Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)磁性吸附剂的制备及其对Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)的吸附性能

稀土资源的开采伴随着稀土离子排放,对水资源造成了严重污染。吸附法是处理水相稀土离子污染的一种高效技术,磁性吸附剂能够加速固液分离,具有较大的研究价值。本研究以FeCl_(3)·6H_(2)O、甘醇、醋酸钠、聚乙二醇(PEG2000)等为原料,采用溶剂热法在200℃的条件下制备粒径约为230 nm的Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒,将其加入正硅酸乙酯中,利用氨水水解聚合,即可形成粒径约为300 nm的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)磁性吸附剂材料。此复合材料为核壳结构,包含Fe_(3)O_(4)和SiO_(2)两种晶型结构。SiO_(2)的包覆未对Fe_(3)O_(4)物相结构产生较大影响,在包覆的同时能够显现出一定的磁性性能。此复合材料对Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)的最大吸附容量分别达到10.03 mg/g和5.25 mg/g。

核壳结构Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@介孔TiO_(2)的合成及其光电催化降解水中有机污染物

为了实现太阳能光催化和光电催化降解污染物实用化,需要研发高效、稳定、易分离的催化剂。采用溶胶-凝胶法和水热法制备了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@介孔TiO_(2)(FST)复合光电催化剂。通过表征分析证实了纳米FST成功合成,Fe_(3)O_(4),SiO_(2)和TiO_(2)纳米颗粒层层包裹,具有独特的核壳结构。在外加磁场的作用下,FST催化剂可以很容易地从悬浮液中分离出来。FST的表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。利用制备的FST对其他有机污染物在可见光下的光电催化降解进行了研究,对亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙、阿莫西林光电催化90 min,降解率分别为98%,95%,92%,90%。主要活性物种捕获实验表明,FST通过光电耦合作用产生大量h^(+)和·OH从而使污染物降解为CO_(2),H_(2)O和无机离子。

“新工科”背景下生物制药专业多学科交叉融合的探索研究——以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例

“新工科”背景下,多学科交叉融合已成为生物制药专业教学育人的新方式,对培养“明德求真,弘药济世”的卓越应用型工程人才具有重要意义。本文将以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例,顺应教育部“三全育人”的战略要求,在调动学生科研的积极性和主动性的同时,探索生物制药与有机化学之间的联系,挖掘多学科交叉融合的独特优势,提高学生的科学探究能力和实验操作能力。

SiO_(2)溅射功率对Fe_(40)Co_(40)B_(20)-SiO_(2)软磁纳米颗粒膜磁性能的影响

用磁控溅射法沉积Fe_(40)Co_(40)B_(20)-SiO_(2)软磁纳米颗粒膜,对其微观结构和磁性能进行了分析。研究发现,随着SiO_(2)溅射功率的增高,Fe_(40)Co_(40)B_(20)-SiO_(2)薄膜粗糙度、截止频率、磁导率、饱和磁化强度均降低,薄膜电阻率增大。在SiO_(2)溅射功率为500 W时,Fe_(40)Co_(40)B_(20)-SiO_(2)薄膜电阻率高达1973μΩ·cm,且截止频率也高达3.67 GHz。相较于未添加SiO_(2)的薄膜,其电阻率有了显著提升,且同样拥有较高的截止频率。因此,通过该方法制备的Fe_(40)Co_(40)B_(20)-SiO_(2)薄膜可有效应用于GHz频段的软磁薄膜电感。

Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

多孔MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)壳聚糖微球用于增强类Fenton降解染料废水的研究

将壳聚糖与金属盐混合溶液滴入碱性溶液中,采用一步法制备了金属壳聚糖微球(MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS),并用于刚果红(CR)的类Fenton降解。结果表明,与单金属壳聚糖微球(MnO_(2)/CS、Fe_(3)O_(4)/CS)相比,MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS具有更好的催化活性;在最佳条件下(50 mg/L CR,pH=7,0.9 mol/L H_(2)O_(2),2.0 g/L催化剂,60 min),CR的去除率达到100%。MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS的高活性归因于其较大的比表面积和孔体积,特殊多孔结构有利于反应物的吸附/扩散和活性位点的暴露;Mn-Fe双金属之间的协同作用促进了电子传递,有效提高了催化活性。金属壳聚糖微球可以很容易地从反应体系中收集,重复使用5次后仍然保持较高催化活性(88.2%)。

