基于天然聚合物的磁性纳米复合材料的制备及其应用
发布时间：2017-10-31 00:30
本文关键词：基于天然聚合物的磁性纳米复合材料的制备及其应用
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【摘要】：磁性纳米颗粒半径小,它的比表面积大,因此吸附容量也比非磁性纳米微粒大,其超顺磁性,吸附污染物以后可以快速实现分离,是理想的吸附剂。但是其高比表面积容易引发微粒团聚在一起。为了提高其分散性以及稳定性,需要对磁性纳米颗粒表面进行修饰和包覆,达到我们实际使用的目的,以使之应用领域更广阔。基于上述思路,本文制备出三种磁性吸附剂材料。第一种是用单宁酸(TA)与Fe3+的络合作用包覆的Fe3O4材料Fe3O4@TA-Fe3+;第二种是半胱氨酸做稳定剂条件下,单宁酸与甲醛聚合物包覆的Fe3O4材料Fe3O4/TA㤘PA㤘Cys;第三种是用多巴胺对Fe3O4包覆以后氩气环境保护下高温碳化得到碳材料包覆的Fe3O4材料Fe3O4@C。分别用TEM,SEM、XRD、FTIR、VSM等对材料进行了表征。研究了三种材料对染料亚甲基蓝、甲基绿,重金属离子Cu2+、Hg2+、Pb2+等的吸附性能。论文第一部分研究了单宁酸(TA)包覆的Fe3O4新型材料(Fe3O4@TA-Fe3+)对Pb2+和Hg2+吸附性能。考察了pH值对吸附的影响,且研究了Fe3O4@TA-Fe3+对Pb2+和Hg2+的吸附等温线及吸附动力学,结果表明,Fe3O4@TA-Fe3+对Pb2+和Hg2+吸附重金属离子在中性环境下效果理想,动力学研究显示Fe3O4@TA-Fe3+对Pb2+和Hg2+的吸附符合拟二级动力学方程,Fe3O4@TA-Fe3+对Pb2+和Hg2+的吸附数据符合朗格缪尔模型,吸附容量分别为1115.2mg·g-1,279.3mg·g-1。用0.01 mol·L-1 HCl溶液解吸附,在此酸性环境下,TA与Fe3+交联失稳,Fe3O4表面的TA-Fe3+聚合物被破坏,吸附位点急剧下降,吸附量减少,二次吸附效果不理想。但是在此条件下Fe3O4还是稳定的,可以通过单宁酸自聚再一次包覆在Fe3O4上面得到再利用。论文第二部分成功合成半胱氨酸掺杂的单宁酸(TA)和甲醛(PA)共聚物包覆的(Fe3O4/TA㤘PA㤘Cys),半胱氨酸在材料的合成中起了非常重要的作用,它是稳定剂和杂原子源(含有氮原子和硫原子),丰富了Fe3O4材料的性质。元素分析表明Fe3O4/TA㤘PA㤘Cys中存在半胱氨酸。用染料亚甲基蓝和甲基绿,重金属离子Cu2+、Hg2+、Pb2+来检验其吸附性能。动力学研究表明,Fe3O4/TA㤘PA㤘Cys吸附污染物亚甲基蓝、甲基绿、Hg2+、Cu2+、Pb2+符合拟二级动力学方程,Fe3O4/TA㤘PA㤘Cys的吸附等温线可用朗格缪尔方程拟合,最大吸附量亚甲基蓝、甲基绿、Hg2+、Cu2+、Pb2+分别为86.8、174.8、127.5、83.6、119.5 mg·g-1,吸附效果理想,是一种有前景的吸附剂。论文第三部分研究了以聚合多巴胺为碳源制备碳材料包覆的磁性纳米颗粒Fe3O4。通过多巴胺的自聚合反应将其包覆在Fe3O4纳米颗粒上,在氩气保护下高温灼烧得Fe3O4@C复合材料。包覆碳材料后的Fe3O4颗粒的稳定性和分散性提高。使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和振动磁强计对材料进行了表征。结果表明成功地制备了核壳结构的Fe3O4@C复合材料。用甲基绿来考察Fe3O4@C的吸附性能。研究表明,溶液pH对甲基绿的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,甲基绿的吸附容量显著增大。动力学研究表明甲基绿在Fe3O4@C的吸附过程符合拟二级反应动力学方程,吸附速率较快。热力学研究计算出吸附的吉布斯自由能为负数,说明吸附是自发过程。用朗格缪尔吸附等温模型拟合出在纯水、湖水和自来水中Fe3O4@C对甲基绿的最大吸附容量分别为490.1、442.5和389.1 mg·g-1。
【关键词】：磁性纳米颗粒 单宁酸 多巴胺 吸附 重金属离子
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB33
【目录】：
- 致谢5-6
- 摘要6-8
- abstract8-15
- 第1章 绪论15-25
- 1.1 纳米材料简介15
- 1.2 磁性纳米材料的制备15-19
- 1.2.1 物理法16-17
- 1.2.1.1 电子束蚀刻法17
- 1.2.1.2 气相沉积法17
- 1.2.2 化学方法17-19
- 1.2.2.1 溶胶凝胶法17
- 1.2.2.2 电化学法17
- 1.2.2.3 共沉淀法17-18
- 1.2.2.4 高温分解法18
- 1.2.2.5 微乳液法18
- 1.2.2.6 水热合成法18-19
- 1.2.3 微生物法19
- 1.3 复合磁性纳米材料19-22
- 1.3.1 无机材料修饰MNPs20-21
- 1.3.2 高分子修饰磁性材料21-22
- 1.4 磁性纳米材料的应用22-24
- 1.4.1 MNPs催化去除水体中的污染物22-23
- 1.4.2 MNPs吸附去除水体中的污染物23-24
- 1.5 本文研究思路及内容24-25
- 第二章 单宁酸修饰的Fe_3O_4核壳结构纳米颗粒去除Pb~(2+)和Hg~(2+)25-38
- 2.1 引言25-27
- 2.2 实验部分27-29
- 2.2.1 实验试剂和仪器27-28
- 2.2.1.1 试剂27
- 2.2.1.2 仪器27-28
- 2.2.2 吸附剂制备28
- 2.2.2.1 Fe_3O_4的制备28
- 2.2.2.2 Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)复合材料的制备28
- 2.2.3 材料的表征28
- 2.2.4 吸附实验28-29
- 2.3 结果和讨论29-37
