【摘要】：磁性納米粒子具有獨特的磁學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，由于其表面多為具有較強配位能力的金屬或金屬氧化物，因而易于被功能化修飾；而經(jīng)過功能化修飾的磁性納米粒子在此基礎(chǔ)上又被賦予了新的功能屬性，如較強的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的生物相容性和專屬性的吸附性能等，因此它們不僅被廣泛地應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，而且在工業(yè)廢水、環(huán)境水及地下水的凈化與治理中也顯示了獨特的優(yōu)勢。在本論文中，我們首先通過水熱合成法制備出球形的磁性納米粒子，然后將其表面功能化修飾，成功制備出十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）修飾的磁性介孔硅微球以及Fe3O4@膨潤土復(fù)合材料；并將得到的磁性材料應(yīng)用于染料廢水的脫色處理及水源中生物污染物——微囊藻毒素-LR（MC-LR）的去除，具體開展了以下幾個方面的研究： 1.首先，我們通過水熱合成法制備出球形的Fe3O4納米粒子，通過St ber法在其表面包覆上雙層的SiO2外殼，并將功能化試劑CTAB修飾于第二層硅外殼中，得到了表面帶有銨離子的磁性介孔硅微球。進一步，將制得的功能化納米微球應(yīng)用于陰離子染料——溶劑綠7的去除。結(jié)果表明：由于表面CTAB分子的存在，帶有正電荷的功能化磁性微球?qū)θ軇┚G7具有較強的吸附能力，其單分子飽和吸附量（294.12mg/g）是未經(jīng)CTAB修飾的磁性介孔硅材料的四倍。此外，染料溶液的初始濃度、pH、溫度等因素對吸附結(jié)果均具有一定的影響：較低的pH下吸附劑具有更強的吸附性能；而溶劑綠7濃度的增大及溶液溫度的升高都可以提高磁性吸附劑的吸附性能。 2.膨潤土具有較好的粘結(jié)性、吸水性及吸附性，在化工、醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但是，其在溶液中多以懸濁液的形式存在，難以實現(xiàn)固-液分離與回收，極大地限制了膨潤土在水處理等領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了解決這一難題，我們制備了鋯離子柱撐的膨潤土材料，并通過一步水熱合成法制備出表面均勻分散Fe3O4納米微球的磁性膨潤土復(fù)合材料（Fe3O4@Zr-B），將其應(yīng)用于水中陰離子染料剛果紅的去除。結(jié)果表明：隨著溶液初始濃度的升高，磁性吸附劑對剛果紅的吸附能力逐漸增大；而溫度的升高不但可以縮短到達吸附平衡所用的時間，也可以提高Fe3O4@Zr-B對剛果紅的吸附能力。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能夠很好地擬合實驗結(jié)果，表明靜電作用在吸附過程中起著主導(dǎo)作用。最終由Langmuir等溫吸附方程式計算出Fe3O4@Zr-B對剛果紅的最大吸附容量為63.29mg/g。 3.為了提高膨潤土在水中的分散性，并增大其對生物污染物MC-LR的吸附效果，我們先將膨潤土用鋁離子插層，得到羥基鋁柱撐的膨潤土材料，然后通過一步水熱合成法成功制備出了磁性膨潤土復(fù)合材料（Fe3O4@Al-B）。通過透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、比表面積測定、X-射線衍射（XRD）等技術(shù)詳細地研究了Fe3O4@Al-B的物理化學(xué)性質(zhì)，并具體討論了MC-LR的初始濃度、pH等因素對吸附結(jié)果的影響。結(jié)果表明：較低的pH（pH=2.1）更有利于Fe3O4@Al-B吸附溶液中的MC-LR分子，因此時帶負(fù)電荷的吸附劑對MC-LR具有更強的吸附能力；而溶液初始濃度的增大可使達到吸附平衡后有更多的MC-LR分子吸附于Fe3O4@Al-B的表面。通過Langmuir等溫吸附方程式將吸附數(shù)據(jù)進行線性擬合得出Fe3O4@Al-B對MC-LR的單分子飽和吸附容量為161.29mg/g。因此，和其它常用的吸附劑相比，F(xiàn)e3O4@Al-B具有更加優(yōu)異的吸附性能。 4.最后，我們制備并考察了另一磁性納米微球——CoFe2O4對MC-LR的吸附性能。文中討論了MC-LR的初始濃度、溶液的pH等相關(guān)因素對磁性微球吸附性能的影響。結(jié)果表明：較高的MC-LR濃度與較低的pH更有利于CoFe2O4微球吸附溶液中的MC-LR分子。相關(guān)機理研究表明，CoFe2O4和MC-LR分子之間的驅(qū)動力主要包括活性基團與金屬之間的配位作用以及靜電吸附作用。再生實驗結(jié)果表明：使用后的CoFe2O4可以通過甲醇與水的混合液洗脫后再生，即便重復(fù)使用5次后，該納米微球?qū)C-LR仍具有較強的吸附能力。此外，CoFe2O4納米微球?qū)Νh(huán)境水樣中的MC-LR也具有較強的吸附性能。 我們開發(fā)了多種用于修飾磁性納米粒子的新方法，并將制得的功能化磁性納米復(fù)合材料有效地應(yīng)用于污染水體中染料和MC-LR的去除；詳細地研究了污染物質(zhì)的初始濃度，溫度以及溶液的酸度等因素對功能化微球吸附性能的影響；并對污染物和吸附劑之間的作用機理進行了較為詳細地研究，為進一步將這些多功能的磁性納米復(fù)合材料應(yīng)用于其它環(huán)境污染物的去除奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O647.33;X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李蓉;王燕;陳國亮;王小剛;鄭建斌;;蛋白質(zhì)在金屬螯合親和色譜中的競爭洗脫[J];分析化學(xué);2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王健;磁性高分子微球的制備及對生物物質(zhì)的吸附和應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2732494