一种便捷方法制备表面氨基化的超顺磁Fe3O4纳米粒子

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微波水热法制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子

微波水热法制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子李冬梅;徐光亮;熊坤;丁宇【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2008(27)7【摘要】采用微波水热法制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子,讨论了[Fe3+]/[Fe2+]、晶化温度、晶化时间、pH值4因素对平均粒度大小的影响,探索Fe3O4纳米粒子的最佳制备条件,在该基础上采用油酸对其进行表面改性.利用XRD、FT-IR、TEM 和VSM对Fe3O4纳米粒子的结构、形貌、磁性能进行表征.结果表明,改性后的纳米Fe3O4粒子为粒度均匀的球形,具有良好的分散性,平均粒径约8 nm;该产物具有超顺磁性,饱和磁化强度为61.8 emu/g.【总页数】5页(P1056-1060)【作者】李冬梅;徐光亮;熊坤;丁宇【作者单位】西南科技大学材料科学与工程学院,新材料研究所,四川,绵阳,621010;西南科技大学材料科学与工程学院,新材料研究所,四川,绵阳,621010;西南科技大学材料科学与工程学院,新材料研究所,四川,绵阳,621010;西南科技大学材料科学与工程学院,新材料研究所,四川,绵阳,621010【正文语种】中文【中图分类】TQ138.1【相关文献】1.制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子的研究进展 [J], 李冬梅;徐光亮2.硅钨酸光催化还原制备超顺磁性的Fe3O4纳米粒子 [J], 王润霞;周建庆;李国喜3.超顺磁性Fe3O4纳米粒子的制备和表征 [J], 文德;刘妙丽;李强林4.P(AA-co-MPC)修饰超顺磁性Fe3O4纳米粒子的制备与表征 [J], 桑冀蒙;李学平;赵瑾;侯信;原续波5.2种超顺磁性Fe3O4纳米粒子的制备及其对大鼠肺部的急性毒性效应 [J], 田明达;罗聪;朱朝敏;龚梦嘉;谢鸿蒙;毕杨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

