【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境分析化学，尤其涉及一种原位表征纳米零价铁电子迁移距离的方法。
技术介绍
1、纳米零价铁(nzvi)因其比表面积大、还原性强，吸附性好以及独特的氧化壳等特性，在地下水和土壤污染场地修复中的现场化学还原(iscr)技术中得到广泛应用。当前研究已表明，nzvi颗粒不仅能够迅速有效地降解卤代有机物，还在水中对于硝酸盐和重金属等无机污染物表现出更高的反应活性。从机理上讲，污染物有效去除的距离受到电子直接接触污染物或通过电子穿梭体与污染物之间的电子转移的限制。电子穿梭体可以可逆地被氧化和还原，从而可以作为多个氧化还原反应中的电子载体。研究者们已经确定了天然存在的腐殖酸物质和醌类模型化合物(aqds)作为电子穿梭体在加速几种还原生物转化(如脱氯、脱色和脱硝)方面的有效性。此前的研究表明，电子穿梭体可以在微生物氧化还原反应中促进从微米(μm)到厘米(cm)级的电子传递。
2、在基于nzvi的iscr技术中，电子传递距离是决定污染物去除效率的关键因素。电子传递距离可以理解为电子从nzvi颗粒传输到目标污染物的最大距离，它直接影响了iscr过程中的污染物降解效率。电子传递距离的确切测量对于优化iscr操作、降低成本以及最大程度地减少环境污染至关重要。
3、然而，在基于nzvi的iscr技术中，目前对于电子能够传输的距离仍然知之甚少。确定电子传递距离的主要挑战在于能否建立表征电子传递距离的方法学。在以往的研究中，通常使用fe(ii)生成作为从细菌到fe(iii)矿物的电子传递的指示物。然而，溶解的fe(ii)
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种原位表征纳米零价铁电子迁移距离的方法。我们提出了一种结合琼脂糖固化膜和热成像技术的新方法，用于获得nzvi材料亚毫米分辨率的电子传递距离图。通过将agno3封装在琼脂糖固化膜中作为电子捕获剂，当agno3遇到传递过来的电子后立即形成ag纳米颗粒，并固定在琼脂糖固化膜中，由于纳米ag特殊的光热效应，通过红外热成像检测纳米ag在琼脂糖固化膜中的分布，以确定电子传递距离。我们应用这种方法考察了aqds作为电子穿梭体下nzvi的电子传递距离。同时，我们也调查了不同的zvi材料对电子传递距离的影响。本专利技术提供的这种方法将为研究电子传递距离提供一种新途径，并能够加深我们对基于nzvi的iscr技术有效污染物去除范围的理解，有助于优化iscr技术，提高其效率，降低其成本，并在环境修复中取得更显著的成果，具有很强的实用性和推广价值。
2、本申请实施例提供一种原位表征纳米零价铁电子迁移距离的方法，包括以下步骤：
3、(1)将agno3作为电子捕获剂均匀分布在琼脂糖溶液中，采用琼脂糖固化反应介质，银离子(ag+)在琼脂糖介质中自由扩散并在琼脂糖凝胶中均匀分布，将得到的agno3-琼脂糖混合物固化；
4、(2)将nzvi使用琼脂糖固化在固化后的agno3-琼脂糖混合物表面，以使得产生的电子与银离子反应生成的单质银颗粒(ag)沉积在所述固化后的agno3-琼脂糖混合物中，对固化得到的样品进行无氧接触反应；
5、(3)使用红外热成像相机来捕获步骤(2)得到的agno3-琼脂糖混合物在400-500nm波长连续光照下的热信号变化，以得到银纳米颗粒的分布，从而获得nzvi的电子传递距离。
6、进一步地，所述步骤(1)具体为：将琼脂糖粉末以1.5％～2.5％w/v的浓度悬浮在通过氮气通气脱氧1小时来获得的脱氧超纯水中，经微波加热溶解；在使用前，热的琼脂溶液保持在50～60℃的恒温水浴中；将50～100μm的agno3溶液加入到50～60℃的琼脂糖溶液中，并在磁力搅拌器搅动下混合；将混合均匀的agno3-琼脂糖混合物倒入一个柱形容器(可使用直径16mm、高度80mm的一次性塑料管作为凝胶固化的容器)中自然冷却固化。
7、进一步地，agno3溶液的浓度优选为50μm。在本检测体系中agno3作为电子捕获剂，其浓度用量需要满足两个条件，一是生成的ag足够多以便于满足方法检测限，二是其浓度尽可能低不影响到电子向远距离传输，为此申请人已进行了不同浓度的agno3测试，在50μm时可以达到最佳的方法检化限，因此后续实施例均以50μm的agno3进行。
8、进一步地，所述步骤(2)具体为：将50～100mg/ml nzvi材料加入到2％w/v的50～60℃的琼脂糖溶液中，并用玻璃棒搅动混合形成均匀分散的nzvi-琼脂糖混合物；将nzvi-琼脂糖混合物倒入并固化在步骤(1)得到的agno3-琼脂糖混合物之上；将得到的样品放入100％氮气的手套箱中，进行无氧接触反应。
9、进一步地于，nzvi的使用量优选设置为50mg/ml。在本检测体系中nzvi作为电子供体，其浓度用量应足够多以提供足量的电子用于检测和远距离传输，为此申请人已进行了不同浓度的nzvi测试，在添加量为50mg/ml nzvi时达到最佳的方法检出限，因此后续实施例均以50mg/ml nzvi进行。
10、进一步地，在所述无氧接触反应的过程中，为消除重力影响，所有样品均倒置放置。
