磁性雙介孔球炭的合成及吸附性能研究.pdf

1、介孔炭材料具有介孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布集中、高比表面積、大孔容及無(wú)生理毒性等特性，在吸附、催化、氣體分離、藥物傳輸及電化學(xué)能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。但是介孔炭粉末很難從溶液中分離出來(lái)，而傳統(tǒng)的分離方法涉及過(guò)濾或離心過(guò)程，這些分離方法都比較復(fù)雜，另一方面介孔炭的孔徑不夠大，這些都限制了介孔炭的應(yīng)用范圍。
　　本研究以糠醇為炭源，F(xiàn)e(NO3)2·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O及Fe(NO3)2·9H2O和Ni(NO3)2·6H2

2、O混合物為磁源，SiO2納米微粒為模板，采用原位一鍋法合成了一系列鐵磁性雙介孔球炭，鎳磁性雙介孔球炭，鐵鎳磁性雙介孔球炭，氨化鐵磁性雙介孔球炭；用X射線衍射儀、比表面積分析儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、綜合物性測(cè)量系統(tǒng)、拉曼光譜儀、紅外分光光度計(jì)對(duì)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)、飽和磁化強(qiáng)度及形貌進(jìn)行表征；同時(shí)選用大分子蛋白藥物（牛血清白蛋白）、染料污染物（亞甲基藍(lán)、酸性紅114）和致畸劑（維甲酸）為模型分子研究所合成的磁性雙介孔球炭對(duì)這些模型分子的

3、吸附行為。旨在為磁性雙介孔球炭材料的吸附性能在小分子和大分子中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。具體如下：
　　（1）鐵磁性雙介孔球炭合成：以Fe(NO3)3·9H2O為磁性前軀體，SiO2納米微粒為硅源，糠醇為炭源，采用原位一鍋法合成了鐵磁性雙介孔球炭，用一系列表征手段對(duì)炭材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明：Fe(NO3)3·9H2O的用量影響著炭材料的形態(tài)、孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁性性質(zhì)；鐵磁性雙介孔球炭孔徑大約集中在8nm和27nm，比表面積和孔容隨著Fe(N

4、O3)3·9H2O用量的增多而變??；飽和磁化強(qiáng)度隨著Fe(NO3)3·9H2O用量的增多而增強(qiáng)；從SEM看出炭材料呈現(xiàn)出球形特征，粒徑在15-20um；并氨化修飾鐵磁性雙介孔球炭，通過(guò)紅外光譜分析乙二胺成功的嫁接到鐵磁性雙介孔球炭上；SEM和氮?dú)馕奖砻靼被揎椇蟮奶咳詾榍蛐涡螤?，具有雙介孔結(jié)構(gòu)。
　?。?）鎳磁性雙介孔球炭的合成：用原位一鍋法，以Ni(NO3)2·6H2O為磁性前驅(qū)體，SiO2納米微球?yàn)楣柙?，糠醇為炭源合成了鎳?/p>

5、性雙介孔球炭。用一系列表征手段對(duì)炭材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明：Ni(NO3)2·6H2O的用量影響著炭材料的形態(tài)，孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，磁性性質(zhì)，炭材料為球形特征，粒徑大約為16μm；鎳磁性雙介孔球炭孔徑大約集中在9nm和27nm，比表面積和孔容隨著Ni(NO3)2·6H2O的增多而減??；磁化曲線表明飽和磁化強(qiáng)度隨Ni(NO3)2·6H2O用量的增多而增強(qiáng)。
　?。?）鐵鎳磁性雙介孔球炭的合成：同樣用原位一鍋法，以Fe(NO3)3·9H2O和N

6、i(NO3)2·6H2O為磁性前驅(qū)體，SiO2納米微球?yàn)楣柙矗反紴樘吭春铣闪髓F鎳磁性雙介孔球炭，用一系列表征手段對(duì)炭材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明：鐵鎳磁性雙介孔球炭孔徑大約集中在9nm和27nm，比表面積和孔容隨著Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O用量的增多而減??；SEM看出炭材料呈現(xiàn)出球形形狀，粒徑在10um到30um之間；飽和磁化強(qiáng)度隨磁性前驅(qū)體用量的減少而變?nèi)酰梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整磁性前驅(qū)體的用量來(lái)改變炭材料的飽和磁化強(qiáng)度

