论文总字数：19246字

摘 要

磁性纳米材料由于其潜在的优异性能和应用前景已经引起人们广泛的关注，并且在多相催化和水体净化等多个领域得到应用。特别是拥有磁性和活性组分的磁性核壳纳米材料，由于其磁性性能和多样的表面性能使纳米材料的性能大大提升并得到广泛应用。本文研究了磁性核壳材料的制备及其结构特性，并采用有机硅烷对Fe₃O₄ 磁性纳米粒子进行了表面修饰，有效改善其水溶性和稳定性。主要合成了以四氧化三铁为主的磁性核壳材料，并对其吸附性能进行了试验。结果表明：氨基功能化纳米Fe₃O₄材料和羧基功能化纳米Fe₃O₄材料都能有效降低水中重金属离子的浓度并且前者的吸附性能略微优于后者，除外还简要讨论了纳米Fe₃O₄磁性材料对重金属离子去除的影响因素，最后对功能化纳米Fe₃O₄磁性材料去除水中重金属离子研究的未来发展方向进行了展望。

关键词：Fe₃O₄@SiO₂ 重金属 吸附 磁性纳米材料

Study on adsorption of heavy metals by magnetic core-shell materials

Abstract

Magnetic nanomaterials have attracted widespread attention due to their potential superior performance and application prospects, and have been applied in many fields such as heterogeneous catalysis and water purification.In particular, magnetic core-shell nanomaterials having magnetic and active components have greatly improved the performance of nanomaterials due to their magnetic properties and various surface properties and have been widely used. This article systematically studied the preparation of magnetic core-shell materials and their structural characteristics, and used organosilanes to surface-modified Fe₃O₄ magnetic nanoparticles, effectively improving their water solubility and stability. The core-shell materials containing Fe₃O₄ as the main component were synthesized, and their adsorption properties were characterized and analyzed. The results showed that both the amino-functionalized Fe₃O₄ nanomaterials and the carboxy-functionalized nano Fe₃O₄ materials can effectively reduce the concentration of heavy metal ions in water and the former. The adsorption performance is slightly better than the latter. In addition, the influence factors of heavy metal ions removal by nano-Fe₃O₄ magnetic materials are also briefly discussed. Finally, the future development of the research of functional nano-Fe₃O₄ magnetic materials for removal of heavy metal ions in water is prospected.

Key words: Fe₃O₄ @SiO₂; heavy metals; adsorption; Magnetic nanoparticle materials

目 录

摘 要

ABSTRACT

目 录

第一章 文献综述

1.1课题背景及选题意义

1.2磁性纳米材料的研究进展

1.3磁性核壳纳米材料的研究近况

1.4我国水污染的现状

1.5重金属的处理方法

1.6磁性核壳材料在水处理中的应用

1.7选题的目的及意义

第二章 实验部分

2.1.材料与试剂

2.2.仪器与设备

2.3.实验原理

2.4 实验方法

2.4.1磁性Fe₃O₄核的制备

2.4.2磁性核壳纳米微球的制备

2.4.3氨基修饰Fe₃O₄@SiO₂磁性材料的制备

2.4.4羧基修饰Fe₃O₄@SiO₂磁性材料的制备

第三章 结论与讨论

3.1样品的表征与分析

3.1.1 TEM 表征

3.1.2红外光谱分析

3.1.3 XRD分析

3.2吸附性能试验

3.2.1 实验原理

3.2.2 实验方法

3.2.3 结果与讨论

3.3纳米Fe₃O₄磁性纳米材料去除水中重金属离子的影响因素

第四章 总结与展望

4.1 总结

4.2 存在问题及展望

4.2.1存在问题

4.2.2 展望

参考文献

致 谢

第一章 文献综述

1.1课题背景及选题意义

随着当今科技的飞速发展,很多重金属开始进入到我们的日常生活中来。这些重金属包括车用柴油、荧光灯管、恒温器中的汞,特种玻璃、涂料、农药中的铅砷等等。由于这些含有重金属产品的广泛使用,加上消费者对重金属的危害缺少了解而不够重视,很多生产厂家不注意废品回收处理,没有建立完整的处理系统,导致大量重金属产品在使用中产生了重金属污染,甚至使用后被当作普通的垃圾进行掩埋、冲洗处理,从而加重了重金属的污染程度，更有企业直接将重金属污水排放到江河湖泊,荒地浅滩。重金属污染是目前最为严峻的环境污染问题之一，重金属污染物进入人体后，因其半衰期长会引起蓄积，当超过一定浓度时将严重影响人体正常的新陈代谢，从而导致各种疾病的发生，因此水体中重金属离子的去除已成为科学研究者亟待解决的问题，所以本课题将进行磁性核壳材料对重金属吸附性能的研究。

1.2磁性纳米材料的研究进展

磁性纳米材料是广义上具有磁性的纳米材料，除了纳米材料的本身具有的所有性质外，磁性纳米材料也有着其独特的性质^[1-3]。诸如表面磁性、磁宏观量子隧穿效应、磁性相变温度、磁性有序粒径效应、超顺磁性和磁量子尺寸效应。而正因为其独特的性能，使得这种材料得到了广泛的研究。磁性纳米材料主要由三大类组成^[4]：第一类是以Fe、Ni、Co单质及有其存在的合金；第二种类型是氧化铁（包含三氧化二铁以及四氧化三铁）；第三类是尖晶石类铁氧体：MFe₂O₄,M=Mn，Co、Mg、Ni、Zn等。这三种磁性材料广泛应用于磁性、稳定性和相容性两大类。那么关于这些磁性材料的研究，如何去改变尺寸（制备出小尺寸和均匀的材料）、形态（球状、棒状、花状等），并优化其制备方法（共沉淀、微乳液、水热、热解等），前人已进行了报道^[5-12]。

Chen^[13]和Sun^[14]已经制备出Fe₂O₃纳米管，Fu^[15]、Wen^[16]等人制备出Fe₂O₃纳米线，Thapa^[17]、Wang^[18]等人制备Fe₂O₃纳米颗粒，Yu^[19]制备出了Fe₂O₃纳米片。而磁性的Fe₃O₄纳米材料, 常见的合成形貌包括纳米棒^[20-21]、纳米线^[22-24]、纳米管^[25]、纳米链^[26]、纳米锥阵列^[27]等纳米结构。此外，再有比如Park^[28]和Daou^[29]已经制得具有单分散性的Fe₃O₄纳米颗粒，Yu^[30]等人已经合成出Fe₃O₄八面体^[31,32]，Shen^[33]等合成出Fe₃O₄纳米空心微球^[34]，焦华^[35]等采用水热法已经制得核桃状的Fe₃O₄磁性纳米材料。

1.3磁性核壳纳米材料的研究近况

随着科学技术的发展，磁性纳米材料越来越多地应用于各行各业，功能划分也更为细致。它不再局限于仅仅大小和形态的改变，也不局限于通过单一的方法来寻找廉价的制备方法，而是对磁性核壳纳米材料有着更为广泛的研究。

请支付后下载全文，论文总字数：19246字