玻纤负载α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结薄膜的制备 及其催化性能

为了克服传统芬顿催化剂的降解速率慢、pH适用范围窄、难回收等缺点,采用浸涂溶胶-凝胶法制备了玻璃纤维负载的α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结薄膜(FCGF),对其结构、形态和化学组成进行表征,并将其用于亚甲基蓝的光芬顿催化降解,考察其催化活性、pH值适用性和重复使用稳定性。结果表明:CuFe2O4颗粒生长在α-Fe_(2)O_(3)颗粒表面,形成α-Fe_(2)O_(3)/CuFe_(2)O_(4)异质结;在模拟太阳光辐射条件下,加入2 g FCGF和20 mmol/L的H_(2)O_(2),50 mL质量浓度为30 mg/L的MB溶液在40 min后降解率达到97%,而在相同条件下加入α-Fe_(2)O_(3)与CuFe_(2)O_(4)降解率分别为20%和30%,其催化活性的增强可归因于异质结光催化剂产生的光诱导电位差驱动的光生载流子的有效分离;同时,FCGF在宽pH范围显示出较高活性,pH=10时,MB溶液40 min后降解效率仍达到63%;FCGF具有良好的稳定性,5次循环后其催化性能没有衰减,反应40 min后MB降解率仍可达97%。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)协同改性环氧树脂涂层的制备及耐磨防腐性能研究

目的解决油气装备管道面临的腐蚀磨损等失效问题。方法使用不同物质的量比的纳米Fe_(3)O_(4)、MoS_(2)通过硅烷偶联剂(APTES)结合为杂化填料,并将其填充至环氧树脂(EP)中,制备出复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对杂化填料的显微结构、物相组成及成分进行了分析。同时,利用分散稳定性试验、显微维氏硬度、往复摩擦试验、表面轮廓测试、吸水率及接触角测试、电化学阻抗谱及动电位极化曲线综合评价复合涂层耐磨及防腐蚀性能。结果Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)纳米杂化物在环氧树脂中具有良好的分散稳定性。与Fe_(3)O_(4)/EP、MoS_(2)/EP相比,Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)/EP复合涂层的显微硬度与耐磨性提高,同时其耐水性和防腐性能也得到增强。当Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)物质的量比为1∶5时,复合涂层摩擦因数最低为0.337,相比于纯EP降低34.56%。当Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)物质的量比为1∶1,复合涂层阻抗值最高,并且显示出最大的腐蚀电位(E_(corr))和最小的腐蚀电流(Jcorr),Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)/EP涂层的阻抗(Rc)提高了近2个数量级。结论Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)是可用于制备高性能环氧耐磨防腐涂料的有效的纳米填料。复合涂料优异的减摩性得益于Fe_(3)O_(4)颗粒的纳米球滚动润滑效应和MoS_(2)片的滑移效应,而其高防腐性能归功于Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)良好的分散性和阻隔性。

SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料的3D打印制备及对染料废水的处理性能

使用直写型3D打印的方式制备了高比表面积与多孔结构的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料,并对材料的微观形貌、多孔结构进行了表征,测试了其对于模拟溶液中高浓度罗丹明B(RhB)的吸附及催化降解性能。研究结果表明,3D打印SiO_(2)块体气凝胶比表面积达482.1 m^(2)/g,具备孔隙体积为1.195 cm^(3)/g的纳米多孔结构,对RhB具有好的吸附性能。经g-C_(3)N_(4)修饰所得的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料孔结构与比表面积变化不大,除仍保持较高的吸附性能外,在紫外光照下对RhB(100 mg/L)的去除率可达99%以上。经5次循环测试后SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶对RhB的去除率仍达92.98%,相比之下3D打印SiO_(2)气凝胶仅为55.75%。机理分析表明,复合材料中的g-C_(3)N_(4)可吸收光能并生成光生电子空穴对,其与H_(2)O和O_(2)作用产生氧化活性物质超氧自由基,最终均参与光催化氧化还原反应中对RhB大分子的催化氧化降解。3D打印结构具有的高比表面积实现了催化剂与RhB大分子较大的反应接触面积,提高了复合材料的光催化降解效率及循环稳定性。

无压烧结制备Y_(2)MgAl_(4)SiO_(12)∶Ce^(3+)荧光陶瓷及光学性能

Y_(3)Al_(5)O_(12)∶Ce^(3+)荧光粉是目前白光LED的主要发光材料,但在使用时存在封装树脂因散热不佳而发生老化等问题。本文采用无压烧结制备了Y_(2)MgAl_(4)SiO_(12)∶Ce^(3+)透明陶瓷荧光体,用于替代荧光粉体和调控发光性能。首先通过化学共沉淀法制备前驱体粉体,经高温煅烧后采用冷等静压成型,最后在马弗炉中1 600℃煅烧制得透明荧光陶瓷。研究了Ce^(3+)掺杂浓度和样品厚度对材料性能的影响,其中掺杂量为0.5%的样品在800 nm处具有56%的透过率,在450 K下发光强度仍能保持室温强度的84%。与蓝光芯片组装成器件测试表明,荧光陶瓷在蓝光LEDs/LDs的激发下发出白光,其CIE色度坐标分别为(0.307 6,0.332 9)和(0.308 0,0.331 6),光效分别为62.6 lm/W和146.3 lm/W。研究结果表明,YMAS∶Ce荧光陶瓷可应用于白光LEDs/LDs领域。

