阳离子性磁性纳米颗粒的制备及应用

发布时间：2017-08-30 04:18

  本文关键词：阳离子性磁性纳米颗粒的制备及应用

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【摘要】：四氧化三铁纳米粒子具有特殊的磁性、无毒、生物相容性好、吸附性好、易制备、易修饰等优点。许多实验结果证明,将四氧化三铁纳米粒子作为吸附剂,可有效吸附染料和重金属离子,还能通过磁分离、脱吸附等步骤回收利用吸附剂,且回收利用率高。论文中首次直接以阳离子聚合物为沉淀剂和稳定剂,采用一步共沉淀法制备了阳离子性磁性纳米颗粒,通过扫描电镜、透射电镜、动态光散射仪、傅里叶红外光谱、X射线衍射仪、热重分析仪、振动样品磁强计等表征手段对所制备产物的性质进行了表征;考察了阳离子性磁性纳米颗粒对染料和重金属离子的吸附性能。在本实验室条件下,首次以聚乙烯亚胺(PEI)为沉淀剂制备了Fe_3O_4@PEI,其最佳制备条件为:Fe~(2+)/Fe~(3+)=5,N/Fe=4,C_(Fe)=0.2mol/L,反应温度90℃,反应时间1h。所得产物形貌均一,在水中分散性较好,有一定的抗酸、抗碱、抗盐的能力,且有一定的时间稳定性。而按传统方法以PEI为添加剂,用氨水为沉淀剂制备所得颗粒分散性更好,但磁性能差,不易进行磁分离。为增加磁性颗粒在水溶液中的稳定性,分别用丙烯酰氯和环氧氯丙烷连接聚乙二醇单甲醚(mPEG)和PEI制备了(mPEG)_n-PEI(MmPEG=550/2k/5k Da,n=1/2/3/10)阳离子接枝共聚物;再以其为沉淀剂制备了Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n。mPEG分子量为2k、n=3时所得磁性颗粒的粒径最小、分散性最好。用Fe_3O_4@PEI和Fe_3O_4@PEI-(mPEG2k)_3(S2)为吸附剂对染料和重金属离子进行了吸附实验。考察了溶液初始pH、吸附时间、温度、吸附质初始浓度、吸附剂循环使用次数等因素对阳离子性磁性纳米颗粒吸附染料和重金属离子的影响。实验结果表明,阳离子性磁性纳米颗粒对阴离子染料的吸附作用较重金属离子更强。mPEG的引入可增加阳离子性磁性纳米颗粒对染料的吸附作用,但对重金属离子的吸附作用有所减弱。吸附剂经过解吸附后能循环使用,回收使用率较高,能循环使用三次以上。以上结果表明,直接以阳离子聚合物PEI和PEI-(mPEG)_n为沉淀剂可制备得到阳离子性磁性纳米颗粒Fe_3O_4@PEI和Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n。其制备过程简单、方便、经济、环保,所得产物水溶性好、稳定性好、磁性能好、且吸附作用较强,可用于吸附阴离子染料和重金属离子,在废水处理领域有潜在的应用价值。
【关键词】：共沉淀法 阳离子聚合物 磁性纳米颗粒 废水处理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O647.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 磁性纳米材料11
• 1.2 四氧化三铁简介11-17
• 1.2.1 四氧化三铁的制备11-15
• 1.2.2 四氧化三铁纳米颗粒的修饰15-17
• 1.3 染料废水的危害及处理方法17-19
• 1.3.1 染料废水的危害17-18
• 1.3.2 染料废水的处理方法18-19
• 1.4 四氧化三铁纳米颗粒应用于污水处理19-23
• 1.4.1 四氧化三铁纳米颗粒应用于吸附染料19-20
• 1.4.2 四氧化三铁纳米颗粒应用于吸附重金属离子20
• 1.4.3 吸附理论模型20-23
• 1.5 论文的选题及研究内容23-25
• 1.5.1 选题依据23
• 1.5.2 主要研究内容23-25
• 第二章 Fe_3O_4@PEI的制备25-51
• 2.1 引言25
• 2.2 实验仪器和试剂25-26
• 2.3 实验原理26-27
• 2.4 实验内容27
• 2.4.1 以PEI为沉淀剂直接制备Fe_3O_4@PEI27
• 2.4.2 加碱制备Fe_3O_4@PEI27
• 2.5 主要表征方法27-28
• 2.6 结果与讨论28-46
• 2.6.1 以PEI为沉淀剂直接制备Fe_3O_4@PEI28-44
• 2.6.2 加碱制备Fe_3O_4@PEI44-46
• 2.7 磁流体稳定性研究46-49
• 2.8 本章小结49-51
• 第三章 Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n的制备51-64
• 3.1 前言51
• 3.2 主要实验试剂51
• 3.3 PEI-(mPEG)_n的制备51-53
• 3.3.1 以酯键连接mPEG和PEI制备PEI-(mPEG)_n(S1)51-52
• 3.3.2 以醚键连接mPEG2k和PEI制备PEI-(mPEG2k)_n(S2)52-53
• 3.4 Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n的制备53
• 3.5 主要表征方法53
• 3.6 结果与讨论53-63
• 3.6.1 Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n(S1)的表征结果53-60
• 3.6.2 Fe_3O_4@PEI-(mPEG)_n(S2)的表征结果60-63
• 3.7 本章小结63-64
• 第四章 阳离子性磁性纳米颗粒吸附染料性能研究64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 实验材料65
• 4.3 阳离子性磁性纳米颗粒吸附染料实验内容65-66
• 4.3.1 溶液配制65
• 4.3.2 标准曲线绘制65
• 4.3.3 阳离子性磁性纳米颗粒吸附染料实验过程65-66
• 4.4 实验结果66-74
• 4.4.1 标准曲线绘制66-67
• 4.4.2 Fe_3O_4@PEI吸附染料实验结果67-70
• 4.4.3 Fe_3O_4@PEI-(mPEG2k)_3(S2)吸附染料实验结果70-72
• 4.4.4 阳离子性磁性纳米颗粒吸附染料的动力学和等温线研究72-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 阳离子性磁性纳米颗粒吸附重金属离子性能研究76-87
• 5.1 引言76
• 5.2 实验材料76
• 5.3 阳离子性磁性纳米颗粒吸附重金属离子实验内容76-78
• 5.3.1 溶液配制76-77
• 5.3.2 标准曲线绘制77
• 5.3.3 阳离子性磁性纳米颗粒吸附重金属离子实验过程77-78
• 5.4 实验结果78-86
• 5.4.1 标准曲线绘制78-79
• 5.4.2 Fe_3O_4@PEI吸附重金属离子实验结果79-82
• 5.4.3 Fe_3O_4@PEI-(mPEG2k)_3(S2)吸附重金属离子实验结果82-84
• 5.4.4 阳离子性磁性纳米颗粒吸附重金属离子的动力学和等温线研究84-86
• 5.5 本章小结86-87
• 第六章 结论及展望87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-99
• 攻读硕士学位期间取得的成果99-100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 ;Comparison of schemes for preparing magnetic Fe_3O_4 nanoparticles[J];China Particuology;2007年Z1期

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本文编号：757211