溶剂热法制备羧基化超顺磁性Fe3O4纳米颗粒及其磁致变色研究

文章编号:1001-9731(2021)01-01026-07溶剂热法制备羧基化超顺磁性F e3O4纳米颗粒及其磁致变色研究*许培俊1,2,冯鑫1,王临江1,孟帅1,郭新良2,高尚林3(1.长安大学材料科学与工程学院,西安710064;2.云南省电网有限责任公司电力科学研究院,昆明650217;3.德国G Z D公司,德累斯顿01187)摘要:超顺磁性F e3O4纳米颗粒兼具磁性材料和纳米材料的独特优势,作为一种功能材料广泛应用于信息存储㊁催化剂㊁磁流体㊁生物医药等领域㊂以六水合三氯化铁和乙酸钠作为原料㊁乙二醇作为分散介质㊁柠檬酸三钠作为表面活性剂,采用溶剂热法制备超顺磁性F e3O4纳米颗粒,研究反应时间㊁表面活性剂浓度对F e3O4纳米颗粒粒径和形貌的影响㊂通过X射线衍射仪(X R D)㊁红外光谱仪㊁同步热分析仪㊁Z e t a电位仪㊁扫描电子显微镜(S E M)㊁振动样品磁强计(V S M)等方式表征F e3O4纳米颗粒的结构和物相组成㊂结果表明,表面活性剂柠檬酸三钠中的活性基团,键合至F e3O4纳米颗粒表面提高其分散性和稳定性;F e3O4纳米颗粒的粒径随反应时间的延长和表面活性剂浓度的增加逐渐减小;超顺磁性F e3O4纳米颗粒在磁诱导吸引力和静电斥力的平衡作用下周期性排列形成光子晶体㊂同时,随着外加磁场强度逐渐减小,F e3O4光子晶体反射峰发生红移,向长波长方向移动㊂关键词: F e3O4纳米颗粒;超顺磁性;溶剂热法;表面修饰;磁致变色中图分类号: T B34,O482.52+2文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0050引言与其他纳米材料一样,F e3O4纳米颗粒的表面原子数㊁比表面积和表面能随着粒径的减小逐渐增加,结构单元之间也存在着或强或弱的相互作用,因此F e3O4纳米颗粒具有表面与界面效应㊁小尺寸效应和宏观量子隧道效应等㊂基于以上特性,F e3O4纳米颗粒呈现出更为优良的电磁㊁力学㊁热学㊁光学等性能㊂超顺磁性F e3O4纳米颗粒是指F e3O4的颗粒尺寸小于临界尺寸时,其各向异性能逐渐减小,F e3O4纳米颗粒的磁化方向呈现无规律的变化[1]㊂因此,在外磁场的作用下F e3O4纳米颗粒的磁化率远大于普通磁性材料,此时F e3O4纳米颗粒无磁滞现象,剩余磁化强度和矫顽力都趋于零,呈现超顺磁性㊂与其他磁性纳米颗粒相比,超顺磁性F e3O4纳米颗粒毒性小具有良好的生物相容性,可通过外磁场作用实现定向移动,因此超顺磁性F e3O4纳米颗粒在蛋白质分离[2]㊁肿瘤靶向诊断治疗[3]和磁共振造影成像[4]等医学领域具有广阔的应用前景㊂同时在外磁场作用下,超顺磁性F e3O4胶体粒子相互之间会产生磁诱导吸引力;活性基团表面修饰的F e3O4胶体粒子分散于去离子水中发生电离产生大量的负电荷,表面带有负电荷的F e3O4胶体粒子相互之间产生静电排斥力㊂当外磁场强度达到一定范围,致使F e3O4胶体粒子受到的磁诱导吸引力和静电排斥力相平衡时,超顺磁性F e3O4胶体粒子能够沿外磁场方向迅速迁移㊁自组装排列成一维链状光子晶体结构㊂目前,制备超顺磁性F e3O4纳米颗粒的方法主要有微乳液法[5]㊁共沉淀法[6]㊁溶剂热法[7]等㊂但是,超顺磁性F e3O4纳米颗粒在实际应用中暴露出一些问题,如粒径小㊁比表面积大,且颗粒本身具有磁性容易发生团聚,对环境比较敏感在潮湿环境中易被氧化㊁稳定性差,在溶剂中分散性差等㊂为了改善F e3O4纳米颗粒的应用缺陷,许多学者在制备F e3O4纳米颗粒的过程中添加适量的有机物[8-9]㊁无机物[10-11]㊁高分子聚合物[12-13]等表面活性剂对F e3O4纳米颗粒进行表面修饰,以此来降低F e3O4纳米颗粒的表面能,减小颗粒间作用力,制备粒径可控㊁稳定性好㊁分散均匀的F e3O4纳米颗粒㊂微乳液法是先将可溶性铁盐和沉淀剂分别制备成水包油型微小液滴,将两种微小液滴在分散相中均匀混合㊂然后通过机械搅拌使微小液滴之间相互碰撞㊁破裂㊁发生反应生成F e3O4纳米颗粒[14]㊂采用微乳液法制备F e3O4纳米颗粒的过程中面临表面活性剂用量大㊁制备成本高的问题[15]㊂共沉淀法是在惰性气体如氩气的保护下,向含有铁离子的盐溶液反应体系中加入氢氧化钠㊁碳酸钠㊁氨水等共沉淀剂,将混合溶液620102021年第1期(52)卷*基金项目:国家自然科学基金面上资助项目(51978072);中国博士后基金资助项目(2018M643552);长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(300102319207);长安大学中央高校基本科研业务费专项资金(学生创新实践能力提升子计划)(300102310812)收到初稿日期:2020-07-23收到修改稿日期:2020-10-11通讯作者:许培俊,E-m