磁性纳米γ-Fe2O3合成及掺杂研究

论文摘要

γ-Fe203是一种重要的功能性材料,由于其杰出的磁性性能、化学稳定性以及生物适应性,在磁流体、生物过程以及信息存储等方面的应用广泛。而掺入稀有金属离子的纳米γ-Fe203,既有纳米磁性材料的性质,且兼具有金属离子的特性,使其应用更广泛；表面包覆壳聚糖的纳米γ-Fe2O3（γ-Fe2O3@CS）,不仅对重金属离子有吸附作用,而且由于其具有磁性更方便回收处理。本文采用溶胶-凝胶法和共沉淀法合成了纳米γ-Fe2O3、稀土离子掺杂的γ-Fe2O3,并成功制得γ-Fe2O3@CS粒子。首先,采用溶胶-凝胶法,以FeNO3·9H2O、酒石酸和乙醇为原料,50℃条件下合成纯的γ-Fe203粒子。研究了反应温度、铁源、煅烧温度等对产物的形貌、物相的影响。同时,还合成了Co2+、Dy3+掺杂的γ-Fe2O3粒子,并讨论产物的物相、形貌、磁学特性等随掺入量的变化情况。其次,采用共沉淀法,以FeSO4·7H2O和NaOH为原料,80℃条件下合成得到纯的γ-Fe203粒子。研究了反应温度、铁源、煅烧温度等对产物的形貌、物相的影响。同时,还合成了Co2+、Dy3+掺杂的γ-Fe2O3粒子,并讨论产物的物相、形貌、磁学特性等随掺入量不同的变化情况。本章对磁流体在体外的滞留情况做简单讨论,并讨论了掺杂Co2+、Dy3+离子γ-Fe2O3粒子的荧光性,结果表明其有很好的荧光性,γ-Fe2O3磁性粒子的荧光性在生物标记应用中具有潜力,尤其是在荧光标记应用中具有很广阔的应用前景。最后,本文以自制的γ-Fe2O3粒子为核,以壳聚糖、液体石蜡等为原料,成功制得壳聚糖包覆的γ-Fe2O3@CS磁性微球,并讨论了对重金属离子Cu2+、Cd2+的吸附效果及影响因素,可用于含Cu2+、Cd2+等重金属离子废水的处理或者自来水中重金属离子的脱除,具有很好的前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 序言
• 1.1 磁性及磁性材料分类
• 1.1.1 材料的磁性行为
• 1.1.1.1 抗磁性
• 1.1.1.2 顺磁性
• 1.1.1.3 铁磁性
• 1.1.1.4 反铁磁性
• 1.1.1.5 亚铁磁性
• 1.2 磁性材料
• 1.2.1 铁氧体材料组成
• 1.2.2 铁氧体材料的应用
• 1.2.2.1 在磁共振成象是和生物医学中的应用
• 1.2.2.2 在基因工程中的应用
• 1.2.2.3 在肿瘤热疗中的应用
• 1.2.2.4 在涂料中的应用
• 1.2.2.5 在环境领域的应用
• 1.2.2.6 在催化领域的应用
• 1.2.3 铁氧体种类
• 1.2.3.1 铁氧体纳米材料的制备方法
• 1.2.3.1.1 物理制备方法
• 1.2.3.1.2 化学制备方法
• 1.2.3.2 喷雾热解法
• 1.2.3.2.1 气相法
• 1.2.3.2.2 溶剂热法
• 1.2.3.2.3 溶胶-凝胶法
• 1.2.3.3 磁性纳米复合材料
• 1.2.3.3.1 磁性纳米空心球
• 2复合材料'>1.2.3.3.2 磁性纳米SiO₂复合材料
• 1.2.3.3.3 其他物质的复合材料
• 1.2.3.3.4 铁氧体材料的稀土元素掺杂
• 1.4 论文的立体依据及主要创新点
• 2O₃及其掺杂'>第2章 溶胶-凝胶法制备γ-Fe₂O₃及其掺杂
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2O₃及其掺杂粒子的制备'>2.2.3 γ-Fe₂O₃及其掺杂粒子的制备
• 2.2.4 实验测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2O₃粒子的结果与讨论'>2.3.1 γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 2.3.1.1 XRD分析
• 2.3.1.2 红外光谱分析
• 2.3.1.3 TEM分析
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4 制备条件对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4.1 络合剂对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4.2 酒石酸溶液浓度对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4.3 反应温度对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4.4 不同反应溶剂对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2O₃粒子分散性的影响'>2.3.1.4.5 不同煅烧温度对γ-Fe₂O₃粒子分散性的影响
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论'>2.3.2 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD'>2.3.2.1 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的EDS分析'>2.3.2.2 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的EDS分析
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的形貌'>2.3.2.3 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的形貌
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的磁性性能'>2.3.2.4 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的磁性性能
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论'>2.3.5 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD'>2.3.5.1 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD
• 2.3.5.2 EDS分析