- 2.3.1 材料Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)的表征29-31
- 2.3.1.1 Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)透射电镜分析29
- 2.3.1.2 Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)的红外光谱分析29-30
- 2.3.1.3 Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)的磁性分析30-31
- 2.3.1.4 Fe_3O_4@TA-Fe~(3+)的热重分析31
- 2.3.2 吸附实验结果分析31-37
- 2.3.2.1 pH对吸附实验的影响32-33
- 2.3.2.2 吸附动力学33-35
- 2.3.2.3 吸附等温线35-36
- 2.3.2.4 解吸附实验和重复利用36-37
- 2.4 结论37-38
- 第三章 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys材料的制备及去除水中污染物38-53
- 3.1 引言38-40
- 3.2 实验部分40-42
- 3.2.1 材料和试剂40
- 3.2.2 吸附剂制备40-41
- 3.2.2.1 合成TA㤘PA㤘Cys40-41
- 3.2.2.2 制备Fe_3O_4纳米颗粒41
- 3.2.2.3 合成Fe_3O_4/ TA㤘PA㤘Cys41
- 3.2.3 材料的表征41
- 3.2.4 吸附实验41-42
- 3.3 结果和讨论42-52
- 3.3.1 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys的表征42-46
- 3.3.1.1 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys的扫描电镜和透射电镜42-43
- 3.3.1.2 Fe_3O_4/ TA㤘PA㤘Cys的红外分析43-44
- 3.3.1.3 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys的元素分析44
- 3.3.1.4 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys的磁性分析44-45
- 3.3.1.5 Fe_3O_4/ TA㤘PA㤘Cys的热重分析45-46
- 3.3.2 吸附实验结果分析46-52
- 3.3.2.1 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys吸附目标物的选择46-47
- 3.3.2.2 p H对Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys吸附污染物实验的影响47-48
- 3.3.2.3 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys吸附污染物动力学48-50
- 3.3.2.4 Fe_3O_4/TA㤘PA㤘Cys吸附污染物等温线50-52
- 3.4 结论52-53
- 第四章 基于聚合多巴胺的磁性碳材料的制备及其对甲基绿的吸附53-69
- 4.1 引言53-54
- 4.2 实验部分54-56
- 4.2.1 试剂和仪器54
- 4.2.2 材料制备54-56
- 4.2.2.1 Fe_3O_4的制备54
- 4.2.2.2 Fe_3O_4@PDA的制备54-56
- 4.2.2.3 Fe_3O_4@C的制备56
- 4.2.3 材料表征56
- 4.2.4 吸附实验56
- 4.3 结果与讨论56-68
- 4.3.1 材料Fe_3O_4@C表征结果56-60
- 4.3.1.1 Fe_3O_4@C透射电镜分析56-57
- 4.3.1.2 Fe_3O_4@C的红外光谱分析57-58
- 4.3.1.3 Fe_3O_4@C的磁性分析58-59
- 4.3.1.4 Fe_3O_4@PDA、Fe_3O_4@C的XRD分析59
- 4.3.1.5 Fe_3O_4@C的拉曼光谱分析59-60
- 4.3.2 吸附实验结果分析60-68
- 4.3.2.1 p H对实验的影响61-62
- 4.3.2.2 吸附动力学62-63
- 4.3.2.3 吸附等温线研究63-65
- 4.3.2.4 吸附热力学研究65-66
- 4.3.2.5 模拟实际水样吸附66-68
- 4.4 结论68-69
- 第五章 全文总结69-71
- 参考文献71-81
- 作者简历81
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周慧龙;肖刚;吴荣兵;黄磊;倪明江;高翔;岑可法;;炭化温度对木质素导电炭石墨化结构的影响[J];浙江大学学报(工学版);2014年11期
2 李伟;李贺军;魏建锋;张守阳;傅杨茜;王沛;;石墨化处理对不同高织构含量C/C复合材料微结构的影响[J];新型炭材料;2014年05期
3 王雪;孟令友;代莹;邹金龙;;Fe_3O_4@SiO_2-NH_2磁性复合材料对水中单宁酸的吸附性能研究[J];环境科学学报;2013年08期
4 王定美;王跃强;袁浩然;余震;徐荣险;周顺桂;;水热炭化制备污泥生物炭的碳固定[J];化工学报;2013年07期
5 危晶;何奕轩;王邃;;石墨烯/Fe_3O_4磁性纳米材料分散固相萃取环境水样中的己烯雌酚[J];分析测试学报;2012年10期
6 黄保军;何琴;郭少凡;法文君;郑直;;生物模板法制备微纳米三氧化二铁[J];化学世界;2012年03期
7 王亚玲;高鹏;黄浪欢;吴晓婧;刘应亮;;氧化石墨:制备及去除阳离子染料的性能(英文)[J];无机化学学报;2012年02期
8 张q，
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