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本论文针对超导磁分离污水处理系统对磁种材料的要求,首次设计并合成了一种新型的磁种材料,这种磁种材料具有一定铁磁性,同时具有多层介孔结构和经过等离子聚合改性后的活性表面,通过实际污水处理效果的对比分析证明了这种磁种材料的可行性和先进性,揭示了其在未来应用中巨大的应用前景。
首先通过共沉淀法和溶解热法合成了两种纳米Fe3O4颗粒,并分别以这两种方法制备的颗粒为核心在其外层包裹致密二氧化硅层和介孔二氧化硅层,得到两种性质不同的Fe3O4@nSiO2@mSiO2颗粒。通过形貌、孔结构特征和磁性的分析发现共沉淀法得到的产物具有超顺磁性、较小的粒径和较小的比表面积;溶剂热法得到的产物则具有较强的铁磁性、较大的粒径和较大的比表面积。因此选择后者进行进一步处理。
通过等离子体表面聚合方法在得到的Fe3O4@nSiO2@mSiO2颗粒表面合成一层聚合物薄膜。得到的产物通过FTIR检测验证了聚合反应的成功进行。通过改变反应的单体和反应条件得到聚合物组成、聚合物层厚度不同的产物。通过耐酸性测试证实该磁种材料可适用于一定酸性环境中。
将表面改性后得到的产物Fe3O4@nSiO2@mSiO2-MA纳米颗粒应用到实际磁分离污水处理过程中,以油田一次采油污水为样本,通过与另外制备的六种常用磁种材料的处理结果对比得到结论:这种新型磁种材料不但能有效的降低油田污水的浊度,同时也能有效的去除有机污染物,去除率都在80%以上,处理效果优于其它六种磁种,同时这种新型磁种材料不会造成二次污染,具有环境友好性,有很大的应用价值。
本论文最后还使用自制的超声雾化高温热解装置成功合成了Fe3O4和活性炭的复合材料,这种材料的形貌是球形或泡沫状纳米颗粒,内部随机均匀分布着粒径很小的Fe3O4纳米颗粒。通过比表面积测试证实这种材料具有多孔结构和较大的比表面积;通过VSM测试得知这种材料有一定的铁磁性,并且根据反应物浓度比的不同可以得到磁性不同的产物。这种材料还具有一定的耐酸性,适用于磁分离污水处理系统,未来可以直接作为磁种材料使用或者对其表面改性增强功能性。