磁性Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)的除氟性能

通过水热法制备了Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)复合材料,研究了Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对水溶液中F^(-)的吸附性能,并通过响应曲面法优化了吸附条件。实验结果表明:在pH=3.6、实验温度为40℃、初始氟离子浓度为17.4 mg/L的条件下,Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)的吸附效果最佳,F^(-)去除率可达94.5%。除氟特性实验数据更适合用Langmuir模型进行描述,拟合得到最大吸附容量(q_(max))为147.23 mg/g,热力学参数ΔG^(o)、ΔH^(o)和ΔS^(o)表明该吸附反应是一个自发吸热的熵增过程。动力学研究表明Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对F^(-)的吸附符合准二级反应动力学过程。对复合材料的形貌和结构进行了表征分析,并结合吸附热力学和动力学研究探讨了吸附机理,该吸附过程主要是离子交换和静电吸附共同作用。共存离子实验、循环再生实验结果显示,Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对F^(-)具有较好的选择性,该复合材料的再生性能较好,回收率可达96%,两次循环后对F^(-)的去除率仍达81.74%。

Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子的制备及抗菌性能研究

采用溶剂热法合成了分散性良好的Fe_(3)O_(4)粒子,然后将油酸修饰到Fe_(3)O_(4)粒子表面,再通过疏水作用进行十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)包覆,得到Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位和振动样品磁强计(VSM)对Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子进行了表征,结果表明:Fe_(3)O_(4)粒子表面包覆CTAC后粒径无明显变化,并且仍保持良好的单分散性;Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子具有超顺磁性和良好的磁响应性能;Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子的Zeta电位较高,分散体系具有较好的稳定性。对Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子进行了抗菌性能及磁分离去除菌体测试,结果显示:当Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子的含量为50 mg/mL时,与大肠杆菌(E.coli)(105cfu/mL)作用10 min,抗菌率可达100%;Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子对E.coli、金黄色葡萄球菌(S.aureus)及枯草芽孢杆菌(B.subtilis)均具有良好的抗菌效果;通过磁场分离可以将Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子及吸附的菌体去除。以上结果表明Fe_(3)O_(4)@CTAC粒子是一种快速、高效、可以实现无菌体残留的抗菌剂,具有潜在的应用价值。

Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-表面辅助激光解吸/电离质谱法检测美洲大蠊多肽

本实验在室温下合成了以Zn作为金属中心,2-甲基咪唑作为连接剂的磁性金属有机框架材料Fe_(3)O_(4)@ZIF-8,以Fe_(3)O_(4)@ZIF-8作为固体基质,通过建立Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-表面辅助激光解吸/电离质谱(SALDI-MS)法,实现了美洲大蠊小分子多肽IPMTAPGL-NH_(2)、LTAPGL-NH_(2)、SLMTGPGL-NH_(2)、SLHTAPGL-NH_(2)的快速检测。实验优化了基质浓度、检测限和点样方法等条件,考察了该基质对美洲大蠊多肽IPMTAPGL-NH_(2)的质谱信号影响。与传统基质辅助激光解析电离质谱法(MALDI-MS)相比,Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-SALDI-MS法检测背景更干净,目标多肽响应更强,检测灵敏度更高。该法可应用于血样中美洲大蠊多肽IPMTAPGL-NH_(2)的快速检测。

