软硬磁纳米复合BaFe12O19/α-Fe微米纤维的制备、结构、特性及其应用研究

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近年来,一维纳米复合软硬磁材料在磁记录、永磁材料、磁流体、催化、电磁波吸收以及生物医学等方面的应用受到科学家的高度关注。本文以金属盐和有机羧酸为原料,采用有机凝胶—热还原法,成功制备了纳米复合BaFe12O19/α-Fe微米纤维,利用FTIR、XRD、SEM、TEM、VSM、UV、BET、NA、ICP-AES等分析手段,研究了纳米复合BaFe12O19/α-Fe微米纤维的制各工艺、微观结构、磁性能、吸波性能、药物负载性能以及重金属和染料吸附性能,得到如下主要创新结果:   1)采用有机凝胶—热还原法,对BaFe12O19/α-Fe2O3前驱体复合纤维在375℃还原1h成功制备出纳米复合BaFe12O19/α-Fe微米纤维,该纤维由六角片状BaFe12O19和立方状α-Fe纳米晶构筑,纤维直径分布在1~5μm之间,表面具有多孔结构,孔径约为50~150nm。这一方法可用来制备其他类似的二相纳米复合材料。   2)BaFe12O19/α-Fe微米纤维的磁性能与其软/硬磁质量比密切相关。经375℃还原1h得到的软/硬质量比为1/2的BaFe12O19/α-Fe复合纤维的饱和磁化强度为73.9Am2/Kg,矫顽力81.6kA/m,剩磁为34.2Am2/Kg。此外,还观察到BaFe12O19/α-Fe复合纤维内部存在明显的交换耦合作用。   3)与同类吸波材料相比,BaFe12O19/α-Fe复合微米纤维表现出优良的微波吸收性能,其吸波性能受软/硬磁质量比及吸收层厚度的影响。当软/硬磁质量比为1/6,吸收层厚度为2.5mm时,BaFe12O19/α-Fe微米纤维具有最佳吸波性能,最小反射率为-29.7dB(13.5GHz),反射率小于-10dB的频带覆盖了整个Ku波段。基于BaFe12O19/α-Fe微米纤维设计的三层结构吸波体具有更好的吸波性能,可以满足高性能吸波材料“薄、轻、宽、高”的要求。   4)BaFe12O19/α-Fe微米纤维具有良好的姜黄素和牛血清蛋白负载特性,可以用作药物载体,在生物医药领域具有潜在的应用前景。   5)BaFe12O19/α-Fe微米纤维对As(V)、刚果红和甲基蓝表现出较高的吸附能力。在pH为7,剂量为1.8g/L,经5次循环吸附后,As(V)、刚果红和甲基蓝的去除效率仍高达90%左右。因此,BaFe12O19/α-Fe微米纤维可以作为一种快速、便捷、高效的吸附剂,用于去除废水中的重金属离子及染料分子。
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