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纳米Fe3O4的磁控合成及其复合材料性能研究

纳米Fe3O4的磁控合成及其复合材料性能研究

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作者：高明安徽理工大学

学位级别：硕士

纳米FeO由于廉价易得、超顺磁性、易于表面修饰等性质,被广泛应用于磁性流体、磁记录材料、生物医学及磁性功能材料等领域。研究表明,纳米FeO材料的性质与其粒径、结构和微观形貌密切相关,所以研究纳米FeO的控制合成具有重要意义。考虑... 详细信息

纳米FeO由于廉价易得、超顺磁性、易于表面修饰等性质,被广泛应用于磁性流体、磁记录材料、生物医学及磁性功能材料等领域。研究表明,纳米FeO材料的性质与其粒径、结构和微观形貌密切相关,所以研究纳米FeO的控制合成具有重要意义。考虑到FeO分子具有固有磁矩,外加磁场对其结晶生长过程可能会产生定向诱导等作用,从而影响FeO纳米颗粒的结构和形貌。本论文以逆共沉淀法合成纳米FeO,在合成时施加匀强作用,对纳米FeO的结构形貌进行调控。将所得纳米FeO制备成磁性流体,研究其与常规磁流体的物理化学性质差异及其在磁场磁化作用下的电导率、粘度、润湿性的变化。并以磁控合成的纳米FeO作为磁核,制备出可高效固液分离的磁性壳聚糖吸附剂,研究了其对刚果红(CR)、甲基橙(MO)及亚甲基蓝(MB)等染料的多元吸附性能。本论文的具体研究内容如下:(1)在施加不同强度磁场的条件下,通过逆共沉淀法可控合成了纳米FeO。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)以及样品振动磁强计(VSM)等对纳米FeO的形貌、结构和磁性能进行了表征和分析。运用红外光谱仪(FT-IR)检测了表面活性剂对纳米FeO的包覆情况。TEM图显示磁控合成的纳米FeO相比较常规的FeO,部分纳米FeO被磁场诱导生成了棒状结构,但保持颗粒状的FeO粒径更加均匀;合成时外加的磁场强度越高,诱导生成的棒状纳米FeO的数量越多,棒的长度越长。XRD和VSM图显示,磁控合成的纳米FeO衍射强度更高,磁性更强;外加磁场强度越高,纳米FeO衍射强度越高,磁性越强。FT-IR图谱显示,油酸和吐温-80成功的对纳米FeO进行了双层包覆。(2)将磁控合成的纳米FeO作为磁性纳米颗粒,以油酸和吐温-80进行双层包覆,制备了磁控合成的水基铁磁流体。对磁控合成磁流体的导电性、粘度、润湿性等性质进行检测分析,并与常规磁流体进行对比。将磁流体在匀强磁场和梯度磁场两种类型磁场中进行磁化处理,研究了磁场种类、磁化强度及时间对磁流体的导电性、粘度、润湿性的影响。实验结果表明,磁控合成磁流体的导电性、粘度和润湿性都好于常规磁流体,在亲水性的玻璃材料上的接触角从58°降低到28.25°。磁流体的磁化性能研究表明,磁流体经磁化后,电导率、粘度都显著提高,磁控合成磁流体的提升速度以及提升幅度都高于常规磁流体,匀强磁场的磁化效果相比于梯度磁场的磁化效果更加明显。机理分析表明,磁控合成的磁流体中磁性FeO的形貌变化,以及磁性纳米颗粒经磁化后在基液中的排列方式对磁流体性质具有重要影响。(3)以磁控合成的纳米FeO作为磁核,与壳聚糖/氧化石墨烯复合制备了CS/FeO/GO磁性吸附剂。TEM图显示,纳米FeO和壳聚糖结合在氧化石墨烯上;FT-IR和X光电子能谱(XPS)分析进一步表明,纳米FeO和壳聚糖通过化学键与氧化石墨烯结合。VSM图显示,合成的CS/FeO/GO磁性吸附剂具有强磁性,可以实现高效的固液分离。研究了p H值、初始染料浓度和接触时间对吸附性能的影响,实验结果表明,CS/FeO/GO对MB、MO和CR的最大吸附量分别为210.6 mg/g、258.6 mg/g和308.9 mg/g。吸附动力学和吸附等温线拟合表明,CS/FeO/GO的多染料吸附为单分子层化学吸附。多染料吸附的增强可能与CS和GO的协同作用密切相关。循环试验表明,5次循环后,复合染料吸附率仍保持在90%以上。图[39]表[6]参[129]

