生物模板载体水处理剂
二氧化钛因其自身的独特优势受到社会的重视: 光催化降解有机物的活性高、化学性质稳定、耐化学腐蚀且无毒, 这些特性使它在污水处理和空气净化等方面具有潜在的应用价值。目前处理污水多采用悬浮相TiO 2 光催化体系, 因其颗粒细小, 回收困难, 而且容易随水流失, 造成催化剂的浪费和环境的二次污染. 为提高 TiO 2 的重复利用率和光催化性能, 国内外研究者一直致力于立体结构 TiO 2 的制备及其性能研究. 立体结活性剂自组装超分子结构模板 , 有机材料模板等.用模板法制备各种立体结构的 TiO 2 并对其光催化性能进行研究, 已成为热门领域, 目前的立体结构主要集中在微管, 空心微球和核壳结构等方面. 其空心部分能容纳大尺寸或小尺寸的客体, 可产生类似于人体细胞“微环境”的微观“包裹”效应, 使得空心微纳米结构在微尺度反应器、药物传输载体、光子晶体、催化剂和能量存储等许多技术领域都有重要的应用。
树叶三部分各有自己精细的内部结构, 叶脉贯穿其中. 叶脉可分为主脉, 侧脉, 细脉, 稍脉等, 细脉交错分布, 将叶片分为无数小块. 每一小块都有细脉脉梢伸入, 形成叶片内的运输通道, 这些叶脉在叶面上形成的形状又大致可分三种脉序: 网状脉, 分叉状脉和平行脉. 每种脉序又可以分出许多不同的种类, 这就为树叶作为生物膜板,制备各种形状的二氧化钛, 提供了天然的优势, 这里以羽状网状脉的洋槐树叶为实验材料. 叶脉就是生长在叶片上的维管束, 为植物体运输水分、无机盐和有机养料等, 维管束相互连接构成维管系统.维管束主要靠蒸腾作用, 内聚力(氢键力)和主动运输(浓度差)等作用对无机成分和有机成分进行运送,而这里被剪碎树叶的内聚力和主动运输仍可以起作用.树叶浸泡在钛酸四丁酯的混合液中, 混合液中钛酸四丁酯的浓度较维管束中的浓度高, 且维管束内壁充满了能形成氢键的羟基, 钛酸四丁酯顺着维管束进入树叶当中. 钛酸四丁酯与树叶中的水分接触不会立即分解, 这是由于硝酸的存在, 氢离子可以抑制其水解的速度, 同时硝酸根作为钛酸四丁酯的配体, 也可以起稳定作用, 从而可以让钛酸四丁酯顺利通过叶脉穿插到树叶的表皮和叶肉当中, 而不致于很快分解, 或阻塞叶脉的通道. 而硝酸本身所具有的氧化作用破坏了树叶表皮的角质层, 便于钛酸四丁酯的浸入, 树叶当中的部分微量元素也被扩散到溶液中. 随着扩散作用的进行, 钛酸四丁酯进入到树叶的各个精细结构当中, 如栅栏组织、海绵组织中, 并在树叶中形成一个小型反应器开始缓慢了比较稳定的氢键, 并且受树叶脉络形状的局限, 钛酸四丁酯缓慢浸入树叶的脉络, 从而形成了立体的网状结构. 浸入的钛酸四丁酯会发生水解反应:
nTi(OBu) 4 ＋4nH 2 O→nTi(OH) 4 ＋4nBuOH (1)
钛酸四丁酯水解到一定的程度, 树叶变脆且易折断, 经过常温的晾干和煅烧, 发生缩合反应:
nTi(OH) 4 →nTiO 2 ＋2nH 2 O (2)
经煅烧后, 树叶被烧掉, 得到了保留树叶脉络结构的网状结构 TiO 2
洋槐树叶为模板, 600 ℃煅烧 2 h, 制得锐钛矿的网状TiO 2 , 网孔直径约为5～10 µm, 且骨架上有少量直径约为2～3 µm规则球形的和直径约为5 μm管状的TiO 2 .
(2) 通过对甲基橙的光催化降解可知, 网状 TiO 2 在酸性条件下 3 h 内对甲基橙催化降解率比粉体 TiO 2 高37.2%, 比商用的 TiO 2 高 44.6%.
(3) 探讨出制备多种形貌二氧化钛的一种方法: 选用不同脉序的树叶, 可以制备出与之相对应形貌的二氧化钛。