利用厌氧菌制备Ag/AgCl复合纳米粒子的研究

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本研究利用硝酸银浓度梯度法从大庆油田污水中分离得到一株耐银的厌氧菌菌株,利用形态学观察及分子生物学方法对该菌株进行鉴定,并以该菌株作为生物材料合成Ag/AgCl复合纳米粒子,通过紫外全波长扫描(UV-vis)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及傅里叶红外分析(FTIR)等手段对Ag/AgCl复合纳米粒子进行表征,研究其合成反应条件及合成机理,并对Ag/AgCl复合纳米粒子的光催化性能进行了初步研究,为生物合成金属纳米复合材料开辟了新的途径。主要实验内容如下:(1)耐银厌氧菌菌株筛选本研究通过对大庆油田水处理站的含油污水样品中菌群富集并利用硝酸银浓度梯度法筛选出一株耐银厌氧菌菌株。形态学观察结果显示其菌落大多为椭圆形,黑色,半透明,边缘整齐,表面光滑。显微镜观察结果显示该菌株革兰氏染色反应呈阴性,菌体为短杆状,长度为1.0~1.6μm×0.2~0.8 μm,无芽孢,能运动。生理生化实验结果表明该菌株最适生长温度为37℃,最佳生长pH为8.0,能在以蛋白胨、酵母膏、葡萄糖和乳酸钠等为碳源的培养基上生长,硝酸盐为菌株良好氮源。分子生物学鉴定结果显示该菌株与Garciella sp.EMZY-1同源性高达99%。综合其形态学、生理生化特征及16S rDNA分析,确定该菌属于Garciella sp.,并命名为Garciella sp.wxz01。(2)Ag/AgCl复合纳米粒子的生物合成及合成条件探究本研究以筛选的厌氧菌作为生物材料,利用其菌体培养液与硝酸银溶液混合培养合成Ag/AgCl复合纳米粒子,并利用UV-vis、XRD、TEM、HRTEM及FTIR等表征手段对产物进行了表征。UV-vis光谱图显示在350 nm-700 nm之间出现了宽而强的吸收峰;XRD图谱显示20值对应38.116°,44.2770,64.426°和77.472°的衍射峰与银的标准图谱卡片(JCPDS file:65-2871)吻合,而20值对应27.831°,32.243°,46.233°,54.478°,57.478°,67.471°,74.471°和76.734°的衍射峰与氯化银的标准图谱卡片(JCPDS file:31-1238)吻合,证明合成了Ag/AgCl复合纳米粒子;TEM照片显示Ag/AgCl复合纳米粒子形状为球形或近球形,一般为单分散性,粒径分布在10-50 nm之间;HRTEM照片中可以看到相邻的Ag(111)与AgCl(200)晶面的晶格条纹;依据TEM照片计算,Ag/AgCl复合纳米粒子平均粒径约为27 nm;FTIR结果分析提示生物法合成可提高纳米粒子的稳定性和分散性。对于产物合成条件的探究结果表明:合成反应发生的适宜温度范围在15-37℃之间,培养基初始pH在6-9范围之间,说明温度与pH是影响Ag/AgCl复合纳米粒子制备的重要条件;根据原子光谱吸收仪测定的结果可知Ag/AgCl复合纳米粒子的转化率为79.68%,接近于目前化学方法合成Ag/AgCl复合纳米粒子的转化率。(3)Ag/AgCl复合纳米粒子合成机理探讨及光催化活性研究本研究通过SDS-PAGE技术对Ag/AgCl复合纳米粒子的合成机理进行了初步探索。SDS-PAGE电泳结果显示添加硝酸银溶液的菌体发酵液中产生了两种新蛋白,相对分子量分别为80 kDa和140 kDa。Ag/AgCl复合纳米粒子表面附着蛋白的电泳图谱显示经过SDS和尿素及煮沸处理后,80 kDa左右的蛋白分子可以被处理下来,而经过蒸馏水处理的Ag/AgCl复合纳米粒子则没有条带出现,说明80 kDa左右的蛋白质对于Ag/AgCl复合纳米粒子的稳定具有重要的作用。硝酸还原酶活性测定结果表明:一定浓度的硝酸银溶液能够诱导硝酸还原酶产生,硝酸还原酶活性随着N03-浓度增大而增大,但当NO3浓度达到一定的值后,由于菌液中的重金属离子产生抑制作用,硝酸还原酶活性降低。本文通过甲基橙(MO)的降解实验对Ag/AgCl复合纳米粒子的光催化性能进行了研究。结果表明:当在可见光下照射并且添加Ag/AgCl复合纳米粒子时,70 mmin甲基橙溶液的降解率达到96%。由此可见,Ag/AgCl复合纳米粒子可作为一种高效光催化剂应用于光催化降解领域。
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