a i l:x u p e i j u n@c h d.e d u.c n 作者简介:许培俊(1984 ),男,江苏南京人,博士,教授,主要从事纳米复合材料研究㊂中的铁离子沉淀出来,再通过热分解等方法生成F e3O4纳米颗粒[16]㊂共沉淀法具备制备工艺简便的特点,但反应体系中金属无机盐溶液的种类㊁溶剂P H㊁反应温度等因素对F e3O4纳米颗粒的形貌和粒径分布影响较大,实验重复性差㊂同时,制备过程中F e3O4的不均匀沉淀也会使F e3O4纳米颗粒产生严重的团聚现象㊂溶剂热法是在密闭的反应容器中采用水或有机溶剂作为反应介质,通过加热提供一个高温高压的反应环境将铁的氢氧化物氧化生成F e3O4,高温高压的反应环境也可以提高F e3O4纳米颗粒的纯度及其超顺磁性[17-18]㊂柠檬酸㊁氨基酸等有机小分子中的官能团,通过物理吸附或化学作用键合至F e3O4纳米颗粒表面对其进行修饰改性㊂靳艳艳等人[19]将表面油酸充分氧化制备得到粒径大约为12n m羧基化的F e3O4纳米粒子,结果表明该F e3O4纳米粒子在常温下有良好的超顺磁性,同时在去离子水中可长期稳定分散㊂天然高分子聚合物如壳聚糖㊁蛋白质和多肽等具有良好的生物相容性和化学稳定性,其分子链上含有丰富的氨基㊁羟基和羧基等活性基团㊂马云辉等人[20]首先制备了表面羧基功能化的磁性纳米颗粒,然后通过静电相互作用将壳聚糖自组装在磁性纳米颗粒表面,最后得到粒径大约为10~20n m并且可在水溶液中形成均匀溶胶的壳聚糖包覆磁性纳米颗粒㊂因此,本文以六水合三氯化铁(F e C l3㊃6H2O)和乙酸钠(C H3C O O N a)作为原料;HO C H2C H2O H (E G)作为分散介质;C6H5N a3O7㊃2H2O(N a3C i t)作为表面活性剂,通过溶剂热法制备表面羧基修饰的超顺磁性F e3O4纳米颗粒㊂同时,在外磁场的作用下,将特定粒径的超顺磁性F e3O4纳米颗粒稳定分散于去离子水中制备F e3O4光子晶体,研究磁场强度对F e3O4光子晶体结构色的影响㊂1实验部分1.1原材料F e C l3㊃6H2O(分析纯)㊁C H3C O O N a(分析纯)㊁C6H5N a3O7㊃2H2O(N a3C i t㊁分析纯),天津市大茂化学试剂厂;HO C H2C H2O H(E G㊁分析纯),天津市富宇精细化工有限公司;去离子水(实验室自制)㊂1.2实验过程1.2.1 F e3O4纳米颗粒的制备反应初期,E G作为分散介质为F e C l3㊃6H2O和C H3C O O N a的溶解提供液相环境,C H3C O O N a水解释放出O H-,碱性环境加速F e C l3㊃6H2O的水解㊂反应中期,F e3+和O H-反应生成中间相F e(O H)3,液相体系中E G将部分F e3+还原成F e2+,同时N a3C i t 作为静电稳定剂防止磁性二价铁粒子发生团聚㊂反应后期,F e(O H)3与F e(OH)2结合生成F e3O4,反应方程式如下:HO C H2C H2O HңC H3C HO+H2O(1)C H3C O O-+H2OңC H3C O O H+O H-(2)F e3++O H-ңF e(O H)3(3)C H3C HO+2F e(O H)3ңC H3C O C O C H3+2F e(O H)2+2H2O(4) 2F e(O H)3+F e(O H)2ңF e3O4+4H2O(5)称取2.40g C H3C O O N a溶于20m LE G中,恒温40ħ水浴30m i n,使C H3C O O N a均匀分散于E G中配制A溶液㊂称取1.08g F e C l3㊃6H2O溶于20m L E G中,同时加入0.6g N a3C i t配制B溶液,剧烈搅拌待溶液中颗粒物完全溶解,将B溶液缓慢注入A溶液中,40ħ水浴继续搅拌30m i n㊂将混合均匀的溶液移入容量为100m L的聚四氟乙烯不锈钢高温高压反应釜中,升温至200ħ,充分反应㊂反应结束待反应釜冷却至室温,收集反应釜底部黑色产物,用乙醇和去离子水反复清洗,室温下干燥即制备得到F e3O4纳米颗粒㊂改变反应时间分别为4㊁6㊁8㊁10h;改变混合溶液中N a3C i t与F e C l3㊃6H2O的质量比分别为0.28㊁0.55㊁0.74,研究反应时间和表面活性剂浓度对F e3O4纳米颗粒粒径和形貌的影响(表1)㊂表1不同反应条件制备F e3O4纳米颗粒T a b l e1P r e p a r a t i o