BaSO_(4)/SiO_(2)隔热涂料的制备及其性能研究

BaSO_(4)是一种优异的隔热填料,但其以单一形式应用于隔热涂料中,隔热效果并不理想,因此需对BaSO_(4)进行表面改性。采用溶胶-凝胶法,利用正硅酸乙酯对BaSO_(4)进行表面改性制备了BaSO_(4)/SiO_(2)复合粉体,并以其为隔热填料,以水性聚氨酯乳液为成膜物质,制得BaSO_(4)/SiO_(2)隔热涂料。利用XRD、FT-IR、SEM、EDS对粉体及涂层的结构和形貌进行表征分析,并探究正硅酸乙酯添加量对涂层的太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率及隔热性能的影响。结果表明:随着正硅酸乙酯添加量的增加,BaSO_(4)/SiO_(2)涂层的太阳光反射比及近红外反射比逐渐增加,半球发射率先升高后降低,隔热温差先增大后减小。当正硅酸乙酯质量分数为25%时,涂层的太阳光反射比为81.88%,近红外反射比为79.79%,半球发射率为0.89,此时BaSO_(4)/SiO_(2)涂层的隔热温差为19.98℃,表明BaSO_(4)/SiO_(2)涂层具有良好的隔热效果。

钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT的制备及电化学性能研究

为改善钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)的导电性,提高其充放电性能,采用Cr^(3+)掺杂提高正极材料本征导电性,采用包覆碳和复合碳纳米管(CNT)构筑高效导电网络以加快纳米活性物颗粒间的电子传导,制备并探究了Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT复合材料的结构与电化学性能。结果表明,当Cr^(3+)掺杂量x为0.075、CNT添加质量分数为3%时,所制备材料表现出较小的电荷传递阻抗和优异的高倍率充放电性能。其0.1 C和20 C倍率下的放电比容量分别达到120.64 mAh/g和87.11 mAh/g,10 C倍率下循环500次后容量保持率高达92.37%。

Fe_(3)O_(4)掺杂改性电极电化学去除Pb^(2+)的效能研究

为了实现水体中Pb^(2+)的高效电化学去除,采用涂覆法将Fe_(3)O_(4)、粉末活性炭、乙炔黑和聚乙烯醇混合后负载于石墨纸上,制备得到了Fe_(3)O_(4)掺杂改性电极。采用差分柱批式反应器模式进行电化学去除Pb^(2+)实验,考察了电压、温度、运行时间、Pb^(2+)质量浓度对去除Pb^(2+)的影响并评估了电极的重复利用性和稳定性。结果表明,所制备的电极表面孔隙丰富,孔径均匀。电压为1.4 V时,运行150 min后电化学体系对Pb^(2+)的去除率达到了98.73%,延长运行时间可以显著强化Pb^(2+)的去除率。在10~35℃的温度范围内,温度升高有利于Pb^(2+)的电化学去除,电化学体系在不同的Pb^(2+)浓度下均有较好的适用性和适应性,随着Pb^(2+)初始浓度的升高,处理单位体积含Pb^(2+)废水的能耗逐渐增加,但去除单位质量Pb^(2+)的能耗反而降低,拟合结果表明Pb^(2+)的去除过程符合准一级动力学。经过8次循环后,电化学体系仍保持原有的Pb^(2+)去除效果。

磁性Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2)材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

用水热法合成Fe_(3)O_(4),用巯基乙酸(MAA)对Fe_(3)O_(4)纳米粒子进行官能团疏基化,然后以UiO-66为模板制备出磁性金属有机骨架材料Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2),并对亚甲基蓝进行吸附,使用扫描电镜、透射电镜等对制备的磁性材料进行表征,考察材料用量、振荡时间、pH等因素对材料吸附性能的影响。结果表明当亚甲基蓝初始浓度为4.00 mg/L、材料用量为4 mg、振荡时间为90 min、pH为9时,Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2)对亚甲基蓝的吸附效果较佳,吸附率为45.67%,吸附量为15.03 mg/g。