Fe_(3)O_(4)与ZIF-9复合催化剂的制备及其快速降解亚甲基蓝的研究

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe_(3)O_(4)颗粒.Fe_(3)O_(4)的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe_(3)O_(4)/钴盐比例的变化也会影响ZIF-9的成核与生长.当Fe_(3)O_(4)/钴盐摩尔比为1∶1时,该催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率达到95.1%,催化反应10 min的伪一阶动力学常数达到0.101 min^(-1),在pH为5~9范围内保持稳定的高催化性能.X射线光电子能谱(XPS)结果表明铁和钴位点之间存在电子转移,并且钴和铁的协同作用可以降低钴的还原电位,从而加速钴的价态变化,提升催化速率.电磁共振实验(EPR)结果显示该催化剂可以活化过一硫酸盐生成单线态氧(^(1)O_(2))、硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(·OH),进一步通过活性因子淬灭实验发现其中单线态氧为主要活性物种.由此可知,Fe_(3)O_(4)/ZIF-9通过铁和钴位点的氧化还原循环催化PMS不断生成^(1)O_(2)、·OH和SO^(-)_(4)·,共同将亚甲基蓝分子降解成二氧化碳和水.此外,磁滞回线测试(VSM)结果显示,该复合材料饱和磁化强度值为7.6 A·m^(2)·kg^(-1),表明Fe_(3)O_(4)能赋予复合催化剂良好的铁磁性,同时该催化剂循环使用4次后仍保持较高的降解率,表明该复合催化剂具有良好的回收性能和重复使用性能.本研究为有机染料等污染物的治理提供了新的技术和材料支撑.

Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的共沉淀法制备及其性能研究

目的:开发高效、清洁、经济的磁性纳米颗粒,进一步推动磁絮凝法在污水处理中的应用。方法:采用共沉淀法制备了四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))纳米颗粒,研究了n(Fe^(3+))∶n(Fe^(2+))配比及反应温度对颗粒形貌、粒径、结构、表面官能团、Zeta电位等的影响,并测试了样品的磁性能。结果:n(Fe^(3+))∶n(Fe^(2+))配比为1.75∶1,反应温度为50℃时,共沉淀法制备Fe_(3)O_(4)纳米颗粒粒径为10~80 nm,晶型稳定,表面基团-OH较多,Zeta电位绝对值小;其饱和磁化强度为67.18 emu·g^(-1),矫顽力为3242.00 A·m^(-1),剩余磁化强度为4.47 emu·g^(-1)。结论:采用共沉淀法制备获得Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,可作为优良的磁絮凝材料促进水中的絮凝反应。

Fe_(3)O_(4)/Au单晶异质结的磁各向异性研究

基于铁磁/重金属异质结结构的纯自旋流电子器件具有低功耗、非易失性等优点,是当前自旋电子学研究的核心内容。该文利用超导量子干涉仪以及铁磁共振测量系统等手段,对分子束外延法生长的铁磁/重金属异质结Fe_(3)O_(4)/Au单晶薄膜的静态及动态磁性能进行了系统研究。研究表明,随薄膜厚度的增加,Fe_(3)O_(4)的单轴磁各向异性逐渐减小而磁晶各向异性逐渐增强。Au覆盖层的引入有助于单晶超薄膜的晶格弛豫,进而有效增强了Fe_(3)O_(4)的磁各向异性。该研究为铁磁/重金属异质结的构建提供了新的思路,有望推动其在纯自旋流电子器件中的实用化进程。

Fe_(3)O_(4)纳米粒子的制备及载药释放性能研究

采用改进的Hummers法获得氧化石墨烯(GO),通过共沉淀法制备了GO与磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子结合的GO/Fe_(3)O_(4)复合材料,分析了复合材料的晶体结构、微观形貌、磁化性能和载药性能,研究结果表明:GO/Fe_(3)O_(4)复合材料具有较高的结晶度,GO掺杂改善了Fe_(3)O_(4)颗粒的均匀度,晶粒尺寸为13~15 nm。GO/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出超顺磁性,饱和磁化强度有轻微降低。利用GO/Fe_(3)O_(4)负载阿霉素(DOX)研究了载药释放性能,GO/Fe_(3)O_(4)/DOX包合物的DOX包封率均值为62.24%,具有较高的包封率,药物释放具有一定的pH依赖性,在pH=7.4时,GO/Fe_(3)O_(4)的累计释放率在75 h达到73.3%,摄入试验测试表明GO/Fe_(3)O_(4)载体具有一定的靶向性,在生物医学领域有广阔的应用前景。

磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料制备研究

煤矸石是煤炭开采和洗选过程排放的固体废弃物,是我国目前年排放量和累计堆存量最大的工业废渣。煤矸石可用于制备重金属吸附材料,实现以废治废。试验将煤矸石在1200℃温度下烧结制成陶粒,然后将陶粒在不同浓度的硝酸铁溶液中浸渍,分离陶粒并烘干,用管式炉对其进行氢气还原处理,得到磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料,研究陶粒复合材料的物相、微观形貌、磁性能及密度。结果表明,陶粒负载物的物相组成为Fe_(3)O_(4),作为前驱体溶液,硝酸铁溶液浓度越大,陶粒复合材料磁性越强,证实负载工艺可行。

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。

磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及催化性能研究

为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝基苯酚、硼氢化钠等作为待催化材料,用不同催化剂进行催化还原试验,用紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计等测试催化剂的磁性能和催化性能。结果表明:4种催化剂均呈现出一定的磁强度,催化1 min后转化率均较高。其中,摩尔比为4∶1的催化剂磁性能更强,矫顽力可达0.54 A/m,为4组催化剂中最高,其催化时间更短,催化速率较快,在8次循环催化后仍保持99%以上的转化率。

磁刺激下Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒影响骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:骨髓间充质干细胞在组织工程和骨再生中具有重要作用,然而如何促进骨髓间充质干细胞的成骨分化仍然是一个挑战。目的:探讨磁刺激下Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法:采用水热法合成沸石咪唑酯骨架(ZIF-8),采用一锅法合成具有磁性的Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒(材料制备中分别加入2.5,5,10,20μg的Fe_(3)O_(4)),通过扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、振动样品磁强计检测等对Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒进行表征,筛选出合适的材料进行后续实验。提取4周龄SD大鼠骨髓间充质干细胞,分别与不同质量浓度(25,50,75,100,125μg/mL)的Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒溶液共培养,CCK-8法检测细胞增殖,筛选出最佳的材料溶液质量浓度;筛选出材料溶液质量浓度后,施加磁刺激(磁场强度分别为0,50,100,150 MT),CCK-8法检测细胞增殖,筛选出最佳的磁场强度与Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒,用于骨髓间充质干细胞诱导分化实验。将SD大鼠骨髓间充质干细胞分别与ZIF-8、Fe_(3)O_(4)@ZIF-8、Fe_(3)O_(4)@ZIF-8(磁场干预)纳米颗粒溶液共培养,以单独培养的细胞为空白对照,成脂诱导后进行油红O染色,成骨诱导后进行碱性磷酸酶、茜素红染色与Runx2蛋白质量浓度检测。结果与结论:(1)扫描电镜下可见Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒呈现十二面体结构,随着材料中Fe_(3)O_(4)含量的增加,纳米颗粒的粒径增大,选择粒径约250 nm(该粒径下的纳米颗粒功能性及生物安全性较稳定)的Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒(材料制备中分别加入5,10μg的Fe_(3)O_(4))进行后续实验。(2)CCK-8检测结果显示,在100MT磁场作用下,50μg/mL的Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒(材料制备中加入10μg的Fe_(3)O_(4))能够显著促进骨髓间充质干细胞的增殖,选择该条件下的纳米颗粒进行骨髓间充质干细胞成骨诱导分化实验。(3)成骨诱导后,Fe_(3)O_(4)@ZIF-8(磁场干预)组骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶活性、细胞外基质矿化程度与Runx2蛋白质量浓度均高于其他3组(P<0.05);成脂诱导后,Fe_(3)O_(4)@ZIF-8(磁场干预)组骨髓间充质干细胞的脂滴形成少于其他3组(P<0.05)。(4)结果表明,在特定的磁场条件下Fe_(3)O_(4)@ZIF-8纳米颗粒可以促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。