no f F e3O4n a n o p a r t i c l e s u n d e r d i f-f e r e n t r e a c t i o n c o n d i t i o n s样品编号反应时间N a3C i t与F e C l3·6H2O的质量比14h0.5526h0.5538h0.55410h0.28510h0.55610h0.741.2.2 F e3O4光子晶体结构色的制备特定粒径的超顺磁性F e3O4胶体粒子离心处理后超声处理1h分散于去离子水中,配制浓度为10m g/m L的F e3O4水分散液㊂取适量F e3O4水分散液置于比色皿中,在比色皿侧壁放置一块长方形的永久磁铁使磁场方向垂直于比色皿㊂通过调节永久磁铁与比色皿的距离定向改变外加磁场强度,研究磁场强度对F e3O4光子晶体结构色的影响(图1)㊂图1 F e3O4光子晶体磁致变色机理F i g1M e c h a n i s mo fm a g n e t o c h r o m i s mo f F e3O4p h o-t o n i c c r y s t a l72010许培俊等:溶剂热法制备羧基化超顺磁性F e3O4纳米颗粒及其磁致变色研究1.3分析与测试1.3.1 X射线衍射分析采用X射线衍射仪(X R D,D8A D V A N C E,德国布鲁克公司)表征F e3O4纳米颗粒的物相组成㊂测试时,扫描速度10ʎ/m i n,扫描范围10~90ʎ㊂1.3.2红外光谱分析采用傅里叶变换红外光谱仪(F T-I R,T E N S O R Ⅱ,德国布鲁克公司)表征F e3O4纳米颗粒的物相组成,样品制备采用K B r压片法㊂1.3.3热稳定性分析采用同步热分析仪(S D T650,美国T G公司)表征F e3O4纳米颗粒的热稳定性㊂氮气氛围下调节升温速率10ħ/m i n,从室温25ħ升温至900ħ㊂1.3.4 F e3O4纳米颗粒粒径分布采用Z e t a电位仪(Z E N3600,英国M a l v e r n公司)表征F e3O4纳米颗粒的粒径分布,样品测试前将浓度为10m g/m L的F e3O4水分散液稀释至1m g/m L㊂1.3.5 F e3O4纳米颗粒微观形貌采用扫描电子显微镜(S E M,S-4800,日本H i t a c h i 公司)观察分析F e3O4纳米颗粒的微观形貌,样品表面采用喷金处理㊂1.3.6 F e3O4纳米颗粒磁性能采用振动样品磁强计(V S M,P P M S-9,美国Q u a n t u m D e s i g n公司)表征F e3O4纳米颗粒的磁性能㊂2结果与讨论2.1 X射线衍射分析X R D结果表明,通过溶剂热法制备得到反尖晶石结构的F e3O4纳米颗粒(图2)㊂F e3O4纳米颗粒的X R D谱图中出现了明显的衍射峰,且衍射峰的位置与F e3O4的P D F标准卡片(85-1436)衍射数据一致,其中2θ=18.285ʎ㊁30.076ʎ㊁35.426ʎ㊁37.057ʎ㊁43.053ʎ㊁53.411ʎ㊁56.935ʎ㊁62.520ʎ分别对应于F e3O4的(111)㊁(220)㊁(311)㊁(222)㊁(400)㊁(422)㊁(511)和(440)晶面㊂这表明采用溶剂法制备的F e3O4纳米颗粒为反尖晶石结构㊂根据S c h e r r e r公式计算初始晶粒尺寸:D h k l=kλβθ(6)图2 F e3O4纳米颗粒的X R D谱图F i g2X R Ds p e c t r a o f F e3O4n a n o p a r t i c l e s 式中,D h k l为(h k l)晶面的初始晶粒尺寸;k为S c h e e r e r 常数,通常k=0.89;λ为入射X射线的波长,测试中C u靶射线的波长λ=0.154056n m;β为衍射峰半高宽;θ为布拉格衍射角㊂以2θ=35.426ʎ为例,计算出(311)晶面对应的初始晶粒尺寸为8.4n m㊂2.2红外光谱分析F e3O4纳米颗粒的红外光谱结果表明,N a3C i t中的官能团键合至F e3O4纳米颗粒表面,制备得到羧基化的F e3O4纳米颗粒㊂F e3O4纳米颗粒的红外光谱曲线中存在多个吸收振动峰(图3),580c m-1处强振动吸收峰对应F e3O4反尖晶石晶体中F e O键的伸缩振动㊂F e3O4中F e O吸收峰位于570~ 580c m-1处,而磁性γ-F e2O3的特征吸收峰是位于520~610c m-1处的一个宽峰㊂由此可分辨F e3O4和γ-F e2O3,证实采用溶剂热法制备的黑色产物为纯相F e3O4纳米颗粒㊂1300~1400c m-1处是O-H 面内形变振动峰,3400c m-1左右是F