磁性Fe3O4@SiO2@CS镉离子印迹聚合物的制备及吸附性能

以SiO2包覆的纳米Fe3O4为载体, 壳聚糖(Chitosan, CS)为功能配体, γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷为交联剂, 制备了磁性Fe3O4@SiO2@CS镉离子印迹聚合物(Magnetic ion-imprinted polymer, M-IIP). 采用扫描电镜和红外光谱对该磁性印迹聚合物进行了表征. 结果表明, 壳聚糖在环氧基硅烷交联作用下, 实现了印迹壳层在磁性Fe3O4表面的接枝, 该印迹材料是边长为60~120 nm的立方体. 吸附性能实验表明, M-IIP对Cd(Ⅱ)的吸附符合一级动力学吸附模型; M-IIP对Cd(Ⅱ)/Cu(Ⅱ), Cd(Ⅱ)/Zn(Ⅱ), Cd(Ⅱ)/Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)/Hg(Ⅱ)的相对选择系数分别为2.92, 3.43, 8.97和9.20. 原子吸收光谱检测结果表明, 该磁性Fe3O4@SiO2@CS离子印迹聚合物可用于水溶液中Cd(Ⅱ)的分离, Cd(Ⅱ)回收率在98%以上.     

羧基化核壳磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备及对Cu2+吸附性能

在以共沉淀法制备的磁性纳米Fe3O4粒子(Magnetic nanoparticles, MNP)表面进行了化学修饰, 制备了一种新型富含羧基功能团的核壳磁性纳米吸附剂(Carboxylic functionalized Fe3O4 magnetic nanoparticles, CMNP). 利用透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射仪(XRD)、 X射线能量色散谱(EDS)、 振动样品磁强计(VSM)、 傅里叶变换红外光谱(FIIR)和热重分析仪(TGA)对CMNP的形貌、 结构、 化学组成和磁性能进行了表征, 并考察了吸附剂对Cu2+的吸附性能, 研究了溶液pH值、 吸附时间和Cu2+初始浓度对吸附性能的影响. 结果表明, 羧基化核壳磁性纳米Fe3O4颗粒的平均粒径为15 nm, 具有良好的超顺磁性, 饱和磁化强度为41.84 A·m2/kg, 在10 min中内可达到吸附平衡, 在pH=7.0时吸附量最高, 吸附等温数据符合Langmuir模型, 饱和吸附量qm= 43.48 mg/g.     

磁性Fe_3O_4-聚吡咯纳米微球的合成与表征

报道了具有核壳结构的Fe3O4 聚吡咯磁性纳米微球的合成方法和表征结果 .微球同时具有导电性和磁性能 .在优化的实验条件下 ,可得到饱和磁化强度为 2 3 4emu g ,矫顽力为 45 2Oe的磁性微球 .微球的导电性随着微球中Fe3O4含量的增加而下降 .微球的磁性能则随着Fe3O4含量的增加而增大 .Fe3O4磁流体的粒径和磁性聚吡咯微球的粒径均在纳米量级 .纳米Fe3O4粒子能够提高复合物的热性能 .实验表明 ,磁流体和聚吡咯之间存在着一定的相互作用 ,正是这种相互作用使磁性聚吡咯纳米微球的热稳定性提高 .     

磁性聚苯胺纳米微球的合成与表征

报道了具有核壳结构的Fe3O4-聚苯胺磁性纳米微球的合成方法和表征结果.微球同时具有导电性和磁性能.在优化的实验条件下,可得到饱和磁化强度Ms为55.4 emu/g,矫顽力Hc为62 Oe的磁性微球.微球的导电性随着微球中Fe含量的增加而下降.微球的磁性能则随着Fe含量的增加而增大.Fe3O4磁流体的粒径和磁性聚苯胺微球的粒径均在纳米量级.纳米Fe3O4粒子能够提高复合物的热性能.实验表明,磁流体和聚苯胺之间可能存在着一定的相互作用,但这种相互作用较为复杂,难于研究     

表面引发原子转移自由基聚合方法合成Fe3O4/PMMA复合纳米微粒

采用表面引发原子转移自由基聚合方法合成了核壳结构的磁性高分子纳米微粒. 作为聚合反应引发剂的3-氯丙酸, 首先与油酸修饰的Fe3O4纳米微粒表面的部分油酸置换, 然后在Fe3O4纳米微粒表面引发甲基丙烯酸甲酯聚合, 合成的纳米复合材料用TEM, FTIR, XRD和DSC表征. 磁性测试结果表明, 所制备的磁性高分子纳米微粒仍具有超顺磁性, 但由于聚合物的存在, 其饱和磁化强度降低.     

