Page 99 - 《精细化工》2021年第3期
P. 99

第 3 期               宋   鸽，等:  基于微生物和纳米 TiO 2 的双负载核壳水凝胶的制备及性能                             ·519·


                                                        [1]
                 水凝胶是一种具有 3D 空间结构的高分子材料 ，                      SUPRA 型 X 射线光电子能谱仪，英国 Kratos 公司；
                                                       [5]
                                          [4]
            具有比表面积大        [2-3] 、载体强度高 、可控性高 等                LSM800 型激光共聚焦荧光显微镜，德国 Carl Zeiss
                                                     [6]
            优异性能，在废水处理领域常作为吸附材料 和固                             AG 公司；D/Max-3c 型 X 射线衍射仪，日本 Rigaku
                             [7]
            定化包埋材料使用 。                                         公司；VECTOR-22 型傅里叶变换红外光谱仪，德国
                          [8]
                 WANG 等 使用聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠                       Bruker 公司；UV-2600A 型紫外-可见分光光度计，
            （SA）和壳聚糖封装蒙脱土纳米片，对亚甲基蓝                             上海尤尼柯公司；Vario TOC 总有机碳分析仪，德国
            （MB）有较强的吸附性；MAIJAN 等                  [9] 将纳米      Elemental 仪器公司。
            SiO 2 @ZnO 掺入 PVA/聚丙烯酰胺基水凝胶中，避免                    1.2   制备方法
            了纳米粒子流失，且对 MB 的吸附率可达 96%，而                         1.2.1   壳前驱体制备
            其对高浓度 MB 的降解速度较缓慢。这些用于废水                               称取 1.000 g SA，加入 29 mL 蒸馏水，于 60  ℃
            处理领域的水凝胶存在以下问题：（1）使用的高分                            下搅拌溶解成质量分数 3.33%的 SA 溶液。加入
            子材料难以生物降解          [10] ，制备工艺中引入的其他化               0.005 g TiO 2  NPs 到 SA 溶液中，其中，TiO 2  NPs 用
            学物质会造成二次污染；（2）废水中难降解污染物                            量（以 SA 的质量计，下同）为 0.5%，磁力搅拌 4 h
            仅采用水凝胶或者一种微生物的一次吸附或降解难                             使其分散均匀，得到壳结构前驱体，记为 S-0.5。
            以高效去除      [11-14] ；（3）天然高分子水凝胶在废水中                    其余壳结构前驱体的制备方法同上，只需改变
            易过度溶胀，发生变形或破损，稳定性差。本团队                             TiO 2  NPs 用量，将 TiO 2  NPs 用量分别为 1.0%、1.5%、
            在前期开发了 PVA 基水凝胶负载酵母菌用于去除                           2.0%和 2.5%制得的前驱体命名为 S-1.0、S-1.5、S-2.0
            MB，MB 去除率最高为 94%，废弃后 PVA 可被纤                       和 S-2.5。
            维素酶降解 35%      [15-17] ，但是应用范围较窄，不适于               1.2.2   核前驱体制备
            处理生物毒害性污染物。利用微生物和光催化剂的                                 称取 1.000 g PVA，加入 9 mL 蒸馏水，于 90  ℃
            双负载核壳结构水凝胶将使污染物经过光催化剂和                             下搅拌溶解 2 h，加入 0.730 g HEC 和 10 mL 蒸馏水，
            微生物分步逐级降解，使处理更高效彻底。使用能                             在 60  ℃、160 r/min 下共混，得到核基体溶液。称
            被脂肪酶、纤维素酶等降解             [18-19] 的基材不会对环境          取 0.600 g YE 和 0.600 g 葡萄糖溶于 5 mL 蒸馏水〔其
            产生二次污染。在基材中添加合成高分子能提高水                             中，m(YE)∶m(葡萄糖)=1∶1〕加入核基体溶液中，
                                 [9]
            凝胶的韧性和机械强度 ，通过优化交联时间、原                             在 30  ℃、130 r/min 下搅拌 0.5 h，混合均匀，得到
            料浓度等条件来控制溶胀速率。本团队也将在解决                             核结构前驱体，记为 C-60，其中 YE 用量（以 PVA
            水凝胶的长久使用问题上继续研究和改进                    [20] 。       的质量计，下同）为 60%。
                 本文以 PVA 和羟乙基纤维素（HEC）负载酵母                          其余核结构前驱体的制备方法同上，只需改变 YE
                            2+
            菌为核，SA 和 Ca 固定化包埋纳米 TiO 2 （TiO 2 NPs）              的用量，YE 用量为 70%、80%、90%和 100%制得的
            为壳制备双负载核壳水凝胶。制备过程简单可控，                             核结构前驱体分别命名为 C-70、C-80、C-90 和 C-100。
            核壳结构为酵母菌和 TiO 2  NPs 提供不同且有间隔的                     1.2.3   双负载核壳水凝胶的制备
            负载环境，使其能发挥各自催化作用，且不因直接                                 在 C-80 溶液中加入 0.900 g CaCl 2 和等量的
            接触产生拮抗。分步逐级多次降解 MB 废水，达到                           D-(+)-葡萄糖酸δ-内酯到体系中搅拌 0.25 h，用针
            高效去除污染物的目的，旨在为染料等难降解废水                             管吸取 1.000 mL  S-2.5 溶液滴入上述混合溶液中，
            的处理及清洁化生产提供新思路。                                    静置 0.5 h 形成水凝胶珠 C-80-S-2.5。用蒸馏水冲洗

            1   实验部分                                           掉表面残留 SA 溶液后移入–20  ℃冰箱中，冷冻-解
                                                               冻循环 3 次，超纯水浸泡冲洗掉残留基材，真空冷
            1.1   试剂与仪器                                        冻干燥（–70  ℃），得到 C-80-S-2.5 双负载核壳水凝
                 PVA（聚合度 2400，醇解度 99%），AR，国药                   胶。其余产物制备方法如上，只需改变核壳前驱体
            集团化学试剂有限公司；HEC（黏度 0.70~1.50 Pa·s）、                 中负载物质量即可，得到的产物命名为 C-x-S-y。
            SA（黏度 1.05~1.15 Pa·s），AR，成都科龙化学试剂                  1.3   测试与表征
            厂；CaCl 2 、葡萄糖、MB，AR，天津天力化学试剂                           SEM 测试：测试前喷金处理，测试电压为
            有限公司；D-(+)-葡萄糖酸δ-内酯（相对分子质量                         25 kV；XPS 测试：样品干燥后分离核壳结构，分别
            178.14），AR，上海麦克林生化科技有限公司；高活                        测试，表面扫描能量范围 0~1200 eV，表面采样深
            性干酵母（YE），安琪酵母股份有限公司；TiO 2 NPs                      度为 2~5 nm，数据用 Casa XPS 软件处理；激光共
            （P 25 ），广州合十贸易有限公司。                                聚焦荧光显微镜测试：观察前用 DAPI 荧光染色剂
                 FEI Q45 扫描电子显微镜，美国 FEI 公司；AXIS                染色，厚度为 1 mm；FTIR 测试：KBR 压片法，样
   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104