Fe_3O_4@SiO_2@PAA多层核-壳结构复合微球的制备及吸附染料研究

以溶剂热法合成Fe_3O_4磁性微球,并以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,通过溶胶-凝胶法在Fe_3O_4磁性微球表面包裹SiO_2壳层,利用3-(异丁烯酰氧)三甲氧基硅烷(APTES)对SiO_2壳层进行修饰后,通过交联沉淀聚合法在SiO_2壳层外部合成聚丙烯酸(PAA)层,形成Fe_3O_4@SiO_2@PAA多层核-壳结构复合微球。利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)和热重分析仪(TGA)对合成材料的形貌和结构进行表征,并就多层结构复合微球对染料的吸附性能进行研究。结果显示:制备的Fe_3O_4磁性微球具有良好的水分散性,其表面可分步包裹SiO_2和PAA壳层,形成Fe_3O_4@SiO_2@PAA多层核-壳结构复合微球,该复合微球对罗丹明6G和亚甲基蓝的吸附量分别达到1.04和1.14 mg/g(吸附质量浓度为2.4 mg/L,吸附时间为10 min),表现出良好的染料吸附性能。     

纳米级Fe_3O_4对水中氟的吸附性能研究

采用共沉淀法制备纳米级Fe_3O_4,并研究了其对水中氟的吸附性能。通过透射电镜、X射线衍射等手段对其进行表征,研究了初始氟离子浓度、溶液pH值、吸附剂用量、反应时间等因素对Fe_3O_4吸附水中的氟性能的影响。结果表明:制备的纳米级Fe_3O_4平均粒径为20 nm;当氟离子初始浓度为5 mg/L,溶液pH值为3,吸附剂用量为40 g/L,反应时间为150 min时,氟去除率达到最高为80.03%;纳米级Fe_3O_4材料对氟的吸附等温线符合Freundlich方程,并且吸附动力学符合假二级动力学方程。     

松香基磁性微球的制备及其对Mn~(2+)的吸附研究

以马来松香乙二醇丙烯酸酯作为交联剂,甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯为单体,Fe_3O_4为磁核,通过化学沉淀法及悬浮聚合制备出松香基磁性微球(Fe_3O_4@RPM),并优化了制备条件。分别采用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射和热重等分析手段,对Fe_3O_4@RPM的结构进行表征,并采用静态吸附法,研究了具有菲环骨架的高分子磁性微球吸附Mn2+过程中的热力学和动力学。研究结果表明:制备具有菲环骨架的高分子磁性微球条件为70℃,400 r/min,1 g偶氮二异丁腈为引发剂,反应4 h,此条件下磁性微球含磁23.5%。对Mn2+的吸附符合准二级动力学模型;在实验浓度和温度范围内,吸附热力学研究显示,ΔH0、ΔG0、ΔS0,说明该吸附过程为自发的吸热过程。     

Fe_3O_4@C纳米片超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究

以蔗糖为碳源、Fe(NO_3)_3·9H_2O为活性前体、氯化钠为模板剂,通过简单有效的原位沉积结晶和热解等步骤制备了二维Fe_3O_4@C纳米片,采用多种技术手段对Fe_3O_4@C纳米片的结构进行了表征,并测试了其电化学性能。结构表征结果表明:Fe_3O_4@C纳米片由厚度为纳米级的石墨化C片和嵌插在C层表面尺寸分布均匀的Fe_3O_4纳米颗粒组成; Fe_3O_4@C纳米片厚度小于100 nm,比表面积达255 m~2/g,平均孔径为3.79 nm,Fe_3O_4质量分数为36.98%。电化学性能测试结果表明:Fe_3O_4@C纳米片具有较高的比电容量和优异的倍率性能,1 A/g电流密度下比电容量为436 F/g,20 A/g电流密度下比电容量仍高达332 F/g;但循环稳定性较差,10 A/g下充放电500次后的比电容量为178 F/g,仅有初始比电容量的50.71%。     

生物质炭基磁性固体酸催化剂研究进展

从生物质炭基前驱体和磁性Fe_3O_4材料的制备技术方面综述了国内外生物质炭基磁性固体酸催化剂制备方法。总结了生物质炭基磁性固体酸催化剂的合成技术(吸附作用、负载作用、包埋技术和嫁接技术)和发展状况,着重介绍了化学共沉淀法和水热法制备磁性Fe_3O_4材料及进一步合成生物质炭基磁性固体酸催化剂的生产工艺,并且简述了高温分解法和微乳法制备磁性Fe_3O_4材料及进一步合成生物质炭基磁性固体酸催化剂的现状;阐述了生物质炭基磁性固体酸催化剂催化木质纤维类生物质在水解反应、酯化反应、缩合反应等方面的应用进展。指出了生物质炭基磁性固体酸催化剂下一步的研究方向,并展望了今后的研究重点。     

