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。

磁性Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)-HEHEHP复合材料的制备及其对Y(Ⅲ)的吸附

稀土常规提取过程会产生大量稀土废液,对环境造成污染,并导致稀土资源流失。针对此问题,采用溶胶-凝胶法制备了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)-HEHEHP磁性杂化材料,将其作为吸附剂,对水相低浓度稀土离子进行富集回收,通过XRD、SEM、EDS、FT-IR、BET、磁性能分析等测试方法探究了FSP的结构形貌等物相特征,研究了FSP对于Y(Ⅲ)的吸附行为。结果表明,FSP具有核壳结构,外层的SiO_(2)能够在酸性环境下保护内部的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,HEHEHP萃取剂成功负载在磁性吸附材料表面;FSP表面含有较多的孔隙结构,对吸附具有一定的促进效果。磁性FSP可再生使用,三次循环使用后的吸附率仍达86.29%。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CTS镍离子印迹聚合物的制备与吸附性能研究

以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)为磁核,在其表面包裹壳聚糖,再通过分子印迹技术,制得Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CTS镍离子印迹聚合物。采用XRD、FTIR和SEM对镍离子印迹聚合物的结构和形貌进行表征。通过正交实验确定了镍离子印迹聚合物对Ni^(2+)的最佳吸附条件为:Ni^(2+)初始浓度为80 mg·L^(-1)、印迹聚合物用量为25 mg、pH值为5.0、吸附时间为3 h,印迹聚合物对Ni^(2+)的吸附量可达66.73 mg·g^(-1)。Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CTS镍离子印迹聚合物对Ni^(2+)的吸附符合拟二级动力学方程,吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。

Fe_(3)O_(4)基核壳纳米结构材料的制备及顺磁性研究

以Fe_(3)O_(4)为磁核,SiO_(2)为外壳,制备了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳纳米结构材料,使用三乙氧基硅烷对Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)进行表面亲水改性,研究了亲水改性对Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)顺磁性能和催化性能的影响。结果表明:立方相结构的Fe_(3)O_(4)是核壳材料中主要的晶体相,表面的SiO_(2)为非晶态,表面亲水处理后未改变Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)的晶格结构,Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)为80~110 nm的不规则颗粒状,SiO_(2)包覆在Fe_(3)O_(4)外部,亲水处理后改善了颗粒的分布均匀性。亲水处理的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)的饱和磁化强度降低至20.31 emu/g,具有超顺磁性。以含Cd^(2+)的金属废水为吸附降解对象,表面亲水处理后的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)去除率提高至94.2%,二级动力学模型更适合于Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)对Cd^(2+)的吸附,模型的相关系数为0.9943,拟合效果更好,表明了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)对Cd^(2+)的吸附速率受化学吸附的影响较大。

Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)@Ag光催化剂的制备及其光催化活性研究

采用溶剂热法和溶胶-凝胶法合成了磁性Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)复合光催化剂,再通过巯基改性,使二氧化硅表面原位合成银纳米颗粒,最终形成目标光催化剂。利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、VSM等分析测试手段对该催化剂的组成、结构、形貌及其磁学性能进行表征。通过光催化降解40 mL罗丹明B溶液(pH 5.3,30 mg/L),催化剂按1 g/L加入反应体系,光照120 min时,罗丹明B溶液的降解率达96.22%。相同条件重复循环实验10次,罗丹明B溶液降解率仅下降4.32%,表明Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)@SiO_(2)@Ag磁性光催化剂具有出色的光催化活性和循环使用性。

γ-Fe_(2)SiO_(4)在静水压下的压缩行为的测定

采用同步辐射高压原位Ｘ光衍射技术及金刚石对顶压砧高压装置，对γ－Ｆｅ＿２ＳｉＯ＿４进行了静水压条件下等温压缩行为的测定，最高压力达２３ＧＰａ。γ－Ｆｅ＿２ｓｉＯ＿４在０～２３ＧＰａ压力范围内的ｐ、Ｖ数据表明，其等温压缩可分为两个阶段：若设Ｋ＇＿０＝４，在０～１８Ｇｐａ，Ｋ＿０＝１８９±２ＧＰａ；而在１８～２３０Ｐａ，Ｋ＿０＝２１３±２ＧＰａ。我们认为，样品在１８ＧＰａ以下处于较好的静水压状态，压力超过１８ＧＰａ，传压介质的静水压性质变坏，所以Ｋ＿０值偏高。在整个实验过程中并未发现样品有任何发生相变的迹象。最后，对一些虽然使用了液体介质但得不到静水压条件的实验现象进行了讨论。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料的制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附研究