11、进一步地，所述步骤(3)具体为：在充分反应后后，从手套箱中取出塑料管；将含有nzvi-琼脂糖混合物的上层凝胶柱与含有agno3的下层凝胶柱分开；将含有ag-agno3的琼脂柱纵向切成薄片，选取光滑的琼脂薄片，放入冷冻干燥器进行冷冻干燥，将冷冻干燥后的琼脂薄片(厚度约2.5mm，长度约30mm)放在聚四氟乙烯板(宽度70mm，长度80mm)上；琼脂薄片与氙灯光源之间的空间距离调整为15～20cm，氙灯参考光电流调整为14.0～15.0a；启动配备uvcut 420nm光学滤光片的氙灯光源，连续辐照至样品温度基本保持恒定(浮动误差在1～2℃以内)，其中，在辐照过程中以一秒为间隔连续拍摄热图像。
12、进一步地，对步骤(3)中得到的进行图像处理，以得到nzvi的电子传递距离信息：
13、利用ftir配套软件对热成像图片进行划线处理；通过样品实际长度除以线段上像素点总数计算出每一像素点代表的单位距离，得到单位距离上样品的热信号变化；对样品单位距离上的温度信号进行微分分析，求得单位距离上的温度变化的一阶导数。一阶导数在温度变化最快的地方达到最小值，该值对应的样品长度即为银纳米颗粒在样品中的横向分布距离，即nzvi的电子传递距离。
14、本申请实施例还提供上述方法在原位表征nzvi电子迁移距离上的应用。
15、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位表征纳米零价铁电子迁移距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将琼脂糖粉末以1.5％～2.5％w/v的浓度悬浮在脱氧超纯水中，经微波加热溶解；将50～100μM的AgNO3溶液加入到50～60℃的琼脂糖溶液中，并在磁力搅拌器搅动下混合；将混合均匀的AgNO3-琼脂糖混合物倒入一个柱形容器中自然冷却固化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，AgNO3溶液的浓度为50μM。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将50～100mg/mLnZVI材料加入到2％w/v的50～60℃的琼脂糖溶液中，并用玻璃棒搅动混合形成均匀分散的nZVI-琼脂糖混合物；将nZVI-琼脂糖混合物倒入并固化在步骤(1)得到的AgNO3-琼脂糖混合物之上；将得到的样品放入100％氮气的手套箱中，进行无氧接触反应。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，nZVI的使用量设置为50mg/mL。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述无
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：在充分反应后后，从手套箱中取出塑料管；将含有nZVI-琼脂糖混合物的上层凝胶柱与含有AgNO3的下层凝胶柱分开；将含有Ag-AgNO3的琼脂柱纵向切成薄片，选取光滑的琼脂薄片，放入冷冻干燥器进行冷冻干燥，将冷冻干燥后的琼脂薄片放在聚四氟乙烯板上；琼脂薄片与氙灯光源之间的空间距离调整为15～20cm，氙灯参考光电流调整为14.0～15.0A；启动配备UVCUT 420nm光学滤光片的氙灯光源，连续辐照至样品温度浮动误差在1～2℃以，其中，在辐照过程中连续拍摄热图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对步骤(3)中得到的进行图像处理，以得到nZVI的电子传递距离信息：
9.权利要求1-8任一项所述的方法在原位表征nZVI电子迁移距离上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种原位表征纳米零价铁电子迁移距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将琼脂糖粉末以1.5％～2.5％w/v的浓度悬浮在脱氧超纯水中，经微波加热溶解；将50～100μm的agno3溶液加入到50～60℃的琼脂糖溶液中，并在磁力搅拌器搅动下混合；将混合均匀的agno3-琼脂糖混合物倒入一个柱形容器中自然冷却固化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，agno3溶液的浓度为50μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将50～100mg/mlnzvi材料加入到2％w/v的50～60℃的琼脂糖溶液中，并用玻璃棒搅动混合形成均匀分散的nzvi-琼脂糖混合物；将nzvi-琼脂糖混合物倒入并固化在步骤(1)得到的agno3-琼脂糖混合物之上；将得到的样品放入100％氮气的手套箱中，进行无氧接触反应。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，nz...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚驰恒，马俊叶，于万超，郑小汕，吴彬彬，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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