木质素对H_3PO_4法活性炭孔隙结构的影响

以杨木、落叶松木、麻秆屑为原料,采用乙酸-亚氯酸钠法对原料进行脱木质素处理,研究木质素对H3PO4法活性炭孔隙结构的影响。通过物理吸附仪测定活性炭的比表面积和孔结构,利用碘值和亚甲基蓝吸附分析其吸附性能;采用TG/DTG分析原料去除木质素前后热解过程。结果表明,除去木质素后活性炭的比表面积、总孔容、外表面积变小;微孔孔容、微孔比表面积增加,木质素的去除有利于微孔的形成;碘吸附量增加,亚甲基蓝吸附量下降。除去木质素后的原料耐热性和热稳定性均下降。     

超疏水磁性纤维素气凝胶的制备及其吸油性能

以水溶性的甲基纤维素和磁性Fe_3O_4纳米粒子为原料,经过共混、环氧氯丙烷交联及冷冻干燥等过程制备了磁性纤维素气凝胶,并进一步以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)为改性剂,通过化学气相沉积法对气凝胶进行改性,得到超疏水磁性纤维素气凝胶材料。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和光学接触角测量仪对气凝胶的结构性能进行表征分析,结果表明所制备的气凝胶具有三维贯通的多孔网络结构,表面改性没有改变气凝胶的微观结构;经HDTMS修饰后的磁性纤维素气凝胶具有超疏水和超亲油性能(水接触角为150.4°,油接触角为0°)。气凝胶展现出良好的油/水选择性和较高的油吸附能力,对多种油品和有机溶剂的吸附量达到45～98 g/g;吸油后的气凝胶可通过磁铁快速回收。气凝胶具有可多次循环使用的性能,循环使用30次后吸附能力仍然保持在80%以上,可以通过简单的力学挤压把吸附的油挤出来,使得废油的回收利用过程变得简单,同时也有利于节约吸附材料,降低油水分离成本。     

太阳光催化木质素制备银纳米颗粒

以蔗渣制浆黑液木质素为原料,制备出可稳定分散在水溶液中的木质素纳米颗粒,再以木质素纳米颗粒为还原剂和稳定剂,在太阳光的催化下,将Ag~+还原成形貌、粒径均一的银纳米颗粒(AgNPs)。研究显示:AgNPs最佳制备工艺为AgNO_3浓度25 mmol/L、木质素纳米颗粒悬浮液质量浓度100 g/L、光照时间10 min,光照强度(900±100) W/m~2,此条件下制备的AgNPs直径为15.3 nm。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及元素面分布等结果表明AgNPs被木质素包裹着,木质素上的电负性基团赋予AgNPs表面丰富的负电荷,其Zeta电位为-24 mV,由于双电层的排斥作用,阻碍了AgNPs的聚沉,使得AgNPs能够在水溶液中稳定存在。     

木质素对H3PO4法活性炭孔隙结构的影响

以杨木、落叶松木、麻秆屑为原料,采用乙酸-亚氯酸钠法对原料进行脱木质素处理,研究木质素对H3PO4法活性炭孔隙结构的影响.通过物理吸附仪测定活性炭的比表面积和孔结构,利用碘值和亚甲基蓝吸附分析其吸附性能;采用TG/DTG分析原料去除木质素前后热解过程.结果表明,除去木质素后活性炭的比表面积、总孔容、外表面积变小;微孔孔...     

