基于静电纺技术的磁性复合纳米材料的制备及其在废水处理中的应用

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Fe304磁性纳米粒子作为磁性纳米材料中的一种,因其自身的超顺磁性、尺寸小以及类过氧化物酶催化性备受研究者青睐。由各种方法制备的磁性复合材料,在生物医药、环境监测及治理等领域都具有广泛的应用前景。目前,制备Fe304磁性复合纳米材料的方法主要有乳液聚合法、原位化学合成法、共混包埋法等。这些方法大都耗时较长、工艺繁琐、制备过程对环境污染较大,因此寻求一种简便、快速、能耗少的制备方法显得尤为必要。作为一种能快速制备连续纳米纤维的技术,静电纺丝技术被广泛用于制备各种纳米纤维。本论文在前人的基础上,借助静电纺丝技术,制备了一种具有催化性能的Fe3O4/PAN复合纳米纤维膜,和具有自组装功能的Fe3O4/CS(壳聚糖)/PVP复合纳米纤维膜,该复合膜能够自组装形成Fe3O4/CS复合纳米粒子。并分别对复合纳米纤维膜和复合纳米粒子在废水处理中的相关应用做了较详细的研究。本论文内容主要包括:(1)采用静电纺丝技术制备出功能型的Fe3O4/PAN复合纳米纤维膜。并采用SEM、FT-IR、XRD、VSM等技术对纤维膜的表面形态、物象组成、磁学性能等进行表征。结果表明纤维膜表面光滑、纤维粗细分布均一Fe304纳米粒子以晶态分布在纤维中,纤维膜具有较好的超顺磁性。(2)以亚甲蓝溶液为模拟废水,研究了Fe3O4/PAN复合纳米纤维对亚甲蓝的降解效果。探讨了Fe3O4/PAN复合纳米纤维对亚甲蓝的最佳降解条件。并在最佳条件下对该复合纳米纤维膜的循环使用能力做了评估。实验结果表明,在pH=6.0、Fe304含量为10%、纤维膜投入量为100mg、H202浓度为15%、温度为70℃、反应时间为300min时,亚甲蓝的降解量最大。而且该复合纳米纤维具有良好的循环使用性能。(3)采用同轴静电纺丝技术首次成功制备出Fe3O4/CS/PVP复合纳米纤维膜。该复合纳米纤维膜能够自组装形成Fe3O4/CS复合纳米粒子。并采用TEM、FT-IR、XRD和VSM等技术对复合纳米粒子的形貌、物象组成、磁性能等进行表征。结果表明复合纳米粒子平均粒径为40nm左右,表面含有丰富的活性基团,具有较好的超顺磁性。(4)以含铜离子溶液为模拟废水,研究了Fe3O4/CS复合纳米粒子对铜离子的吸附性能。探讨了Fe3O4/CS复合纳米粒子对铜离子的最佳吸附条件。并在最佳工艺条件下探讨了该吸附剂的循环使用能力。实验结果表明,在pH=6.0、复合粒子投入量为100mg、初始铜离子浓度为200mg/L反应时间为300min时,铜离子的吸附量最大。而且该复合粒子具有良好的循环使用性能。
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