亚麻纤维类机械制造(亚麻纤维的合成及其抗菌和光催化性能)

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文|混史小郎君

编辑|混史小郎君

?——【·简介·】——?

纳米银掺杂亚麻纤维分两步制备，第一步，通过高碘酸钾对亚麻纤维进行氧化，形成二醛纤维素（DAC），第二步是通过DAC还原银离子，利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、对光催化剂进行了表征技术吸附等温线、热重分析和能量色散X射线光谱。

使用批次和柱测试研究了对结晶紫与亮绿（单独或混合物）的染料降解潜力，在优化条件下研究了降解效率，例如pH(5.0)、染料初始浓度、接触时间（3.0小时）、光催化剂剂量（0.08g）和温度（25°C）。

动力学研究表明，实验数据与准二级动力学模型吻合良好，根据方程分析平衡等温线数据，还计算了纤维上阳离子染料吸附过程的热力学参数，负值表明吸附的自发性质，纤维已成功应用于不同样品中所研究的阳离子染料的光降解。

各个行业产生的废水含有多种污染物，例如染料、重金属、抗生素和农药，纺织、塑料、造纸、食品、制革和制药行业产生的废水含有有毒化学染料和其他有毒化学成分。

在某些情况下，各行业产生的废水直接用于灌溉目的，这种做法会恶化农作物和土壤的质量，水中染料分子的存在减少了阳光对水体的渗透，在将含染料废水排放到附近水体之前对其进行适当的处理非常重要。

据观察，随着时间的推移，吸光度峰降低，突出表明能够降解三种染料，实际废水中含有多种染料作为污染物，检查混合物中合成的染料降解能力非常重要，对于染料混合物，测试并研究染料降解能力。

其化学结构为染料分子提供了高稳定性，很难将染料分子降解为无毒成分，在过去的二十年里，光催化降解被认为是有前途的染料污水处理方法，它是太阳能驱动的方法，具有许多优点，能将有机染料完全矿化成无机酸，无二次污染。

光催化降解过程中所使用的材料称为光催化，这些材料具有许多优点，因为它们便宜、环保、有效并且可以重复使用，半导体、金属氧化物纳米颗粒以及金属氧化物掺杂和混合材料是光催化剂的例子。

亚麻是天然植物纤维，是廉价、可再生且可用的材料，与其他天然纤维可用于工业应用，例如纺织品添加剂，以及提高聚合物的生物降解性等，这些纤维由于其可用性、廉价和简单而用于水处理。

植物纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素三种聚合物组成，在自然界中，纤维素被认为是最可用的聚合物，它是植物纤维结构的主要成分，用于去除水中的许多污染物，如染料、乳化有机溶剂、重金属和油类，被用于水处理。

新型纳米银掺杂亚麻纤维的吸附能力、光催化和抗菌特性，吸附、光催化和抗菌行为尚未得到探索，合成这些可用于在光照下吸附-光催化降解有机污染物的材料引起了人们的极大兴趣。

?——【·材料和方法·】——?

亚麻纤维使用前，通过用双蒸水和无水乙醇洗涤来对纤维进行处理，将1.0g预处理的亚麻纤维与溶解在100ml中的2.0gKPI4在阳光存在下在45℃下摇动4.0小时。

将获得的氧化亚麻纤维洗涤数次并在40℃的烘箱中干燥，将干燥的轻氧化亚麻纤维振荡18小时，将纤维过滤并洗涤数次，并在40℃烘箱中干燥，制备的呈淡黄色，不溶于水，部分溶于化学制品。

测试了对两种革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌）和两种革兰氏阴性菌（大肠杆菌和铜绿假单胞菌）的抗菌活性，将纤维溶解中并制备1mg/ml的溶液，将制备成标准尺寸（5mm）的滤纸的纸盘切割并在高压灭菌器中灭菌。

将浸泡在所需浓度的溶液中的纸盘无菌放置在含有营养琼脂培养基的培养皿中，其中接种了金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌，将培养皿孵育，并在完成孵育后记录抑制区的直径。

在进行染料降解实验之前，扫描染料溶液以获得吸光度最大值，使用浓度范围为10至400mg/L的三种不同染料进行染料降解研究（单独和同时），将三种染料混合，降解实验在装有25ml染料溶液和光催化剂剂量（0.08g）的125ml透明带塞瓶中进行。

三种染料吸附降解前后天然纤维素、氧化纤维和纤维颜色的明显变化，黄色天然纤维素经过氧化，并在氧化亚麻纤维上掺杂纳米银后变成棕色二醛纤维素，染料吸附降解后，颜色在从棕色变为蓝色。

将塞好的瓶子在室温、阳光下在恒温摇床上以150rpm的速度摇动，平衡后，将瓶子中的内容物离心，测量含有染料残留物的上清液，降解后的样品以不同的时间间隔之间定期扫描，以获得最大值。

?——【·结果与讨论·】——?

