四氧化三铁基磁性聚合物的合成、表征及应用研究

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四氧化三铁基磁性聚合物材料由于其具有独特的超顺磁性、生物相容性以及其他可调节的优异的光、催化、吸附等性能,而在磁分离、催化、生物医学以及生物医药等领域有着广泛的应用前景。本论文围绕四氧化三铁基磁性聚合物材料的制备、结构表征、形貌表征、磁性能、吸附性能和催化性能等,展开对不同形貌、结构和组成的四氧化三铁基磁性聚合物材料的合成、磁分离性能以及催化性能的研究:(1)以油酸包覆的Fe3O4纳米粒子作为磁核,以MMA和DVB作为单体,分别使用正已烷、环已烷、甲苯等小分子致孔剂,采用改性悬浮聚合制备了10种磁性多孔微球(FMD),用氮气吸脱附法和压汞法表征了产物的孔结构,用TEM和SEM观察了产物的形貌,用TGA考察了四氧化三铁的包覆率。并尝试利用UV考察其脱除水体中的苯酚的能力。研究发现,FMD微球中存在类似于墨水瓶状孔的小口径大腹腔的孔。致孔剂类型和用量对FMD微球孔结构的影响是显著而复杂的。使用两种体系良溶剂作致孔剂(环已烷(CHX)和正已烷(n-HX))制备的产物均具有相对较高的比表面积。减少致孔剂用量,增加交联剂DVB的用量,都有利于形成较为完整的交联网络,从而提高FMD微球的四氧化三铁包覆率。此外,增加磁流体的用量,也可以提高四氧化三铁的包覆率。FMD磁性微球表现出明显Fe304晶相结构,并在室温下,表现为超顺磁性。研究发现,FMD磁性多孔微球可有效地去除水溶液中的苯酚,去除率可达99.32%。(2)以油酸包覆的Fe304纳米粒子作为磁核,以St和DVB作为单体,采用乳液聚合法制备了10种磁性Fe3O4/poly (St-co-DVB)微球,进一步以TEOS为硅源,制备了14种Fe3O4/poly (St-co-DVB)/SiO2有机/无机杂化的磁性微球。考察了单体组成、表面活性剂类型和磁流体的加入量对微球表面形貌、四氧化三铁包覆率及微球粒径等的影响。然后尝试以上述微球作为磁性基体,采用了水热法制备了Fe3O4/poly (St-co-DVB)/SiO2/TiO2磁性纳米催化剂,进一步研究其对罗丹明B(RhB)降解的光催化性能。研究发现,所制备的磁性纳米催化剂可在UV照射下有效地降解RhB。重复使用5次,其RhB的降解率仍在90%以上,仍具有高效的催化效果。此催化剂因其采用磁性无机.有机杂化磁性微球作为磁性基体,易于磁分离,有利于工业化使用。(3)制备了三个系列不同结构和形貌的磁性聚(六氯环三磷腈-co-双酚S)。以水热法制备了16种中空多孔的Fe3O4微球,并以此为磁核,以TEOS为硅源,在CTAB的存在下,在制得的Fe3O4微球外层包覆一层介孔二氧化硅制备了6种中空多孔Fe3O4/mSiO2和1种中空Fe3O4/nSiO2微球,再以BPS和HCCP作为单体,制备了4种中空多孔Fe3O4/mSiO2/PZS和4种中空Fe3O4/nSiO2/PZS微球。以共沉淀法制备的4种Fe3O4/OA纳米粒子为磁核,以BPS和HCCP作为单体,在TEA存在下,制备了9种Fe3O4/PZS磁性纳米线。以水热法制备了21种Fe304纳米线,并以此为磁核,以BPS和HCCP作为单体,在TEA存在下,制备了5种Fe3O4/PZS磁性纳米线。使用TEM和SEM观察了产物的形貌,用TGA考察了四氧化三铁的包覆率,XRD表征了产物的晶相结构,并采用DLS和SEM测试了产物的粒径,用SQUID测试了产物的磁性能,采用氮气吸脱附法表征了产物的比表面积和孔结构,此外,以上述制备的磁性聚磷腈复合材料为磁性基体,分别以Fe3O4/mSiO2/PZS为磁性基体,以二茂铁二甲酰氯为原料,利用酯化反应制备了Fe3O4/mSiO2/PZS/Fc磁性微球;以HAuCl4作为金源,采用化学沉积法制备了13种磁性聚磷腈纳米金催化剂,其对4.硝基苯酚在NaBH4存在下还原反应有较好的催化性能,并且此催化剂可循环使用。所得的聚膦腈磁性材料具有良好亲水性、良好热稳定性、生物相容性及较好的磁响应能力等等,有良好的工业应用前景。
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