功能化Fe3O4@SiO2的制备及性能研究

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水污染问题已经成为环境污染的重要部分,对于水环境污染的有效治理也已成为人类健康亟需解决的问题之一,因此水质净化功能材料在水污染治理中有着重要作用。本文采用溶剂热法合成出成本低廉的Fe3O4纳米粒子,通过经典的St ber法将SiO2层包覆在Fe3O4纳米粒子的外部,形成核@壳结构Fe3O4@SiO2磁性复合材料。以Fe3O4@SiO2磁性复合材料为载体进行功能化改性,通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、振动磁强计(VSM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对其物理化学性质进行了表征分析。研究了功能化改性后的磁性复合材料对污染物的去除性能及作用机制。(1)通过简单的方法对Fe3O4@SiO2磁性复合材料进行了氨基功能化改性,形成Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料,并利用此材料对单宁酸进行吸附性能的研究。研究发现此材料上的氨基基团能够与单宁酸上的酚羟基反应,使-NH2质子化形成NH3+,并利用良好的磁性(42.5emu·g-1)使单宁酸从水中分离去除;对单宁酸的吸附符合Langmuir吸附模型和拟二级吸附动力学;在25℃,pH=6时,基于氢键和静电吸附的协同作用,吸附能力达到最强,可达94.28mg·g-1。(2)通过银镜反应合成出Fe3O4@SiO2-Ag磁性复合材料,并对样品优化后进行杀菌性能实验。研究发现,以Fe3O4@SiO2磁性复合材料为载体既解决了Ag纳米粒子聚集的问题,也实现了杀菌后回收再利用的目的。且在60min之内可将5106CFU·mL-1细菌完全杀死,推测其对细菌的毒性不是单一的,而是Ag+与活性自由基双重作用,并且可完全循环使用5次。(3)以环境雌激素污染物双酚A为模板分子,以Fe3O4@SiO2磁性复合材料为载体,以3-氨丙基-三乙氧基硅烷为功能单体,以正硅酸乙酯为交联剂制备磁性分子印迹材料,并研究了其对双酚A的识别与吸附性能。研究发现印迹材料对双酚A有特殊的吸附能力,即能与双酚A上的酚羟基发生键合反应形成氢键;与其他酚类相似物相比,磁性分子印迹材料对双酚A的吸附最强,同时可以利用良好的磁性(15.4emu·g-1)使双酚A从溶液中分离去除,并且可以循环使用。
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