模拟植物光合系统的新型材料对水体中有机污染物的降解效应(2)
碳纳米管（英文Carbon Nanotube，缩写CNT）是碳的一种同素异形体，是日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男在1991年1月通过高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤文中发现的。它是一种管状的碳分子，管子的半径方向非常细，只有纳米尺度。它的物理性质很强，例如很硬的强度、磁阻力和热导率。它的物理性质也会随着结构的变化而发生变化，它会由绝缘体转变为半导体，由半导体变为金属，它良好的导电性可以作为本实验发生反应的电子传递链[6-7]。
光系统（photosystem），是植物进行光合作用的功能单位，是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物。每一个光系统含有两个主要成分：捕光复合物(light -harvesting complex)和光反应中心复合物(reaction-center complex)。两个光系统存在于类囊体膜上，它们是具有互补功能的存在。光合系统能利用取之不尽的太阳能进行光合作用，因此用BiFeO3/AgI/CNTs复合体模拟植物的光合系统来进行光催化反应具有重要意义。
亚甲基蓝是一种吩噻嗪盐，深绿色，有光泽的结晶（三水合物），可溶于水或乙醇，不溶于醚类。亚甲基蓝在自然条件下较为稳定，溶于水呈碱性，有毒。其广泛应用于生活生产、实验研究的各个方面，例如化学指示剂、染料、生物染色剂和药物等方面。由于亚甲基蓝能够与多数无机盐生成复盐，渗入土壤中会影响植物生长，流入水体中会危害水体中的生物，甚至渗入地下水源，从而危害人类的日常生活。
本研究采用凝胶-溶胶法制备高效光催化剂BiFeO3，并进一步制成模拟植物光合系统的BiFeO3/AgI/CNTs复合体，研究其对亚甲基蓝溶液的降解效应，从而为水污染的治理提供参考[8-10]。
1 实验部分
1.1 主要实验材料及器材
实验材料：光催化剂：BiFeO3（溶胶-凝胶法），模拟植物光合系统的 BiFeO3/AgI/CNTs复合体；亚甲基蓝溶液。
实验器材：
表1 实验所用仪器和设备
名称 型号 厂商
电子天平 扫描电镜
台式高速冷冻离心机
X-射线粉末测试仪
恒温加热磁力搅拌器
723可见光分光光度计 AL204
JSM-670
GTR16-2
BR-AXS-D8-A
CL4型
（V5000） 梅特勒-托利多仪器有限公司
苏净集团苏州安泰空气技术有限公司
上海天呈医流科技股份有限公司
丹东通达科技有限公司
巩义市英峪予华仪器厂
青岛扬中仪器有限公司
烧杯；量筒；锥形瓶；玻璃棒；容量瓶；试管；离心管等。
1.2 光催化剂的制备
1.1.1 BiFeO3的制备（溶胶-凝胶法）
在室温大约为25 ℃的条件下，按照相应的体积比，无水乙醇:冰醋酸=1:1 配制好混合溶剂，将2.0201 g Fe(NO3)3•9H2O溶解在100.0 mL混合溶剂中得到 0.050 mol/L的Fe(NO3)3溶液，将2.4254 g Bi(NO3)3•5H2O 溶解在100.0 mL混合溶剂中得到 0.050 mol/L 的 Bi(NO3)3溶液。在快速搅拌下，将 Fe(NO3)3溶液滴入到 Bi(NO3)3溶液中，然后用 0.050 mol/L 的 NaOH 溶液调节体系pH=4.5，得到暗红色、稳定的前驱体溶液。将前驱体溶液用保鲜膜密封好后放至 80 ℃的烘箱中，让前驱体溶液缓慢反应得到溶胶，经约 70 h 陈化、干燥后得到干凝胶。将干凝胶在马弗炉中 600 ℃煅烧 1 h（N2气氛保护），再自然冷却至室温，取出样品在研钵中研磨 30min，得到实验样品 BiFeO3粉体。在得到粉体后加上AgI和CNTs即得到BiFeO3/AgI/CNTs复合体。
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