植物多酚纳米银的绿色制备及其对合成染料的催化降解

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纳米银绿色制备具有环保、高效等优点而被广泛研究,其中所用生物还原剂包括微生物、植物提取物等,其中广泛应用的为植物多酚类物质。在纳米银应用方面,大量的研究主要是针对于其抗菌性能方面,有很多研究人员发表了相当多的研究论文;而如何实现各种植物多酚制备的纳米银对各种类型染料的催化还原降解,及其结构特点与其催化降解效率之间的关系,以及纳米银粒子对各种类型染料的催化降解机理国内还没有相关的论文发表,而国外发表的相关论文主要还是针对于一些指示剂(如甲基橙、甲基红、甲基蓝等),对于合成染料的催化降解研究也非常少。
  本论文使用植物多酚类物质(茶多酚、葡萄籽和杜仲提取物)绿色还原制各纳米银粒子,研究植物提取物的类别及各种工艺条件对纳米银分散体系的分散稳定性、紫外可见吸收光谱特性、粒子大小和形貌特征的影响,并探究纳米银粒子绿色还原制备的反应机理。同时,本论文使用纳米银粒子对合成染料进行催化还原化降解,研究纳米银粒子的催化降解机理以及各种绿色还原剂和反应条件对纳米银粒子催化降解性能的影响。
  在纳米银的绿色制各方面,通过测定溶液的UV-Vis吸收曲线和EDS能谱确认了纳米银的制备;通过测定茶多酚纳米银、葡萄籽纳米银和杜仲纳米银的TEM图可知三种纳米银粒子基本都呈现圆球状或椭球状;通过激光粒径仪的测定发现三种植物多酚纳米银粒子的粒径分布较为广泛,主要分布在1~10nm和10~100nm两个粒径范围内。与此同时,各种反应条件(如:反应温度、溶液pH值和AgNO3浓度)都会对纳米银的制各产生影响,这也会其对对染料的催化性能。
  在染料催化降解实验中,所用的还原剂为NaBH4,而降解的目标染料为单偶氮染料、双偶氮染料和氧杂蒽类染料。无纳米银加入时,NaBH4对单偶氮结构的酸性橙7和弱酸性红B,以及杂环类染料的罗丹明6G和罗丹明B还原性都不强,而纳米银催化剂的加入则大幅度提升了反应的速度,反应后溶液的颜色基本都得到了消除。而对于本论文中所降解的刚果红和酸性黑1(双偶氮结构染料)染料,如要实现其还原降解,必须要在染料溶液中同时加入还原剂NaBH4和纳米银,并通过相关实验确定了偶氮型染料催化还原降解的机理为偶氮基及亚氨基的催还加氢,且反应后偶氮染料的母体结构发生了破坏,并由于产生了新的有机分解产物,染料溶液在紫外光区产生了新的吸收峰或吸收带。不同温度、pH值和AgNO3浓度下制备的纳米银在性能方面存在差异,如在较低温度条件下制备的杜仲纳米银粒子在催化降解直接紫1和直接橙26两种染料时表现出更高的催化效率;而当目标降解染料中含有更多的可参与反应的官能团能时,在较高温度条件下制备的杜仲纳米银粒子表现出的催化效率更高。由于通过提高溶液的pH值可以制得粒径更小的纳米银,且纳米银的产量更高,因此表现出最高的催化活性。总体而言,纳米银粒子的催化效率是纳米银粒子的粒径分布、粒子浓度和染料中参与还原降解官能团数量三方面综合作用的结果。
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