基于废次茶制备几种纳米材料及其应用

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纳米材料是现代材料科学中最活跃的研究领域之一,作为其中的明星成员-纳米银和荧光碳量子点因其优异的催化性能、抗菌性能、抗癌活性、抗氧化活性等而引起人们的广泛关注。纳米材料的传统合成方法需要相当大的能量消耗并且会产生大量的有毒有害物质。因此具有成本低、绿色环保等优点的生物质便引起了人们的注意。基于此,本文以废次茶中所含有的茶多酚、儿茶素等作为还原剂和稳定剂绿色制备纳米银以及将其作为碳源制备碳量子点,对所得到的几种纳米材料进行结构表征和性能测试,探索其在染料降解和重金属离子检测方面的应用,具体研究内容包括以下四个方面:1、废次茶水提物制备纳米银及其在染料降解中的应用以废次茶的水提取物作为稳定剂和还原剂,制备纳米银粒子(AgNPs)。通过UV-vis、FTIR、Zeta、XRD、TEM、ICP等手段对制备的AgNPs进行表征。以AgNPs作为催化剂分别考察了不存在和存在H2O2两种情况下,AgNPs对亚甲基蓝(MB)和乙基紫(EV)水溶液的催化降解活性,还考察了AgNPs的抗病原菌的抗菌活性。研究结果表明,在室温下AgNPs在阳离子有机染料的降解过程中表现出高效的催化降解活性。AgNPs对染料的降解遵循伪二阶动力学模型。同时,AgNPs也显示出良好的抗病原菌活性。此AgNPs制备工艺绿色环保、能耗低,有潜在的工业化应用前景。2、Fe3O4-NH2@AgNPs复合纳米粒子的制备及其在染料降解中的应用以废次茶绿色制备得到的纳米银粒子(AgNPs)和氨基化四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4-NH2)为原料酰胺缩合制备出纳米复合材料(Fe3O4-NH2@AgNPs),通过FTIR、VSM、XRD、SEM、TEM、ICP等手段对Fe3O4-NH2@AgNPs进行表征。以Fe3O4-NH2@AgNPs作为催化剂分别考察了不存在和存在H2O2两种情况下,Fe3O4-NH2@AgNPs对乙基紫(EV)、孔雀石绿(MG)和碱性品红(FB)等三苯甲烷类染料的催化降解活性。研究结果表明,采用制备的纳米复合材料作为催化剂,三苯甲烷类染料在30分钟内的降解率便可达到95%以上,经过10次循环催化实验,其催化活性没有明显降低。Fe3O4-NH2@AgNPs对染料的降解遵循伪二阶动力学模型。3、废次茶碳量子点的制备及其应用以废次茶水提取物为碳源,通过一步水热法制备水溶性碳量子点(Tea-CDs)。通过FTIR、XPS、XRD、TEM等手段对Tea-CDs进行表征。抗自由基研究发现,Tea-CDs在体外具有良好的清除羟基和超氧阴离子自由基功能。此外,Tea-CDs在紫外光(λex=365nm)下呈现明亮的蓝色荧光,荧光可以被CrO42-和Fe3+离子有效地淬灭。同时,抗坏血酸(AA)和L-半胱氨酸(L-Cys)可明显恢复Tea-CDs-CrO42-和Tea-CDs-Fe3+系统的荧光。Tea-CDs作为开关荧光纳米传感器,可对CrO42-、Fe3+、AA和L-Cys进行灵敏的检测,得到了令人满意的结果。4、铜掺杂茶碳量子点的制备及在重金属离子检测中的应用以Cu(Ac)2·H2O和废次茶水提取物为原料,通过一步水热法简单、快速、低成本的合成了水溶性Cu2+掺杂的碳量子点(Cu/Tea-CDs)。通过FTIR、XPS、XRD、TEM、ICP等手段对Cu/Tea-CDs进行了表征。此外,研究表明,Cu/Tea-CDs在紫外光下呈现明亮的蓝色荧光,该荧光可被Cr(VI)特异性淬灭,Cu/Tea-CDs的荧光强度与Cr(VI)浓度之间具有良好的线性关系,且不受其他金属离子、常见阴离子和氨基酸等的干扰。基于此,构建了Cu/Tea-CDs传感器能够应用到检测实际样品中的Cr(VI),得到了令人满意的结果。
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