磁性MoS_2/CuO/Fe_3O_4复合材料的合成及光催化性能研究

采用催化剂负载到助催化剂上制得一种可以磁分离的光催化复合材料。采用湿化学法制备纳米级二硫化钼,用化学沉淀法制备球状纳米级氧化铜,通过磁力搅拌将其分散在溶有二硫化钼的去离子水中,形成含二硫化钼/氧化铜复合微粒的微乳液,经水热反应、烘干得其复合材料。采用简单的溶剂热法制备球状Fe_(3)O_(4),将所得复合材料超声处理,使其均匀分散在含四氧化三铁的悬浊液中,再经水热反应、烘干煅烧后得到纳米级磁性MoS_(2)/CuO/Fe_(3)O_(4)复合材料。通过扫描电镜、红外等手段对该磁性复合材料进行表征,复合材料具有良好的吸附性能和光催化性能,并可通过磁场进行分离和回收。

“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)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸盐处理甲基橙染料废水的应用

目的:探究不同条件下磁性Fe_(3)O_(4)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾对甲基橙染料废水的处理能力。方法:通过甲基橙溶液模拟染料废水,研究不同试验条件下(初始pH、甲基橙初始浓度、复合材料投加量、过硫酸氢钾投加量)磁性Fe_(3)O_(4)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾处理甲基橙染料废水的效果。结果:酸性条件下甲基橙染料废水降解速率随pH增大而减小,碱性环境下随pH增大而增大;甲基橙染料废水的去除效果与甲基橙初始浓度呈反比,与过硫酸氢钾的投加量呈正比;一定条件下增加复合材料投加量能提升对甲基橙的去除效果。结论:磁性藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾氧化甲基橙染料废水具有优异的性能,可作为一种高效的去除方法应用于染料废水处理领域。

Fe_(3)O_(4)/CPAM磁性絮凝剂对高浊度水的絮凝作用及其响应面优化

为高效处理高浊度水,采用Fe_(3)O_(4)与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)通过溶液共混法合成了磁性絮凝剂(CPAMF),系统分析了CPAMF的表面特征:采用扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析其表面形态和化学结构,X射线衍射(XRD)验证晶体结构,Zeta电位分析仪测定了CPAMF不同pH下的Zeta电位。研究CPAMF对高浊度水的处理效果,讨论了Fe_(3)O_(4)与CPAM不同质量比合成的CPAMF在不同投加量、不同搅拌时间和不同pH对高岭土悬浮液(0.2 g/L)的浊度去除率,结合Zeta电位分析絮凝机理。以投加量、pH和搅拌时间为自变量,采用Box-Behnken设计响应面实验,筛选出的最佳反应条件为:投加量0.51 g/L,pH为6.2,搅拌时间为4.5 min,絮凝效率为93.41%。研究为高浊度废水水处理提供了技术参考。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/BiOI磁性材料的制备及其可见光助芬顿催化性能

采用共沉淀-回流法制成g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/BiOI磁性复合材料作为异相光助芬顿(Fenton)催化剂。运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和N_(2)吸附-脱附等手段分别对催化剂的形貌、结构、组成、磁性和比表面积等进行了表征,并以罗丹明B(RhB)为模型污染物考察了材料的可见光催化性能。实验结果表明,当BiOI的负载质量为50%时,在可见光照射下,复合材料具有最好的光催化性能,180 min内对RhB的降解效率可达到99.20%。较高的光催化性能归因于所制备材料对RhB较强的吸附、强烈的可见光响应以及异质结构促进了光生载流子的分离。进一步在光催化体系中加入适量的H_(2)O_(2)后,可极大提高三元复合材料可见光助Fenton降解RhB的效率,30 min内即可达到98.44%,这得益于体系中发生Fenton反应产生较多具有强氧化性的羟基自由基,同时光生电子可加速Fe^(3+)/Fe^(2+)的氧化还原循环,提升了Fenton反应效率。且催化剂经循环使用5次后,仍保持良好的可见光助Fenton活性与磁性能。