e3O4吸水峰㊂1583c m-1处对应于C O的伸缩振动峰, 1054c m-1处对应C O的伸缩振动㊂这表明采用溶剂热法制备F e3O4纳米颗粒的过程中,添加适量的表面活性剂N a3C i t,使得部分羟基㊁羧基等活性基团键合至F e3O4纳米颗粒表面(图4)达到表面修饰的作用,从而提高F e3O4纳米颗粒的分散性㊂图3 F e3O4纳米颗粒的红外光谱图F i g3I n f r a r e d s p e c t r u mo fF e3O4n a n o p a r t i c l e s2.3热稳定性分析采用同步热分析仪表征F e3O4纳米颗粒的热稳定性,其结果表明在逐步升温的过程中F e3O4纳米颗粒的重量损失达到13%,随着温度继续升高其重量趋于稳定不再急剧下降(图5)㊂从室温25ħ升温至100ħ的过程中,F e3O4纳米颗粒表面吸附的少量自由水蒸发,致使其重量损失接近3%㊂100~200ħ期间出现缓冲区,200ħ升温至800ħ的过程中,键合在F e3O4纳米颗粒表面的有机物受热分解,致使F e3O4纳米颗粒的重量损失达10%㊂820102021年第1期(52)卷图4 N a 3C i t 表面修饰F e 3O 4纳米颗粒机理F i g 4M e c h a n i s mo f s u r f a c em o d i f i c a t i o no f F e 3O 4n a n o p a r t i c l e s b y N a 3C it 图5 F e 3O 4纳米颗粒的TG 图F i g 5T Go fF e 3O 4na n o p a r t i c l e s 2.4 反应时间对F e 3O 4纳米颗粒粒径和形貌的影响采用溶剂热法制备F e 3O 4纳米颗粒的过程中,F e 3O 4纳米颗粒的粒径和形貌与反应时间密切相关,随着反应时间的延长F e 3O 4纳米颗粒的粒径逐渐减小(图6)㊂反应4h 制备1号样品F e 3O 4纳米颗粒的粒径大约为120n m ,颗粒粒径呈正态分布㊂反应6h 制备2号样品F e 3O 4纳米颗粒的粒径大约为100n m ,其S E M 结果表明相邻F e 3O 4纳米颗粒通过磁性作用相互吸引使得样品出现团聚㊂反应8h 制备3号样品F e 3O 4纳米颗粒的粒径大约为95n m ,样品形貌接近球形㊂反应10h 制备5号样品F e 3O 4纳米颗粒的粒径大约为80n m ,此时F e 3O 4纳米颗粒表面比较光滑,呈现完整的球形形貌(图7)㊂这是由于,当反应体系图6 反应时间分别为4㊁6㊁8㊁10h 制备的F e 3O 4纳米颗粒的粒径分布图F i g 6T h e p a r t i c l e s i z ed i s t r i b u t i o no fF e 3O 4na n o p -a r t i c l e s p r e p a r e dw i t h r e a c t i o n t i m e o f 4,6,8a n d 10h中表面活性剂浓度和反应温度一定时,反应时间较短产物反应不完全,导致F e 3O 4纳米颗粒粒径不均匀㊂随着反应时间的延长,液相体系中F e C l 3㊃6H 2O 和C H 3C O O N a 充分水解释放出大量的OH -,促进F e (O H )3的生成和F e 3+的还原㊂同时,分散介质E G 的黏度较大,降低了F e 3O 4纳米颗粒的生长速率㊂因此,随着反应时间的延长采用溶剂热法制备的F e 3O 4纳米颗粒其粒径大大减小㊂图7 反应时间分别为4h (a )㊁6h (b )㊁8h (c )㊁10h (d)制备的F e 3O 4纳米颗粒的SE M 图F i g 7S E Mo f F e 3O 4na n o p a r t i c l e s p r e p a r e dw i t h r e a c -t i o n t i m e o f 4,6,8a n d 10h2.5 N a 3C i t 浓度对F e 3O 4纳米颗粒粒径和形貌的影响采用溶剂热法制备F e 3O 4纳米颗粒的过程中,随着反应体系中表面活性剂N a 3C i t 的浓度逐渐增大,F e 3O 4纳米颗粒粒径呈逐渐减小的趋势(图8)㊂当反应体系中N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比为0.28,升温至200ħ反应10h ,经洗涤㊁干燥后F e 3O 4纳米颗粒粒径大约为110n m (图9(a))㊂这是由于液相环境中表面活性剂浓度太小时,F e 3+和F e2+并没有被表面活性剂形成的水核包覆,而是以离子的形式自由存在,因此形成的F e 