磁性纳米纤维的改性及应用

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静电纺丝技术是制备纳米纤维的一个简便方法。随着静电纺丝技术的发展,大量的聚合物、无机物レ义及有机无机复合材料都可通过静电纺丝技术制成纳米纤维。纳米纤维由于比表面积大,纤维直径小等特点,被广泛应用于环境、能源、生物医药等领域。当材料的尺度达到纳米级后,其性能会发生变化,表现出独特的性能。如磁性纳米材料,不但具有量子尺寸效应、表面效应等纳米材料的特性,还具有超顺磁性、单磁畴结构和高矫顽力等磁学方面的特性。磁性纳米粒子常被用于制备磁流体、磁记忆材料和催化材料等,但是磁性纳米粒子分散性较差、容易团聚等缺点限制了它的应用。采用静电纺丝技术制备磁性纳米纤维可W解决问题。磁性纳米纤维同时具有纳米材料和磁性材料的特点,可W进行多方面的研巧和应用。基于此,我们磁性纳米纤维为基底进行了两方面的改性研究;(1)制备磁性纳米纤维膜并固定辣根过氧化物酶(HRP),将其用于废水中苯酷的去除;(2)磁性纳米纤维膜表面琉基改性,并用于吸附重金属离子。具体研究内容如下;1、采用化学共沉淀法制备粒径均匀的磁性纳米粒子,然后将其分散在聚丙締睛(PAN)纺丝液中,利用静电纺丝技术制备磁性纳米纤维。对磁性纳米纤维表面形貌和结构进行分析。结果表明;当添加磁性粒子后,原本光滑的纳米纤维表面变的粗穂。磁性纳米纤维中的磁性纳米颗粒含量增加时,其饱和磁化强度和直径逐渐增大。然后,将所制备的磁性纳米纤维膜表面包覆多己胺,并使用戊二醇为交联剂固定HRP。研究固定HRP后的磁性纳米纤维膜的活性yJl及其用于废水中苯酌去除的效率。实验结果表明:当pH为7,酶的添加量为化1mg/mL时,固定酶的活性最强。固定酶活性在磁性纳米粒子存在下会显著増强,这是因为由磁性纳米粒子形成的微观磁场会对自由基的旋转动力学和系间窜越(intersystem crossing)产生影响,进而影响自由基之间的相互反应,使酶催化反应速率发生变化,即磁性粒子对HRP的催化反应产生磁性协同作用。磁性酶膜用于处理苯酥废水时,当pH值为7,酶膜添加量1.0 mg/L,苯敌和H202的摩尔比为1:1,加入聚乙二醇(PEG)的量为化01 mM时苯酪的去除率最高,循环使用5次后,仍有50%的去除效率。2、将磁性纳米纤维膜(30%磁性粒子含量)表面包覆多己胺,然后利用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法接枝甲基丙締酸缩水甘油醋(GMA),最后进行环硫化反应巧开环反应制备出表面含有蔬基的磁性纳米纤维膜,并将其用于重金属离子Hg2+的吸附研究。研巧pH值、Hg2+离子的初始浓度等对所制备的琉基改性磁性纳米纤维膜吸附性能的影响。结果表明:当pH值为6时吸能性能最佳,Hg2+离子初始浓度越高,平衡吸附量越大。吸附反应在30 min内快速达到吸附平衡,饱和吸附量为53.6 mg/g。吸附动力学、等温吸附、吸附循环性能研巧结果显示琉基改性磁性纳米纤维膜对Hg2+离子的吸附属于拟二级动力学吸附模型,等温吸附模型符合Langmuir等温吸附机理,琉基改性磁性纳米纤维膜具有很好的循环吸附性能,当使用3次后,对于重金属离子仍保持90%!^上的吸附能力。
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