离子液体微乳液室温制备微纳材料及其应用研究

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新型微纳材料因其优良的理化性质被广泛应用于灭菌、吸附、催化等领域,而其常规的溶剂热制备法耗能、耗时且操作复杂,因此建立一种操作简单方便、绿色清洁的制备方法具有重要意义。本文以绿色溶剂离子液体为组成单元组成离子液体微乳液,在常温常压下以微乳液为介质合成一系列新型微纳材料,探究材料的尺寸形貌与微乳液微结构间关系,并初步考察了所得材料在灭菌和吸附RhB等方面的应用,主要的研究内容和结果如下:  1)合成了离子液体[Bmim]PF6,并通过FT-IR和1HNMR表征确认。以离子液体[Bmim]PF6、水、TX-100或Tween20组成离子液体微乳液体系。利用滴定法确定三元体系相图,通过电导率法划分单相区离子液体-水、双连续和水-离子液体三种类型微乳液,利用动态光散射测得离子液体-水微乳液液滴的粒径范围为5~15 nm且粒径分布均匀。利用探针,通过UV-Vis分析液滴微极性交化和金属盐溶解情况,证实了微乳液中分散相液滴的存在,并且金属盐在微乳液中有良好的溶解性。相比于TX-100组成离子液体微乳液,Tween20微乳液单相区域面积和液滴的粒径更大。上述理化性质显示,离子液体微乳液将是极具潜力的材料合成的绿色介质。  2)首次以离子液体微乳液[Bmim]PF6/TX-100/水体系为介质,利用Zn2+和芳香配体H3BTC室温制备两种不同晶型材料[Zn6(OH)3(BTC)3(H2O)3]·7H2O(化合物A,B,E,F)和[NaZnBTC(H2O)4]·1.5H2O(化合物C,D)。其中[NaZnBTC(H2O)4]·1.5H2O系首次被报道。利用FT-IR和TGA分析其结构与目标化合物相吻合;通过N2吸附-脱附实验得到化合物C的比表面积为6.137 m2/g;通过SEM考察不同类型微乳液区域合成出Zn-MOFs形貌,其中离子液体包水微乳液合成出颗粒状材料,双连续相合成出由颗粒状到长杆状材料,水包离子液体合成出长杆状材料。在F区域考察pH、有机配体与金属粒子比例和反应时间对Zn-MOFs形貌的影响。在pH=5.98,有机配体与金属离子摩尔比为1∶1下反应24 h可得到均匀长杆状Zn-MOFs材料。该绿色合成方法适用于工业化生产Zn-MOFs的研究。  3)首次采用离子液体微乳液[Bmim]PF6/TX-100/水体系室温合成结晶度较低的复合材料Ni-Ti-BTC。以FT-IR分析复合材料的特征吸收峰;以TGA分析得知400~550℃失去有机配体;以XPS分析得出Ni、Ti、O、C存在于合成复合物中;通过N2吸附-脱附实验得到其孔径大小为3.5 nm左右,比表面积为22.88 m2/g。合成的复合物材料对RhB有较好的吸附效果。考察了复合物吸附RhB的吸附等温线参数和吸附动力学特征,通过Langmuir和Freundlich吸附等温线方程拟合,结果表明复合物吸附RhB的过程更符合Langmuir吸附等温线,为单分子层吸附。对RhB的吸附平衡数据进行拟二级动力学拟合后得到的相关系数R2=0.993,具有较好的相关性,进一步证实其吸附过程符合二级动力学吸附模型。  4)以离子液体微乳液[Bmim]PF6/TX-100/水体系为软模板光还原原位合成了AgNPs。其粒径为10 nm左右且均匀分散在离子液体微乳液中,无明显聚集现象。考察不同反应物前体AgNO3浓度、表面活性剂比例和光反应时间对其粒径的影响。选择5 g/L AgNO3、65.5%表面活性剂TX-100比例、5min光反应时间为最佳条件合成Ag NPs。考察了Ag NPs溶液对大肠杆菌的灭菌活性。50μL62.5μg/mL Ag NPs溶液20 min可以杀死99%以上的大肠杆菌BL21,显示出Ag NPs良好的杀菌活性。本合成方法简单,所得Ag NPs易于进一步实施表面功能化修饰,具有较好的应用前景。
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