磁性纳米复合材料的制备及其性能研究

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磁性纳米粒子具有大的比表面积、高的饱和磁化强度以及表面易修饰等特点,已广泛应用于磁记录材料,磁流体,催化,医药,水处理等领域。磁性纳米颗粒优异的磁性和吸附催化性能可以用于吸附水体中有机染料并进行有效的回收利用,但是单一的磁性粒子容易团聚,在水中无法有效地分散,当前采取的主流方法是将磁性颗粒与大比表面的材料复合,从而起到阻隔粒子团聚的目的。碳球在苛刻环境下具有良好的稳定性;石墨相氮化碳作为半导体光催化剂,不仅原料来源丰富,而且具有可见光响应,一般作为金属及金属氧化物纳米复合材料载体使用,结合了金属/金属氧化物纳米颗粒以及碳球和石墨相氮化碳两者优异的性能,起到增加对目标物的吸附与催化。本论文以四氧化三铁和镍纳米粒子为基础磁性材料合成了碳基及石墨相氮化碳基磁性纳米复合材料,探讨其吸附或光催化分解水中染料的性能。  论文的主要研究内容及结果如下:  1.通过简单一步水热反应路线,以C6H12O6、 FeCl3和FeSO4为反应原料,制备了C@Fe3O4纳米粒子。实验结果表明:Fe3O4纳米粒子被包覆在碳壳内,粒子尺寸范围在6-9nm。C@Fe3O4纳米粒子具有高达51.62 m2/g的比表面积,饱和磁化强度为44.1 emu/g。40分钟就可以将刚果红完全吸附,同时容易磁分离,这可以作为吸附剂用来处理污水和减少自然环境的恶化。最后,考察了铁盐和葡萄糖不同质量比对产物形貌、结晶性能和吸附性能的影响。  2.以高温煅烧尿素获得薄片层疏松g-C3N4,并通过化学共沉淀法成功将Fe3O4纳米粒子均匀负载到g-C3N4纳米片表面。所制备的Fe3O4纳米粒子和Fe3O4/g-C3N4纳米材料都具有顺磁性,Fe3O4/g-C3N4的比表面积高达200.818 m2/g。考察了其可见光下光催化性能及对染料的吸附性能,结果表明:1小时内,Fe3O4/g-C3N4对RhB的光催化效率达92%,对刚果红吸附率为95.5%,可作为光催化剂和吸附剂应用于水处理及环境方面。  3.以水合肼为还原剂,乙二醇为溶剂,氢氧化钠调节溶液碱性,通过化学还原法制备了花状结构的Ni材料。考察了不同溶剂、反应时间、反应温度对产物形貌的影响,并在此基础上提出形成机理。同时也考察了80℃下,三个不同反应时间产物的吸附性能。结果表明:溶剂的种类对产物的形貌和成分的影响很大。提高反应温度与延长反应时间都可以使产物逐渐演变成三维花状结构,并且结晶性更好。与80℃10min和30 min样品相比,2h的花状Ni拥有更高的吸附能力,1h对刚果红的吸附率达84%。  4.通过溶剂热技术合成Ni/g-C3N4二维纳米复合片,Ni纳米粒子粒径在50-80nm。实验结果表明:Ni/g-C3N4纳米复合材料的比表面积要高于Ni纳米颗粒并且两者都为铁磁性。1小时内,Ni/g-C3N4对RhB的光降解及对刚果红吸附率分别达90.3%和97%,高于Ni纳米颗粒。
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