β-环糊精功能化磁性纳米复合材料的制备、表征及应用.pdfVIP

摘 要 摘 要 环糊精以其独特的外亲水、内疏水的结构,可以有选择性地和众多的无机、有机和 生物分子相结合, 形成稳定的主- 客体包合物, 在分析化学、 催化、 药物和生命科学领域 中有占有特殊的重要地位。磁性纳米粒子具有独特的超顺磁性、较大的比表面积、好的 分散性、良好的生物兼容性、催化活性、以及低毒性等性质,在很多领域都有广泛的研 究和应用。利用表面活性剂、无机化合物或者聚合物对磁性粒子进行表面修饰,有助于 提高粒子的稳定性、生物相容性,有利于粒子的进一步修饰和应用。把二者有机的结合 起来形成易分离、可重复利用的多功能性 有机无机杂化的环糊精功能化磁性纳米复合材 料,既保留了磁性纳米粒子的磁性又拥有了超分子的分子识别功能,显示出巨大的应用 潜力。本文主要集中研究了环糊精功能化的磁性纳米复合材料合成、表征、以及在环境 废水处理及催化方面的应用。 本论文分为六章: 第一章:简要介绍了研究磁性纳米粒子背景、特性、制备、表面修饰以及应用;总 结了磁性纳米复合材料的分类、制备、表征手段以及应用;概述了环糊精的特性、分子 识别作用及应用;综述了环糊精功能化磁性纳米复合材料的研究进展情况。 第二章:结合化学共 沉淀法、溶胶- 凝胶法制备了二氧化硅包覆 的 磁性纳米粒子 Fe O @SiO , 经环氧基 硅烷偶联剂对其表面修饰后, 进一步与氨基化的 ?- 环糊精进行开 3 4 2 环缩合反应, 制备了一种新型 ?- 环糊精功能化 磁性纳米复合材料 (CD-GLYMO-MNPs)。 通过 SEM 、TEM 、XRD 、TGA 、VSM 、FTIR 、BET 等技术对材料的 形貌、 磁性、 组成、 结构和比表面积等进行了表征,结果表明:Fe O 磁性纳米粒子粒径 均为~10 nm ,合成 3 4 材料的平均粒径为 200~300 nm , 磁响应性良好, 保持了 Fe O 的尖晶石结构, 环糊精分 3 4 子成功地接枝于磁性纳米粒子表面。 第三章: 以 CD-GLYMO-MNPs 为吸附剂, 系统地研究了其对环境水中六价铬 CrVI 的吸附性能,特别是 CrVI 溶液体 系 pH 值、 温度、初始浓度、共存重金属离子等对材 料 吸 附 性 能 的 影 响 。 结 果 表 明 :CD-GLYMO-MNPs 对 CrVI 的 最 大 饱 和 吸 附 量 为 q 39.53 mg/g ,并可 以在 60 min 中内完全达到吸附平衡。吸附平衡数据符合 Langmuir m 吸附平衡等温式,属于单分子层吸附。吸附动力学研究表明,材料对 CrVI 的吸附行为 遵循准二级速率方程。 CD-GLYMO-MNPs 对 CrVI 的吸附机理涉及 静电相互作用和主客 I 摘 要 体相互作用。 第 四 章 : 以 对 硝 基 苯 酚 (PNP ) 为 模 型 化 合 物 , 运 用 紫 外- 可 见 分 光 光 度 法 研 究 了 CD-GLYMO-MNPs 为 吸附剂对 PNP 的吸附行为, 吸附平衡数据符合 Langmuir 吸附平衡 等 温 式 , 表 明 此 吸 附 剂 对 PNP 的 吸 附 过 程 符 合 单 分 子 层 吸 附 机 理 , 最 大 吸 附 量 为 83.33mg/g 。 本研究为 CD-GLYMO-MNPs 在废水中对 PNP 以及酚类物质的吸附处理应用 提供了一定的理论依据。 第五章:创造性地采 用 CD-GLYMO-MNPs 吸附重金属 CrVI 后的回收材料 (Cr-CD-MNPs )为催化剂,通过 TEM 、VSM 、TGA 、XRD 、FTIR 等对其表征。以苯 甲醇为底物,30% H O 为氧化剂, 详细考察 了其对苯甲醇选择性氧化的催化性能, 探讨 2 2 了各个影响因素(氧化剂用量、反应时间、反应温度、反应体系中加入酸用量、催化剂 用量及溶剂种类等)对催化性能的影响。结果表明:以 30% H O 为 氧化剂,在适量质 2 2 子酸存在下, Cr-CD-MNPs 能有效地选择性催化氧化苯甲醇为苯甲醛。 吸附重金属 CrVI 后材料展示了良好的应用前景,可以实现 “变废为宝 ”的目的。 第六章: 总结 了 ?- 环糊 精及其衍 生物 功能化 磁 性纳米复 合材 料对多 种 客体分子 的 吸 附行为和应 用,并对该材料在其他方面的应用进行了展望。 关键词: 环糊精;Fe O 磁性纳米粒子;合成 表征;环境污染物;吸附 3 4II Abstract Abstract CyclodextrinCD can form stable host-guest inclusion complexes using a hydrophobic inner cavity and a hydrophilic exter