浸渍法制备磁性木材的磁性和电磁波吸收性能

研究了通过浸渍法制得的磁性木材产物不同部位对产物中磁性物质的分布、磁性和电磁波吸收性能的影响。利用金属盐离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点,将经过预处理的木材先后浸渍于三价铁和二价铁的混合溶液以及氨水溶液中,通过化学共沉淀的方法在木材中原位制备Fe_3O_4纳米颗粒,从而得到磁性木材。对样品成分和结构进行红外光谱和X射线衍射光谱分析;将环境扫描电子显微镜与EDS mapping模式联用研究样品中磁性颗粒的分布;使用振动样品磁强计对所得样品的磁性进行了测量;并使用网络矢量分析仪对杨木试样的电磁波吸收能力进行了测试。铁盐浸渍液中Fe~(3+)和Fe~(2+)的物质的量之比为2∶1,氨水质量分数为25%,浸渍液通过导管传输和纹孔渗透两种方式进入木材内部,最终生成磁性颗粒。磁性颗粒的粒径在13 nm左右,磁性木材不同部位的铁含量按照角、边和中心的顺序依次递减,角部位的磁性强度最高,为24.75 emu/g,而中心部位仅为1.64 emu/g。同时,不同部位的磁矫顽力均较大,分别为137.60(中心),28.15(边)和10.11 Oe(角),表明制得的磁性木材改变了原来磁性颗粒(Fe_3O_4)的软磁性特征,为硬磁材料。此外,它们在5.0 GHz处的电磁波吸波强度分别为-0.63(中心),-3.93(边)和-17.12 d B(角)。采用铁盐与氨水逐步浸渍和原位共沉淀的方法可以成功制备磁性木材。在固定的浸渍液配比浓度和铁盐浸渍时间下,磁性木材内部不同部位所含磁性颗粒的量按中心、边和角的顺序逐渐增加,分布更加均匀,相应的磁性逐渐增强。同时,制得的磁性木材为硬磁材料,但从磁性木材的中心部位到边和角部位呈现出向软磁材料转变的趋势。而制得的磁性木材不同部位电磁波吸收性能按中心、边和角的顺序逐渐增强。铁盐浸渍6 d得到的3 mm厚磁性木材的角部位电磁波吸收能力最强,且对5.0 GHz波段的电磁波吸收性能满足吸波材料的要求。     

磷酸活化法制备纤维素基颗粒活性炭

以微晶纤维素为原料,在不添加黏结剂的条件下,采用磷酸活化法制备纤维素基颗粒活性炭。分析了捏合过程和炭活化工艺对活性炭耐磨强度、吸附性能和孔隙结构的影响。研究结果表明,炭活化温度的升高及保温时间的延长有利于颗粒活性炭强度的提高;随着浸渍比值的升高,颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积、总孔容积、微孔容积和中孔容积均呈不断上升的趋势;浸渍比值较小,较细微孔结构发达,浸渍比值较大,较大微孔结构发达。在较佳的工艺条件下:捏合温度150℃,浸渍比值1.25,捏合时间55 min,炭活化温度450℃和保温时间1.0 h,制得颗粒活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、强度、比表面积、总孔容积、微孔容积、中孔容积和平均孔径分别为896.6 mg/g、131.3 mg/g、94.69%、1 377.3 m2/g、1.083 cm3/g、0.514 cm3/g、0.569 cm3/g和3.14 nm。     

二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵的合成及性能研究

以麦草碱木质素为原料通过Mannich和磺化反应合成了二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵(DBSLAC)两性表面活性剂,表征了其结构,考察其在不同pH值溶液中溶解性,并以铜离子为模拟废水考察了其吸附性能,以酸性黑(ATT)和亚甲基蓝为模拟染料废水考察了其絮凝性能。结果表明:傅里叶红外光谱(FT-IR)证明产物中含有季铵根和磺酸根的化学结构,DBSLAC含氮量2.34%。DBSLAC两性表面活性剂对Cu2+的吸附平衡符合Freundlich等温方程,并且在20 mL Cu2+溶液的初始质量浓度为100 mg/L,投加量0.002 g、pH值5.5和吸附时间2 h的条件下对Cu2+的吸附效果最佳,吸附量达262.34 mg/g;在20 mL染料溶液中,对酸性黑ATT(阴离子染料)的絮凝效果在投加量0.03 g、pH值2和染料质量浓度为0.1 g/L时最佳,最大脱色率75.41%;对亚甲基蓝(阳离子染料)的絮凝效果在投加量0.3 g、pH值9和染料质量浓度为0.1 g/L时最佳,最大脱色率97.87%,结果表明DBSLAC可用作重金属离子吸附剂和染料絮凝剂。     

