聚噻吩改性纳米二硫化钼的制备及光催化杀菌性能研究

来源 :安徽大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edison2920
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
通过水传播感染性疾病的问题日益严重,尤其是在发展中国家,每年有数百万人死于水传播疾病。大肠杆菌(E.coli)是水生细菌病原体,这种细菌也称为指示生物,可用于反映水源中的病原体水平。大肠杆菌被认为是导致急性腹泻和血液性腹泻的病原体,会引起严重的健康问题,例如血流感染、中枢神经系统疾病、腹膜炎、结肠炎和菌血症等。传统的杀菌方法比如使用紫外线和用二氧化氯等可用于去除病原体,但是,这些大多数都会消耗大量化学药品或能源,并且会导致水环境的二次污染。近期,借助半导体材料在可见光照射下产生活性氧(ROS)来破坏水溶液中的病原体被认为是一种最优的方法。纳米二硫化钼(MoS2)由于其合适的带隙和良好的的稳定性而备受注目。MoS2具有独特的结构,在边缘处有Mo和S的不饱和原子,在光催化过程中可以提供有利的边缘活性。然而,由于光生电子-空穴的快速重组使得纯纳米MoS2光催化效率有限。此外,MoS2纳米片在水中易团聚,而且其表面呈电负性,导致细菌与纳米片的亲和力不足,从而影响其抗菌效率。易于聚合,良好的稳定性、较强的光吸收能力和低成本等特点使得共轭聚噻吩(PTh)成为最具潜力的导电聚合物之一。本论文中,首先对纳米MoS2的结构与性能进行了系统的研究,然后将PTh修饰到MoS2纳米片上来提高了其对可见光的吸收能力,并有效抑制了光生e--h+的重组。进一步地,设计了一种水溶性阳离子共轭聚噻吩(PTh M)并将其修饰到MoS2纳米片上,这种方法在提高MoS2纳米片光催化活性的同时增强了其与大肠杆菌的亲和力,大大提高了MoS2纳米片的光致杀菌效率。具体实验内容如下:(1)采用超声(US-MoS2)、水热(HY-MoS2)、离子插层(IN-MoS2)三种不同方法制备了纳米MoS2。通过SEM、TEM、XRD等测试方法表征了各种纳米MoS2的结构及形貌。以大肠杆菌为生物模型研究了三种纳米MoS2在可见光照射下的抗菌性能,为了确定影响MoS2光诱导抗菌性能的因素,系统地比较了通过不同方法制备的MoS2的形貌、结构和光致杀菌性能。结果表明,与US-MoS2和HY-MoS2相比,IN-MoS2具有更高的金属相含量、更好的光响应性和更小的尺寸。基于捕捉剂实验和ESR测试结果,本论文提出了一种可能的抗菌机理。(2)采用超声搅拌法制备了PTh/MoS2复合纳米抗菌剂,通过SEM、TEM、XRD等测试方法表征了PTh/MoS2的结构及形貌。经PTh改性后的MoS2光照90min后的抗菌效率可达到99%。进一步地研究了不同修饰程度下复合纳米抗菌剂的光致杀菌性能,结果表明其负载量为1 wt%时,复合纳米抗菌剂的抗菌性能最佳。同时,通过捕捉剂实验和ESR测试研究了PTh/MoS2的光致杀菌机理,结果表明PTh修饰后降低了e--h+的重组率,从而产生更多的ROS,因此提高了MoS2的光致杀菌性能。(3)首先以3-溴-4-甲基噻吩为原料通过有机合成逐步制备了PTh M,然后通过超声搅拌法制备了PTh M/MoS2复合纳米抗菌剂,通过SEM、TEM、XRD等测试方法表征了PTh M/MoS2的结构及形貌。结果表明,经PTh M修饰后的MoS2光照60min后的抗菌效率可达到99%,表明PTh M的修饰大大提高了纳米MoS2的光致杀菌效率,推测是由于PTh M的修饰大幅增加了MoS2与细菌的亲和性。捕捉剂实验和ESR测试表明PTh M的修饰也降低了电子-空穴的复合几率从而提高了MoS2的光致杀菌性能。
其他文献
纳米材料通常是指纳米尺寸小于100 nm的材料,纳米材料具有比表面积大、表面能高等特征,这增大了与其他分子相互作用的机会和能力,因此,纳米材料具备着强大的潜在应用价值。例如,金属纳米材料可以具有抗癌、抗菌、催化、磁和光学活性。量子点是一种具有量子限域作用,粒径小于或接近激子玻尔半径,主要由Ⅱ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅳ族元素构成的半导体纳米材料。近几十年来发展起来的纳米科学研究及其应用,对许多信息技术、能源、环