首先通过溶剂热法制备了磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子,随后采用SiO_(2)对其进行包覆形成了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料。通过XRD、SEM、TEM、磁性能分析和吸附性能分析等对Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料进行了表征。结果表明,合成的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料具有Fe_(3)O_(4)和SiO_(2)两种晶型结构,SiO_(2)成功包覆在磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子上,SiO_(2)并没有对各组织的结构和成分产生较大影响;Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料的粒径在200~400 nm左右,且呈核壳式的结构,内层Fe_(3)O_(4)纳米粒子的颜色较深,外层SiO_(2)的颜色较浅;Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料在室温下的饱和磁化强度为76.31 A·m^(2)/kg,剩余磁化强度几乎为0;Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米材料对Cu(Ⅱ)的吸附在1500 min时达到饱和,去除率最高为63%,最大吸附容量可达120 mg/g,其对Cu(Ⅱ)具有较好的吸附效果。

Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)复合材料的制备及其对染料吸附性能研究

以离子液体OmimBF4为溶剂和结构导向剂合成了磁核Fe_(3)O_(4)纳米颗粒。利用离子液体中BF_(4)^(-)阴离子与Si-OH的氢键作用和离子间库伦力,通过溶胶凝胶技术,在Fe_(3)O_(4)表面有序复合了纳米SiO_(2),形成了多孔状的复合材料。分析了该材料的组成、结构、形貌、比表面积及对染料的吸附性能。结果表明所合成的材料是具有纳米尺寸的超顺磁性多孔复合材料。磁核Fe_(3)O_(4)表面包覆了无定形结构的SiO_(2),Fe、Si、O在整个纳米复合材料中均匀分布。该材料在水溶中对亚甲基蓝具有很强的吸附能力,重复使用四次后吸附效率可达81%。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CeO_(2)应用于废水中亚甲基蓝的吸附研究

首先通过溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)磁核作为种子,然后通过Stober法在种子外包覆SiO_(2)层,再在SiO_(2)层上通过均匀沉淀法使CeO_(2)沉积在表面,得到Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CeO_(2)磁性纳米材料,并将其作为纳米吸附剂应用于废水中亚甲基蓝的吸附研究。通过优化该吸附剂的用量、溶液初始pH、震荡时间、解吸剂H_(2)O_(2)的用量等条件,进一步考察该纳米吸附剂对亚甲基蓝的再循环次数及最大吸附量。实验结果表明,在最佳条件下,该纳米吸附剂对亚甲基蓝的吸附率达82%以上,经过吸附-脱附-再吸附5次循环过程,其对亚甲基蓝的吸附率仍保持在80%以上,且最大吸附容量q_(max)=60.96 mg/g。一方面利用Fe_(3)O_(4)磁核方便磁分离功能,另一方面CeO_(2)层对亚甲基蓝表现出高效吸附性能,该多功能Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CeO_(2)磁性纳米材料作为一种纳米吸附剂,可以潜在地应用于环境废水中亚甲基蓝染料的吸附及去除研究。

核-壳结构Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)超顺磁性微球

采用化学共沉淀法,以六水合三氯化铁和四水合二氯化铁为原料,制备了Fe_(3)O_(4)磁性纳米粒子;然后,在其表面,采用Stober法将有机硅氧烷直接水解得到了Fe_(3)O_(4)/SiO2磁性微球。结果表明:Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)磁性微球具有核-壳结构,粒径约为200 nm,Fe_(3)O_(4)纳米粒子完全包裹于SiO2内部;Fe_(3)O_(4)磁性纳米粒子和Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)磁性微球均具有超顺磁性,比饱和磁化强度分别为52.6,1.3(A·m^(2))/kg。

