改性伊利石负载纳米银的研究

发布时间：2020-09-29 14:54

　　伊利石(Illite)作为层状硅铝酸盐类粘土矿物的典型代表,因为具有独特的层状结构和优异的吸附性能被广泛应用于废水处理、化肥、涂料、造纸和重金属吸附等领域。而纳米银粒子因为具有良好的抑菌性能和表面活性使其在催化材料、生物传感材料和医用抗菌材料等领域有着重要应用。因此将伊利石与纳米银结合来制备一种新型抗菌材料,将具有一定的开发潜力和应用价值。为提高伊利石的吸附性能和离子交换能力,本文首先采用球磨和湿法提纯的方法对伊利石进行处理,制备了纯度较高的精细伊利石粉末,再通过水热合成法对伊利石进行改性,探讨了不同反应条件对伊利石改性的影响,确定了最佳改性实验条件,最终利用微波辅助和紫外还原的方法制备了高载银量的纳米银/伊利石复合材料。通过XRD、FTIR、SEM、ICP、TEM、PSDA、超声洗脱实验和抑菌圈试验等方法研究了改性前后伊利石结构性能的变化,并对复合材料的结构、形貌及抗菌能力进行分析。结果表明:改性后伊利石的层间距变大,表面发生了翘曲,结构更为立体,整体呈一种类似花瓣的形态。改性后伊利石的粒径变小,吸附性能和离子交换能力得到明显提高,比表面积达到20m~2/g是原样4倍。同时,测试结果显示,本实验制得的纳米银/伊利石复合材料具有较高的载银量,尤其是加入少许有机改性剂制得的样Ag-C-N载银量更是高达27.66%。被还原的纳米银与伊利石的结合强度较高,且在伊利石表面分布均匀,粒径均一。抑菌圈测试结果表明,这种复合材料能够对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的繁殖起到很强的抑制作用,最大抑菌尺寸分别达到5.68 mm和6.84 mm。
【学位单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

伊利石,晶面

图 2-1 伊利石/改性伊利石的 XRD 图伊利石的晶体结构类似于白云母，结构单元层为 2㑳1 型的二八面体归属于单斜，所对应的标准 PDF 卡片为 No 26 0911，在图 2-1 伊利石的 XRD 图谱峰型中能出，本实验制备的精细伊利石结晶性良好，基本不含杂质。而且各个样品于 2为 8.96°、17.98°、45.84°左右均有三个显著的特征衍射峰，衍射峰位置与 PD数据一致，分别对应着伊利石的[002]、[004]和[136]晶面。同时，通过与原样可以清楚的看出，改性伊利石的 XRD 图谱中除了特征衍射峰的强度有所不同之衍射峰角度均向小角度发生了偏离，其中样 N 的偏移距离最大。根据布拉格（Brag 2dsin =nλ，（n 为衍射级数；λ 为 X 射线的波长；为衍射角度；d 为（晶面间计算各组样品的晶面间距 d 值，以[002]晶面为例，结果如下表所示：

红外谱图,伊利石,红外谱图

通过表 2-4 不难发现，改性后伊利石[002]晶面之间的距离都发生了不同程度对伊利石进行水热改性使其原子间的键能和晶格结构发生了改变，导致晶格变形、调整、层间距变大。其中样 P 和样 M 的变化最小，与原样 I 相比基化。而样品 N 和样 Q 的变化较大，分别增加了 0.0993 和 0.0437nm。说明在过程中氨水的加入有助于改性的正向进行，使得伊利石的晶面间距变大。同可以看出与经过煅烧制备的两组样品 P 和 Q 相比，未经煅烧的两组样品 M面间距增幅较大，这可能是因为煅烧会使伊利石烧结，团聚，导致衍射角的，层间距增幅减少，不利于伊利石改性的进行。.2 伊利石/改性伊利石的 FTIR 分析伊利石拥有独特的二八面体层状结构，使其在晶格中存在着异价类质间的置八面体内的高价位阳离子如 Si4+、Al3+可被低价位阳离子 Fe2+、Zn2+、Mn2+、NLi+等同象置换，导致晶格内的电荷失衡，形成层间负电荷，产生电位差。石晶格中的化学键趋向于形成电价键，伊利石整体成为一个“大负离子”，通用与低价阳离子结合来保持电价平衡，所以具备优越的吸附性能[115]。

载银量,纳米银,复合材料

紫外光辐照样品时，体系中的水被激发产生各种初级自石中的 Ag+还原为银原子 Ag0，尤其是 eaq-的标准还原电能力。过程如下式所示：H2O+hv eaq-,OH*,H*,H2O2,H2,H3Ag++ eaq-Ag0材料的 XRD 图表明，衍射角 2 在 38.34°、44.22°、6征衍射峰，对应的晶面指数分别（111）、（200）、（22（2dsin =nλ）计算特征衍射峰所对应晶层之间的距离d，、0.1233nm，这与立方晶系单质银的标准 PDF（No.8利石所负载的是呈多晶结构的纳米银粒子。同时图谱中峰型较为尖锐，半宽高小，表明伊利石中的纳米银结晶内比重的增多，特征峰的强度也不断提高。并且在 X峰，说明在本实验中银离子被还原的较为彻底。

【参考文献】