羧甲基-β-環(huán)糊精-Fe3O4納米復(fù)合物的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、環(huán)糊精作為第二代超分子主體化合物，以其獨(dú)特的內(nèi)疏水、外親水的結(jié)構(gòu)，具有分子識別功能，能夠與多種化合物形成主客體包合物。Fe3O4磁性納米粒子除具備納米材料的基本特性外，還兼具優(yōu)良的磁學(xué)性質(zhì)。將環(huán)糊精與磁性納米材料相結(jié)合，形成環(huán)糊精及其衍生物功能化的磁性納米復(fù)合物，可充分利用磁分離技術(shù)和超分子物質(zhì)的功能，在眾多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。本文著重探討了環(huán)糊精功能化的磁性納米復(fù)合物對污染物的吸附性能，主要的研究內(nèi)容如下：
　　第一章：簡

2、述了環(huán)糊精的發(fā)展歷史、環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及改性環(huán)糊精的制備與應(yīng)用；概述了Fe3O4磁性納米粒子的性質(zhì)、制備和改性方法，著重綜述了環(huán)糊精功能化的磁性納米復(fù)合物的研究進(jìn)展，尤其是其在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　第二章：基于SN2取代反應(yīng)制備得到了羧甲基-β-環(huán)糊精（CM-β-CD），并將其與Fe3+，F(xiàn)e2+在堿液中混合均勻，采用共沉淀法，一步反應(yīng)得到了羧甲基-β-環(huán)糊精/Fe3O4磁性納米復(fù)合物（CM-β-CD-MNPs），并分別運(yùn)用透

3、射電子顯微鏡（TEM），傅里葉變換紅外光譜（FTIR），粒度分析儀，熱重分析儀（TGA）及振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）表征了復(fù)合物的形貌、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。TEM測定結(jié)果表明CM-β-CD-MNPs磁性納米復(fù)合物的平均直徑約為12nm。通過 FTIR、TGA及 Zata電位的分析，可以推斷出CM-β-CD已經(jīng)被成功修飾在 MNPs表面，且 CM-β-CD在復(fù)合物中的含量約為33mg/g。VSM的結(jié)果表明 CM-β-CD-MNPs呈超順磁性，可在外

4、加磁場的作用下，迅速與溶液分離。
　　第三章：考察了CM-β-CD-MNPs磁性納米復(fù)合物對羅丹明B的吸附性能。當(dāng)溫度為25℃，pH=6時(shí)，吸附最佳，且吸附在1h時(shí)達(dá)到平衡，準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型能夠更好的模擬CM-β-CD-MNPs的吸附過程。由Langmuir等溫吸附方程計(jì)算得出CM-β-CD-MNPs對羅丹明B的最大吸附量為135.1mg/g，吸附屬于單分子層吸附。CM-β-CD-MNPs有效利用了磁分離技術(shù)和環(huán)糊精對污染物分子的

5、包接作用，有望在染料廢水治理中發(fā)揮重要的作用。
　　第四章：采用一步反應(yīng)法制備得到了交聯(lián)羧甲基-β-環(huán)糊精/Fe3O4磁性納米復(fù)合物（CM-β-CDP-MNPs），并運(yùn)用多種表征手段對MNPs和CM-β-CDP-MNPs進(jìn)行了表征和比較。其中，TEM的表征結(jié)果顯示CM-β-CDP-MNPs的平均粒徑約為12nm。而DLS對二者的流體力學(xué)直徑測定結(jié)果高于TEM測定的平均粒徑，這主要是由于溶劑的影響。通過FTIR、TGA、Zata電位

6、的分析，得出CM-β-CDP被成功修飾在MNPs表面，且CM-β-CDP在復(fù)合物中的含量約為45mg/g。VSM的結(jié)果表明CM-β-CDP-MNPs呈超順磁性，在外加磁場的作用下，能夠迅速被分離。這些研究結(jié)果為磁性納米復(fù)合物的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　第五章：選取間苯二酚和雙酚A作為酚類污染物中的模型分子，考察了CM-β-CDP-MNPs的吸附性能。重點(diǎn)研究了pH值對吸附量的影響，分析了吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線，探究了CM-β-C

7、DP-MNPs的再生循環(huán)利用性能。實(shí)驗(yàn)表明， CM-β-CDP-MNPs對間苯二酚和雙酚A有良好的吸附性能，pH=5時(shí)，吸附量最大。吸附等溫線符合Langmuir等溫吸附模型，且對間苯二酚和雙酚A的最大吸附量分別為114.91mg/g和74.63mg/g。由吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合得到，CM-β-CDP-MNPs的吸附同時(shí)存在著化學(xué)吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程。CM-β-CDP-MNPs磁性納米復(fù)合材料在結(jié)合磁分離和環(huán)糊精的包合作用基礎(chǔ)上，充分增大了