氮掺杂木质素基活性炭的制备、表征及其吸附性能研究

以碱木质素(AL)作为原料，KOH为活化剂，壳聚糖(CS)为氮源制备氮掺杂木质素基活性炭(N-LAC),采用SEM、XPS和N₂吸附-脱附等温线等方法对活性炭的结构进行表征，并考察了N-LAC对甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能。研究结果表明：N-LAC主要由微孔构成，掺氮增大了木质素基活性炭(LAC)的表面孔隙，在制备条件为KOH与AL质量比2∶1、CS添加量(以碱木质素质量计)30%、活化温度800℃、活化时间2 h时，N-LAC的比表面积为1 457.79 m²/g,总孔容为0.789 cm³/g,微孔孔容为0.612 cm³/g,平均孔径为2.165 nm。N-LAC中氮元素主要以吡咯型氮(N-5)和吡啶型氮(N-6)形式存在，氮的掺杂会降低活性炭的石墨化程度。N-LAC吸附MO和MB的吸附动力学结果表明：N-LAC吸附MO符合粒内扩散模型，以表面吸附为主；N-LAC吸附MB符合准二级动力学模型。     

大豆蛋白基复合凝胶球对亚甲基蓝的吸附研究

以绿色天然高分子大豆蛋白和海藻酸钠为原料，采用双交联技术，制备了大豆蛋白基复合凝胶球。采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、Zeta电位分析、傅立叶变换红外光普（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）表征了大豆蛋白基复合凝胶球组成和微观结构，并进一步研究了其对亚甲基蓝染料吸附性能。结果表明：大豆蛋白基复合凝胶球为多孔纳米结构，凝胶球表面Zeta电位随溶液环境pH值升高降低，弱碱性环境（pH=8）有利于吸附带正电荷亚甲基蓝染料分子。大豆蛋白基复合凝胶球对亚甲基蓝具有优良的吸附能力，最大脱除效率可达91%，吸附行为符合准二级动力学模型和langmuir等温吸附模型。Langmuir吸附模型计算出的最大吸附容量可达596 mg/g。大豆蛋白基复合凝胶球表现出良好的再生循环使用性能。     

高锰酸钾改性汉麻秆芯对亚甲基蓝吸附性能的研究

以汉麻秆芯(HP)为原料,通过高锰酸钾对其进行氧化改性制备高锰酸改性汉麻秆芯(K-HP),并研究改性前后汉麻秆芯对亚甲基蓝染料的吸附性能,探讨了溶液初始质量浓度、吸附时间、吸附温度和溶液pH值对其吸附性能的影响。结果表明:经高锰酸钾改性后,汉麻秆芯中引入了新的Mn—O键,部分羟基被氧化成羧基,但汉麻秆芯的颗粒尺寸结构没有变化;汉麻秆芯的吸附量随亚甲基蓝溶液初始质量浓度的增加而升高,但染料去除率随之降低;当吸附温度为25℃,pH值为5,在10 m L亚甲基蓝溶液中添加0.010 0 g吸附剂时,HP的最大吸附量达71 mg/g,吸附平衡时间为30 min,K-HP最大吸附量增加到199 mg/g,吸附平衡时间为60 min; HP和K-HP对亚甲基蓝的吸附性能在25～45℃范围内不受影响,最优pH值为5;等温吸附模型拟合结果表明:HP和K-HP的吸附过程符合Langmuir模型,说明吸附过程为理想的单分子层吸附;动力学吸附模型拟合结果表明:HP和K-HP的吸附过程符合准二级动力学模型,说明吸附速率主要受化学吸附机理控制。     

沙柳活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学和吸附等温线研究

为了提高沙柳的利用价值,获得一种成本低、性能好的活性炭,采用化学活化法,使用3种不同的活化剂制备沙柳活性炭,并研究其对亚甲基蓝溶液的吸附性能,探讨了活化温度、时间和p H值对亚甲基蓝吸附的影响,重点研究了不同活化剂制备沙柳活性炭的工艺条件以及沙柳活性炭吸附亚甲基蓝溶液的吸附等温线和吸附动力学曲线。研究结果表明:不同活化剂制备的活性炭其对亚甲基蓝的吸附量不同,其中氢氧化钾为活化剂时吸附量最大(519.63 mg/g),磷酸次之(347.13 mg/g),氯化锌最小(323.45 mg/g)。沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的吸附行为符合二级反应速率方程所描述的规律和Langmuir吸附等温式,p H值和温度的升高有利于吸附的进行。     

