磁性复合材料的制备及其在微量物质去除中的应用

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水和有机溶剂在工业中起着举足轻重的作用。通常溶剂或水体中含有的微量有害物质,虽然其量小但是很难去除。在某些特定场合,溶剂或水体中含有的微量有害物质会对工业生产和反应体系造成极大的影响。常规的对溶剂或水体中含有的微量有害物质去除方法存在危险性大、成本高以及操作繁琐等缺点。针对这些问题,本文制备了磁性四氧化三铁(Fe3O4)和钴(Co)单质两种磁性纳米微球,以其为磁性目标基材制备了两种磁性复合材料,并对磁性复合材料对有机溶剂中微量水去除和水中微量磷酸根离子的去除性能进行了系统研究,以期为磁性纳米材料在有机溶剂、水体系中微量有害物质去除的应用提供新的研究思路和基础研究数据。主要研究内容如下:  (1)以六水合氯化铁为铁源以热溶剂法制备出了颗粒均一的,具有超顺磁性能的Fe3O4纳米颗粒,其粒径为200 nm左右。以六水合三氯化钴为钴源,用水合肼还原的方法,还原出Co纳米颗粒,其颗粒尺寸为50 nm左右,并确定钴颗粒在水合肼加入量为20 mL,六水合三氯化钴加入0.8 g时,所制备的Co颗粒具有晶型较为均一,分散性最优的样品。研究表明,磁性纳米颗粒分布均匀,且有良好的分散性。Fe3O4纳米颗粒饱和磁强度为71.3 emu g-1,Co-2纳米颗粒的饱和磁强度为118.1 emu g-1。  (2)以乳液聚合的方法,在四氧化三铁颗粒表面修饰一层聚丙烯酰胺涂层,形成核壳结构Fe3O4@PAM复合材料。通过一系列表征,确定其颗粒为单一分散的球形微球并具有核壳结构,同时具有较强的磁响应能力。对其进行甲苯中微量水的去除实验,我们发现,Fe3O4@PAM复合材料的水吸收能达到自身重量的10-15倍,并可以使甲苯中的水含量降至47 ppm,去除率为73%,而且在外加磁场的情况下,复合材料快速的聚集在磁场周围。表明此材料可以广泛应用于有机溶剂,油品的干燥,有潜在的应用价值。  (3)用两步法在管状共轭微孔聚合物的表面及管内原位合成了Co纳米颗粒,合成出Co-CMP复合材料。通过一系列表征,可以得到,Co颗粒在管表面和内部分散性良好,保留了大量的孔结构,具有很强磁响应能力。Co-CMP复合材料在水溶液中磷酸根离子去除实验表明在磷酸根含量为100 mg L-1,300 mg L-1和500 mg L-1时Co-CMP对磷酸根的吸附量分别为:162.29 mg g-1,429.9 mg g-1和714.34 mg g-1,在磷酸根含量为100 mg L-1时,去除率为82.77%。由于饱和磁化强度为61.3 emu g-1可以广泛应用于含磷水体的净化。
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