Fe_(3)O_(4)@壳聚糖磁球的制备及对刚果红的吸附性能研究

以Fe^(3+)、Fe^(2+)以及壳聚糖为主要原料,制备Fe_(3)O_(4)@壳聚糖磁球。选择染料刚果红进行静态吸附,考察吸附条件对Fe_(3)O_(4)@壳聚糖吸附量的影响。结果表明,pH为4时具有较好的吸附效果,吸附时间为120 min时Fe_(3)O_(4)@壳聚糖的吸附达到平衡。Lagergren动力学模拟和韦伯-莫里斯粒子内扩散模拟结果显示以化学吸附为主,由吸附剂表面吸附和孔道内缓慢扩散共同控制。

交联羧甲基-β-环糊精聚合物修饰的Fe_(3) O_(4)磁性纳米粒子对盐酸阿霉素的负载和释放研究

采用共沉淀法制备了交联羧甲基-β-环糊精聚合物修饰的Fe_(3) O_(4)磁性纳米粒子(MNPs@CDP),将其作为药物载体负载抗癌药物盐酸阿霉素(DOX),通过MTT实验来评估MNPs@CDP的生物相容性和吸附DOX后复合物(MNPs@CDP/DOX)的细胞毒性,并通过荧光成像技术观察了MNPs@CDP/DOX中DOX在HepG2肝癌细胞中的释放情况。结果表明MNPs@CDP在小于30 mg/mL的浓度范围内表现出了较好的生物相容性,并且MNPs@CDP/DOX和HepG2细胞共培养4 h后能够在细胞中释放大量药物,并能够有效杀死癌细胞。

疏水磁多孔Fe_(3)O_(4)@碳质纳米微球用作酸碱协同催化的性能

采用水热自组装和表面接枝法制备了具有核-壳式结构的Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N纳米材料。其内核由纳米Fe_(3)O_(4)构成,外壳由多孔磺酸基功能化的碳质结构组成,氨基硅烷与碳质表面的有机基团通过表面接枝连接,使材料获得以磺酸基为酸中心,以胺基为碱中心的酸碱协同催化活性,同时具备磁性、多孔性和疏水性等多种性能。Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N的各项物理化学性质采用BET,XRD,FT-IR,XPS,Raman,SEM和TEM等技术表征。催化活性实验表明Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N在三羟基丙烷与正戊酸的酯化反应和三羟基丙烷三戊酸酯与甲醇的液相酯交换反应中具有良好的催化活性,这归因于介孔结构、碳质壳内的磺酸基、表面胺基和疏水性的协同作用,多孔结构促成致密但均匀的表面活性位点的分布,疏水性表面让油性的反应物更容易和活性位点接触。此外,磁性内核提供了超顺磁性能,能够方便纳米催化剂与反应体系的高效分离。

功能性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒在痕量农药残留分析中的应用研究进展

未被有效利用的农药经环境与膳食暴露,可能影响食品安全,进而在人体内形成微量残留,成为危害人体健康的潜在因素。相较环境水及水果蔬菜等常规样品而言,由于人体样本具有复杂的基质效应及农药痕量残留水平的特点,包括液-液萃取和固相萃取等在内的传统样品前处理方法很难实现对复杂基质中不同种类痕量农药的检测分析。为了解决复杂基质样本中痕量农药检测的难题,靶向性的纳米吸附剂被陆续开发出来。本文介绍了具备高效分离特性的纳米吸附剂——功能性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒用于痕量农药残留分析的技术趋势,包括其磁核合成方式(化学共沉淀、热分解、溶剂热反应等)、功能基团修饰类型(天然高分子聚合物、碳基材料、金属有机框架材料和无机材料等)、应用基质(环境水、水果蔬菜及生物样本)以及适用农药种类和检测分析效率;重点介绍了该类纳米颗粒的靶向性制备原理、应用特点和最新研究进展,分析了目前基于功能性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒分析痕量农药过程中尚待改进的问题和未来应用前景,以期为新型纳米吸附方法的拓展性应用提供理论参考。