磁性分子印迹聚合物的制备及其对1,2,3,4,6-五没食子酰葡萄糖的吸附性能

采用沉淀聚合法，以Fe₃O₄纳米颗粒为载体，1,2,3,4,6-五没食子酰葡萄糖(PGG)为模板分子，丙烯酰胺(AM)为功能单体，制备了PGG磁性分子印迹聚合物(MIPS)和磁性非印迹聚合物(NIPS,不加PGG),表征了其形貌和结构，并考察了其对PGG的吸附性能。SEM、TEM、FT-IR和XRD分析结果表明：MIPS是以Fe₃O₄为核心的外层包有SiO₂,表面密布孔穴的球形纳米颗粒。磁学性质分析发现：MIPS具有良好的顺磁性，在外加磁场下能够实现分离。吸附性能研究结果表明：MIPS对PGG的吸附能力明显强于NIPS;MIPS对PGG的吸附过程比较符合Langmuir等温吸附模型，最大吸附量为67.02 mg/g; MIPS对PGG的吸附过程非常符合准二级动力学模型。在MIPS的重复利用性能实验中，其吸附第5次的吸附量为53.16 mg/g,仍能达到第1次使用时的吸附量的83.78%,表明MIPS的重复使用性能较好。     

麦草碱木质素三甲基季铵盐对酸性染料溶液的絮凝性能影响

以从造纸黑液中提取的麦草碱木质素为原料,通过曼尼希反应合成麦草碱木质素三甲基季铵盐,以脱色率为指标检测其对酸性黑ATT、酸性橙GG和酸性红B的絮凝性能。实验结果表明:对于0.1 g/l酸性黑ATT溶液,pH为2,麦草碱木质素三甲基季铵盐使用浓度在0～3 500 mg/l范围内时,脱色率随浓度增大而升高;麦草碱木质素三甲基季铵盐使用浓度为2 884 mg/l时,在pH为1～4范围内,脱色率随pH降低而增加。酸性橙GG和酸性红B也有类似的规律。由上述结论结合麦草碱木质素三甲基季铵盐和酸性染料的结构特点,认为絮凝过程先是麦草碱木质素三甲基季铵盐中的铵离子与酸性染料中的磺酸根之间氢键吸引,然后染料间产生"架桥"现象,具有三维网状结构的碱木质素分子继续网捕和卷扫脱除染料。     

CMC@PANI复合材料的仿生制备及其对水中染料的高效吸附

以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为原料,以氯化血红素(Hemin)为催化剂,利用仿生体系聚合苯胺,制备得到纤维素基聚苯胺(CMC@PANI)复合材料。考察了不同制备条件对CMC@PANI产品得率及甲基橙(MO)吸附去除率的影响,表征了吸附材料形貌等结构特征,并分析了复合材料对水中染料的吸附性能。结果表明:CMC@PANI的优化制备条件为25℃时,在200 m L pH值为4的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中,CMC-Na质量浓度2.5 g/L,苯胺与CMC-Na质量比值为1.8,Hemin用量为0.10 g/L,H_2O_2用量0.072 mol/L,HCl用量0.9 mol/L。此条件下,每克苯胺原料可得到约0.7 g CMC@PANI复合材料。扫描电镜、比表面积、红外光谱分析结果表明,该制备方法实现了CMC-Na和PANI的相互负载,产品粒径为0.5~10μm,表面粗糙,BET比表面积为19.96 m~2/g。最优工艺条件下制备的CMC@PANI对20 mg/L的阴离子染料MO在30 min时达到吸附平衡,去除率可达98%以上,最大吸附容量达到294.12 mg/g;对20 mg/L的阳离子染料罗丹明(Rh B)在180 min时去除率可达89.8%,明显优于PANI的吸附效果(68.0%)。可见,采用Hemin催化的绿色仿生工艺制备的CMC@PANI复合材料是一种比较理想的新型吸附材料。     

芬顿氧化法降解水溶液中甲基橙的研究

进行了芬顿体系催化氧化降解染料甲基橙水溶液的研究,考察了pH值、Fe~(2+)和H_2O_2投加量、温度等因素在对甲基橙降解率的影响。结果表明:在室温20℃下,pH=3.0、[Fe~(2+)]0=0.4mmol/L、[H_2O_2]0=1.2mmol/L的条件下,反应30min后,甲基橙水溶液(30mg/L)的降解率达到90%。升高反应温度,有利于Fenton体系中甲基橙的降解,但影响并不显著。结果可为利用芬顿体系处理含甲基橙的印染废水提供理论依据。