豆荚状Fe_(2)VO_(4)/NC纳米线对Pb(Ⅱ)的电化学检测性能研究

通过煅烧聚多巴胺包覆的FeVO_(4)·1.1H_(2)O纳米线得到豆荚状Fe_(2)VO_(4)/NC纳米线,以SEM、XRD、XPS表征了材料的形貌与物相。将其修饰于玻碳电极采用阳极方波伏安法实现对Pb(Ⅱ)的灵敏检测,检测灵敏度62.27μA/μM,理论检出限为0.021μM。电化学检测结果显示,具有内部空间的Fe_(2)VO_(4)/NC相较于裸纳米线对Pb(Ⅱ)的灵敏度有明显提升。通过吸附实验证实,豆荚状Fe_(2)VO_(4)/NC纳米线对Pb(Ⅱ)的吸附最强。此外,对实验的稳定性、重现性、抗干扰性能进行了评估,并且将其成功应用于对实际水体环境的检测,证明该敏感材料具有实际应用的潜能。

具有交换各向异性的Fe_(3)O_(4)/α-Fe_(2)O_(3)核壳结构诱导的偏置现象

采用Fe_(3)O_(4)颗粒的固相氧化反应制备出Fe_(3)O_(4)/α-Fe_(2)O_(3)核壳结构颗粒,并在低于反铁磁奈尔温度(955 K)高磁场(1 T)下进行场冷却,对亚铁磁/反铁磁Fe_(3)O_(4)/α-Fe_(2)O_(3)核壳结构的晶体结构、微观形貌以及磁学性能进行了测试和分析。实验发现,随着亚铁磁Fe_(3)O_(4)表面反铁磁层α-Fe_(2)O_(3)厚度的增加,颗粒矫顽力从约57 Oe增大到4525 Oe,磁滞回线呈现出蜂腰状。当反铁磁层厚度约为533 nm时,核壳结构磁滞回线出现增强的交换偏置场~601 Oe。理论计算表明,由于亚铁磁性的Fe_(3)O_(4)和反铁磁性的α-Fe_(2)O_(3)界面处存在相互交换作用,当反铁磁厚度大于510 nm时,核壳结构各向异性能和塞曼能都高于界面交换能时,亚铁磁/反铁磁核壳体系会出现交换偏置的增强现象。

Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O的制备及其类芬顿性能研究

为提高Fe_(3)O_(4)在类芬顿反应体系中对污染物的去除效果,基于类芬顿催化氧化技术,制备了Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O复合材料作为非均相类芬顿催化剂,与H_(2)O_(2)共同构成以亚甲基蓝模拟废水为目标物的类芬顿催化氧化体系。对比分析不同实验条件下Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O复合材料的类芬顿活性,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对材料进行表征。实验结果表明:当Fe_(3)O_(4)与CuCl_(2)·2H_(2)O的复合配比(质量比)为2∶1时制备Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O,且其投加量为40 mg、H_(2)O_(2)用量为0.5 mL时,对浓度为6 mg/L的废水溶液中亚甲基蓝的去除率达到84.27%,类芬顿活性较好;类芬顿反应中起主要活性作用的是·OH。

Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)的制备及光催化性能研究

研究了Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)的配比、反应温度、反应时间等因素对Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)的性能的影响;确定Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)磁性复合光催化剂的制备条件。采用自制的Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)磁性复合光催化剂对亚甲基蓝废水进行光催化实验研究。结果表明:Fe_(3)O_(4)与TiO_(2)配比为1∶16、反应温度为80℃、反应时间为3 h,在此条件下制备出的Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)磁性复合光催化剂性能较优。当Fe_(3)O_(4)/TiO_(2)磁性复合光催化剂的投加量为0.20 mg·mL^(-1)、亚甲基蓝溶液pH为中性、紫外灯距离为12 cm、光照时间为2 h时,去除率可达91.6%。

Fe_(2)O_(3)@Co_(3)O_(4)核壳催化剂活化过一硫酸盐高效降解有机物

以Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O为原料,在碱性环境下生成的Co(OH)2沉淀包覆在普鲁士蓝纳米块上得到催化剂前驱体,将前驱体通过煅烧成功制备了核壳结构的复合型催化剂Fe_(2)O_(3)@Co_(3)O_(4),并通过X-射线衍射、扫描电镜表征手段对催化剂进行表征,利用催化剂活化PMS降解有机污染物。分析可知,在降解双酚A、邻氯苯酚、对氯苯酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、苯酚等反应中,复合催化剂Fe_(2)O_(3)@Co_(3)O_(4)较Fe_(2)O_(3)、Co_(3)O_(4)有更出色的催化性能,4 min之内即可将双酚A达到100%降解,同时对不同污染物的降解有较好的普遍适用性,通过自由基掩蔽实验可确定硫酸根自由基和羟基自由基是催化体系内的主要活性物种。