磁光Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CdS复合材料的制备及表征

采用水解三氯化铁得到Fe_(3)O_(4)磁核,然后水解四乙氧基硅烷(TEOS)得到Fe_(3)O_(4)@SiO_(2),再在其表面包覆半导体CdS即可得到良好的磁性光电信标Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CdS。材料形貌、组成分析及光电化学测试表明成功地合成了具有超顺磁性的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@CdS纳米复合材料。该材料分散均匀、具有良好的光学性能、在光电化学传感及光电催化等领域具有良好的应用前景。

Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)/P25的超声制备及对罗丹明B降解特性

采用超声法,以稻壳灰为硅源,P25为钛源,引入磁性纳米Fe_(3)O_(4),制备了Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)/P25磁性光催化材料。通过FESEM、XRD、XPS、FTIR、TGA-DTA、VSM等对该复合材料的结构与形貌进行表征,研究了不同配比对罗丹明B(RhB)染料的光降解性能。结果显示,Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)/P25复合材料中Fe_(3)O_(4)表面被中间层SiO_(2)包裹良好,形成了Si—O—Ti键,并显示出良好的磁分离效果。以m(Fe_(3)O_(4)/SiO_(2))∶m(P25)=0.3制备的复合材料光催化效果最佳,光催化降解RhB溶液的最佳pH=7,最佳初始浓度为10μmol/L,最佳投量为0.6 g/L,其最高降解率可达99.90%。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@Ag复合材料的制备及其光催化性能研究

以铁盐、正硅酸四乙酯、银氨溶液为原料,采用多步法制备出Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@Ag磁性复合材料。通过X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、纳米粒度及Zeta电位分析仪等测试手段对复合材料的结构进行表征。以有机染料为降解底物,NaBH4为还原剂,研究该复合材料对有机染料亚甲基蓝和甲基橙的催化降解率。结果表明:该复合材料对亚甲基蓝、甲基橙都具有很好的催化降解效果,催化降解底物后的脱色率分别高达为96.0%、89.0%,且其循环降解率分别为83.0%和82.2%。

磁性核壳结构Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)-Au的制备及其光催化还原性能

TiO_(2)基的光催化剂已被广泛用于各种有机物污染物的光氧化和水中六价铬Cr(Ⅵ)的光还原。然而,对光催化还原硝基芳香化合物为胺基芳香化合物的研究鲜有报道。本文采用液相沉积(LPD)法将锐钛矿型TiO_(2)沉积在非晶SiO_(2)包覆的Fe_(3)O_(4)上,制备了核壳结构的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)磁性光催化剂。为进一步提高其光催化活性,将均匀分散的Au纳米粒子(Au NPs)修饰在其表面,以获得Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)-Au纳米复合材料。对这两种TiO_(2)基的磁性复合材料进行表征并将其用作光催化剂。在紫外光照射下,用HCOONH4作为空穴捕集剂和H源,以对硝基苯胺(p-NA)光催化还原至对苯二胺(p-PDA)作为模型反应,评价其光催化还原性能。结果表明:虽然两种光催化剂都能将p-NA完全还原成p-PDA,但Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)-Au表现出比Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@TiO_(2)更优异的光催化活性。这是由于TiO_(2)表面修饰的Au NPs能有效地促进光激发的电子从TiO_(2)的导带转移到Au,最大限度地减少电子和空穴的复合率,延长光电子的寿命。此外,不可或缺的HCOONH4在p-NA的光催化还原中能有效地捕获光生空穴,极大地提高了其光催化还原效率。

Q345B钢氧化铁皮的高温粘附性研究

热轧板带加热过程中高温氧化将直接影响氧化铁皮的结构、元素分布以及粘附性,进而间接影响后续除鳞效果以及粗轧和精轧后得到的成品钢板表面质量。本文利用Gleeble热模拟试验机模拟Q345B连铸坯粗轧前在1150和1250℃加热阶段的氧化情况,并结合拉伸试验研究了两个温度下氧化铁皮的表面形貌、次生氧化铁皮的裂纹以及氧化铁皮与基体界面处截面形貌和各合金的元素分布。研究表明:高温短时氧化生成的一次氧化铁皮粘附性小,仅微小变形即可完全剥离脱落;次生氧化铁皮粘附性大,但强度低,塑性差,易产生裂纹。此外,次生氧化铁皮与基体界面处反应生成的Fe2SiO4会改变氧化铁皮FeO内层的相间分布,对氧化皮起到钉扎作用,导致氧化皮的粘附性强,这增大了后续除鳞的难度。为改善钢板的表面质量,生产实践中建议在粗轧除鳞前控制钢板氧化铁皮界面温度高于Fe2SiO4凝固温度,以降低氧化铁皮与钢板基体附着力。

