磁性中空-多孔納米復合微球的制備、功能化及機理研究.pdf

1、磁性中空/多孔納米復合材料除了具有磁性材料的特殊性質(如超順磁性)外，其中空或多孔的結構使其具有較大的比表面積、較小的密度、較大的內部空間且表面滲透性好等特點。因此，這類材料在生物醫(yī)學、催化、污水處理等方面都有很好的應用前景。本論文的研究重點就是以探索磁性中空(多孔)納米復合材料新穎而簡便的合成方法為主，同時研究了其性能及其多功能化改進，并初步研究了該材料在催化和污水處理方面的初步應用。本論文的主要內容如下： 1.利用共沉淀法合

2、成了表面同時含有親油性的油酸和親水性的羥基的兩親性磁性四氧化三鐵納米粒子(MPs)。通過控制反應條件可以對其表面的油酸含量進行調控，從而影響其表面性質。在這種兩親性磁性納米粒子的存在下，利用正相細乳液體系，通過輻射引發(fā)苯乙烯界面聚合制備了具有超順磁性的中空納米復合微球。界面聚合是由位于油水界面的MPs表面的自由基引發(fā)的，而這些自由基是通過水中的·OH奪取MPs表面上羥基中的氫而產(chǎn)生的。研究發(fā)現(xiàn)兩親性磁性納米粒子是形成磁性中空微球的關鍵，

3、同時磁性納米粒子表面的油酸含量也對中空球形成具有一定的影響。而制備過程的其它實驗條件，如超聲時間、MPs的用量、劑量率等則會影響磁性中空微球的大小和尺寸分布。該方法不需要核模板，可以在常溫常壓下進行；同時，γ射線可以起到消毒滅菌的作用，有利于產(chǎn)物在生物醫(yī)學方面的應用。 2.以水滴作為形成中空球的軟模板，在常溫常壓下通過輻射反相細乳液聚合制備超順磁性中空納米復合微球。水相中水輻解產(chǎn)生的自由基引發(fā)苯乙烯在油水界面聚合，從而形成磁性中

4、空球。苯乙烯的用量是決定能否獲得中空微球的關鍵，研究結果表明當苯乙烯用量較小時，可獲得薄壁磁性中空球；提高苯乙烯用量，可增加磁性中空球的壁厚；但進一步增加苯乙烯用量，則得到實心的磁性聚合物納米復合微球。另外，改變水相體積、乳化劑用量和劑量率都會對磁性中空球的尺寸和尺寸分布產(chǎn)生影響。通過這些實驗結果進一步討論了磁性納米復合微球可能的形成機理。 3.由于在前面合成的磁性中空球的均一性和單分散性均不夠好，這會嚴重影響其在后續(xù)生物醫(yī)學方

5、面的應用。因此，我們發(fā)展了一種在常溫常壓下通過輻射引發(fā)反相乳液聚合制備均一、近于單分散的、形貌可控的超順磁性納米復合微球的簡單方法。12—丙烯酰氧基—9—十八烯酸(AOA，包含部分的鈉鹽Na—AOA)作為一種表面活性劑，同時可以和苯乙烯發(fā)生共聚，其獨特的Y型結構能增加反相乳液的穩(wěn)定性，使最終產(chǎn)物的均一性和單分散性獲得提高。研究發(fā)現(xiàn)，通過改變加入苯乙烯的用量，可以得到具有不同壁厚和核尺寸的中空球和磁性實心球。 4.以兩親性的MPs

6、為油溶性的乳化劑，十二烷基硫酸鈉(SDS)為水溶性表面活性劑，通過水/油/水雙重乳液制備了多空磁性納米復合微球。該方法同樣不需要硬模板來形成多孔結構，方法新穎，步驟簡單。實驗結果表明，初始加入的MPs的量會影響多空磁性納米復合微球的孔尺寸；而在聚合過程中的實驗條件，如攪拌和溫度也是能否形成多空結構的重要因素。 5.結合γ射線可以方便制備無機納米材料的優(yōu)勢，在磁性中空納米復合微球基礎上，制備了多功能的CdS/四氧化三鐵／聚(苯乙烯

7、—co—甲基丙烯酸甲酯)微球，它同時具有超順磁性、熒光性和中空的性質。CdS通過磁性中空球表面的酯基螫合在其表面。紫外—可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜表明該多功能磁性復合微球具有量子限域效應。該方法提供了一種較簡便溫和的制備多功能磁性復合微球的新思路。 6.以多孔活性碳為載體，通過γ射線在常溫常壓下制備了負載超順磁性γ—Fe2O3納米粒子的多孔碳材料，磁性納米粒子隨機分散在多孔碳中。這種磁性碳材料具有大的比表面積(844㎡/g)和大

8、的孔容(0.86 cm3/g)，而且可以通過簡單的改變鐵鹽的初始加入量來調控最終磁性碳材料的飽和磁化率。同時，我們也對磁性多孔碳材料應用于污水處理中有機污染物的清除方面進行了初步研究。結果表明其具有很高的除污能力，而且在污染物被吸收后，可以通過磁鐵方便地將吸附污染物的磁性碳材料從中分離出來。另外，我們還研究了磁性多孔碳上負載具有催化活性的納米銀粒子，可應用在催化領域。這種負載銀的磁性多孔碳材料在完成一次催化反應后，可以簡單地通過磁鐵進行