磁性双介孔球炭的合成及吸附性能研究
发布时间：2018-03-02 01:01
本文关键词： 双介孔 炭微球 磁性 吸附 出处：《广东药学院》2014年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：介孔炭材料具有介孔结构，孔径分布集中、高比表面积、大孔容及无生理毒性等特性，在吸附、催化、气体分离、药物传输及电化学能源存储等领域有广泛应用前景。但是介孔炭粉末很难从溶液中分离出来，而传统的分离方法涉及过滤或离心过程，这些分离方法都比较复杂，另一方面介孔炭的孔径不够大，这些都限制了介孔炭的应用范围。 本研究以糠醇为炭源，Fe(NO3)2·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O及Fe(NO3)2·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O混合物为磁源，SiO2纳米微粒为模板，采用原位一锅法合成了一系列铁磁性双介孔球炭，镍磁性双介孔球炭，铁镍磁性双介孔球炭，氨化铁磁性双介孔球炭；用X射线衍射仪、比表面积分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、综合物性测量系统、拉曼光谱仪、红外分光光度计对孔结构参数、饱和磁化强度及形貌进行表征；同时选用大分子蛋白药物（牛血清白蛋白）、染料污染物（亚甲基蓝、酸性红114）和致畸剂（维甲酸）为模型分子研究所合成的磁性双介孔球炭对这些模型分子的吸附行为。旨在为磁性双介孔球炭材料的吸附性能在小分子和大分子中的应用提供科学依据。具体如下： （1）铁磁性双介孔球炭合成：以Fe(NO3)3·9H2O为磁性前躯体，SiO2纳米微粒为硅源，糠醇为炭源，采用原位一锅法合成了铁磁性双介孔球炭，用一系列表征手段对炭材料进行表征。结果表明：Fe(NO3)3·9H2O的用量影响着炭材料的形态、孔结构参数和磁性性质；铁磁性双介孔球炭孔径大约集中在8nm和27nm，比表面积和孔容随着Fe(NO3)3·9H2O用量的增多而变小；饱和磁化强度随着Fe(NO3)3·9H2O用量的增多而增强；从SEM看出炭材料呈现出球形特征，粒径在15-20um；并氨化修饰铁磁性双介孔球炭，通过红外光谱分析乙二胺成功的嫁接到铁磁性双介孔球炭上；SEM和氮气吸附表明氨化修饰后的炭仍为球形形状，具有双介孔结构。 （2）镍磁性双介孔球炭的合成：用原位一锅法，以Ni(NO3)2·6H2O为磁性前驱体，SiO2纳米微球为硅源，糠醇为炭源合成了镍磁性双介孔球炭。用一系列表征手段对炭材料进行表征。结果表明：Ni(NO3)2·6H2O的用量影响着炭材料的形态，孔结构参数，磁性性质，炭材料为球形特征，粒径大约为16μm；镍磁性双介孔球炭孔径大约集中在9nm和27nm，比表面积和孔容随着Ni(NO3)2·6H2O的增多而减小；磁化曲线表明饱和磁化强度随Ni(NO3)2·6H2O用量的增多而增强。 （3）铁镍磁性双介孔球炭的合成：同样用原位一锅法，以Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O为磁性前驱体，SiO2纳米微球为硅源，糠醇为炭源合成了铁镍磁性双介孔球炭，用一系列表征手段对炭材料进行表征。结果表明：铁镍磁性双介孔球炭孔径大约集中在9nm和27nm，比表面积和孔容随着Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O用量的增多而减小；SEM看出炭材料呈现出球形形状，粒径在10um到30um之间；饱和磁化强度随磁性前驱体用量的减少而变弱，可以通过调整磁性前驱体的用量来改变炭材料的饱和磁化强度。 （4）铁磁性双介孔球炭对牛血清白蛋白的吸附：以牛血清白蛋白为模型蛋白，首次考察了铁磁性双介孔球炭对牛血清白蛋白的吸附行为。结果表明：磁性前驱体的用量，溶液的pH值和离子强度影响着牛血清白蛋白的吸附量。吸附量随磁性前驱体的增多而减小，分别为591、538、465mg/g；铁磁性双介孔球炭在pH=4.7时吸附量最大，这是溶液中的pH值在等电点时牛血清白蛋白静电引力与静电斥力都消失的缘故；NaCL浓度为1M时，，吸附量最大，这是由于NaCL浓度超过1M时，牛血清白蛋白形成大的聚集体不能被吸附到8nm的孔道内并且堵塞孔道。用Sips方程q q(Kc)mm1(Kc)m对牛血清白蛋白的吸附数据进行拟合，得到吸附量qm，平衡常数K，回归系数m等参数。 （5）镍磁性双介孔球炭对亚甲基蓝与酸性红114的吸附：以亚甲基蓝与酸性红114为模型染料污染物，首次考察了镍磁性双介孔球炭对亚甲基蓝与酸性红114的吸附行为。实验结果表明：炭材料对染料有良好的吸附性能；吸附量随着Ni(NO3)2·6H2O用量的增多而减小；同种镍磁性双介孔球炭对亚甲基蓝的吸附量比酸性红114的吸附量大，这是因为亚甲基蓝比酸性红114的分子尺寸、分子量和分子体积都小，而且在近中性水溶液中，镍磁性双介孔球炭与亚甲基蓝带相反电荷，具有相互吸引力。用准二级方程tq11kq2qt对亚甲基蓝，酸性红114的吸附数据进行拟合，得到吸附量mmqm，吸附速率常数k，结果表明，qm和k值随着比表面积，孔容的增大而增大。 （6）铁镍磁性双介孔球炭对维甲酸的吸附：以维甲酸为模型致畸剂，首次考察了铁镍磁性双介孔球炭对维甲酸的吸附行为。结果表明：维甲酸的吸附量随Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O的增多而减小；维甲酸的吸附量随着浓度的增大和时间的推移逐渐增大直至饱和，主要是因为溶液中与介孔炭中的维甲酸浓度差从较大到较小，并且维甲酸从在炭球的表面吸附到在炭孔道的内部吸附，这些都使得吸附速率减小，最终达到饱和吸附。并提出用q qmkt/(1kt)方程对维甲酸的吸附数据进行拟合获得初始吸附速率常数k和吸附量qm。结果表明k和qm值随着比表面积、孔容的增大而增大。 本研究创新点在于首次采用原位一锅法合成出铁磁性双介孔球炭，镍磁性双介孔球炭，铁镍磁性双介孔球炭，合成过程不需要额外的浸渍和硅模板的合成过程，简化了合成步骤；合成的炭材料具有双介孔及球形特征，极大的提高了比表面积和孔容，对药物呈现出更高的吸附性能。 本研究部分内容已经通过广东省科技成果鉴定（粤科鉴字[2013]40号），并获得2013年度广东省科学技术三等奖。
[Abstract]:Mesoporous carbon materials with mesoporous structure, pore size distribution, high surface area, large pore volume and non toxicity properties in adsorption, catalysis, gas separation, drug delivery and electrochemical energy storage and other fields have a wide application prospect. However, mesoporous carbon powder is difficult to separate from the solution, and separation method the traditional process involves filtration or centrifugation, these separation methods are more complex, on the other hand the pore size of mesoporous carbon is not large enough, which limits the scope of application of mesoporous carbon.
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本文编号：1554326
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