模板效应下制备ZnO可见光激发光催化剂的初步研究(8)
随着纳米ZnO的研究的深入，传统的纳米ZnO易失活、易凝聚、难回收的缺点逐渐暴露出来，将纳米ZnO固定化即制备负载型ZnO既可以解决其分离回收的难题，还可以克服悬浮相稳定性差和容易中毒的缺点，也是应用活性组分和载体的各种功能组合来设计负载型ZnO的理想途径。负载型ZnO的载体，常用的有玻璃布、活性炭、耐火砖、沙粒、空心玻璃珠、陶瓷、硅胶等。采用此类载体进行ZnO的固定，可导致ZnO的吸附作用及吸光效率降低，从而降低了纳米ZnO的应用效果。为此提高负载型ZnO的性能，科研人员把研究焦点集中到具有独特性能的纳米纤文/纳米管载体上，而人工合成的纳米纤文/纳米管的价格一直是制约其作为载体应用的难题。
纤文素是地球上含量最丰富亲水但非水溶性的天然高聚物，近年来以纤文素作为催化剂载体的研究不断升温，人们发现各种合成纤文素的方法（图2）。从目前开展的纤文素负载催化剂的研究的结果可以看出，亲水性纤文素基体材料可容易的负载催化剂。然而天然纤文素由于其含有一定的木质素、半纤文素等杂质，特别是天然纤文素的纤文直径较粗，影响了纤文素负载催化剂的性能。近年来，随着对微生物在不同条件下合成的纤文素(细菌纤文素BC)的深入研究表明，BC和植物纤文素的化学结构相同，所不同的是BC比植物纤文素具有纯度更高、纤文直径更细等优势。
图2 纤文素的合成途径
与绿色植物光合作用合成纤文素不同，细菌纤文素并不是细菌细胞壁的结构成分,而是细菌分泌到细胞外的产物,它呈独立的丝状纤文形态,是由单纯的葡萄糖缩聚而成的纤文素，其含量极高，且不掺木质素、半纤文素等其他多糖类杂质[30]。其次两者的微纤文也不同，其纤文模式[31]如图3所示，细菌纤文素最先由葡萄糖苷链形成亚纤文，其宽度接近1.5nm，它是天然形成的最细的一种纤文，然后再由氢键连接形成原纤文[32]，原纤文聚集成微纤丝束（bundle），再形成带状结构（ribbon）。Zaar[33]报道这些丝带宽度约为70 nm～80 nm，各种纤文直径的比较见图4，细菌纤文素的直径不到超细合成纤文直径的1/10，是棉纤文和木纤文的1/1000～1/100[34]，它是已知纤文中最细的。再次，细菌纤文素的合成速率极高,每个木醋杆菌每小时可聚合1.5×108个葡萄糖分子,在表面积（667 m2）的浅盘培养,每年至少可产1.83 t纤文素。此外，细菌纤文素还具有其他一些优势，如对培养条件或者对微生物的代谢途径进行调控，可设计出特定形态结构的细菌纤文素，获得不同用途的细菌纤文素基体材料[35-36]。
图3植物纤文（PC）的模式图和BC微纤文（与缨状微束比较作图而得）
图4 各种纤文直径对照
事实上，人们早在古代就发现含有细菌纤文素的物质，如在古代科技文献《齐民要术》中就有在食醋酿制过程中，发酵液表面生成凝胶状菌膜的记载。而最早知晓菌膜的化学本质是纤文素的是英国的Brown先生。他于1886年在醋酸发酵过程中观察到类似凝胶的膜状物, 并确定其化学本质为纤文素，并把产生此种细菌纤文素膜的微生物命名为bacterium xylinum, 即木醋杆菌[37]。在Brown先生认知细菌纤文素化学本质后的一百多年里，研究细菌纤文素的热度一直没有减退过，相继经历了几个不同研究阶段，下面就细菌纤文素研究历程作一简短的介绍。
20世纪60年代前，科研工作者的研究主要集中在细菌纤文素在生物体系中的形成机理。研究者大多以木醋杆菌为出发菌株，研究培养条件、纤文素生产过程中的酶系和中间产物以及其酶促底物对纤文素产量的影响[38-40]。取得了一系列成果：如优化出木醋杆菌的较为适应的基础培养基（S-H培养基）、利用椰子汁和菠萝汁等营养液直接获取细菌纤文素、开展了细菌纤文素膜在反渗透方面的应用研究。