纳米四氧化三铁及其复合材料的制备与应用

论文摘要

磁性纳米粒子与块体不同,具有独特的化学和物理性质,其中Fe304磁性纳米粒子具有生物相容性良好、无溶血活性、遗传毒性以及超顺磁性等特性,在生物医药、催化、环境等领域应用前景广阔。但是在实际应用时,一般要求纳米粒子尺寸均一、化学性质稳定、生物相容性和分散性好。为了解决这些问题并赋予其更多的功能,需要对其进行表面修饰。本学位论文重点研究了Fe304磁性纳米粒子及其复合物的制备以及它们在催化分析、酶固载、生物标记、环境控制领域的应用,主要集中在以下五个方面：（1）采用共沉淀法制备了Fe304磁性纳米粒子,利用其具有类似辣根过氧化氢酶的特性建立了一种快速测定H202的紫外可见分光光度法。所制备的Fe304纳米粒子可以催化活化H202产生·OH氧化N,N.二乙基对苯二胺硫酸盐（DPD）, H2O2氧化DPD的表观活化能从62.5 kJ mol-1降低至21.8 kJ mol-1;DPD的氧化产物在550 nm处有很强的吸收,其吸光度A与样品中H202的浓度之间存在良好的线性关系。在优化反应条件下,H202的线性范围为0.5-150×10-6 mol L-1,检出限为2.5×10-7mol L-1。该方法已成功应用于雨水中,蜂蜜和牛奶样品中H202的测定。（2）以包覆纳米Fe304的氨基化Si02纳米颗粒（Fe3O4/SiO2）为载体固定辣根过氧化物酶（HRP）,制备了固定化辣根过氧化物酶。这种以纳米Fe3O4/SiO2为载体的固定化辣根过氧化物酶较纳米Fe304和辣根过氧化物酶相比,具有高活性及高稳定性。该固定化酶可以活化H202产生·OH将无荧光对羟基苯丙酸氧化为在409 nm处有最大发射的荧光二聚体,该反应可以与葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的体系偶联,利用固定化酶的高催化活性建立快速测定H202及葡萄糖的荧光光度法。在优化条件下,H202和葡萄糖的线性范围分别为5×10-9-1.0×10-5 mol L-1和5.0×10-8-5.0×10-5 molL-1,检出限分别为2.1×10-9 mol L-1和1.8×10-8 mol L-1。固定化酶通过外加磁场可以方便地磁分离、回收及再利用。（3）采用原位沉淀法合成了Fe304／氧化石墨烯纳米颗粒,并以其为载体固定葡萄糖氧化酶。Fe3O4／氧化石墨烯纳米颗粒可催化活化由负载在其上的葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖生成的H202,将其均裂为·OH,·OH将DPD氧化为在550 nm处有强吸收的DPD+,从而建立了一种一步法同时测定葡萄糖和H2O2的紫外可见分光光度法。在优化条件下,葡萄糖和H202的线性范围分别为5.0×10-7-6.0×10-4 mol L-1和1.0×10-7-1.0×10-4 mol L-1,检出限分别为2.0×10-7 mol L-1和4.0×10-8 mol L-1。（4）采用改进的Stober法合成具有磁性和荧光特性的双功能纳米粒子Fe3O4/SiO2/dye/SiO2。包覆纳米Fe304的内层Si02可防止纳米颗粒的团聚,而外层Si02可保护染料分子不受外界干扰,使其具有良好的光稳定性,硅层的厚度可通过改变前驱体正硅酸乙酯的浓度来调控。该纳米粒子具有荧光强度高,光稳定性好和超顺磁性的特点；其荧光强度随合成过程中所加入染料浓度的增加而增强。通过包覆不同的染料可调控纳米粒子的荧光波长,从而改变其发射光的颜色。与染料溶液相比,染料掺杂的荧光纳米颗粒的荧光发射光谱发生部分红移或蓝移,其原因可能是由于染料分子聚集在硅壳中或聚集态的染料分子共平面性降低所致。（5）采用超声辅助共沉淀法制备了具有典型层状结构的磁性镁铝水滑石（MLDHs）,用于去除废水中氟离子的吸附材料。制备过程中超声的引入不但可加速水滑石相的形成,而且能极大缩短合成MLDHs的时间。结果表明,超声法合成的MLDHs粒径小、比表面积大,有利于吸附性能的提高,氟离子的饱和吸附容量为47.7mg g-1。吸附动力学数据和等温吸附数据分别符合准一级吸附动力学模型和Langmuir等温模型。磁性水滑石材料可有效地进行磁分离,经过解吸再生后可以重复利用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 3O₄的合成方法'>1.2 纳米Fe₃O₄的合成方法
• 3O₄的修饰改性'>1.3 纳米Fe₃O₄的修饰改性
• 3O₄及其复合物的应用'>1.4 纳米Fe₃O₄及其复合物的应用
• 1.5 本文的研究思路及主要内容
• 参考文献
• 3O₄作为类酶催化测定过氧化氢'>2 磁性纳米Fe₃O₄作为类酶催化测定过氧化氢
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果和讨论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3O₄/SiO₂固定辣根过氧化物酶及其应用'>3 纳米Fe₃O₄/SiO₂固定辣根过氧化物酶及其应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 3O₄/氧化石墨烯固定葡萄糖氧化酶及其应用'>4 纳米Fe₃O₄/氧化石墨烯固定葡萄糖氧化酶及其应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 3O₄/SiO₂/Dye/SiO₂磁性荧光双功能纳米材料及性能研究'>5 Fe₃O₄/SiO₂/Dye/SiO₂磁性荧光双功能纳米材料及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 6 超声辅助共沉淀法合成磁性镁铝水滑石及除氟离子的性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 7 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本论文的创新之处
• 7.3 展望
• 致谢
• 附录1 攻读博士学位期间发表和待发表的学术论文