一种基于小球藻的海胆状可调多级结构ZnO微球及其制备方法和应用

本发明涉及生物加工成形及光电催化降解污染物，尤其涉及一种基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、与简单单层结构微粒相比，具有复杂多级结构的微纳米颗粒在力学、化学、光学、电学等方面具备独特性能。复杂多级结构赋予微纳米颗粒增强功能，在能源、催化和生物医学等领域展现出重大前景。自然界中，微生物具有多样的外形结构、尺寸均匀、环境友好且易于修饰扩展。基于微生物模板设计制备具有复杂多级结构的微纳米功能性颗粒已成为研究前沿。

2、目前，基于微生物模板制备的微纳米颗粒通常为金属或金属氧化物包覆的核壳微粒，但多为简单的表面沉积或无序组装，缺乏复杂多级结构，其功能及应用也极大受限。此外，zno纳米材料是一种典型的无机光催化功能材料，具有结构多样、性能稳定的优点，制备核壳型zno纳米材料并构筑复杂结构也得到了长足发展。但是，受限于zno纳米结构在表面的简单堆积或无序组装，zno纳米结构存在光电催化效率差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球及其制备方法和应用。本发明提供的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球具备优异的光吸收性能、光电催化性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球，以微球形小球藻细胞为核，由内而外，所述微球形小球藻细胞的表面依次包覆磁性镀层和纳米棒阵列外壳，所述磁性镀层由四氧化三铁纳米颗粒组成，所述纳米棒阵列外壳层由zno纳米棒组成。

4、优选地，所述zno纳米棒的直径为0～403nm且不为0，长度为0～1381nm且不为0。

5、优选地，所述四氧化三铁纳米颗粒的粒径为40～60nm。

6、本发明还提供了上述技术方案所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球的制备方法，包括以下步骤：

7、将小球藻浸泡在戊二醛溶液中进行预处理，得到预处理小球藻；

8、将所述预处理小球藻分散到fe3o4悬浊液中，得到磁性小球藻；

9、在所述磁性小球藻的表面进行磁控溅射沉积zno晶种层，然后进行zno的水热生长，形成纳米棒阵列外壳，得到所述基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球。

10、优选地，所述磁控溅射的功率为50～150w，时间为5～20min。

11、优选地，所述zno的水热生长的温度为80～85℃，时间为0～16h且不为0。

12、优选地，所述zno的水热生长的温度为80℃，时间为12～14h。

13、优选地，所述zno的水热生长的原料包括硝酸锌和六亚甲基四胺。

14、本发明还提供了上述技术方案所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球或上述技术方案所述制备方法制得的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球在光电催化降解有机污染物中的应用。

15、优选地，所述有机污染物包括四环素。

16、本发明提供了一种基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球，以微球形小球藻细胞为核，由内而外，所述微球形小球藻细胞的表面依次包覆磁性镀层和纳米棒阵列外壳，所述磁性镀层由四氧化三铁纳米颗粒组成，所述纳米棒阵列外壳层由zno纳米棒组成。本发明中，小球藻作为生物模板，是微米级球形模板，其外包覆一层fe3o4纳米颗粒层，进一步又生长了一层zno纳米棒层，同时存在两个层次的尺度，即微米级与纳米级尺寸，因此称为微米-纳米复合的多级结构微球，通过合理结构设计，实现三维多级结构可调zno微球的制备，获得具备优良光吸收性能和高效光电催化活性的小球藻基zno微球，其用于有机污染物光电催化降解领域，具有优异的性能，同时具有优良的化学稳定性及机械耐久性，展现出在环境治理领域的重大前景。

17、本发明还提供了上述技术方案所述基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球的制备方法，本发明通过生物成形方法实现超顺磁fe3o4纳米颗粒在小球藻细胞表面的沉积，进一步通过磁控溅射及水热生长制备基于小球藻的海胆状可控可调多级微球。基于小球藻这种生物模板自身含有大量叶绿素的优势，结合fe3o4纳米颗粒层与zno纳米棒外壳层间的异质结，以及规则三维zno纳米棒阵列的存在，这种基于小球藻的海胆状多级微球具有优异的光吸收性能和光电催化活性。在氙灯照射下，展现出优良的光电催化性能，可实现四环素等有机污染物的高效降解，即使是经历长期的超声振动及光腐蚀过程仍保持良好的化学稳定性及机械耐久性。本发明工艺简单可控，条件温和，易于批量制造，所制备的小球藻基海胆状多级微球具备优异的光吸收性能、光电催化性能、循环稳定特性，适用于污水处理等相关领域。

技术特征：

1.一种基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球，其特征在于，以微球形小球藻细胞为核，由内而外，所述微球形小球藻细胞的表面依次包覆磁性镀层和纳米棒阵列外壳，所述磁性镀层由四氧化三铁纳米颗粒组成，所述纳米棒阵列外壳层由zno纳米棒组成。

2.根据权利要求1所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球，其特征在于，所述zno纳米棒的直径为0～403nm且不为0，长度为0～1381nm且不为0。

3.根据权利要求1所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒的粒径为40～60nm。

4.权利要求1～3任一项所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的功率为50～150w，时间为5～20min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述zno的水热生长的温度为80～85℃，时间为0～16h且不为0。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述zno的水热生长的温度为80℃，时间为12～14h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述zno的水热生长的原料包括硝酸锌和六亚甲基四胺。

9.权利要求1～3任一项所述的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球或权利要求4～8任一项所述制备方法制得的基于小球藻的海胆状可调多级结构zno微球在光电催化降解有机污染物中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用其特征在于，所述有机污染物包括四环素。

技术总结
本发明提供了一种基于小球藻的海胆状可调多级结构ZnO微球及其制备方法和应用，属于生物加工成形及光电催化降解污染物技术领域。本发明中，小球藻作为生物模板，是微米级球形模板，其外包覆一层Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒层，进一步又生长了一层ZnO纳米棒层，同时存在两个层次的尺度，即微米级与纳米级尺寸，因此称为微米‑纳米复合的多级结构微球，通过合理结构设计，实现三维多级结构可调ZnO微球的制备，获得具备优良光吸收性能和高效光电催化活性的小球藻基ZnO微球，其用于有机污染物光电催化降解领域。

技术研发人员：龚德,周慧,蔡军,顾博,张德远
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15