。未经改性的样品更善于吸附荷正电的亚甲基蓝染料,而经过改性的样品更善于吸附荷负电的达旦黄染料。应用于吸附测试可以发现:对比一小时吸附作用时间后的各种不同浓度的亚甲基蓝的染料去除率,bh-mgo/sio2平均约为36.3%,而作对比的sio2约为86%;而对比一小时吸附作用时间后的各种不同浓度的达旦黄的染料去除率,bh-mgo/sio2平均约为93.1%,而作对比的sio2约为9.5%。(2)bh-mgo/sio2对两种染料的吸附都更接近拟二阶吸附动力学的长效作用机制,均属于单分子层吸附机制。但当吸附剂与吸附质所带电荷不同时,吸附剂的吸附效果会得到显著增强,吸附机制为单分子层吸附类型中更为高效的langmuir吸附,而不是相对低效的freundlich吸附。4.以樟树叶为模板制备的生物质分级构造氧化物的吸附机理及其除菌性能:(1)制备得到的各样品的吸附性能均随着制备过程中煅烧温度的增加而下降。(2)对于吸附荷负电性质的达旦黄染料来说,树叶模板mgo是flory-huggins多分子层吸附机制,不同于无模板mgo的langmuir和树叶模板活性炭粉末的freundlich单分子层吸附机制,原因在于树叶模板mgo满足生物质分级构造氧化物多分子层吸附机制的必要条件,即其拥有足量的广尺度孔径分布的孔。(3)当样品的负电荷染料吸附能力越强时,其细菌物理去除能力也越强。从样品对达旦黄的吸附效果来看,树叶模板活性炭速率最慢,作为对比,树叶模板mgo约为树叶模板活性炭的12.94倍,无模板mgo约为树叶模板活性炭的3.55倍;而从样品对细菌物理去除的效果来看,树叶模板活性炭效果最差,作为对比,树叶模板mgo约为树叶模板活性炭的2.7倍,无模板mgo约为树叶模板活性炭的2.26倍。本论文的研究对于开发新型除菌功能材料有着重要的指导作用,同时完善了对生物质分级构造氧化物的吸附规律的研究。