氧化石墨烯及表面修饰的Fe3O4纳米颗粒的合成和应用研究

论文摘要

石墨烯由于具有常规碳材料不具备的光学、电学、力学等优异性能,成为目前材料科学研究的一个热点。而纳米磁性材料由于具有磁导率高、损耗低、饱和磁化强度大等优点,已被广泛应用于磁储存、生物医学、废水处理、磁流体、光子晶体研究等领域。本论文合成了氧化石墨烯及功能化的Fe3O4纳米颗粒,然后对其进行了一些应用研究。研究内容主要有如下几个方面:1.采用化学法合成了氧化石墨,然后经超声剥离制备了氧化石墨烯。AFM表征结果显示,大多数氧化石墨烯成多层和片状结构,而从Zeta电位和FTIR分析得知,其表面含有大量的含氧功能团,并且表面带有负电荷。利用该氧化石墨烯作为吸附剂,对废水中的阳离子有机染料次甲基蓝进行吸附分离,对吸附时间、pH值、浓度、温度、离子强度考察中发现,该吸附过程快速,pH值敏感,吸附容量大,符合Langmuir吸附模型,属于放热吸附,离子影响不大。2.采用改性共沉淀法,合成了Fe3O4/GO复合材料。利用SEM、FTIR、XRD对其进行了表征,结果表明,Fe3O4磁性纳米颗粒为立方相结构,粒径约为20 nm,呈球形形貌,而氧化石墨烯则为片状结构,并且其表面分布了丰富的含氧功能团。利用氧化石墨烯上的功能基团,对次甲基蓝进行吸附,考察了吸附时间、pH值、浓度、温度、离子强度的影响,发现温度对次甲基蓝造成了破坏。结果表明Fe3O4/GO复合材料能高效、大量的吸附次甲基蓝,而且,其脱附容易,循环使用性能好,还可以进行磁性分离。3.利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）为原料,对Fe3O4纳米颗粒进行表面修饰, XRD、TEM、FTIR、VSM、DLS表征结果表明,APTES已成功修饰到了Fe3O4纳米颗粒表面,且其为立方相结构,粒径约8 nm左右,水合直径25.0 nm,呈近似球形形貌,表面分布有氨基,呈超顺磁特性,饱和磁化强度为56 emu/g Fe。用该磁流体对干细胞进行标记,结果表明经氨基修饰的Fe3O4纳米磁颗粒能进入干细胞,经鼻咽癌抗体二次修饰的Fe3O4纳米颗粒可以对鼻咽癌细胞进行标记,提高了MRI成像信号,有利于细胞的标记、示踪及MRI靶向检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 石墨烯及氧化石墨烯概述
• 1.2.1 石墨烯及氧化石墨烯的特性
• 1.2.2 石墨烯及氧化石墨烯的制备方法
• 1.2.3 石墨烯及氧化石墨烯的表面修饰
• 1.2.4 石墨烯及氧化石墨烯的应用
• 1.3 磁性纳米材料简介
• 1.3.1 磁性纳米材料的主要磁特性
• 3O₄纳米颗粒的合成方法'>1.3.2 Fe₃O₄纳米颗粒的合成方法
• 3O₄纳米颗粒的表面修饰'>1.3.3 Fe₃O₄纳米颗粒的表面修饰
• 3O₄纳米颗粒的应用'>1.3.4 Fe₃O₄纳米颗粒的应用
• 1.4 本课题选择的意义和研究内容
• 第2章 氧化石墨烯的合成及染料废水处理应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 氧化石墨烯的合成
• 2.2.4 氧化石墨烯的表征
• 2.2.5 染料废水处理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 氧化石墨烯的表征结果与讨论
• 2.3.2 染料废水处理结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 3O₄/GO复合材料的合成及染料废水处理应用'>第3章 Fe₃O₄/GO复合材料的合成及染料废水处理应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 实验材料
• 3O₄/GO复合材料的合成'>3.2.3 Fe₃O₄/GO复合材料的合成
• 3O₄/GO复合材料中各成分的比例分析'>3.2.4 Fe₃O₄/GO复合材料中各成分的比例分析
• 3O₄/GO复合材料的表征'>3.2.5 Fe₃O₄/GO复合材料的表征
• 3.2.6 染料废水处理
• 3.3 结果与讨论
• 3O₄/GO复合材料的表征结果与讨论'>3.3.1 Fe₃O₄/GO复合材料的表征结果与讨论
• 3.3.2 染料废水处理结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面修饰Fe04纳米颗粒的合成及细胞标记应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 实验材料
• 3O₄纳米颗粒的合成'>4.2.3 APTES修饰的超顺磁Fe₃O₄纳米颗粒的合成
• 3O₄纳米颗粒的合成'>4.2.4 鼻咽癌抗体修饰的超顺磁Fe₃O₄纳米颗粒的合成
• 3O₄纳米颗粒的表征'>4.2.5 APTES修饰的超顺磁Fe₃O₄纳米颗粒的表征
• 4.2.6 干细胞标记
• 4.2.7 鼻咽癌细胞标记
• 4.2.8 病理学检查
• 4.3 结果与讨论
• 3O₄纳米颗粒的表征结果与讨论'>4.3.1 APTES修饰的超顺磁Fe₃O₄纳米颗粒的表征结果与讨论
• 4.3.2 干细胞标记结果与讨论
• 4.3.3 鼻咽癌细胞标记结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表及待发表的学术论文目录
• 附录B 攻读学位期间申请的专利及参与的课题