磁性納米材料對氯代有機(jī)污染物的分子識(shí)別吸附與降解.pdf

1、有機(jī)污染物廣泛分布在空氣，水，土壤，甚至在人體中也有發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兙哂惺澜绶秶目蛇w移性和生物累積性，給人類健康和社會(huì)環(huán)境帶來危害。傳統(tǒng)分析有機(jī)污染物的方法主要包括電化學(xué)法，毛細(xì)管電泳，熒光光譜，氣相色譜，高效液相色譜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等。這些方法通常需要昂貴的儀器，復(fù)雜的樣品提取，純化或衍生化等前處理步驟，不適合大規(guī)模樣品檢測。而磁分離是一種簡便快速提取目標(biāo)分子的方法。超順磁的Fe3O4具有良好的可重分散性和生物兼容性，可調(diào)的磁性和

2、快速吸附能力。但是有機(jī)污染物的水溶性一般都非常差使得對它們的直接提取比較困難。而在磁性粒子表面修飾上相應(yīng)的功能單體后可以實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的吸附和降解。
　　本論文在Fe3O4磁性納米粒子表面修飾上特定的功能單體，實(shí)現(xiàn)了對有機(jī)污染物的吸附和降解。論文主要內(nèi)容歸納如下:
　　1.能夠?qū)Νh(huán)境中的多氯聯(lián)苯(PCBs)進(jìn)行有效的識(shí)別和富集是一項(xiàng)重要的課題。我們用Fe3O4納米粒子和Ⅰ-硅烷通過溶膠-凝膠作用合成磁性核殼Fe3O4@I粒

3、子，基于鹵鍵作用實(shí)現(xiàn)對PCBs的識(shí)別和富集，碘原子共價(jià)連接在Fe3O4上從而產(chǎn)生結(jié)合位點(diǎn)。產(chǎn)物的性質(zhì)通過XRD，TEM，F(xiàn)T-IR，AGM等手段進(jìn)行表征。Fe3O4@I在水中對PCBs的吸附能力根據(jù)各種參數(shù)進(jìn)行測定，比如不同Ⅰ-硅烷的含量，不同吸附劑質(zhì)量，不同的功能單體或待測分子等。連接在Fe3O4粒子上的Ⅰ原子使得對PCBs的吸附量增大，這可能由于在吸附層和PCBs間存在非共價(jià)鹵鍵作用。論文結(jié)果提供了一種可用來富集PCBs的材料。

4、r>　　2.由于對人類健康的關(guān)注，能夠?qū)Νh(huán)境中痕量PCBs有效的識(shí)別和富集成為當(dāng)前重要議題。我們合成超順磁的Fe3O4表面包覆吸附層的納米粒子用來富集PCBs。包括通過溶劑熱反應(yīng)合成Fe3O4粒子，鍵合了β-CD的SiO2層通過溶膠-凝膠過程對Fe3O4進(jìn)行包覆以構(gòu)筑核殼Fe3O4@β-CD粒子。和Fe3O4共價(jià)連接的β-CD空腔形成了結(jié)合目標(biāo)分子的位點(diǎn)。β-CD通過硅烷連接到Fe3O4粒子上，增強(qiáng)了Fe3O4粒子在水中的穩(wěn)定性。同時(shí)超

5、順磁的Fe3O4核可被快速從基質(zhì)中分離以簡化耗時(shí)的洗滌提取過程。Fe3O4@β-CD粒子對水中PCB28和PCB52的吸附能力進(jìn)行了研究。為了評價(jià)Fe3O4@β-CD的理論結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量，得到的吸附數(shù)據(jù)根據(jù)Scatchard等式進(jìn)行重繪。在β-CD和PCBs間的主客體作用進(jìn)一步用密度泛函理論(DFT)計(jì)算進(jìn)行測定?；谒蟹肿拥淖罴褞缀螛?gòu)型和計(jì)算的包合能，對于β-CD作為主體分子對PCB-28的吸附量高于PCB-52提供了理論上的證據(jù)。<

6、br>　　3.用Fe離子和β-CD一步合成磁性Fe3O4@β-CD納米粒子，其作為非均相類Fenton催化劑可用來降解4-氯苯酚(4-CP)。對Fe3O4@β-CD基于各種參數(shù)的催化能力進(jìn)行評估，包括pH，H2O2濃度和催化劑量，相關(guān)于4-CP降解的準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)。另外，鐵離子流失量，自由基淬滅效應(yīng)和Fe3O4@β-CD粒子的重用性也被研究。結(jié)果表明Fe3O4@β-CD展示了比Fe3O4更高的分解H2O2的催化能力，F(xiàn)e3O4@β-CD的

7、表觀速率常數(shù)kobs為0.0373 min-1，F(xiàn)e3O4為0.0162min-1，這可能歸因于三元復(fù)合物(Fe2+-βCD-污染物)的構(gòu)筑，此結(jié)構(gòu)允許產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)直接進(jìn)攻污染物并同時(shí)提高了有機(jī)污染物的溶解度。Fe3O4@β-CD也展示了對氯苯(CB)降解的增強(qiáng)效應(yīng)，其kobs為0.0392min-1，顯著高于Fe3O4(kobs=0.0099 min-1)，可能由于Fe3O4@β-CD粒子的協(xié)同效應(yīng)。并且，F(xiàn)e3O4@β