CN110540985B - 一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料 - Google Patents

一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，通过以下步骤制备所得：S1、室温下，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片与Fe3O4纳米颗粒混合制取表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；S2、将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的光合细菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下振荡处理，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。本发明所得的材料具有良好的光催化活性，吸附性和稳定性，经过90min人造可见光源的照射下降解亚甲基蓝染料，降解率达到96.8％，是类石墨烯碳三氮四光催化活性的2.15倍。

Description

一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料。
背景技术
g-碳三氮四/二氧化钛(g-C3N4/TiO2)是一种新型的无机光催化材料，它的能带间隙窄，可吸收可见光，并且热稳定性高，容易制备，成本低廉。但是,类石墨烯碳三氮四催化剂也存在着一些缺陷，例如，其块状固体比表面积小，吸附性能低,并且具有高得光生电子-空穴复合速率，这些都阻碍了其进一步的发展与应用。在这种背景下,如何提高类石墨烯碳三氮四的光催化效率，成了类石墨烯碳三氮四光催化剂的研究重点。至今为止,已有多种方法被使用,如:元素掺杂、半导体复合等。但是,类石墨烯碳三氮四的光催化效率、稳定性以及在实际应用中的反复使用性仍难以满足实际应用的需要。
光合细菌是一类能够净化水质、优化水生环境的有益微生物，向污染水体中投放光合细菌，能够有效降低水体中的COD、BOD5以及氨氮、亚硝氮、硫化氢等有害物质的含量。随着生长环境的改变，光合细菌获取能量的方式也会发生相应的变化，光合细菌不仅能在厌氧光照下以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子供体，进行光能异养生长，而且亦能在好氧黑暗条件下，以多种有机物为呼吸基质进行异养生长，因此，在光合细菌参与协调的人工水生态系统中，只要保持一定的自然条件，就可以维持其种群优势，并对多种有机物进行降解转化，发挥其改善水生态环境的作用。但是，由于光合菌的个头很小，很容易被水流冲走，从而大大影响了其功能的发挥。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，以三氮四纳米材料为载体负载光合细菌，使得光合细菌可以更好的发挥其净水的功能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，通过以下步骤制备所得：
S1、室温下，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片与Fe3O4纳米颗粒混合，超声浴0.5～1h后，缓慢搅拌1～2h，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于类石墨烯碳三氮四纳米片表面，采用磁分离清洗获得固体物，将固体物在85℃的电热干燥箱中干燥6h，使用无水乙醇进行洗涤，静置，固液分离，然后采用0.2mol/L的柠檬酸洗涤2次后过滤分离，将固体置于烘箱内60℃进行烘干处理12h，得表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；
S2、将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的光合细菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下振荡处理，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。
进一步地，所述步骤S1中，类石墨烯碳三氮四纳米片与Fe3O4纳米颗粒的质量比为3：1～6：1。
进一步地，所述步骤S2中，磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的光合细菌悬液的质量体积比5：1～7：1。
进一步地，所述步骤S2中，振荡速度为120r/min,振荡时间为30min。
进一步地，所述步骤S1中，30r/min缓慢搅拌1～2h。
本发明所得的材料具有良好的光催化活性，吸附性和稳定性，经过90min人造可见光源的照射下降解亚甲基蓝染料，降解率达到96.8％，是类石墨烯碳三氮四光催化活性的2.15倍。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，通过以下步骤制备所得：
S1、室温下，按质量比为3：1的比例，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片(厚度为4～20nm)与Fe3O4纳米颗粒(粒径为15～20nm)混合，超声浴0.5h后，30r/min缓慢搅拌2h，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于类石墨烯碳三氮四纳米片表面，采用磁分离清洗获得固体物，将固体物在85℃的电热干燥箱中干燥6h，使用无水乙醇进行洗涤，静置，固液分离，然后采用0.2mol/L的柠檬酸洗涤2次后过滤分离，将固体置于烘箱内60℃进行烘干处理12h，得表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；
