磁性纳米材料的合成及功能化研究

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磁性纳米材料是一类非常重要的无机功能材料。基于其在信息通讯、生物医药、航空航天和环保节能等传统和新兴领域的潜在应用前景,近年来有关磁性纳米材料的合成、表征和功能化已成为磁学领域的研究热点之一。设计开发具有优越磁性能和良好分散性的磁性纳米材料,并将该材料与有机物结合,形成多功能化的磁性有机复合材料,是科研工作者努力的方向。本论文通过合成工艺设计,制备了性能良好的磁性纳米材料,并对其形成机理和相关性能做了较为系统的研究。在磁性材料的基础上,合成了磁性壳聚糖多功能复合物,并将其应用于重金属离子吸附。主要研究内容如下:   一、以月桂酸和金刚烷胺为表面活性剂,以1,2-十六烷二醇为分解促进剂降解乙酰丙酮铁(Ⅲ)及乙酰丙酮锰(Ⅱ),可以合成尺寸约为11 nm的铁酸锰(MnFe2O4)纳米粒子。通过使用不同的酸类表面活性剂及胺类表面活性剂,制备得到了尺寸、形貌不同的MnFe2O4纳米粒子。探讨了酸类表面活性剂和胺类表面活性剂的吸附机理。   二、采用化学共沉淀法合成MnFe2O4纳米粒子,探讨了NaOH加入量和温度对MnFe2O4纳米粒子的晶体形成和粒径的影响。结果发现,随着NaOH加入量和温度的增加,MnFe2O4纳米粒子的晶粒逐渐趋向成熟,粒径也逐渐增大。因此,可通过控制NaOH加入量和温度调节MnFe2O4纳米粒子的粒径。尝试在反应中掺入Dy3+,探讨了Dy3+对MnFe2O4纳米粒子粒径、磁性能等方面的影响。   三、在MnFe2O4纳米粒子的基础上加入壳聚糖,以戊二醛为交联剂成功合成了粒径约为300 nm,具超顺磁性的MnFe2O4/壳聚糖纳米复合物。该复合物可较好的吸附溶液中的Cr(Ⅵ)。温度对吸附的影响表明,该吸附过程为放热和自发的过程。动力学和等温线的模拟结果表明,二级动力学方程和Freundlich方程表现出更高的相关度。   四、通过一步法合成了壳聚糖包覆MnFe2O4纳米粒子,该复合物可较好的吸附低浓度的Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)重金属离子。动力学和等温线的模拟结果表明,二级动力学方程和Freundlich方程表现出更高的相关度。进一步研究了Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的竞争吸附,结果表明,Cu(Ⅱ)与壳聚糖包覆MnFe2O4纳米粒子的亲和性更好,较大程度地抑制了吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附。  
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