能源危机和环境污染已成为当今世界各国面临的严峻挑战,寻求绿色可持续的新能源是解决这一问题的重要举措。太阳能因其普遍、易得广受关注。将太阳能转化为电能和化学能是能源领域的研究热点,其中半导体材料一直是能量转换的核心。以纳米TiO2为基底的复合材料在太阳能电池、光催化降解污染物、裂解水产氢方面具有优异的表现。其中,一维TiO2纳米棒阵列(TNR)因其自身密集有序的结构在诸多形貌中备受关注。本文中采用水
多氯联苯醚(Polychlorinated diphenyl ethers,PCDEs)是一类潜在的卤代POPs物质,分布在多种环境样品中。但现在缺乏PCDEs在水生生物中富集特征和毒性效应的相关研究。本研究以PCDEs为研究对象,斑马鱼为模式生物,进行这两方面的研究。在实验室进行模拟,主要研究内容及结果如下:(1)研究了12种PCDEs同系物在斑马鱼体内的急性毒性效应。在本实验中,斑马鱼死亡率随
目前工业的快速发展,带来经济效益的提高、国家的进步的同时,也给生态环境造成了重度污染。一般污染物容易处理降解,而有些污染物是难以进行无害化处理的,例如重金属离子和偶氮类染料污染的处理既存在降解不完全后产生二次污染,又有需要消耗较高成本等问题。随着环境治理的深入研究,研究人员逐渐开发出生物修复法,因其具有环境友好型而优于传统物理化学法,并且成本降低,无二次污染等优势。相关研究结果表明,利用微生物对污
我国是世界煤炭资源最丰富的国家之一,长期的采煤活动导致了地表形态、气候、生物等发生变化。淮南是我国重要的煤炭基地,煤炭开采导致了大面积地下采空区的形成,因淮南地处高潜水位地区,所以地表沉陷的区域产生了大面积积水,形成了采煤沉陷积水区。原有的陆生生态系统在积水区形成后转变为湿地生态系统。因此,对沉陷湿地土壤、沉积物和上覆水的理化性质、重金属等指标时空分布特征进行研究,构建生态系统健康评价体系等问题具
城市污水处理因碳源不足而影响了总氮去除效率,办法之一就是添加碳源以增加污水中碳氮比,但液态碳源(如葡萄糖)和固体碳源(如聚己内酯)价格昂贵。核桃壳作为农用林业废弃物的一种典型类型,具有丰富的木质纤维素生物质,将其制备为水热炭可作为一种有前途低成本的提高污水处理厂中微生物脱氮效率的碳源。在本研究中,我们通过研究水热碳化(Hydrothermal carbonization,HTC)温度、时间、加热速
对绿色清洁能源的日益渐增的需求推动了新型能源的探索,其中热电转换技术已成为一种非常有前途的解决办法,因为热电材料作为一种先进的新型功能材料,具有直接将热量转化为电能的能力,用该种材料制成的热电器件具有绿色环保、工作寿命长、稳定性好等优点。目前,发现的热电材料的种类繁多,其中硫族化合物是一类成本相对较低、环境友好、热电性能相对稳定的热电材料。Cu3SbSe3和AgSbSe2是硫族化合物中的两个典范,
近年来,染料的使用在日常生活中愈加频繁。然而,染料的广泛使用对环境中的水体造成了污染。其中,孔雀石绿由于其高效的杀菌性,一度被广泛利用在渔业生产中,这对环境水体造成了巨大的负担。与此同时,具有良好吸附量、快吸附速率的吸附材料得到越来越多的关注,纳米颗粒由于其高比表面积,常作为高效的吸附剂来使用,如Se-NPs、纳米ZnO和AgNPs等。然而,纳米颗粒现有制备方法常存在环境污染大、高成本、反应条件严
金属纳米团簇作为一种新型纳米材料,在生物传感、催化、药物缓释、分子机器、智能材料等领域表现出巨大的应用潜能。金属纳米团簇的性质往往受到尺寸、形貌、组分的影响。其中尺寸控制是实验上调控金属纳米团簇性质的常用手段。目前已报道的原子精确的团簇之间的尺寸演变及转化的案例为探究团簇的结构性能关系提供了一个有力平台。目前,实验上发现了多个系列的1D/2D/3D尺寸演变案例,这些案例中往往由某个确定的基本模块,
在环境污染和能源危机的压力下,迫切需要开发清洁能源来解决环境污染问题,以保证人类社会的可持续发展。H2具有绿色可再生能源的所有优势,是化石燃料最有希望的环保替代品。使用光催化剂分解水产氢是当前生产氢能技术中更具绿色环保优势的手段。因此,开发能高效分解水的催化剂至关重要。氧化石墨烯(GO)由于较大的比表面积、优异的载流子迁移速率和较强的吸附能力,有助于半导体产生的光生电荷快速转移,是一种光催化剂理想