表示所研究的阳离子染料在使用制备的纤维进行降解吸附过程后的红外光谱，可以清楚地看到，负载温度范围内对氧化和改性亚麻纤维进行热重分析，以提供有关其热稳定性的信息，热分析每种化合物都会经历不同的降解步骤。

在相同条件下研究了氧化亚麻纤维的热降解，测定总残留量分别为4.1%和7.67%，与母体（氧化亚的麻纤维）相比，总残留值较高，表明银离子在与氧化亚麻纤维络合期间表现出催化降解。

三种染料吸附降解前后天然纤维素、氧化纤维和纤维颜色的明显变化，黄色天然纤维素经过氧化，并在氧化亚麻纤维上掺杂纳米银后变成棕色二醛纤维素，染料吸附降解后，颜色在从棕色变为蓝色。

为其他研究人员确定其他纳米颗粒用于染料处理的潜力（单独和混合物）提供参考，为接下来的实验提供了各项详细的计算，从中获取了丰富的经验，亚麻纤维的合成贡献了力量。

据观察，吸光度峰降低，突出表明能够降解三种染料，实际废水中含有多种染料作为污染物，检查混合物中合成的染料降解能力非常重要，对于染料混合物，试并研究染料降解能力。

溶液pH值是颗粒表面发生反应的重要参数，pH值的变化可以改变纳米吸附剂的表面电荷以及染料分子的解离程度，研究染料的吸附-光催化降解能力随着pH值的增加而增加，直到pH达到5，然后下降。

高去除率归因于阳离子染料分子之间的强静电，酸性pH值下染料去除率较低可能是由于存在过量的H+离子与带正电荷的阳离子染料分子竞争的吸附位点，在不调节pH的情况下，三种染料的光催化降解在pH5时是相同的。

衡吸附容量随着初始染料浓度的增加而增加，并且不同浓度下的吸附在初始阶段是快速的，并且随着吸附的进行而逐渐减小，直至达到平衡，这可能是由于初始染料浓度越高，固液界面浓度梯度的驱动力越大，导致吸附剂上吸附的染料量增加。

正如预期的那样，吸附能力随着初始染料浓度的增加而增加，随着溶液中存在更多染料，吸附过程涉及更多的活性位点，在较高的染料浓度下，吸附能力达到平台，表明吸附剂上的可用结合位点饱和，光催化剂表面的高吸附可以增强光降解过程。

如果染料浓度增加得太高，纳米复合材料就会因为超过吸附容量而饱和，如果染料浓度太高，光降解可能会减少，因为丰富的染料会阻止光穿透，接触时间是吸附的重要参数，可以反映对三种染料的吸附动力学。

吸附过程分为三个阶段，第一阶段可归因于染料通过表面传质快速附着到表面，在此阶段，所有情况下都发现超过80%的吸附，第二阶段较慢，可能是因为许多可用的外部位点已被占用，并且染料分子扩散到网络中的速度缓慢。

降解焓被视为反应分子必须跨越的能量势垒的测量值；计算出的负值证实了降解过程的放热性质，并随后表明染料降解时定量的热量损失到降解溶液系统中，表明吸附过程为化学吸附，染料降解导致较低的随机性和较高的排列程度。

三种染料的降解效率随着温度的升高而降低，关于表面性质的有用信息可以从降解过程的热量大小提供，确定光催化降解限速步骤之外，定量动力学分析对于最佳降解设计系统和充分理解降解机制至关重要。

使用模型测试了对所有三种染料的吸附等温线，以便建立吸附系统设计中平衡数据的相关性，这表明当吸附过程达到平衡状态时，吸附分子在液相和固相之间的分布，更好的回归系数值表明等温线模型的适用性。

新官能团的出现是通过阳离子染料吸附剂之间的螯合相互作用的方式，进行化学处理而形成的。因此，基于所有先前的结果，建议吸附过程通过螯合进行，其中阳离子染料取代吸附位点的氢离子并定位到吸附剂上，形成吸附剂染料复合物。

?——【·结论·】——?

纳米技术可以应用于解决与环境、农业、食品等相关的许多问题，纳米技术在废水处理中的应用已取得了有效的成果，我们的研究采用了纳米银掺杂亚麻纤维的合成，并使用紫外可见光对其进行了表征吸附等温线和热重分析（TGA）。

在批次和柱技术中观察到亚甲基蓝、结晶紫和亮绿降解（单独和混合）中的染料降解中的有效活性，之前发表的大多数研究都使用单一染料，很少有研究提到纳米颗粒用于染料混合物的潜力。

参考文献：

1.《迟缓曲霉对纺织染料的脱色》

2.《纳米花瓣用作合成染料降解纳米催化剂的杰出性能》

3.《天然或合成——纺织品使用的全球趋势如何威胁淡水环境》

4.《含重金属废水对农业土壤和农产品的影响：生物处理的相关性》