3O 4纳米颗粒粒径较大㊂反应体系中N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比为0.55,升温至200ħ反应10h ,经洗涤㊁干燥后F e 3O 4纳米颗粒粒径92010许培俊等:溶剂热法制备羧基化超顺磁性F e 3O 4纳米颗粒及其磁致变色研究大约为80n m (图9(b ))㊂采用溶剂热法制备F e 3O 4纳米颗粒的过程中,随着反应体系中N a 3C i t 浓度增大,N a 3C i t 释放出的羟基和羧基逐渐增多㊂羧基与F e 3+具有很强的配位作用,致使F e 3O 4纳米颗粒表面的负电荷增多,静电斥力和表面张力的共同作用抑制F e 3O 4晶体进一步长大,致使F e 3O 4纳米颗粒粒径逐渐减小㊂反应体系中N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比为0.74,升温至200ħ反应10h ,制备的F e 3O 4纳米颗粒粒径分布较广,其对应的S E M 结果表明此时粒径大小分布不均匀(图9(c ))㊂这是由于反应体系中表面活性剂浓度太大时,过量的表面活性剂造成部分F e 3O 4纳米颗粒相互黏结,从而引起粒径分布较广,难以控制㊂图8 N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比分别为0.28㊁0.55㊁0.74制备的F e 3O 4纳米颗粒的粒径分布图F i g 8T h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n o f F e 3O 4na n o p a r t i -c l e s p r e p a r e db y t h e m a s sr a t i o o f N a 3C i tt o F e C l 3㊃6H 2Oi s 0.28,0.55a n d 0.742.6 F e 3O 4纳米颗粒的磁性能反应体系中N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比为0.55,升温至200ħ反应10h ,制备的F e 3O 4纳米颗粒的磁滞回线结果表明(图10):室温下该F e 3O 4纳米颗粒的饱和磁化强度为60.149A ㊃m 2/k g,其剩余磁化强度和矫顽力均趋近于零,样品具有良好的超顺磁性㊂基于以上讨论,确定采用溶剂热法制备F e 3O 4纳米颗粒的最佳实验条件为:混合溶液中N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比为0.55,升温至200ħ反应10h ㊂通过该反应条件可制备得到粒径为80n m 的超顺磁性F e 3O 4纳米颗粒㊂2.7 磁场强度对F e 3O 4光子晶体结构色的影响将3m L 浓度为10m g /m L 的F e 3O 4水分散液置于比色皿中,没有外磁场作用时,溶剂中的F e 3O 4胶体粒子一直处于无规则的布朗运动中(图1(a))㊂当一定强度的外磁场作用时,F e 3O 4胶体粒子沿磁场方向自组装成周期性排列(图1(b )),光在这种周期性有序结构中的传播遵循布拉格衍射定律㊂因此,当特定频率的入射光落在光子带隙中时,会得到明亮的反射光谱,从而实现F e 3O 4光子晶体的磁致变色㊂通过调整比色皿与永久磁铁之间的距离改变磁场强度,研究外加磁场强度对F e 3O 4光子晶体结构色的影响㊂结果如图11所示,比色皿与永久磁铁间距离分别为0㊁2㊁3㊁4㊁5mm 时,对应的F e 3O 4光子晶体结构色分别为蓝色㊁蓝绿色㊁绿色㊁青绿色㊁黄绿色㊂当比色皿距离永久磁铁较远时(ȡ6mm )时,F e 3O 4光子晶体不再呈现明亮的结构色㊂根据布拉格衍射方程:m λ=2d s i n θ(7)其中m 为衍射级数;λ为反射光的波长;d 为晶面间距;θ为布拉格衍射角㊂图9 N a 3C i t 与F e C l 3㊃6H 2O 的质量比分别为0.28(a )㊁0.55(b )㊁0.74(c )制备的F e 3O 4纳米颗粒的SE M 图F i g 9S E M o f F e 3O 4n a n o p a r t i c l e s p r e p a r e db y t h em a s s r a t i oo fN a 3C i t t oF e C l 3㊃6H 2Oo f 0.28,0.55a n d 0.74 装有适量F e 3O 4水分散液的比色皿与永久磁铁间距离逐渐增大时,溶剂中相邻F e 3O 4胶体粒子间的磁诱导吸引力逐渐减小㊂为了使F e 3O 