关键词：磁控合成纳米Fe3O4 磁流体磁性吸附剂磁化作用

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磁性矿物的磁控结晶生长及其催化性能研究

磁性矿物的磁控结晶生长及其催化性能研究

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作者：戎鑫安徽理工大学

学位级别：硕士

磁处理技术的应用已经在矿物分选、工业循环水除垢、农业生产、建筑材料等领域有广泛应用并产生了显著的经济效益和环境效益。利用外加磁场影响和调控水溶液反应过程成为矿物材料合成领域的研究热点之一,其中磁场对于磁性材料结晶生长... 详细信息

磁处理技术的应用已经在矿物分选、工业循环水除垢、农业生产、建筑材料等领域有广泛应用并产生了显著的经济效益和环境效益。利用外加磁场影响和调控水溶液反应过程成为矿物材料合成领域的研究热点之一,其中磁场对于磁性材料结晶生长的影响尤为显著。本论文在对磁化水进行系统研究的基础上,开展了通过磁控合成方法制备微纳Co金属材料的研究,具体研究工作包括:磁化水的磁化效应及磁场对碳酸钙矿物结晶的影响研究。对磁化水的接触角测量结果表明,在300 m T磁场作用下表面张力值达到最小68.85 m N/m。去离子水的接触角在400 m T磁化1小时,可以从74.10°下降到54.25°。磁化水在190-250nm范围内对紫外光的吸收强度随着磁场强度的增加而显著增加。氯化钠溶液的电导率300 m T磁化1小时后可达最大值81.3 ms/cm。碳酸钙成核实验说明在400m T磁场作用下,碳酸钙沉淀的结构变为具有一定方向性的针状结构。钴微米花的磁控合成与结构调控。以六水合氯化钴为原料,在碱性条件下通过0 m T、25 m T、50 m T、200 m T和400 m T强度的磁场辅助合成了不同结构的钴微米花。钴微米花的吸附等温线均为IV型H3类等温线。VSM分析结果表明在25 m T磁场下合成的钴微米花最大,磁饱和强度可达162.5 emu/g,200 m T下合成的钴微米花磁饱和强度最小,为102.3emu/g。钴微米花活化降解染料性能研究。结果表明,在初始亚甲基蓝溶液为100mg/L时,投加0.02 g/L钴微米花和0.4 g/L过硫酸氢钾就可以在25分钟内降解95%以上的亚甲基蓝,其中25 m T磁场下制备的钴微米花活化效果最好。对于100 mg/L的甲基橙溶液,投加0.02 g/L钴微米花和0.2 g/L过硫酸氢钾即可在20分钟内获得95%以上降解效果,钴微米花活化降解氯硝基苯酚性能研究。实验表明,钴微米花可大大加速氯硝基苯酚的降解效率。当投加0.04 g/L钴微米花和0.1 g/L过硫酸氢钾时,可对50 mg/L的氯硝基苯酚实现95%以上的降解量。其中25 m T磁场下合成的钴微米花降解效率最高,10分钟即可降解90%以上的氯硝基苯酚。钴微米花活化降解氯硝基苯酚符合一级动力学降解模型。图[33]表[9]参[122]

关键词：磁化水磁控合成钴微米花催化氧化有机污染物降解

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