分子自組裝單層（SAMs）材料處理有機廢水研究.pdf

1、分子自組裝技術(shù)是近年來材料制備與改性的一大研究熱點，自組裝就是分子或者納米顆粒自發(fā)連續(xù)地吸附到基底表面，形成自組裝單層薄膜；若分子或納米顆粒能在一定的驅(qū)動力下層層吸附，則形成自組裝多層薄膜。自組裝薄膜具有獨特的物理性能、化學(xué)性能、光學(xué)性能和電子傳輸性質(zhì)，并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、制備簡便，因而在可濕性控制、潤滑、吸附、防腐、催化、分子生物學(xué)、傳感器、平板印刷術(shù)、電化學(xué)及微電子工業(yè)等領(lǐng)域中顯示出廣闊的應(yīng)用前景，本文將探討自組裝技術(shù)在環(huán)境保護方面的應(yīng)用

2、。 一方面，在氧化硅基底表面制備兩種有機硅烷系的自組裝單層材料，并將其作為吸附劑直接用于五氯酚(PCP)有機污染物的處理，研究自組裝單層材料對五氯酚的吸附行為和吸附機理。另一方面，在土壤和水體中極為常見的FeOOH屬于半導(dǎo)體礦物，作為天然催化劑，它對環(huán)境中有害污染物的遷移、轉(zhuǎn)化有著重要影響。本研究組的前期研究表明，生物礦化納米FeOOH在無光和過氧化氫條件下，F(xiàn)eOOH/有機物界面也能產(chǎn)生明顯的催化氧化降解作用。模擬生物礦化原理

3、，利用自組裝單層的外側(cè)功能團啟動和調(diào)控無機礦物的成核和生長，在低溫液相的反應(yīng)體系中制備無機礦物薄膜。許多無機礦物都能通過這種自組裝方式合成，包括金屬氧化物、硫化物、碳酸鹽和磷酸鹽等。自組裝FeOOH薄膜將納米FeOOH固定化，為系統(tǒng)研究鐵氫氧化物的(光)催化氧化反應(yīng)提供了條件，在環(huán)境修復(fù)和開發(fā)新型(光)催化材料方面都極具研究價值。本文用自組裝單層作為有機模板，在Fe(NO<,3>)<,3>-HNO<,3>體系低溫液相法制備出了FeOOH

4、納米薄膜，確定成膜的最佳條件，并對形成鐵氫氧化物的物相進行分析，為后續(xù)(光)催化研究奠定基礎(chǔ)。 制備自組裝單層采用傳統(tǒng)的浸入-洗滌法：先用Si(OCH<,3>)<,3>(CH<,2>)<,3>-SH表面活性劑制備出-SH為外側(cè)功能團的自組裝單層(SH/SiO<,2>)，再氧化得到-SO<,3>H為外側(cè)功能團的自組裝單層。制備-NH<,2>為外側(cè)功能團的自組裝單層(NH<,2>/SiO<,2>)直接用Si(OCH<,3>)<,3>

5、(CH<,2>)<,3>-NH<,2>表面活性劑即可。兩種自組裝單層材料在水中均發(fā)生較強的質(zhì)子化效應(yīng)，表明自組裝單層外側(cè)功能團-SO<,3>H和-NH<,2>組裝成功。用紅外光譜進行表征，發(fā)現(xiàn)自組裝材料的紅外光譜中出現(xiàn)C-H的伸縮和彎曲振動，NH<,2>/SiO<,2>材料的紅外光譜還出現(xiàn)了N-H的彎曲振動，證明基底上存在有機硅烷系自組裝單層。 選取五氯酚(PCP)為目標有機污染物，分別用SO<3>H/SiO<,2>和NH<,2

6、>/SiO<,2>吸附處理PCP水溶液，結(jié)果表明SO<,3>H/SiO<,2>和NH<,2>/SiO<,2>對PCP均有一定的吸附作用，其中SO<,3>H/SiO<,2>對PCP的吸附能力值得關(guān)注。PCP在SO<,3>H/SiO<,2>材料上的吸附較慢，30d達到吸附平衡，其吸附行為符合Freundich等溫線；PCP在NH<,2>/SiO<,2>材料上的吸附相對較快，15d達到吸附平衡，其吸附行為符合Langmuir等溫線。通過調(diào)節(jié)反

7、應(yīng)體系的pH值和紅外光譜分析，推測PCP在自組裝材料SO<,3>H/SiO<,2>和NH<,2>/SiO<,2>上的吸附機理為氫鍵吸附。模擬生物礦化原理，在自組裝單層表面進一步沉積具有催化能力的FeOOH薄膜。實驗采用SO<,3>H/SiO<,2>自組裝單層為人工模板，低溫液相法制備，最佳反應(yīng)條件為：水浴溫度70℃、Fe(NO<,3>)<,3>濃度20 mM、pH值為2.00、反應(yīng)時間6h。用TEM、XRD、 SEM等測試手段證明在SO