多空腔卵黄结构磁性Fe_(3)O_(4)纳米硅球的制备

以三甲基氧基苯基硅烷(PTMS)作为硅源,以Fe_(3)O_(4)为内核,一步制备了形貌良好且内部具有多个微型空腔与磁核的卵黄结构磁性介孔硅球,研究了HNO_(3)投加量、PTMS投加量、温度、水解时间、搅拌转速、Fe_(3)O_(4)投加量对卵黄磁性硅球的形貌及性能的影响。结果表明,在投入37μL HNO_(3)、0.95 mL PTMS、150 mg Fe_(3)O_(4),于60℃水浴中反应,以260 r/min机械搅拌3 min所得样品S3的尺寸、形貌最佳,其粒径为296 nm、磁饱和强度为10.8 emu/g、比表面积218 m^(2)/g、孔容为0.132 cm^(3)/g。

超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料对镉的吸附机制

含镉废水的处理对于重金属镉的排放控制具有重要的意义.通过共沉淀法制备出了超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料(MFS),采用等温吸附实验和动力学实验方法研究了MFS对Cd^(2+)的吸附热力学和动力学特征,并借助BET、XRD和SEM等结构表征研究了MFS对Cd^(2+)吸附过程及机制.结果表明,MFS对Cd^(2+)有较好的吸附效果,Langmuir方程能极好地描述吸附等温特征,最大吸附容量值为69.49 mg·kg^(-1);吸附反应的自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS表明MFS材料对Cd^(2+)的吸附是自发、吸热和熵增的过程;反应体系最佳初始pH为7;溶液中的Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)和NO_(3)^(-)这4种干扰离子对吸附反应存在一定的抑制作用;拟二级动力学模型表明MFS对Cd^(2+)的吸附过程分为快速的外扩散阶段与缓慢的内扩散阶段;MFS吸附Cd^(2+)后经洗脱再生,材料重复使用3次后对Cd^(2+)去除率仍达73%以上.BET、XRD、FTIR和VSM结构表征表明SiO_(2)成功修饰在Fe_(3)O_(4)表面,MFS主要成球状,平均粒径为38.7 nm,饱和磁化强度为85.38 emu·g^(-1);XRD、EDS和XPS图谱揭示Cd^(2+)被成功吸附到材料上,主要机制为Cd^(2+)与材料表面的—OH发生配位反应.

纳米TiO_(2)胶体光催化-磁絮凝回收深度处理造纸废水

以纳米TiO_(2)(Nano-TiO_(2))为光催剂、Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)(FS)为磁性絮凝剂,提出了一种通过调节pH值来实现Nano-TiO_(2)磁絮凝回收及解絮凝释放的回收再利用系统;研究了FS/Nano-TiO_(2)质量比和相同质量比下Nano-TiO_(2)浓度对系统絮凝性能的影响,考察了造纸废水预处理方式对Nano-TiO_(2)光催化-磁絮凝回收循环光降解性能的影响。结果表明,FS/Nano-TiO_(2)质量比越大或相同质量比下NanoTiO_(2)浓度越高,两者形成的FS/Nano-TiO_(2)絮凝体的沉降速率越快,越有利于Nano-TiO_(2)的磁絮凝回收;经浓度为0.6 g/L Nano-TiO_(2)絮凝处理后的造纸废水(SBR-T)在光催化降解180 min后,其COD_(Cr)、固体悬浮物、浊度及色度分别下降了89.2%、98.2%、99.3%和99.3%,基本实现造纸废水的深度处理;相较于离心处理的造纸废水(SBR-C)的光催化降解性能(下降了25.2%),SBR-T的光催化降解性能仅下降了11.4%,表明预先去除废水中的固体悬浮物可减少回收再利用过程中Nano-TiO_(2)的流失,使系统保持较高的降解效率。