4胶体粒子受到的磁诱导吸引力和静电排斥力相平衡,相邻F e 3O 4胶体粒子间距离d 逐渐增大,以此来减小粒子间静电排斥力㊂因此,对于特定粒径的F e 3O 4胶体粒子,光子晶体结构色的可调性与磁场强度有关,随着磁场强度B 逐渐减小,F e 3O 4光子晶体反射峰位置发生红移,逐渐向长波长方向移动㊂但是,通过不同反应时间4㊁6㊁8h 制备的粒径分别为120㊁100㊁95n m 的F e 3O 4纳米颗粒,将其超声分散于去离子水中配制相同浓度的F e 3O 4水分散液,采用相同的方法诱导其自组装并没有产生明亮的光子晶体结构色,这可能是因为F e 3O 4胶体粒子颗粒尺寸分布不均匀㊁形貌不规整等原因影响其紧密堆积自组装㊂30102021年第1期(52)卷图10 F e 3O 4纳米颗粒的磁滞回线F i g 10H y s t e r e s i s l o o p s o f F e 3O 4na n o p a r t i c l es 图11 从左到右比色皿与永久磁铁的距离分别为0㊁2㊁3㊁4㊁5㊁6mmF i g 11T h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ec o l o r i m e t r i c p l a t e a n d t h e p e r m a n e n tm a g n e t f r o ml e f t t or i g h t i s 0,2,3,4,5,6mm图12 磁场强度对F e 3O 4光子晶体结构色的影响F i g 12E f f e c t o fm a g n e t i c f i e l d i n t e n s i t y ons t r u c t u r e c o l o r o f F e 3O 4ph o t o n i c c r y s t a l 3 结论本文采用溶剂热法制备了分散性良好的超顺磁性F e 3O 4纳米颗粒,研究表明反应时间和表面活性剂浓度对F e 3O 4纳米颗粒的粒径均存在显著影响㊂同时通过添加表面活性剂C 6H 5N a 3O 7㊃2H 2O ,在F e 3O 4表面键合部分活性基团,改善了F e 3O 4纳米颗粒的分散性和稳定性㊂通过外磁场诱导致使超顺磁性F e 3O 4胶体粒子定向排列自组装形成F e 3O 4光子晶体,研究磁场强度对F e 3O 4光子晶体结构色的影响㊂结果表明,超顺磁性F e 3O 4胶体粒子不仅在水分散液中可以通过磁诱导形成一维光子晶体,同时可以通过调节外磁场强度定向调控胶体粒子间距,从而调控光子带隙构筑磁响应性光子晶体㊂参考文献:[1] C h o m o u c k a J ,D r b o h l a v o v a J ,H u s k aD ,e t a l .M a gn e t i c n a n o p a r t i c l e s a n d t a r g e t e dd r u g d e l i v e r i n g [J ].P h a r m a c o -l o gi c a lR e s e a r c ht h e O f f i c i a l J o u r n a lo f t h eI t a l i a nP h a r -m a c o l o g i c a l S o c i e t y,2010,62(2):144-149.[2] B r o m b e r g L ,C h a n g EP ,A l v a r e z -L o r e n z oC ,e t a l .B i n d -i n g o f f u n c t i o n a l i z e d p a r a m a g n e t i cn a n o pa r t i c l e s t ob ac t e -r i a l l i p o p o l y s a c c h a r ide sa n d D N A [J ].L a n gm u i r ,2010,26(11):8829-8835.[3] L i a n g Z ,G o n g T ,S u nX ,e ta l .C h i t o s a no l i go m e r sa s d r u g ca r r i e r s f o r r e n a l d e l i v e r y o f z i d o v u d i n e [J ].C a 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氨基化二氧化硅包四氧化三铁80nm,Stober法制备Fe3O4纳米颗粒的步骤

