硫酸盐还原菌合成纳米硫化镉的研究

发布时间：2018-03-06 11:38

  本文选题：硫酸盐还原菌　切入点：CdS纳米粒子　出处：《中北大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：硫化镉（CdS）是一种宽禁带半导体纳米材料，由于其特殊的催化性质和光学性质获得普遍的应用，它的合成与应用已经成为现今纳米科学技术领域中备受关注的焦点。相对于常规的物理法和化学法，近年来出现的微生物法越来越受到关注和重视。由于在常温常压下其生物转化过程能够顺利进行，所以采用微生物法和成纳米材料具有许多优点，如较低的能源消耗、较低的环境污染、可以充分利用生物资源，继而获得稳定性较高的纳米颗粒。故微生物法制备硫化物纳米材料成为具有发展前景的新方法。 本文利用硫酸盐还原菌建立了生物合成纳米CdS的途径，Cd2+可以直接和硫酸盐还原菌产生的硫化物反应生成纳米CdS颗粒。 研究结果表明： （1）通过测定菌株的生长曲线，可知36小时为硫酸盐还原菌的最佳培养期，采用LSD法在α=0.05水平进行计算，Cd2+对硫酸盐还原菌生长的安全浓度为170mg L-1。确定了硫酸盐还原菌的生长和对Cd2+转化的最佳条件如下：pH为7，温度为30℃，厌氧黑暗，接种量为10%，Cd2+的转化率可达98.76％。Cd2+初始浓度为25、40、50、100、170mg L-1时，硫酸盐还原菌对Cd2+的转化符合一级动力学特征，半衰期分别为24h、27h、28h、29h、30h，转化动力学方程分别为：C=31.566e-0.029t、C=47.631e-0.026t、C=58.987e-0.025t、C=109.35e-0.024t、C=183.57e-0.023t。 （2）考察不同初始pH、反应温度和接种量对CdS纳米颗粒的影响，利用XRD、SEM、HRTEM和EDS表征分析，证明了所获得的产物为分布均匀的纳米CdS粒子。不同pH值下制备的CdS晶体具有相同的结构和形状，颗粒粒径随pH的增加而增大，但在pH5时，无CdS纳米颗粒生成，pH6时，纳米CdS的粒径最小；不同温度下制备的CdS晶体的粒径随温度的升高而增大；而接种量的变化对产物的粒径影响不大。上述条件下的产物的粒径在5～10nm之间。 （3）通过测定硫酸盐还原菌在不同pH值、温度、接种量的条件下产生亚硫酸盐酶、APS还原酶酶活力的影响分析表明，，产酶的最佳条件为：pH为7，温度为30℃，厌氧黑暗，接种量为10%。产酶的高峰期为36h。在硫酸盐还原菌菌体细胞内，Cd在不同部位的分布，结果表明菌体对Cd2+的转化主要集中于细胞膜上。菌体细胞通过透射电子显微镜的分析观察，可知培养在含镉培养基中的菌体细胞内包含许多密集的高电子微粒，生长在无Cd2+的空白对照样中的菌体细胞未有这些颗粒物质出现，利用HRTEM和能谱对颗粒物分析，可知该物质为纳米CdS颗粒。 （4）不同pH值条件下合成的纳米CdS会影响甲基橙的降解率，实验表明：其中粒径最小的pH6合成产物光催化降解甲基橙的效果最好，240min后降解率达98.8%；不同温度条件下制备的纳米CdS也会影响催化剂甲基橙的降解率，15℃制备的颗粒较小的样品在240min的反应时间内就能够达到93％以上的降解率；不同接种量条件下制备的纳米CdS则与甲基橙的降解率无关。 （5）通过对样品进行UV-vis表征，发现不同pH值、温度、接种量条件下合成的纳米CdS的吸收峰相对块体材料都发生了蓝移，这是量子限域效应导致的结果；对产品进行PL表征，谱图中均存在两个发射峰，其中一个处于398nm处的带隙发射峰，是由电子-空穴对复合引起的；另一个发射峰位于422nm，属于表面态发射峰，是由表面结构缺的陷激发的。荧光光谱显示出不同条件下制备的CdS纳米颗粒具有较强的荧光强度，因而具有很好的发光性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ132.44

【参考文献】

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