7、。
　?。?）鐵磁性雙介孔球炭對(duì)牛血清白蛋白的吸附：以牛血清白蛋白為模型蛋白，首次考察了鐵磁性雙介孔球炭對(duì)牛血清白蛋白的吸附行為。結(jié)果表明：磁性前驅(qū)體的用量，溶液的pH值和離子強(qiáng)度影響著牛血清白蛋白的吸附量。吸附量隨磁性前驅(qū)體的增多而減小，分別為591、538、465mg/g；鐵磁性雙介孔球炭在pH=4.7時(shí)吸附量最大，這是溶液中的pH值在等電點(diǎn)時(shí)牛血清白蛋白靜電引力與靜電斥力都消失的緣故；NaCl濃度為1M時(shí)，吸附量最大，這是由

8、于NaCl濃度超過(guò)1M時(shí)，牛血清白蛋白形成大的聚集體不能被吸附到8nm的孔道內(nèi)并且堵塞孔道。用Sips方程:此處公式省略對(duì)牛血清白蛋白的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到吸附量qm，平衡常數(shù)K，回歸系數(shù)m等參數(shù)。
　　（5）鎳磁性雙介孔球炭對(duì)亞甲基藍(lán)與酸性紅114的吸附：以亞甲基藍(lán)與酸性紅114為模型染料污染物，首次考察了鎳磁性雙介孔球炭對(duì)亞甲基藍(lán)與酸性紅114的吸附行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：炭材料對(duì)染料有良好的吸附性能；吸附量隨著Ni(NO3)2

9、·6H2O用量的增多而減??；同種鎳磁性雙介孔球炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量比酸性紅114的吸附量大，這是因?yàn)閬喖谆{(lán)比酸性紅114的分子尺寸、分子量和分子體積都小，而且在近中性水溶液中，鎳磁性雙介孔球炭與亞甲基藍(lán)帶相反電荷，具有相互吸引力。用準(zhǔn)二級(jí)方程：此處公式省略對(duì)亞甲基藍(lán)，酸性紅114的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到吸附量qm，吸附速率常數(shù)k，結(jié)果表明，qm和k值隨著比表面積，孔容的增大而增大。
　　（6）鐵鎳磁性雙介孔球炭對(duì)維甲酸的吸附：以

10、維甲酸為模型致畸劑，首次考察了鐵鎳磁性雙介孔球炭對(duì)維甲酸的吸附行為。結(jié)果表明：維甲酸的吸附量隨Fe(NO3)3·9H2O和 Ni(NO3)2·6H2O的增多而減小；維甲酸的吸附量隨著濃度的增大和時(shí)間的推移逐漸增大直至飽和，主要是因?yàn)槿芤褐信c介孔炭中的維甲酸濃度差從較大到較小，并且維甲酸從在炭球的表面吸附到在炭孔道的內(nèi)部吸附，這些都使得吸附速率減小，最終達(dá)到飽和吸附。并提出用q=qmkt/(1+kt)方程對(duì)維甲酸的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合獲得初始

11、吸附速率常數(shù)k和吸附量qm。結(jié)果表明k和qm值隨著比表面積、孔容的增大而增大。
　　本研究創(chuàng)新點(diǎn)在于首次采用原位一鍋法合成出鐵磁性雙介孔球炭，鎳磁性雙介孔球炭，鐵鎳磁性雙介孔球炭，合成過(guò)程不需要額外的浸漬和硅模板的合成過(guò)程，簡(jiǎn)化了合成步驟；合成的炭材料具有雙介孔及球形特征，極大的提高了比表面積和孔容，對(duì)藥物呈現(xiàn)出更高的吸附性能。
　　本研究部分內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)廣東省科技成果鑒定（粵科鑒字[2013]40號(hào)），并獲得2013年度廣