着单壁球长大的碳纳米管从Carbolex购买公司(美国肯塔基州列克星敦)在这个研究项目进行了研究。这些纳米结构synthetisized通过电弧放电法产生纳米管直径约1.4纳米。Carbolex执行热重分析在空气中,在这些raw-nanotubes inc .),表明该材料包含在20到30之间wt %的无定形碳。去除无定形碳和杂质是由0.5克的碳纳米管引入2.6 HNO 100毫升₃解决方案。能够很好的证明,硝酸(强氧化化学)消除了金属催化剂用于合成碳纳米管以及将无定形碳质聚集( 18, 19]。包含碳纳米管的酸溶液在150 r.p.m放置在一个瓶。在室温下48小时。随后,CNTs-acid真空过滤解决方案是5 μ 米孔隙大小聚碳酸酯膜和2升的滤液被去离子水,这些纳米管干24小时后70年 ° C 。引入羧基碳纳米管的化学集团是由引入纯化碳纳米管在10 M盐酸溶液。它已被广泛证明chloridric酸是一种有效的构建碳纳米管试剂( 19]。300 r.p.m nanotubes-HCl悬挂在大力动摇了。10小时,随后真空过滤5 μ 米孔隙大小聚碳酸酯膜。2升的滤液随后被洗去离子水直到中性pH值。

芽孢杆菌atrophaeus收到从美国陆军Dugway试验场,犹他州帕特里夏·考克斯(礼貌)。孢子后,股票文化准备净化方法建立在以前的工作 b . atrophaeus碳质系统[ 14]。纯化孢子被存储在40%乙醇在4 ° C 。这些孢子提出一个椭圆的形状与尺寸 1 μ 米 × 0.3 μ 米 。

瓶实验确定的动力学和吸附平衡 b . atrophaeus在碳纳米管功能化着单壁球长大。在这里,0.1克的功能化碳纳米管的添加包含99毫升至250毫升瓶消毒去离子水。然后,一毫升的孢子的解决方案 b . atrophaeus在浓度的 9.5 × 10 4 , 5.0 × 10 5 ,或 6.8 × 10 6 CFU /毫升(CFU:菌落形成单位)被添加到每个瓶。随后,烧瓶放在200 r.p.m机械振动器。在室温下。两毫升每个碳纳米管/孢子系统定期采样和过滤通过2 μ m聚碳酸酯滤纸(微孔、马、美国)。量化的孢子,滤液对胰蛋白酶的接种大豆琼脂板和孵化37 ° C 24小时,之后,殖民地的数量统计。吸收的孢子在碳纳米管的质量平衡计算总孢子吸附前后溶液中。解决方案的最终浓度和最大吸附量给各自的吸附平衡浓度和碳纳米管吸附能力。这些测量是进行重复的烧瓶三个孢子浓度的基础上考虑。

羧基的存在在碳纳米管功能化过程后,通过红外光谱和拉曼光谱分析证实。光学分析使用日立H 7650 TEM进行功能化碳纳米管”来形容他们的形态。显微镜的观察试验后的碳纳米管/孢子系统也进行了阐明他们的互动。

显微镜下,功能化碳纳米管在TEM下显示了一个相对自由的非晶碳纳米结构表明酸治疗成功移除杂质碳质纳米管(见图 1)。在我们之前的工作中,我们展示了大量的杂质的存在在SWCNTs“收到基”条件( 13]。图 1还表明,纳米管显示一个非聚合状态又似乎是由于酸治疗(纯化和功能化)这显然打破了纳米管的总和。众所周知,酸解攻击无定形碳和缺陷的碳纳米管( 13]。当然,通过断裂碳纳米管聚合物,其活性表面积增加,可能会促进更好的吸附特性。