S2、按质量体积比5：1的比例，将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的沼泽红假单胞菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下，120r/min振荡处理30min，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。
实施例2
一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，通过以下步骤制备所得：
S1、室温下，按质量比为6：1的比例，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片(厚度为4～20nm)与Fe3O4纳米颗粒(粒径为15～20nm)混合，超声浴1h后，30r/min缓慢搅拌1h，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于类石墨烯碳三氮四纳米片表面，采用磁分离清洗获得固体物，将固体物在85℃的电热干燥箱中干燥6h，使用无水乙醇进行洗涤，静置，固液分离，然后采用0.2mol/L的柠檬酸洗涤2次后过滤分离，将固体置于烘箱内60℃进行烘干处理12h，得表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；
S2、按质量体积比7：1的比例，将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的沼泽红假单胞菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下，120r/min振荡处理30min，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。
实施例3
一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，通过以下步骤制备所得：
S1、室温下，按质量比为4.5：1的比例，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片(厚度为4～20nm)与Fe3O4纳米颗粒(粒径为15～20nm)混合，超声浴0.75h后，30r/min缓慢搅拌1～2h，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于类石墨烯碳三氮四纳米片表面，采用磁分离清洗获得固体物，将固体物在85℃的电热干燥箱中干燥6h，使用无水乙醇进行洗涤，静置，固液分离，然后采用0.2mol/L的柠檬酸洗涤2次后过滤分离，将固体置于烘箱内60℃进行烘干处理12h，得表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；
S2、按质量体积比6：1的比例，将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的扩大培养得到的沼泽红假单胞菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下，120r/min振荡处理30min，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。
对实施例1～实施例3制备所得的光合细菌负载碳三氮四纳米材料进行降解亚甲基蓝实验。亚甲基蓝溶液的浓度是2×10-5mol L-1；取光合细菌负载碳三氮四纳米材料50mg，置于100mL上述亚甲基蓝溶液中，在暗室中搅拌60分钟，然后将溶液置于紫外光被过滤掉的可见光源中，每10分钟取5mL亚甲基蓝溶液，用紫外-可见分光光度计测出溶液中亚甲基蓝的特征峰值，可以看出实施例1-实施例3制备的光合细菌负载碳三氮四纳米材料在光照90min后催化降解达到96.8％，表现出高的催化活性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，其特征在于：通过以下步骤制备所得：
S1、室温下，取一定量类石墨烯碳三氮四纳米片与Fe3O4纳米颗粒混合，超声浴0.5～1h后，缓慢搅拌1～2h，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于类石墨烯碳三氮四纳米片表面，采用磁分离清洗获得固体物，将固体物在85℃的电热干燥箱中干燥6h，使用无水乙醇进行洗涤，静置，固液分离，然后采用0.2mol/L的柠檬酸洗涤2次后过滤分离，将固体置于烘箱内60℃进行烘干处理12h，得表面负载了纳米氧化铁的磁性类石墨烯碳三氮四纳米片；
S2、将磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的光合细菌悬液混合，菌液浓度为4～6×108CFU/mL，在30℃条件下振荡处理，使光合细菌均匀地在磁性类石墨烯碳三氮四纳米片表面吸附和固定，振荡完成后，过滤，去除滤液，干燥，即得。
2.如权利要求1所述的一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，其特征在于：所述步骤S1中，类石墨烯碳三氮四纳米片与Fe3O4纳米颗粒的质量比为3：1～6：1。
3.如权利要求1所述的一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，其特征在于：所述步骤S2中，磁性类石墨烯碳三氮四纳米片与扩大培养得到的光合细菌悬液的质量体积比5：1～7：1。
4.如权利要求1所述的一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，其特征在于：所述步骤S2中，振荡速度为120r/min,振荡时间为30min。
5.如权利要求1所述的一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料，其特征在于：所述步骤S1中，30r/min缓慢搅拌1～2h。
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