SiO_2表面包覆对Fe_3O_4磁性微球性能的影响

采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子;用柠檬酸钠进行表面修饰得到在水相中稳定分散的Fe3O4溶胶。以Fe3O4磁性纳米粒子为种子,用碱催化正硅酸四乙酯水解、缩合制备了粒径和磁性可控的核壳结构的Fe3O4@SiO2复合微球。通过FT-IR,XRD,TEM,VSM和古埃磁天平对Fe3O4@SiO2复合微球进行表征。研究了SiO2包覆对Fe3O4@SiO2复合微球性能的影响。     

磁性Fe_3O_4@SiO_2@ZrO_2对水中磷酸盐的吸附研究

合成了以Fe3O4为核,以SiO2为壳的磁性纳米微粒(Fe3O4@Si O2),并采用沉淀沉积法将ZrO2包覆到材料表面。通过XRD、TEM、VSM、ζ电位、XPS和N2吸附/脱附等手段对材料进行表征,结果表明材料Fe3O4@SiO2@ZrO2上沉积了氧化锆纳米颗粒,具有超顺磁性,可在外加磁场作用下实现从水中快速分离。同时系统研究了材料对水中磷酸盐的吸附行为,结果表明沉积Zr O2使得材料对磷酸盐表现出良好的吸附性能,并且随着沉积量的增大吸附量增加。吸附等温线符合Freundlich方程。吸附动力学可用拟二级动力学模型描述,吸附速率随磷酸盐初始浓度增加而减小。磷酸盐吸附量随溶液p H值的增大而减小,但几乎不受离子强度影响。     

核壳结构Fe3O4@UiO-66-NH2磁性纳米复合材料的合成及其催化Knoevenagel缩合反应性能

金属有机骨架(MOF)材料是由过渡金属离子与有机配体通过配位键连接构成的高度有序的超分子化合物.这类材料比表面积大,孔隙率高,热稳定性好,而且具有规整可调控的孔结构、易于功能化的骨架金属离子和有机配体,在多相催化领域具有潜在应用前景.将纳米尺寸的MOF材料等多孔材料作为催化剂,可以提高反应传质效率,从而提高催化反应活性,但纳米MOF催化剂的分离和回收困难.将磁性纳米粒子和MOF材料组装成核壳结构的磁性MOF材料,不仅可简化催化剂的分离回收,而且通过控制壳层材料的厚度可以实现催化剂的高活性和高选择性.我们曾将磁核Fe3O4纳米粒子交替放入含有一种MOF材料前体的DMF溶液中,采用层层组装法制备了磁性Fe3O4@UiO-66-NH2纳米复合材料.经过十步组装后的材料的透射电镜(TEM)结果证实为核壳结构.但未出现明显的UiO-66-NH2的X射线衍射(XRD)特征峰,说明壳层材料UiO-66-NH2的结晶度较低;同时由于其孔结构的破坏或堵塞,在反应中出现明显失活.本文进一步改进自组装方法制备了核壳结构的磁性Fe3O4@UiO-66-NH2纳米复合材料,用XRD、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、TEM、扫描电镜(SEM)和氮气吸附等方法对材料的组成和结构进行了表征,并考察了其在Knoevenagel缩合反应中的催化性能.结果表明,所制材料是以Fe3O4为核,以UiO-66-NH2为壳的核-壳结构材料.经三次组装后出现了一系列UiO-66-NH2的XRD特征峰,说明采用新方法制备的复合材料中壳层材料UiO-66-NH2结晶度高,晶体结构规整.N2吸附-脱附结果表明,材料具有较高的比表面积和孔容.该复合材料在Knoevenagel缩合反应中表现出与纳米UiO-66-NH2相当或更好的催化活性和选择性,而且因壳层材料的孔道限阈效应而对底物表现出尺寸选择性.由于材料结晶度和晶体结构规整度的提高,催化剂稳定性更好,通过简单磁性分离即可分离和回收催化剂,循环使用4次而未出现明显失活.相对于本课题组之前报道的Fe3O4@CuBTC-NH2,Fe3O4@IRMOF-3和Fe3O4@UiO-66-NH2材料,本文所制的Fe3O4@UiO-66-NH2是一类结构更加稳定的高效固体碱催化剂.     

