层离蒙脱石和水溶性聚合物界面作用下零价铁纳米颗粒的可控制备及机理研究

摘要

蒙脱石独特的性质使其成为零价铁纳米材料制备过程中最为适宜的载体和分散剂之一，在此类反应中加入水溶性聚合物可进一步提高纳米颗粒的单分散性，增加实用性能。本文通过对PVP、PEI和PAA参与的NaBH4液相还原法制备蒙脱石负载型零价铁纳米颗粒的实验过程进行研究，筛选出分散效果最佳的水溶性聚合物PVP，并对最佳制备条件进行了探索。PVP参与下所制得的产物粒径偏小，性能稳定，更具实用价值。主要研究成果如下:
　　1、PVP参与制备的蒙脱石负载型零价铁纳米颗粒大小较为均匀，具有较高的单分散性，铁颗粒大体呈球状形貌，大多分散在蒙脱石外表面上且分散性较好。铁纳米颗粒本身具有核—壳结构，最外层由PVP包覆，其对纳米颗粒无专项吸附，在颗粒形成初期不造成约束，待晶粒生长稳定后，防止团聚现象发生;次外层为铁氧化物外壳，外壳厚度稳定于3nm，使铁纳米颗粒有着良好的抗氧化性能，能够长时间稳定存在。
　　2、制备过程中PVP所起到的分散作用源于分子链吸附于铁颗粒表面所形成的空间阻碍层以及在碱性制备溶液中PVP分子链在蒙脱石颗粒片层内外的空间阻碍作用。前者防止零价铁纳米颗粒相互吸引团聚，后者使整体荷负电相互排斥的蒙脱石颗粒形成层离卡房结构，并在这种联合分散作用下减小颗粒粒径、提高分散程度。
　　3、制备过程中大分子量的PVP分子链自身之间发生较强相互作用，弱化了对蒙脱石和纳米颗粒的表面吸附行为，而PVP与蒙脱石的相互作用中促进层离卡房结构的形成占主导，较少的低分子量聚合物链更能起到桥连作用稳定卡房结构，且高浓度的还原剂可增加零价铁晶核形成数量，在总量不变的情况下减小粒径。

目录

声明

摘要

引言

一、蒙脱石晶体结构、特性及应用现状

1．1 蒙脱石晶体结构

1．2 蒙脱石特性

1．2．1 晶体化学特性

1．2．2 表面物化特性

1．2．3 胶体化学特性

1．3 蒙脱石应用现状

二、零价铁纳米颗粒制备与表征

2．1 零价铁纳米颗粒制备

2．2 零价铁纳米颗粒表征

三、实验样品采集、预处理及基本理化性质分析

3．1 蒙脱石

3．2 水溶性聚合物

3．2．1 水溶性聚合物概述

3．2．2 PVP、PEI和PAA

四、蒙脱石和水溶性聚合物联合作用下零价铁纳米颗粒制备可行性研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 样品与试剂

4．2．2 实验方法

4．2．3 表征测试

4．3 结果和讨论

4．4 小结

五、蒙脱石和聚乙烯吡咯烷酮界面作用下零价铁纳米颗粒的制备与表征

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 样品与试剂

5．2．2 实验方法

5．2．3 表征测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 单纯铁纳米颗粒

5．3．2 蒙脱石和PVP参与制备的铁纳米颗粒

5．3．3 制备过程中蒙脱石和PVP对铁纳米颗粒性能的影响及机制

5．4 小结

六、层理蒙脱石和聚乙烯吡咯烷酮界面作用对零价铁纳米颗粒性能调控的影响与机理研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 样品与试剂

6．2．2 实验方法

6．2．3 表征测试

6．3 结果和讨论

6．3．1 复合材料制备过程中PVP平均分子量的影响

6．3．2 复合材料制备过程中PVP用量的影响

6．3．3 复合材料制备过程中B／Fe摩尔比值的影响

6．4 小结

七、结论、创新和不足

7．1 结论和创新

7．2 不足

参考文献

致谢