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《武汉理工大学》 2006年
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多糖/蛋白质调控纳米铁矿物生物矿化作用机理研究

黄江波  
【摘要】:铁矿物是环境水体、土壤、沉积物和岩石的主要组分。铁矿物的变化对其所处环境的地球化学性质影响极大,如对土壤肥力、有机质降解、重金属元素的吸附与释放等。铁矿物因其具有稳定的化学性质和较高的比表面积,吸附性能良好,对阴、阳离子、重金属离子及有机鳌合剂在地表环境中的迁移和沉淀有重要影响,因而具有十分重要的环境学意义。利用这种来自于天然的、具有良好环境属性的物质来进行污染治理,将具备其他许多材料无法比拟的环境协调性等方面的优势。同时,铁矿物的形成与微生物的矿化作用密切相关。利用生物矿化原理,采用有机模板合成纳米铁氧化物也是材料学研究的热点。因此,本文着重从生物大分子多糖和蛋白质着手,研究有机基质调控氢氧化铁凝胶的矿化结晶过程,具有重要的理论意义。 本文介绍了以葡聚糖、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、明胶四种生物大分子为有机基质,在常温中性条件下进行模拟铁生物矿化实验。目的是研究生物多糖和蛋白质对氢氧化铁凝胶矿化行为的调控作用及其机理,结果表明生物多糖和蛋白质通过选择成核和相变的机制控制矿化产物的晶体类型、形貌、性质及生长方式等。不同多糖和蛋白质具有不同活性功能团,能够作为成核位点吸引Fe(Ⅲ)与之发生配位作用而在有机质自组装形成的分子结构中成核结晶,并有一定的取向生长。多糖和蛋白质的分子结构及其性质在矿化过程中发挥了至关重要的作用。此外矿化体系的pH、碱度、陈化温度和陈化时间等都能影响氢氧化铁凝胶的矿化行为。阴离子不同并未造成矿化进程的差异,但所形成的矿化产物形貌有所不同。 葡聚糖容易吸附到铁氧化物表面,对晶核有包裹作用,阻碍了晶核的自由扩散和生长,形成纳米级的β-FeOOH 和α-Fe_2O_3。β-FeOOH 是Fe(OH)_3转化为α-Fe_2O_3的中间过渡相。矿化早期阶段相变是通过溶解一再结晶的方式进行。在一定范围内(小于2 wt%),葡聚糖浓度增大有利于晶体生长。 壳聚糖能调控氢氧化铁凝胶矿化形成纳米级β-FeOOH,成核结晶发生在多糖的链上,向两侧生长,构成一定规则的生长排列。壳聚糖浓度不同结晶形态发生变化,浓度过高会抑制晶体成核生长。 羧甲基壳聚糖矿化体系中早期形成α-FeOOH,随着陈化时间的延续,α—FeOOH逐渐减少,最后形成α-Fe_2O_3。期间存在一个由α—FeOOH向α-Fe_2O_3转化的相变过程。实验方法不同,羧甲基壳聚糖与Fe(Ⅲ)的作用方式不同。 在明胶浓度较低的范围内(小于1 wt%),明胶浓度增大有利于晶体生长形成α-FeOOH。晶体生长有取向性排列,其表面吸附有明胶分子。明胶和葡聚糖等量混合有机质在矿化过程中起主要作用的是葡聚糖,这与葡聚糖的亲水性有关。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O611.3

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【引证文献】
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4 蔡安华;生物矿化中的纳米无定形碳酸钙[D];浙江大学;2008年
5 赵东辉;基于生物矿化的不同晶型与形貌碳酸钙研究[D];河南大学;2009年
6 冯秀妮;维生素C和B_6对皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)代谢反应和贝壳生物矿化影响的研究[D];中国海洋大学;2005年
7 朱军;草酸钙型尿结石的体外模拟与抑制[D];安徽大学;2005年
8 郭锋;以生物细胞为模板矿化合成纳米结构SiO_2的研究[D];长春理工大学;2006年
9 李哲;纳米羟基磷灰石的表面改性及其复合材料的仿生合成[D];吉林大学;2007年
10 方斌;磷酸酯化聚乙烯醇的制备及其体外模拟生物矿化研究[D];华中科技大学;2013年
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