环境响应功能类细胞结构微囊

分类：农业环境论文发表 时间：2020-01-07 14:25 关注：(1)

　　近年，在仿生材料学涌现出一个新的热点话题——仿生微囊，主要是通过仿生物细胞的结构，使反应在限域结构进行。相较于传统，限域结构可以有效提高反应物的反应浓度，同时可以形成其在分子水平上的取向性和有序性，通常，其囊膜还具有选择透过性，进而屏蔽环境中其他物质进入，创造出稳定的反应环境。文章主要研究了凹凸棒/石墨相氮化碳微反应器，能够创造出良好稳定的光响应环境。

　　关键词：凹凸棒土;石墨相氮化碳;光催化;皮克林;微囊;类细胞

　　作为“万土之王”的凹凸棒土具有特殊的纤维结构、独特的分散性，进而使其具有较大的比表面积，能在水体污染的处理中产生较强的吸附作用，凹凸棒土另一个有价值的特点是它的化学惰性，具有独特的耐温、耐腐蚀等胶体性质，可以在胶体系统中保持良好的稳定性。并且其具有很强的可塑性，当水的质量分数达到其自重的100%时，凹凸棒土达到其塑性极限。由于凹凸棒土优异的物理化学特性，使其在各行各业中得到了较为广泛的应用[1-3]，尤其是在仿生领域具有潜在的应用价值。石墨相氮化碳(g-C3N4)具有禁带宽度窄(2.7～2.8eV)、价格低廉、热稳定性和化学稳定性高等优点，被认为是一种高效稳定的非金属半导体光催化剂。广泛应用于光催化NADH再生、光解水产氢产氧、光催化降解有机污染物，目前已成为国内外光催化领域的研究热点。因为g-C3N4具有与很多前沿碳材料相似的层状堆积结构和sp2杂化的π共轭电子能带结构，被认为最有可能取代碳在材料方面的应用[4]。通过实验证实，g-C3N4做为载体、储能材料、传感器、氧化还原剂、有机反应催化剂、光催化剂等在能源，在化学、生物、光学、电子等领域有着广阔的应用前景[5]。本研究通过皮克林乳液法简易合成了凹凸棒土/石墨相氮化碳乳液，并通过光学显微镜观察出其成球效果较好，通过染料的降解处理验证类细胞结构微囊在环境领域应用的可行性。

　　1实验部分

　　1.1实验材料凹凸棒土来自甘肃省临泽县，3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES,H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3,AR)购自上海阿拉丁生化有限公司，尼罗红(C20H18N2O2,AR)、三聚氰胺(C3H6N6,AR)、甲苯和正硅酸乙酯(TEOS)购自成都科龙生化有限公司。所有其他试剂均为分析级的，氮化碳由三聚氰胺所制得。1.2实验仪器光学显微镜(型号：DM500，德国徕卡)、扫描电子显微镜(型号：Ultra55，Zeiss，德国)、手持式匀质器(型号：HN-30K，上海汗诺)、荧光共聚焦显微镜(型号：TCSSP8，德国徕卡)。

　　2实验与讨论

　　图1(a，b)APTES改性凹凸棒土/氮化碳1∶1和1∶2在处理尼罗红染液后的荧光显微图像及透射电镜图像;(c，d)APTES改性凹凸棒土/氮化碳1∶1和1∶2的光学显微图像荧光区域集中在球体上(图1a)证明了微囊半透性和囊体材料优异的吸附能力[6]。另外通过透射电镜图1(b)，我们发现在处理过程中球体的结构始终保持完整，，具有一定的抗环境干扰能力[7]。图1(c,d)显示了在光学显微镜下的APTES改性凹凸棒土/氮化碳微囊的显微形态，可以看出其成球效果及分散性都较好，简单地测算可发现其尺寸大多分布在30μm左右，结合类细胞结构的特性，具有广泛的研究意义。从所制凹凸棒土/石墨相氮化碳微囊的扫描电镜图(图2)可以看出，微囊经过脱水和干燥后，其形貌和结构没有发生明显变化，从能谱分析图可以看出，主要元素包含C、N、O、Si元素。

　　3结语

　　微囊是近来仿生学和材料学交叉的产物，主要是构建具有类似于生物体细胞的半透性膜限域结构。具有以下几个特点：(1)密闭有限的反应空间;(2)具有筛分过滤功能的仿生膜;(3)稳定均布的囊内环境;(4)较高的反应浓度及分子取向性。它所特有的物理化学性质和其极端环境适用性引起了科学工作者的极大兴趣。目前，各国正在逐步开展大量关于微囊反应器作为药物、染料、催化剂等领域的研究，具有广阔的应用前景和经济价值。

　　作者：任域权 孙仕勇 谭道永 单位：西南科技大学环境与资源学院