证实了功能化的碳纳米管进行红外光谱分析。这里的材料研究的红外光谱如图 2。收到基纳米管的红外光谱显示峰值在600到1000的范围 厘米 - - - - - - 1 表明碳碳组的存在( 20.]。单峰值在1400年和1610年 厘米 - - - - - - 1 也观察到上述相关谱和C的存在吗 = C拉伸债券( 20.]。从图,似乎收到基材料主要是由石墨结构(碳碳和C = C组)。图 2也显示了纯化碳纳米管的红外光谱。在这里,它可以观察到类似的碳碳组的800到1000的范围 厘米 - - - - - - 1 。一个在1040年达到顶峰 厘米 - - - - - - 1 也观察到,有关碳氮组。另一个也观察到1400年达到顶峰 厘米 - - - - - - 1 ,它可以与拉伸烯烃组。光谱还显示了一个独特的峰值约1630表明C的存在 = O拉伸债券( 20., 21]。从这个谱,很显然,净化过程中执行研究项目介绍了氧组到基底平面的纳米管。实际上,其他地方类似的结果报告后用硝酸处理碳纳米管( 19]。包括在图 2功能化碳纳米管的红外光谱。图,再次观察碳碳组的存在在800到1000的范围 厘米 - - - - - - 1 。光谱也显示了一个高峰在1012 - 1028年的两倍 厘米 - - - - - - 1 有关碳氧键的羧基组( 22]。一个强大的在1420年达到顶峰 厘米 - - - - - - 1 也可见,这个峰值与C-O-H弯曲组( 22]。光谱也显示了一个在1680年达到顶峰 厘米 - - - - - - 1 可以与C = O(羰基)组。此外,一个广泛的频谱峰值显示在功能化纳米材料3160左右 厘米 - - - - - - 1 。这个峰值有关地结合羧基组( 18]。从图 2,似乎这里的功能化过程引入羧基组执行到碳纳米管上。上的羧基组纳米管由于盐酸处理似乎同意Furtado等所表现出的结果。 19]。

纳米管的结构修改进行拉曼光谱也被证实。图 3显示了两个拉曼乐队在1200 - 1850年 厘米 - - - - - - 1 的范围内。相对广泛,disorder-induced乐队(d带),在该地区出现 ~ 1300年 厘米 - - - - - - 1 与子结构和first-order-allowed乐队(G-band) ~ 1570年 厘米 - - - - - - 1 。d带通常与缺陷以及非晶碳的存在与原子的振动而G-band底面( 23]。图 3表明功能化碳纳米管的显示一个短d带比纯化和应用基纳米材料。值得注意的是,功能化的G / D关系示例是17和低100%比分别展出的纯化和应用基纳米管。事实上,G和D乐队之间的比例是一个很好的的纳米管的质量指标。因此,如果两支乐队也有类似的强度( G / D = 1 ),它可以假定高数量的样本存在结构性缺陷。这里,0.68 G / D的关系,0.39,和0.33收到基被发现,纯化和功能化碳纳米管。看来,净化过程将结构性缺陷从G / D的关系以来的收到基纳米管纯化纳米材料是72%低于收到基样本所示。这些数据显示,一个与HNO氧化过程₃最初需要消除相对高浓度的非晶碳纳米管进行功能化过程之前。

在吸附动力学研究中,在不同的时间间隔采集标本从spores-CNTs批孵化项目;并在碳纳米管吸附孢子的变化通过计算成立独立的细胞的数量,再减去初始浓度。图 4显示的数量增长的殖民地独立的孢子开始采样后进行1分钟的功能化碳纳米管/批处理实验 b . atrophaeus系统。图中显示了殖民地在不同的稀释;这些稀释是为了让一个合适的孢子定量执行。的确,殖民地的数量数除以稀释以及接种量进行了孢子的浓度仍然存在的解决方案(孢子不吸收)。包括在图 4接种板块也从功能化碳纳米管/ b . atrophaeus14分钟后系统开始批处理实验;从图中,很明显,殖民地的数量显著下降由于其吸附到碳纳米管上。的确,而nonadsorbed孢子的浓度大约是1分钟 9 × 10 2 CFU /毫升,在浓度下降到14分钟 3.33 × 10 1 CFU /毫升,代表一个值27次低。

图 5显示了殖民地种植3分钟时间点的功能化碳纳米管/ b . atrophaeus复杂以及纯化和应用基系统基于的初始浓度 本科的顺序 10 5 CFU /毫升。从图 5少,观察到殖民地功能化系统上的存在,表明功能化碳纳米管的吸附 b . atrophaeus速度比纯化和应用基系统。这可能是由于切除的非晶碳纳米管之后的化学组与亲和力与孢子( 24]。事实上,之前报道,去除杂质和聚结解开纠结的增加活性表面积的纳米管改善其吸附性能 13]。

