【摘要】：磁性納米材料不僅具有納米材料的一般性質(zhì),而且具備特殊的磁學(xué)性質(zhì),這使得磁性納米顆粒在環(huán)境分析、生物醫(yī)學(xué)以及分離純化等方面受到了廣泛關(guān)注,其中,Fe3O4磁性納米顆粒具有制備過程簡單、超順磁性以及較好的生物相容性等優(yōu)勢,因而成為了磁性納米材料領(lǐng)域的研究熱點之一。然而,傳統(tǒng)的磁性納米顆粒之間存在相互作用,使得磁性納米顆粒容易團聚而導(dǎo)致顆粒尺寸增加,降低磁性納米顆粒的分散性。通過對磁性納米顆粒表面進行修飾制備磁性納米復(fù)合材料,能夠有效抑制磁性納米顆粒自身的團聚傾向,保證了材料在分散相中的良好分散穩(wěn)定性。與此同時,通過表面修飾引入的功能性結(jié)構(gòu)可以賦予磁性納米復(fù)合材料以光、電、熱響應(yīng)等特殊性質(zhì),拓展了磁性納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域。本論文以Fe3O4磁性納米顆粒為核心,運用表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(surface initiated atom transfer radical polymerization,SI-ATRP)技術(shù)與二次功能化修飾,制備得到了表面接枝聚合物刷結(jié)構(gòu)的具備“核-刷”結(jié)構(gòu)的磁性納米復(fù)合材料,并將得到的材料應(yīng)用于染料、重金屬離子污染物的吸附,催化染料降解等方面,取得了良好的實際應(yīng)用效果。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜分析儀(XPS)等手段對磁性納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進行了研究。1.首先通過水熱法制備了 Fe3O4磁性納米顆粒,然后對其表面用硅烷偶聯(lián)劑進行包覆形成SiO2包覆層。經(jīng)化學(xué)鍵連接將引發(fā)位點錨定于磁性納米顆粒表面,利用SI-ATRP技術(shù)在磁性納米顆粒表面接枝了聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly glycidyl methacrylate,PGMA)聚合物刷,然后用賴氨酸(lysine)進行二次改性得到磁性納米復(fù)合吸附劑Lys-PGMA@Fe3O4。通過FT-IR、TGA、元素分析、TEM以及磁滯回歸曲線等手段對Lys-PGMA@Fe3O4的化學(xué)組成、“核-刷”結(jié)構(gòu)以及磁響應(yīng)性質(zhì)進行了系統(tǒng)的表征。研究發(fā)現(xiàn)Lys-PGMA@Fe3O4能夠在外加磁場作用下對檸檬黃(lemonyellow,LY)與亞甲基藍(methyleneblue,MEB)混合染料溶液進行高效地選擇性分離。再生循環(huán)實驗證明了該種吸附劑具備良好的可持續(xù)使用性。此外,通過絮凝實驗對材料Lys-PGMA@Fe3O4處理含油污水的能力進行了考察。2.利用多巴胺自氧化過程對Fe3O4磁性納米顆粒的表面進行了包覆,將ATRJP引發(fā)位點錨定在納米顆粒表面并接枝PGMA聚合物刷,隨后利用三(2-氨基乙基)胺(tris(2-aminoethyl)amine,TREN)進行二次修飾得到磁性納米復(fù)合吸附劑TREN-PGMA@Fe304并將其應(yīng)用于高效脫除水溶液中重金屬離子污染物。通過FT-IR、TGA、元素分析、XPS、SEM以及磁滯回歸曲線等手段對TREN-PGMA@Fe3O4的化學(xué)組成、“核-刷”結(jié)構(gòu)以及磁響應(yīng)性質(zhì)進行了系統(tǒng)的表征。通過pH對吸附過程的影響、吸附動力學(xué)和吸附等溫線等研究,發(fā)現(xiàn)相比于傳統(tǒng)的吸附材料,吸附劑TREN-PGMA@Fe3O4具備更高的吸附容量與更快的吸附速率,這是由于材料表面的PGMA聚合物刷結(jié)構(gòu)以及多胺型配體與重金屬離子間較強的螯合作用而產(chǎn)生的。此外,TREN-PGMA@Fe3O4良好的循環(huán)再生性能也通過實驗得以驗證。同樣地,通過絮凝實驗初步探究了材料TREN-PGMA@Fe3O4處理含油污水的能力,發(fā)現(xiàn)效果不理想。3.通過在包覆有聚多巴胺層的Fe3O4磁性納米顆粒表面利用ATRP技術(shù)接枝了聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(poly 2-(Dimethylamino)ethyl methacrylate,PDMAEMA)聚合物刷,在通過溴乙烷進行二次改性,最后在材料表面原位生成Pd納米顆粒制備得到具備超順磁性的納米復(fù)合催化劑Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe3O4。通過 FT-IR、TGA、元素分析、XPS、TEM 以及磁滯回歸曲線對Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe304的化學(xué)結(jié)構(gòu)、“核-刷”形貌以及磁響應(yīng)性質(zhì)進行了系統(tǒng)的表征。此外,研究了催化劑Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe304在NaBH4還原水溶液中亞甲基藍(MEB)染料反應(yīng)中的催化行為。通過對比Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe3O4與單純Pd納米顆粒在染料降解過程中的催化速率常數(shù),發(fā)現(xiàn)催化劑Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe3O4由于Pd納米顆粒負載于聚合物刷上能夠提高催化劑在水中的分散穩(wěn)定性和反應(yīng)體系中的擴散效應(yīng)及增大了催化劑與反應(yīng)底物的有效接觸面積導(dǎo)致催化性能更加優(yōu)異。此外,通過循環(huán)再生實驗驗證了催化劑Pd-EtBr-PDMAEMA@Fe3O4的可持續(xù)利用性能。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TB33
【圖文】：

