TiO2納米管光-電催化降解污染物的監(jiān)測(cè)新方法研究.pdf

1、隨著光催化技術(shù)如火如荼的發(fā)展，學(xué)術(shù)界在利用光催化技術(shù)降解污染物方面取得了許多顯著的成果，發(fā)展簡單快速地用于光催化降解過程的監(jiān)測(cè)技術(shù)十分必要。因此本論文合成了具有高效光催化活性的TiO2納米管材料，并將其用于光/電催化降解環(huán)境污染物，分別采用了三種新型的監(jiān)測(cè)方法（原位紫外可見吸收光譜法、表面增強(qiáng)拉曼光譜法和電化學(xué) DNA生物傳感器）對(duì)環(huán)境污染物在 TiO2納米管上的降解過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過這些監(jiān)測(cè)新方法研究了污染物的最佳降解條件、降解機(jī)理、

2、降解動(dòng)力學(xué)以及降解路徑。對(duì)制備的TiO2納米管材料的形貌、組成成分、晶型和價(jià)態(tài)、以及表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）性能進(jìn)行表征的方法有： SEM（掃描電鏡）、XPS（X射線能譜儀）、XRD（X射線衍射儀）以及Raman（拉曼光譜）等。采用光電化學(xué)分析技術(shù)對(duì)TiO2納米管材料的光催化活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)不同尺寸的TiO2納米管的細(xì)胞毒性和光毒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)并應(yīng)用其光毒性研究殺死人肺癌細(xì)胞（A549）的最佳紫外光照時(shí)間。本論文主要研究結(jié)果如下：<

3、br>　?。?）采用陽極氧化法合成具有高效光催化活性的 TiO2納米管，將其應(yīng)用于光/電催化降解氧氟沙星溶液，應(yīng)用原位紫外可見吸收光譜法對(duì)氧氟沙星的降解過程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，并系統(tǒng)地研究了影響降解過程的因素（pH值、偏壓和氧氟沙星初始濃度）。研究表明光電催化降解法降解效果最好，在最佳條件下，40 mg/L的氧氟沙星溶液可以在35 min內(nèi)被完全降解，COD去除率達(dá)到70％。
　?。?）采用陽極氧化法，通過控制偏壓和陽極氧化時(shí)間，精確制

4、備了不同管徑和不同管長的 TiO2納米管，其細(xì)胞毒性通過對(duì)A549細(xì)胞的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究表明：不同尺寸的 TiO2納米管對(duì)A549無細(xì)胞毒性，具有很好的生物相容性，但卻影響了A549細(xì)胞的生物力學(xué)性質(zhì)，大的管徑和長的管長使A549細(xì)胞變硬（楊氏模量增大），遷移性增強(qiáng)（粘附力減?。?，分析原因是由于不同尺寸的納米管影響了細(xì)胞的延展程度和方向。在紫外光照下，TiO2納米管使A549細(xì)胞骨架嚴(yán)重收縮，具有光毒性，在最佳紫外照射時(shí)間（15 s

5、）時(shí)，A549細(xì)胞死亡率為91%。
　　（3）采用改良種子生長法合成了可循環(huán)使用，同時(shí)具有表面增強(qiáng)活性（表面增強(qiáng)因子為3.867×106）和光催化活性的金納米顆粒修飾的TiO2納米管（Au NPs-TiO2 NTs）。采用此納米金-TiO2納米管材料為光催化劑，結(jié)合表面增強(qiáng)Raman光譜法原位監(jiān)測(cè)亞甲基藍(lán)（MB）的光催化降解過程。通過分析原位SERS光譜推斷出MB的光催化降解路徑，分析了其降解機(jī)理，證實(shí)了其主要中間產(chǎn)物。通過選擇

6、MB的最強(qiáng)的 SERS峰分析 MB的光催化降解動(dòng)力學(xué)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果表明此納米材料作為具有光催化活性可循環(huán)使用的 SERS基底可以應(yīng)用于高靈敏地原位測(cè)定環(huán)境中的污染物的光催化降解過程。
　?。?）采用新型的電化學(xué)取代法構(gòu)建電化學(xué) DNA傳感器測(cè)定抗癌藥物阿霉素（DOX），采用由20個(gè)堿基的雙鏈DNA以金硫鍵固定在金電極上構(gòu)建DNA傳感器，以具有電化學(xué)活性的DNA結(jié)合物--亞甲基藍(lán)作為電化學(xué)指示劑，實(shí)驗(yàn)通過記錄取代反應(yīng)前后電

7、化學(xué)信號(hào)的差值而不是絕對(duì)值而極大的降低了由不同 DNA表面密度帶來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差，準(zhǔn)確度較高，重現(xiàn)性較好。最佳DNA修飾電極——polydC·polydG修飾金電極的檢測(cè)范圍為5.0×10-10~2.4×10-5 M，檢測(cè)限為4.2×10-10 M。應(yīng)用此DNA電化學(xué)傳感器測(cè)定 DOX在 TiO2納米管上的光電催化降解過程，并用紫外可見吸收光譜法同時(shí)測(cè)定驗(yàn)證了此方法的準(zhǔn)確性。由于該方法檢測(cè)范圍大，檢測(cè)限低，重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性好，其作為檢測(cè)手