離子液體改性納米二氧化鈦及其在蛋白質(zhì)分離和光催化降解中的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文以離子液體和納米TiO2兩種環(huán)境友好的綠色材料作為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了在不同工藝條件下，離子液體對(duì)納米TiO2的改性效果?？疾炝怂苽涞腡iO2納米材料在改性前后表觀性能的變化，以及改性后的納米材料在蛋白質(zhì)分離純化和可見光催化方面的表現(xiàn)性能。
　　論文第一部分以疏水性離子液體N，N-二（2-甲基丁基）咪唑六氟磷酸鹽(PPimPF6)為模板，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，制備了一種具有銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的多孔納米TiO2粉體

2、顆粒。采用TEM和BET分析對(duì)該粉體顆粒的形貌進(jìn)行表征。結(jié)果顯示，在離子液體的模板作用和顆粒團(tuán)聚的作用下，該顆粒內(nèi)形成了兩種不同尺寸的孔結(jié)構(gòu)，孔徑分別為7.3 nm和26.2 nm。所得顆粒的比表面積和孔容積分別為68.31 m2 g-1和0.2814 cm3 g-1，比無模板法制備的納米TiO2顯著提高（15.16 m2 g-1和0.0402 cm3 g-1）。在樣品溶液pH9時(shí)，以2 mg多孔納米TiO2為吸附材料，對(duì)1.0 mL1

3、50μg mL-1細(xì)胞色素c的吸附效率達(dá)到87％;吸附后的細(xì)胞色素c可采用0.1 mol L-1 Na3PO4溶液為洗脫劑進(jìn)行洗脫，洗脫效率為90％。該多孔納米TiO2粉體顆粒對(duì)細(xì)胞色素c的吸附容量達(dá)到112.6μg mg-1，遠(yuǎn)高于無模板法制備的納米TiO2顆粒的吸附容量（25.1μg mg-1）。以此多孔納米TiO2粉體顆粒作為固相吸附劑，有效地實(shí)現(xiàn)了全血樣品中細(xì)胞色素c的選擇性分離。而且，吸附-洗脫過程對(duì)于細(xì)胞色素c的結(jié)構(gòu)沒有明顯

4、影響。
　　在論文第二部分，采用一步合成法首次制備了離子液體N，N-二（2-甲基丁基）咪唑六氟磷酸鹽/TiO2（PPimPF6/TiO2）納米復(fù)合材料。在鈦酸四丁酯(TBOT)水解形成納米TiO2的同時(shí)，離子液體PPimPF6在氫鍵作用下原位固載到納米TiO2表面。結(jié)構(gòu)和形貌表征結(jié)果表明，由于離子液體對(duì)于納米TiO2粉體顆粒形成的導(dǎo)向和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定作用，所得復(fù)合材料在未經(jīng)過熱處理的情況下即具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)。該納米復(fù)合材料在特定條件下對(duì)于

5、中性蛋白，如血紅蛋白，表現(xiàn)出良好的選擇性吸附性能。在pH8的Britton-Robinson緩沖溶液中，2 mg該復(fù)合材料對(duì)150μg mL-1血紅蛋白的吸附效率為88.3％，而在同樣條件下，該復(fù)合材料對(duì)堿性蛋白細(xì)胞色素c和酸性蛋白牛血清白蛋白沒有明顯的吸附作用。在此實(shí)驗(yàn)條件下，該P(yáng)PimPF6/TiO2復(fù)合材料中相應(yīng)的離子液體部分對(duì)血紅蛋白的吸附容量達(dá)到122.3μg mg-1，比等質(zhì)量的純離子液體PPimPF6提高5倍。采用0.5％

6、的SDS溶液可實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附血紅蛋白的洗脫，洗脫效率約為73％。圓二色光譜研究表明吸附和洗脫過程對(duì)血紅蛋白的結(jié)構(gòu)基本上沒有影響，測(cè)定洗脫液中血紅蛋白的活性，結(jié)果表明大約有96％的血紅蛋白保持了生物活性，說明吸附和洗脫過程對(duì)血紅蛋白的生物活性基本沒有影響。以此復(fù)合材料為固相吸附劑建立的固相萃取過程可有效地應(yīng)用于全血樣品中血紅蛋白的選擇分離。
　　論文第三部分將離子液體N，N-二（2-甲基丁基）咪唑氫氧化物(PPimOH)作為摻雜試劑，制

7、備了一種具有可見光響應(yīng)性能的納米復(fù)合材料PPimOH-TiO2。對(duì)此材料光譜性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了UV-Vis、FT-IR、XRD和TEM表征。結(jié)果顯示，PPimOH-TiO2納米復(fù)合材料是一種粒徑約為10nm的類球形具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的納米粉體材料。離子液體是通過形成Ti-O-C鍵而不是物理吸附，鍵合到TBOT水解形成的納米TiO2表面。該P(yáng)PimOH-TiO2納米復(fù)合材料對(duì)可見光的響應(yīng)程度與離子液體的加入量有直接關(guān)系，當(dāng)反應(yīng)加入的PPi