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM'>2.3.5.3 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM
• 2.3.5.4 磁性测试
• 2.4 本章小结
• 2O₃及其掺杂'>第3章 共沉淀法制备γ-Fe₂O₃及其掺杂
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 2O₃及其掺杂粒子的制备'>3.2.3 γ-Fe₂O₃及其掺杂粒子的制备
• 3.2.4 实验测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 2O₃粒子的结果与讨论'>3.3.1 γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 3.3.1.1 XRD分析
• 3.3.1.2 红外光谱分析
• 3.3.1.3 TEM分析
• 3.3.1.4 磁性分析
• 2O₃粒子分散性及形貌的影响'>3.3.1.5 制备条件对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响
• 2O₃粒子分散性及形貌的影响'>3.3.1.5.1 温度对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响
• 2O₃粒子分散性及形貌的影响'>3.3.1.5.2 不同铁源对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响
• 2O₃粒子分散性及形貌的影响'>3.3.1.5.3 不同NaOH用量对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响
• 3用量对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响'>3.3.1.5.4 不同NaNO₃用量对γ-Fe₂O₃粒子分散性及形貌的影响
• 3.3.1.6 中间产物的表征
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论'>3.3.2 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD'>3.3.2.1 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的EDS分析'>3.3.2.2 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的EDS分析
• 2+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM'>3.3.2.3 Co²⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM
• 3.3.2.4 磁性质分析
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论'>3.3.3 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的结果与讨论
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD'>3.3.3.1 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的XRD
• 3.3.3.2 EDS分析
• 3+掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM'>3.3.3.3 Dy³⁺掺杂γ-Fe₂O₃粒子的TEM
• 3.3.3.4 磁性测试
• 2O₃粒子的荧光性'>3.3.4 掺杂γ-Fe₂O₃粒子的荧光性
• 2+的激发与发射光谱'>3.3.4.1 Co²⁺的激发与发射光谱
• 3+的激发与发射光谱'>3.3.4.2 Dy³⁺的激发与发射光谱
• 2O₃颗粒在体外的滞留情况'>3.3.5 磁性γ-Fe₂O₃颗粒在体外的滞留情况
• 3.3.5.1 体外模拟磁流体磁靶向定位实验过程
• 3.3.5.2 标准曲线的绘制
• 3.3.5.3 磁流体制备及不同条件下滞留情况
• 3.3.5.3.1 磁流体制备
• 3.3.5.3.2 不同条件下的滞留情况
• 3.4 本章小结
• 2O₃@CS应用研究'>第4章 γ-Fe₂O₃@CS应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 试剂与仪器
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 2O₃@CS对重金属离子的吸附行为'>4.3 γ-Fe₂O₃@CS对重金属离子的吸附行为
• 2O₃@CS的合成及表征'>4.3.1 γ-Fe₂O₃@CS的合成及表征
• 2O₃@CS的合成'>4.3.1.1 γ-Fe₂O₃@CS的合成
• 2O₃@CS的TEM图'>4.3.1.2 γ-Fe₂O₃@CS的TEM图
• 2O₃@CS的IR图'>4.3.1.3 γ-Fe₂O₃@CS的IR图
• 2+离子的吸附的'>4.3.2 对Cu²⁺离子的吸附的
• 4.3.2.1 标准曲线的绘制
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.2.2 pH对Cu²⁺离子的吸附的影响
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.2.3 反应时间对Cu²⁺离子的吸附的影响
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.2.4 铜溶液初始浓度对Cu²⁺离子的吸附的影响
• 2+离子的吸附'>4.3.3 对Cd²⁺离子的吸附
• 4.3.3.1 标准曲线的绘制
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.3.2 pH对Cd²⁺离子的吸附的影响
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.3.3 反应时间对Cd²⁺离子的吸附的影响
• 2+离子的吸附的影响'>4.3.3.4 铜溶液初始浓度对Cd²⁺离子的吸附的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 全文总结
• 参考文献
• 致谢