Fe3O4微球的溶剂热合成、改性及吸附、催化性能研究

摘要

磁性材料被广泛应用于吸附、催化、药物传递等领域，是近年来的研究热点；然而同时具备良好的吸附和催化性能的磁性多功能材料却相对较少。本文首先优化了溶剂热法合成Fe3O4的工艺参数，成功制备了粒径约0.34μm的单分散Fe3O4磁性微球；以此为基础，成功合成出环氧氯丙烷(ECH)原位改性的Fe3O4磁性微球，并将其应用于吸附Cu2+和催化苯甲醇选择性氧化研究，结果表明ECH改性后的Fe3O4磁性微球表现出良好的吸附、催化性能。主要研究内容和结果如下：
　　1.考察不同因素对溶剂热法合成单分散 Fe3O4磁性微球的影响，得到了溶剂热法合成Fe3O4磁性微球的优化配方，即将FeCl3·6H2O溶解于9 mL乙二醇中，再加入NaOAc搅拌均匀后，密封在198 oC下反应14 h，洗涤干燥后得到固体产物。XRD、SEM、VSM表征所得产物粒子为纯Fe3O4磁性微球(0.36?m)，可应用于磁分离技术。该配方显著降低了制备成本及有机废弃物的排放。
　　2.采用一步法成功合成出ECH原位改性的Fe3O4磁性微球，XRD、SEM、VSM表征ECH改性后的产物为纯Fe3O4磁性微球。将ECH改性Fe3O4应用于吸附Cu2+研究，发现当ECH/Fe的初始摩尔比为0.8时，对应ECH改性Fe3O4对Cu2+的吸附量最大(17.5 mg·g-1)，且循环使用7次后仍然保持90％以上的初始吸附量，吸附时加入2.5 wt% NaCl可以明显提高Cu2+的吸附量(28.5 mg·g-1)。该吸附过程的表观活化能为14.7 kJ·mol-1；虽然该吸附过程吸热11.8 kJ·mol-1，但由于熵值增加了56.8 J·mol-1·K-1，使该吸附过程的吉布斯自由能减小，表明该吸附过程可以自发进行。
　　3.将Fe3O4磁性微球应用于催化H2O2选择性氧化苯甲醇研究，发现与空白Fe3O4相比，ECH改性 Fe3O4具有更高的催化活性(苯甲醛产率分别为8%和34%)。使用后的ECH改性Fe3O4可通过磁性分离回收，经过NaBH4还原和ECH再次改性后，循环使用5次后催化效果依然没有降低。通过密度泛函理论计算和H2O2分解动力学研究表明，ECH改性Fe3O4通过氢键作用促进H2O2在Fe3O4表面的吸附，使Fe3O4与H2O2分子之间的碰撞频率提升了10个数量级，这有助于H2O2分解产生·OH，将苯甲醇选择性氧化为苯甲醛。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 Fe3O4概述

1.2 Fe3O4的合成方法

1.3 Fe3O4的应用

1.4本论文的研究意义和研究内容

第2章 溶剂热法合成Fe3O4磁性微球

2.1引言

2.2实验方法

2.3实验结果与讨论

2.4本章小结

第3章 改性Fe3O4对Cu2+的吸附性能研究

3.1引言

3.2实验方法

3.3实验结果与讨论

3.4本章小结

第4章 Fe3O4催化苯甲醇选择性氧化研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3实验结果与讨论

4.4本章小结

第5章 全文总结及展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

攻读硕士期间已发表论文

致谢