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英文文献翻译

题 目 简单一步合成纳米Fe₃O₄/碳功能化面包酵母复合物及其在亚甲基蓝染料吸附中的应用

简单一步制备纳米Fe₃O₄/碳功能化面包酵母复合物及其在亚甲基蓝染料吸附中的应用

Zongjun Du, Yue Zhang, Zhengjie Li, Hui Chen, Ying Wang, Guangtu Wang, Ping Zou, Huaping Chen, Yunsong Zhanglowast;

^aDepartment of Aquaculture, Sichuan Agricultural University, Wenjiang, 611130, PR China

^bCollege of Life, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, PR China

^cCollege of Conservancy and Hydropower Engineering, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, PR China

^dCollege of Science, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, PR China

1．引言

亚甲基蓝（MB）作为一种有效的抗真菌染料，可有效防治轮纹病，水霉病，鱼鳞癣等鱼类疾病，在水产养殖业中得到了广泛的应用。然而，由于致突变和致癌效应，难以降解和毒性，MB可以对人类和动物尤其是水生生物群造成伤害。到目前为止，多种处理染料废水的处理技术被提出，包括吸附，化学氧化，离子交换，膜过滤等。 其中，近年来，由于净水成本低，效果好，操作简便，吸附问题日益受到重视。作为工业微生物的贝克酵母被广泛应用于污水处理的生物吸附剂研究中，以获得其安全，有用和廉价的性能。尽管如此，人们也知道酵母细胞壁主要由多糖（葡聚糖和甘露糖）组成，其表面活性官能团不足，因此往往导致不满意的废物处理效果。为了引入更多的活性官能团，通常进行酵母的表面官能化/改性，例如乙醇/苛性碱预处理，聚合物改性。然而，小尺寸的酵母细胞导致了溶液分离和循环的障碍，限制了其在水处理中的应用。磁分离技术由于其高固 - 液相分离效率而受到关注。具有超顺磁性的纳米Fe₃O₄已被广泛用于净化染料废水，去除重金属和应用光催化降解。到目前为止，在碱性条件下，在碱性条件下，纳米Fe₃O₄一般采用亚铁离子（Fe² ）和铁离子（Fe³ ）作为铁源制备，并且很少有报道用单一Fe² / Fe³ 离子合成纳米Fe₃O₄。

在此基础上，研究了超声空化引起的液体中糖类及其衍生物对氧化降解有机羧酸，强液相温度（5000K）和巨大瞬间压力（1800atm），我们报道了一种简单而环保的途径，通过超声空化辅助氧化爆炸法，使用单一Fe² 作为铁源在碱性溶液中制备纳米Fe₃O₄ /羧基功能化面包酵母复合物（NF / CF-BYs）探索其在水溶液中的吸附性能。如方案1所示，首先将Fe² 离子吸附在面包酵母表面，然后用过氧化氢（H₂O₂）溶液将吸附的Fe² 氧化成Fe³ 离子。随后，在超声下进一步滴加过量的H₂O₂。由于Fe³ 对H₂O₂的显着催化特性，H₂O₂剧烈分解，产生的氧气泡不断爆聚，产生强烈的超声空化效应，不仅提供了大量能量，强烈氧化酵母细胞壁中的多糖产生它们表面上的羧基数量更多，而且受损的酵母细胞壁暴露更多官能团。此外，超声空化效应导致产生丰富的羟基自由基（·OH），具有高反应性，这可以进一步氧化酵母细胞壁。最后，在上述悬浮液中加入一定量的Fe² 溶液，在碱性和搅拌条件下在酵母表面原位获得纳米Fe₃O₄。因此，由于暴露的羧基数量较多，超顺磁纳米Fe₃O₄负载于酵母表面，所得NF / CF-BYs比原始面包酵母（P-BYs）具有更高的吸附容量和更好的循环性能。

方案1 NF / CF-BYs和MB吸附过程的制备机理。

2.实验

2.1 材料和试剂

由中国天使酵母有限公司提供的酵母酵母用超纯水进行初步分离以去除污垢和可溶性杂质。悬浮液以4000 r·min^-1离心后，收集沉积的生物质，并在80°C下干燥24h，然后进行研磨并过筛至100目。最后，他们被储存在干燥器中。纯化的酵母表示为P-BYs.MB购自天津化学试剂一厂，中国。通过将1.0gMB溶解在1L超纯水中来制备MB储备溶液。工作溶液从上述储备溶液中稀释。从中国的科龙公司购买的其他试剂为分析剂。

1. 2NF/CF-BYs的制备

采用超声空化辅助氧爆内爆法制备NF / CF-BYs，以单一Fe² 为铁源。 首先，将20mL FeCl₂·4H₂O（1.25mol L-1）和5g干P-BYs样品在旋转振荡器（DH2-DA，China）上混合并在150rpm下搅拌30 分钟。 然后加入10mLH₂O₂溶液（30％）并振荡20分钟，并在超声波处理（400W，30分钟）下将超过25mLH2O2溶液（30％）进一步滴加到所得混合物中。 在没有氧气泡产生后，在剧烈搅拌下将10mL FeCl₂·4H₂O（1.25mol·L^-1）和5mL NaOH（0.1mol·L^-1）依次转入上述混合物中。 最后，将所得产物（NF / CF-BYs）磁性分离并用超纯水反复洗涤几次，直至溶液的pH值接近7.0，随后在60℃下真空干燥24小时。