具有核壳结构磁性复合微球的制备与表征

采用两步法制备了具有核壳结构的Fe3O4/P(MMA/DVB)(core)-P(St/GMA/DVB)(shell)磁性复合微球.首先,用改进的细乳液聚合制备了Fe3O4/P(MMA/DVB)微球;然后,加入总量不同的苯乙烯(St)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和二乙烯基苯(DVB),通过种子乳液聚合,制备了不同磁含量的核壳结构的磁性复合微球.分别用X-射线衍射(XRD)、高倍透射电镜(HR-TEM)、热重分析(TGA)、振动样品磁力计(VSM)等手段对磁性微球的性能进行了表征.实验结果表明,Fe3O4/P(MMA/DVB)微球的磁含量为84 wt%;通过改变加入壳层单体的量,核壳复合微球的磁含量可控在20 wt%~76 wt%之间.该微球具有超顺磁性,相应的饱和磁化强度为12~50Am2/kg.     

氨基化修饰介孔Fe3O4@SiO2@mSiO2磁性核壳复合微球的可控制备及吸附性能

以水热法制备的高磁饱和强度Fe_3O_4纳米颗粒为核,正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用改进的St觟ber法,制备介孔SiO_2包覆Fe_3O_4磁性核壳复合微球。利用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附、FTIR和VSM对制备样品的物相结构、形貌和磁性能进行了测试表征。研究结果表明,制备的复合材料呈球形,粒径分布均一,材料的比表面积和磁饱和强度分别为413 m2·g-1和68.93emu·g-1。研究了TEOS的添加量对复合微球形貌的影响,随着TEOS添加量的增加,SiO_2壳层增厚,复合粒子形貌均匀,饱和磁化强度有所下降,仍具有良好的超顺磁性。在此基础上,通过接枝法在复合微球的表面接枝-NH2,制备了一种新型磁性纳米吸附剂(Fe_3O_4@SiO_2@m SiO_2-NH2),进而研究了其对水中重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附性能。通过动力学拟合,Fe_3O_4@SiO_2@m SiO_2-NH2对Cr(Ⅵ)的吸附过程是准二级动力学模型占主导地位,探究了该材料对Cr(Ⅵ)的吸附过程和吸附机理。结果表明,其吸附机理及吸附容量与Cr(Ⅵ)的离子形态及-NH2有关,并通过吸附剂与吸附质之间的电子共用或静电吸附实现。     

新型磁性Fe3O4/EDTA复合纳米粒子的制备及性能研究

采用氨羧络合剂EDTA对纳米磁性Fe3O4粒子进行表面改性,制备出能够螯合金属离子和放射性核素离子的磁性Fe3O4/EDTA复合纳米粒子.用X射线衍射、红外光谱、透射电子显微镜、光电子能谱、振动样品磁强计和原子吸收光谱对复合粒子进行了表观形貌、结构、磁学及螯合性能表征.结果表明,纳米磁性Fe3O4和EDTA之间能够有效地以化学键合方式进行复合.改性后,Fe3O4/EDTA纳米复合粒子可以对包括放射性金属离子在内的多种金属离子具有良好的络合效果.     

荧光磁性双功能树状分子微球的制备与表征

采用化学共沉淀法, 以FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O为原料制备了磁性Fe₃O₄纳米颗粒, 采用树状大分子对其进行修饰, 然后通过树状大分子具有的大量空腔及末端丰富的氨基, 经吸附、 键合, 与大量巯基乙酸修饰的CdSe/CdS量子点连接, 得到三代具有荧光磁性双功能的树状分子微球, 并对其进行结构表征与性能测试. 结果表明: 三代复合后的微球的平均粒径分别为15, 34和49 nm; 一代荧光磁性微球的发光性能最佳, 其量子产率达24.1%; 零代荧光磁性微球磁性能最优, 其饱和磁化强度为15.96 A·m²/kg. 这种具有荧光和磁性的双功能纳米复合微粒有望在免疫检测、 靶向治疗、 荧光追踪和磁性分离等方面得到广泛应用.     