Ｆｅ３０４納米顆粒制備成本較低、生物相容性較好。近年來相關(guān)學(xué)者們對Ｆｅ３０４逡逑納米顆粒的深入研宄極大促進了磁性納米材料的發(fā)展，為磁性納米材料的應(yīng)用前逡逑景指明了方向［９，１（＞］，如圖１－１所示。逡逑ａ［Ｓ＝ｓ邐：Ｂ丨灥丨廠６５，’邐“邐ａＳ＝ｓ逡逑婘一邋？’灥一，．逡逑一＂ｄｙｅｓｖ／邐＇＇Ｖ邋ｍｅｔａｌ逡逑Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ邐，ｍ�。冢Γ义蠄D１－１磁性納米材料的兩種合成方案及其應(yīng)用示意圖［９，ｌｌ）］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｅｔｈｏｄｓ邋ｔｏ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ邋ａｎｄ逡逑ｔｈｅｉｒ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ１＾９，１０］．逡逑１．２．２磁性納米材料的合成與修飾逡逑Ｆｅ３０４納米顆粒的合成方法通常包括物理方法、生物方法以及化學(xué)制備方法逡逑三類。逡逑（１）

表面效應(yīng)納米顆粒表面與顆粒內(nèi)部原子數(shù)的比值隨納米顆粒粒徑的減小而逡逑顯著增大，同時，比表面積、表面自由能以及表面親和能等數(shù)值也隨之增加，進逡逑而引起納米顆粒理化性質(zhì)變化的現(xiàn)象叫做表面效應(yīng)。圖１－３顯示了納米顆粒表面逡逑原子數(shù)目與納米顆粒粒徑之間的關(guān)系［３６］。納米顆粒的高比表面積意味著這些材逡逑料的表面存在著豐富的活性位點，因此，納米顆粒在吸附、催化等領(lǐng)域有著得天逡逑獨厚的優(yōu)越條件。逡逑當(dāng)磁性材料的尺寸進入納米范圍時，其本身的磁學(xué)性質(zhì)也會隨之發(fā)生改變。逡逑磁性納米材料通常包括納米晶永磁材料和納米晶軟磁材料，磁性納米顆粒通常在逡逑室溫下即可表現(xiàn)出超順磁性。納米晶永磁材料主要用于信息載體、微電動機和磁逡逑制冷等領(lǐng)域；而納米晶軟磁材料則主要用于變壓器和電磁屏蔽等方面。在環(huán)境保逡逑護與治理、磁性定向分離、鋰離子電池、生物醫(yī)藥學(xué)、磁流體和磁光晶體等應(yīng)用逡逑領(lǐng)域，具有超順磁性的磁性納米顆粒的應(yīng)用十分廣泛。一般來說，合成的磁性納逡逑米顆粒的粒徑尺寸與單疇臨界尺寸及超順磁臨界尺寸這些特征物理長度的尺寸逡逑相當(dāng)，因而往往能夠表現(xiàn)出獨特的磁學(xué)性質(zhì)［３７］。逡逑５逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉天輝;常剛;曹瑞軍;孟令杰;;超順磁性Fe_3O_4納米粒子在磁共振造影中的應(yīng)用[J];化學(xué)進展;2015年05期

2 呂作昕,呂黎陽;古代磁性指南器源流及有關(guān)年代新探[J];歷史研究;1994年04期

本文編號：2740713