磁性纳米复合微球的制备及应用

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本论文使用PVP辅助,采用溶剂热法制备了Fe3O4中空纳米微球,考察了温度、时间、碱量对产物形貌的影响,提出PVP存在下形成中空微球的可能机理。使用二氧化硅对Fe3O4进行包覆以增加其稳定性,采用介孔二氧化硅包覆来增加Fe3O4的比表面积,改变材料的亲水亲油性质,制备了两种吸油材料并进行油品吸附研究。采用共沉淀法制备Fe3O4纳米颗粒,掺杂于复分解反应制备的中空碳酸钙并实现了对布洛芬的装载,考察了载药材料的缓释效果。具体实验内容以及取得结果如下:(1)以乙二醇为溶剂和还原剂,NaAc为体系的静电稳定剂和碱性催化剂,PVP作为稳定剂和导向剂,溶剂热法制备了高分散Fe3O4中空微球,使用X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、振动样品磁强计(VSM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行表征。证明所制备纳米材料为Fe3O4纳米微球且结晶性很好,饱和磁化强度约为81emu/g,具有极低的矫顽力;微球具有中空结构,分散良好,粒径分布均匀;讨论了温度、时间、NaAc量、溶剂、PVP量等对溶剂热法制备的Fe3O4微球形貌的影响。确定200℃和20h为最佳温度和时间,发现NaAc量增加对产物形貌影响不大,而添加一缩二乙二醇(DEG)为混合溶剂后产物不具备中空结构;探讨了中空纳米微球可能的形成机理,认为PVP在中空Fe3O4纳米微球的制备过程中除了起稳定剂的作用外,还是中空结构得以形成的导向剂。(2)以水热法制备的Fe3O4纳米微球为核,制得了两种磁性核壳型复合纳米微球Fe3O4@SiO2和Fe3O4@mSiO2。TEM图像表明制备的材料具有良好的分散性,磁核直径约为190nm,SiO2壳约为45nm,mSiO2约为60nm,介孔材料的孔较规整;对Fe3O4@SiO2和Fe3O4@mSiO2两种微球表面疏水改性,用于润滑油、柴油的吸油性研究。发现Hpb-Fe3O4@SiO2和Hpb-Fe3O4@mSiO2对柴油的吸油率最高分别可达6.10g/g和9.74g/g,对润滑油的吸油率最高分别可达和11.52g/g和15.73g/g。材料可重复利用5-6次。(3)利用沉淀法合成了Fe3O4纳米颗粒,XRD、XPS、TEM表征其组成和形貌。将其添加于复分解反应沉淀法制备的碳酸钙的体系中,制备了两种磁性碳酸钙复合微球Fe3O4/CaCO3和Fe3O4&CaCO3,前者为实心结构,微球尺寸为2-3μm,后者为中空结构,微球尺寸约为4μm。通过TEM、SEM、XRD、VSM、BET表征了复合微球的性质,发现微球中CaCO3为方解石晶型,且两种复合微球都表现出磁性;以布洛芬(IBU)为模型药物,考察了Fe3O4/CaCO3和Fe3O4&CaCO3药物装载和释放行为,发现最大装载量分别为43mg/g、116mg/g。在pH=7.4的PBS缓冲溶液(模拟肠液)中Fe3O4/CaCO3最大释放率为99%时的持续释药时间为16h,Fe3O4&CaCO3最大释放率为90%时的持续释药时间为20h。使用四种药物缓释动力学模型对实验数据进行拟合,发现IBU-Fe3O4/CaCO3和IBU-Fe3O4&CaCO3中IBU的缓释符合一级动力学过程。
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