Study on the adsorption of heavy metals by a new magnetic hydrogel based on acrylic acid/ acrylamide/ sodium p-styrenesulfonateEI北大核心CSCD

通过水溶液法将Fe₃O₄@SiO₂负载到丙烯酸（AA）-丙烯酰胺（AM）-对苯乙烯磺酸钠（SSS）三元共聚水凝胶上,制备了具有高吸附能力的磁性水凝胶P（AA/AM/SSS）/Fe₃O₄@SiO₂。通过傅里叶变换红外光谱,X射线衍射光谱,拉曼光谱和比表面孔径分析表征了磁性水凝胶的微观结构。该磁性水凝胶平均孔径3.1 nm,属于介孔材料,且具有较好的热稳定性。吸附性能研究发现其对重金属离子Pb²⁺,Cu²⁺,Co²⁺,Cd²⁺和Ni²⁺均显示出较高的去除率,其中对Pb²⁺表现出优异的选择性,最大吸附量为497 mg/g。吸附动力学研究表明,吸附过程遵循拟二级动力学模型。再生实验发现该水凝胶经过7次吸附-解吸循环后,磁性水凝胶饱和吸附容量仍保持在265 mg/g。     

Spontaneous magnetization in Ni-Al and Ni-Fe layered double hydroxides

Layered double hydroxides containing paramagnetic Ni (II) and diamagnetic/paramagnetic Al (III)/Fe (III) ions have been prepared and characterized. Ni 2Al(OH) 6(NO 3). nH 2O ( 1), Ni 2Fe(OH) 6(NO 3). nH 2O ( 2), Ni 2Fe(OH) 6(C 6H 8O 4) 0.5. nH 2O ( 3), and Ni 2Fe(OH) 6(C 10H 16O 4) 0.5. nH 2O ( 4) were prepared by coprecipitation at controlled pH as polycrystalline materials with the typical brucite-like structure, with alternating layers of hydroxide and the corresponding anions, which determine the interlayer separation. Magnetic studies show the appearance of spontaneous magnetization between 2 and 15 K for these compounds. Interestingly, the onset temperature for spontaneous magnetization follows a direct relationship with interlayer separation, since this is the only magnetic difference between compounds 2, 3, and 4. Magnetic and calorimetric data indicate that long-range magnetic ordering is not occurring in any of these materials, but rather a freezing of the magnetic system in 3D due to the magnetic disorder and competing intra- and interlayer interactions. Thus, these hydrotalcite-like magnetic materials can be regarded as spin glasses.     

新半金属材料CrFe2O4的电子结构

基于第一性原理, 优化了含Cr的高温相尖晶石结构材料(CrxFe1-x)A(CryFe2-y)BO4的几何结构, 并对它们的磁电性能进行了计算. 基于配位场理论分析了CrFe2O4的电子结构及其具有半金属性的微观机制. 计算表明, 仅当x=1.0、y=0.0时, (CrxFe1-x)A(CryFe2-y)BO4具有半金属性. CrFe2O4是典型的亚铁磁性耦合的IIB型半金属, 其分子磁矩约为5.6 μB, 大于Fe3O4的4.0 μB. 在CrFe2O4的四面体晶体场中, 中心离子的电子结构可近似写为Cr+t12g↑t32g↓; 八面体晶体场中, 中心离子的电子结构可近似写为Fe2+t32g↑e2g↑t12g↓. CrFe2O4具有半金属性的原因是在配合物ML4和ML6中, 中心离子与周围O配体间存在强烈的共价键作用, 该作用使中心离子与O配体间形成杂化轨道, 导致自旋向上子带被撕裂, 进一步使费米面正好处于自旋向上子带带隙中.     

Water-soluble Fe3O4 nanoparticles with high solubility for removal of heavy-metal ions from waste water

In this contribution, we synthesized water-soluble Fe(3)O(4) nanoparticles (NPs) with sufficiently high solubility (28 mg mL(-1)) and stability (at least one month) through a hydrothermal approach, and found that they exhibited excellent removal ability for heavy-metal ions from waste water. For the first time, the water-soluble Fe(3)O(4) NPs were used as adsorbents for heavy-metals removal from wastewater. It is noteworthy that the adsorption ability of the water-soluble Fe(3)O(4) NPs for Pb(2+) and Cr(6+) is stronger than water-insoluble Fe(3)O(4) NPs. Furthermore, the water-soluble Fe(3)O(4) NPs exhibited relatively high saturation magnetization (83.4 emu g(-1)), which allowed their highly-efficient magnetic separation from wastewater. The most important thing is that the water-soluble magnetite as an adsorbent can directly dissolve in water without the help of mechanical stirring or any extraneous forces, which may solve a key problem for the practical application of magnetic powders in the field of sewage purification. Moreover, the water-soluble Fe(3)O(4) NPs show a highly-efficient adsorption capacity for 10 ppm of Pb(2+) ions solution which can reach 90% within 2 minutes.     