的吸附曲线 b . atrophaeus/功能化碳纳米管研究的三个不同初始孢子浓度图所示 6。在这里,平均分数吸附吸收( 米 t / 米 马克斯 )是绘制与时间( t ), 米 t 和 米 马克斯 的吸附量每单位质量吸附剂在特定时间和无限次,分别。在这项研究中, 米 马克斯 从最后一次点计算在这些批处理实验。图 6显示部分吸收浓度的研究产生了类似的行为;在14分钟到达最大吸收值。有趣的是,在1分钟的批实验,功能化碳纳米管的吸附孢子的98%;的值是1.4倍比之前报道的收到基/孢子复杂在同样的时间 13]。实际上,碳纳米管的羧基组之间的交互和孢子中似乎有一个重要的角色在吸附机制。在这里,表面 芽孢杆菌孢子是带负电荷的,据报道等电点为3.0,与疏水性皮层( 25, 26]。此外,两种 芽孢杆菌已经发现蛋白质的菌毛附属物(氨基酸组)从孢子表面( 27]。的物理化学属性 芽孢杆菌孢子似乎肯定会增强他们的交互与功能化碳纳米管的羧基和羰基化合物。

有效扩散系数( D e )的孢子在碳纳米管可以用下面的方程估计基于大孔隙扩散过程,如果部分吸收大于70% 14]: (1) 1 - - - - - - 米 t 米 ∞ ≈ 6 π 2 经验值 ( - - - - - - π 2 D e t r 2 ) , 在哪里 r 是吸收剂粒子半径, t 时间。的确,有人建议在此前的一项研究中,碳纳米管作为web bacteria-nanotubes吸附过程中( 14]。值得一提的是,在这个研究项目,多功能化碳纳米管的微观分析以评估碳纳米管团聚体之间的距离( r )。在这里, r 产生了一个大约100的价值 μ m。因此,扩散率率和有效扩散系数( D e )可以得到的斜率Ln (( 1 - - - - - - 米 t / 米 ∞ )和时间( t )。斜率是由( - - - - - - π 2 D e / r 2 )和拦截Ln ( 6 / π 2 )。在这项研究中,有效的扩散率( D e / r 2 功能化的碳纳米管 3.25 × 10 - - - - - - 4 , 3.59 × 10 - - - - - - 4 和 3.79 × 10 - - - - - - 4 年代 - - - - - - 1 三种不同的初始调查孢子浓度( 6.80 × 10 6 , 5.00 × 10 5 , 9.50 × 10 4 CFU /毫升;职责)。有效扩散系数的有效扩散系数是决定利率。图 7显示的有效扩散系数 意向书。功能化碳纳米管上的孢子。从图中,可以看出功能化碳纳米管的有效扩散系数高于显示纯化和应用基碳纳米管。这些结果令人鼓舞,因为他们认为,功能化碳纳米管可能导致更快的检测平台。

被吸收的物质材料的最大吸附量( 米 马克斯 )在suprenant纳米管及其相应的浓度( Ce)绘制于图 8。弗伦德里希吸附等温方程被用来适应spore-CNTs复杂的组件吸附数据进行了研究。弗伦德里希等温给通过 (2) 米 马克斯 = k f C e 1 / n , 在哪里 k f 弗伦德里希吸附系数, n吸附强度参数。从图中,吸附系数的 b . atrophaeus功能化碳纳米管/约为50%高于spore-nanotubes所示系统基于纯化碳纳米管和超过5倍的收到基CNTs-spores系统( 13]。这再次表明,在净化过程中去除无定形碳和附加包含碳纳米管的化学组基底上飞机增加亲和力的纳米管 意向书。孢子。

bacillus-nanotube系统的光学分析后批实验进行了TEM来突出他们的界面交互。典型的显微照片的一个孤立CNTs-spores系统如图 9,一个广泛的两个组件之间的交互可以观察到。图中显示联系人的芽孢杆菌1分钟后功能化碳纳米管shaker-batch实验,和材料相互作用的数量似乎这种功能化系统高于所示在之前的一项研究中应用基纳米管( 13]。在图所示的显微照片 9支持动态数据报道,功能化碳纳米管是紧密接触的孢子。