基于脲醛树脂模板构建磁性微球

论文摘要

磁性纳米晶体和微球推动了生物技术、医药科技、催化、核磁造影、数据存储及环境治理等领域的技术革新,并发挥着日益重要的作用。虽然目前已经发展了一些方法来制造磁性微球和纳米晶体,但是可用于生产高质量、可扩大制备的方法并不多。因此,急需开发新的制备方法来批量制备新型、高质量、低成本的磁性微球来满足日益增长的使用需求。为此,我们开发了一系列基于脲醛树脂模板的磁性微球制备技术,制备出一系列新型的磁性微球,并用SEM、TEM、VSM、XRD、BET、TGA、FTIR、DLS等手段进行表征,并对微球的形成做了较为系统的研究。取得成果如下:1)开发了室温一锅法制备磁性微球的新方法,直接将磁性纳米粒子包埋于脲醛树脂制得单分散超顺磁性微球,并将其成功的应用于人血基因组DNA的提取。在聚合过程中加入荧光物质可以得到高荧光强度的双功能磁性微球。并对脲醛树脂微球的形成机理做了系统的研究,并采用吸光度法实时监控了聚合反应浊度变化过程。2)开发了水热还原制备磁性微球新方法,将磁性前驱体包埋于脲醛树脂制得非磁性复合微球再通过水热还原得到磁性微球,该方法可获得磁性更强的单分散磁性微球,并被成功的应用于酵母和玉米基因组DNA的提取。还阐述了水热还原羟基铁氧化物的机理。3)开发了制备多孔四氧化三铁磁性微球新方法,该方法通过灼烧将脲醛树脂基质从复合微球中除去,得到多孔的三氧化二铁微球再通过水热还原得到多孔纯四氧化三铁微球。所制备得磁性微球为立方型四氧化三铁纳米粒子堆砌而成的多孔四氧化三铁微球,饱和磁化强度高达72 emu/g。该种微球对砷吸附模型证实该微球对砷有较强的吸附,可以用于水中砷处理。4)对氢气还原法制备碳包覆磁性微球进行了初探,用氢气法还原羟基铁氧化物/UF微球时,得到磁性微球及结构新颖的四氧化三铁纳米管。用化学气相沉积法(CVD)制备磁性微球时,得到碳包覆磁性微球和碳纤维棒。在用CVD法制备碳包覆磁性二氧化硅微球时,可以发现硅球表面生成碳纳米管的生长点,还意外的得到单分散纳米石墨微球。基于脲醛树脂为模板用四种方法构建了四种新型磁性微球,并将水热还原制备高磁化强度磁性纳米粒子,这四种制备方法都具有易于实施、低成本、环境友好、易于放大生产的特点。本论文在这种背景下展开研究,具有很大的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述及选题
• 1.1 磁性纳米材料特性
• 1.1.1 有限尺寸效应
• 1.1.2 表面效应
• 1.2 纳米晶体的形成及单分散机理
• 1.2.1 成核
• 1.2.2 生长
• 1.3 磁性纳米材料及磁性微球的制备
• 1.3.1 磁性纳米粒子的制备
• 1.3.2 磁性微球的制备
• 1.4 磁性纳米粒子及磁性微球的应用
• 1.4.1 生物磁分离技术
• 1.4.2 磁性微球在微全分析中的应用
• 1.4.3 磁性纳米颗粒作为基因载体的应用
• 1.4.4 磁性微球作为药物载体的应用
• 1.4.5 过高热疗法（hyperthermia）
• 1.4.6 磁性造影剂
• 1.5 论文的选题
• 第2章 实验部分
• 2.1 试剂和仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 室温一锅法制备单分散磁性微球及在人血DNA 提取的应用
• 2.2.1 磁流体制备
• 3O₄/脲醛树脂复合微球的制备'>2.2.2 Fe₃O₄/脲醛树脂复合微球的制备
• 2.2.3 成球机理探讨
• 2.2.4 磁性微球提取人血DNA
• 2.3 水热还原制备单分散磁性微球在不同样品DNA 提取中的应用
• 2.3.1 脲醛树脂磁性微球的合成
• 2.3.2 DNA 提取
• 2.4 水热还原法制备多孔磁性微球在水中砷去除的应用
• 2.4.1 多孔磁性微球制备
• 3O₄ 吸附水中砷的动力学研究试验'>2.4.2 Fe₃O₄吸附水中砷的动力学研究试验
• 3O₄ 吸附水中砷的吸附平衡试验'>2.4.3 Fe₃O₄吸附水中砷的吸附平衡试验
• 2.5 氢气还原法制备磁性微球
• 2.6 磁性微球表征方法
• 2.6.1 SEM
• 2.6.2 TEM
• 2.6.3 VSM
• 2.6.4 XRD
• 2.6.5 氮气吸附/脱附等温线
• 2.6.6 FTIR
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 室温一锅法制备单分散磁性微球和荧光磁性微球及在人血DNA 提取的应用
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 磁性微球表征
• 3.1.3 磁流体含量对微球形成影响
• 3.1.4 脲醛树脂成球机理探讨
• 3.1.5 脲醛树脂磁性微球的荧光标记及表征
• 3.1.6 脲醛树脂磁性微球在人血液DNA 提取中的应用
• 3.2 水热还原制备单分散磁性微球在不同样品DNA 提取中的应用
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 磁性微球的表征
• 3.2.3 铁溶胶含量对成球的影响
• 3.2.4 还原剂用量对磁性微球还原的影响
• 3.2.5 羟基铁氧化物的还原
• 3.2.6 表面修饰
• 3.2.7 DNA 提取
• 3.3 水热还原法制备多孔磁性微球在水中砷去除的应用
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 磁性微球的表征
• 3.3.3 还原条件考察
• 3.3.4 吸附动力学研究
• 3.4 氢气高温还原法制备磁性微球
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 磁性微球透射电镜表征
• 第4章 总结与展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