Preparation of Ag-MnFe2O4-bentonite Magnetic Composite for Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ) Adsorption Removal and Bacterial Inactivation in Wastewater

An Ag-MnFe₂O₄-bentonite composite was synthesized by a chemical co-precipitation method and used for adsorption removal of Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ) and disinfection. The result of X-ray diffraction indicate that the diffraction peaks of MnFe₂O₄ and Ag can be perfectly indexed to the cubic spinel MnFe₂O₄(JCPDS No.88-1965) and metallic Ag(JCPDS No.41-1402), respectively. The results of scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy manifest the deposition of MnFe₂O₄ and Ag on the bentonite surface and the presence of Mn, Fe and Ag. The result of X-ray photoelectron spectroscopy displayed that the composition of Ag-MnFe₂O₄-bentonite was Mn(Ⅱ), Fe(ⅡI) and metallic Ag. The analysis of Brunauer-Emmett-Teller showed that the specific surface area of Ag-MnFe₂O₄-bentonite was the largest compared with that of bentonite, MnFe₂O₄ and MnFe₂O₄-bentonite. Thermodynamic studies revealed that the adsorption of Pb(Ⅱ) and Cd(Ⅱ) ions was spontaneous and endothermic. Langmuir model showed an adsorption capacity of 129.87 mg/g for Pb(Ⅱ) and 48.31 mg/g for Cd(Ⅱ) ions. The adsorption kinetics of Pb(Ⅱ) and Cd(Ⅱ) ions onto Ag-MnFe₂O₄-bentonite can be best described by a pseudo-second-order model. The adsorption rate constant of the pseudo-second-order model was 0.0019 g·mg^-1·min^-1 for Pb(Ⅱ) and 0.0065 g·mg^-1·min^-1 for Cd(Ⅱ) ions. In addition to the adsorption experiment, the antibacterial properties of Ag-MnFe₂O₄-bentonite were studied through plate count method. Gram-negative(G-) bacteria Escherichia coli and Gram-positive(G+) bacteria Lactobacillus plantarum were used to test the antibacterial properties. The results showed that the composite demonstrated excellent antibacterial activity. Thus, Ag-MnFe₂O₄-bentonite can be employed as an adsorbent as well as an antimicrobial agent.     

Controllable synthesis, magnetism and solubility enhancement of graphene nanosheets/magnetite hybrid material by covalent bonding

Hybrids of Fe(3)O(4) nanoparticles and surface-modified graphene nanosheets (GNs) were synthesized by a two-step process. First, graphene nanosheets were modified by SOCl(2) and 4-aminophenoxyphthalonitrile to introduce nitrile groups on their surface. Second, the nitrile groups of surface-modified graphene nanosheets were reacted with ferric ions on the surface of Fe(3)O(4) with the help of relatively high boiling point solvent ethylene glycol to form a GNs/Fe(3)O(4) hybrid. The covalent attachment of Fe(3)O(4) nanoparticles on the graphene nanosheet surface was confirmed by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS) and scanning electron microscopy (SEM). TEM and HRTEM observations indicated that the sizes of the nanoparticles and their coverage density on GNs could be easily controlled by changing the concentration of the precursor and the weight ratio to GNs. Magnetic measurements showed that magnetization of the hybrid materials is strongly influenced by the reaction conditions. Chemically bonded by phthalocyanine, the solubility of as-synthesized GNs/Fe(3)O(4) hybrid materials was greatly enhanced, which was believed to have potential for applications in the fields of composites, wastewater treatment and biomaterials.     

聚(苯乙烯-马来酸酐)/Fe3O4纳米杂化材料的制备与表征

采用2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧化物(TEMPO)的溴盐对化学共沉淀法制备的Fe3O4纳米粒子进行表面修饰,以该粒子为过氧引发剂,苯乙烯(St)、马来酸酐(MA)为单体,采用"活性"/可控自由基聚合技术在粒子表面原位引发聚合,制备了聚(苯乙烯-马来酸酐)/Fe3O4纳米杂化材料,并对纳米Fe3O4及杂化材料进行了FT-IR、XRD、TGA、TEM和GPC表征。结果表明,所制备的纳米杂化材料的平均粒径约为70 nm,磁性粒子表面的聚合物分子链随着聚合时间的增长而增长。振动样品磁强计测试结果显示,在室温、外加磁场下,该纳米杂化材料呈现超顺磁性,饱和磁化强度随着包覆聚合物量的增加而降低。