2.3 描述

通过配备有EELS光谱仪（EDX，EX-350，Japan）的扫描电子显微镜（SEM，JSM-7500F，日本）研究P-BY和NF / CF-BY的形态。（EOS 760D，日本）记录了NF / CF-BYs的磁性。用X射线衍射仪（XRD，DX-2600，中国）和能量色散X射线（EDX）研究了晶体形貌和元素组成。 ，X-Max 51-XMX0019，英国）。 采用振动样品磁强计（VSM，7340，Lakeshore，America）检测样品的磁性。 应用傅里叶变换红外光谱仪（日本岛津FTIR-8400S）和X射线光电子能谱仪（XPS，XSAM800，英国）检测两种吸附剂表面的官能团。 通过Zeta电位分析（Malvern-Zetasizer nanoZS，UK）在pH范围3.0-8.0获得表面电荷。

2.4 吸附实验

在不同pH（2.0-8.0），接触时间（5-120分钟），温度（25,35和45℃）和初始MB浓度（50-500mg / L）的250mL锥形瓶中进行批次吸附研究）。 简言之，将30mL不同初始浓度的MB溶液在具有 0.1g干燥样品的旋转振荡器中以150rpm摇动，在不同pH值下的所需吸附时间。之后，通过永磁体分离混合物。分析MB的浓度 通过使用lambda;maxat664nm的UV-vis-NIR spec-troscopy（Hitachi U-4100，日本）。 MB吸附容量（qe）通过以下等式计算：

（1）

其中q_e为平衡时的吸附量（mg g-1），C_e为时间的MB浓度（mg·L^-1），C₀为初始浓度MB（mg·L^-1），V为溶液的体积 （L），m是吸附剂的质量（g）。

图1 P-BYs（a）和NF / CF-BYs（b）的SEM图像。 （a）和（b）的插图分别显示P-BY和NF / CF-BY的高倍放大的SEM图像。 对碳（c），氧（d）和铁（e）分布的NF / CF-BYs的SEM图像。

2.5 吸附等温线

等温线通过类似的吸附实验获得。 测试进行60分钟。 在35℃下，在不同初始浓度（50-500 mg·L^-1，pH 6）下研究了两种吸附剂对MB溶液的吸附能力。 Langmuir，Freundlich和Temkin分别描述了P-BYs和NF / CF-BYs对MB溶液的吸附等温线。Langmuir模型等温线适用于单层吸附，可表示为：

（2）

其中C_e是溶液中平衡MB浓度（mg·L^-1），q是吸附剂上的平衡MB溶液浓度（mg·g^-1），qmis是吸附剂的最大单层吸附容量（mg·g^-1），b是Langmuir 吸附平衡常数（L·mg^-1）与吸附的自由能和亲和力有关。 为了确定吸附是否有利，基于Langmuir等温线研究平衡参数RL，并且可以表示为：

（3）

其中b是朗缪尔常数（L·mg^-1），C0是初始MB浓度（mg·L^-1）。 RL的值预测等温线形状，可能不利（RLge;1）或有利（0le;RLge;1）。基于吸附在异质表面的Freundlich等温线描述如下：

（4）

其中KF是一个关于吸附能力的常数，1 / n是一个与吸附强度相关的经验参数，与材料的非均质性相关。Temkin等温线由下式描述：

（5）

其中R是通用气体常数（8.314 J mol^-1），T是绝对温度，b_T是吸附能的变化（J·mol^-1），K_T是Temkin平衡结合常数（L·mg^-1）。Temkin常数可以从qeversuslnCe的图中获得。

2.6.比表面积

亚甲蓝法研究了P-BYs和NF / CF-BYs的比表面积[28,29]。 通常，将0.1克各种吸附剂加入30毫升不同浓度的亚甲基蓝溶液中。 在搅拌1小时后，通过UV-vis-NIR光谱法测量残余亚甲基蓝浓度，其可以如下计算：

（6）

其中S是比表面积（m²g^-1），Xmis是单层中吸附MB的量（mg·g^-1），N是阿伏加德罗常数（6.02times;1023），Amis是每MB分子占据的面积（10 ^-2nm²），M是MB摩尔质量（373.89g·mol ^-1）。

2.7.解吸和再生研究

为了评估NF / CF-BYs对MB吸附的可逆性，进行了吸附/解吸实验。在250mL锥形瓶中进行了解吸研究。 吸附实验后，负载MB的NF / CF-BYs用永久磁铁与MB浓度为300 mg L^-1的染料溶液分离，在pH6,35℃下用0.1mol L^-1HCl洗脱。然后，将悬浮液以150rpm振荡30分钟以使MB从NF / CF-BYs释放。MB再生实验进行了研究，并计算MB吸附容量。最后，分析解吸的MB，并且如下计算MB回收效率：

（7）

图2 P-BYs（a）和NF / CF-BYs（b）的EDX图谱。

表格1 用亚甲蓝法计算P-BYs和NF / CF-BYs的比表面积

3.结果与讨论

3.1.P-BYs和NF/CF-BYs的表征

3.1.1 SEM,比表面积和元素分析图P-BYs和NF /

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