氨基化二氧化硅包四氧化三铁80nm，Stober法制备Fe3O4纳米颗粒的步骤今天小编瑞禧RL整理并分享关于氨基化二氧化硅包四氧化三铁80nm，Stober 法制备Fe3O4纳米颗粒的步骤:溶胶-凝胶法，该法利用铁的醇盐水解和聚合反应制备羟基铁的均匀溶胶，再浓缩形成透明凝胶，经过干燥、热处理等步骤得到纳米Fe3O4粒子。

通过控制溶液的pH、溶度、反应温度和反应时间等参数可以控制溶胶的凝胶化，进而可以制备出不同粒径的纳米粒子。

Stober法是一种常用的溶胶-凝胶法，可以用来制备四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒。

Stober法制备Fe3O4纳米颗粒的步骤：1. 制备溶胶：将含有铁的化合物（通常是铁酸酐或铁盐）加入到适当的溶剂中，通常使用乙醇或异丙醇。

硅源可以选择硅酸酯化合物，使其与铁源一同存在于溶胶中。

2. 搅拌和加热：将溶胶溶液搅拌均匀，并加热至适当的温度。

在此过程中，铁源和硅源发生水解和缩聚反应，形成Fe3O4的胶体颗粒。

3. 添加还原剂（可选）：在一些情况下，为了将溶胶中的铁离子还原成Fe3O4，可以添加适当的还原剂（例如氨水或硼氢化钠）。

4. 控制粒径：通过控制反应时间、温度、溶液浓度和搅拌速度等参数，可以控制所得Fe3O4纳米颗粒的大小。

长时间的反应和适当的控制条件可以得到更大尺寸的颗粒。

5. 洗涤和分散：制备好的Fe3O4纳米颗粒通常需要进行多次洗涤，以去除未反应的溶剂、还原剂和其它杂质。

洗涤通常使用离心沉淀和溶剂置换等方法。

洗涤后的Fe3O4纳米颗粒可以分散在适当的溶剂中，形成均匀的胶体溶液。

6. 干燥：得到分散的Fe3O4纳米颗粒后，可以通过冻干或真空干燥等方法将其转化为干粉末，用于后续的应用。

通过Stober法制备的Fe3O4纳米颗粒可以应用于生物医学、磁性材料、磁性流体、传感器等领域。

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的制备条件和参数。

以上来源于文献整理，如有侵权，请联系删除，RL2023.10。

Fe3O4纳米颗粒的制备及如何制成磁性强、单分散性好颗粒的研究-文档资料

但我觉得浓度也不是越大越好基于lamer的瞬间成核晶核缓慢生长理论浓度要大于等于瞬间成核时的浓度但也不能过大的高于此浓度临界点从金属纳米材料生物效应与安全效应一书中我理解到纳米要在溶液中形成纳米胶体这种状态反应原料的浓度是有一个上限的临界点的所以上面的浓度对反应的影响应该在一个上界和一个下界之间才有效而且浓度也不是越大就越好的
18
影响共沉淀法的因素：
影响因素：
溶液浓度反应时加入的2价铁离子和3价铁离子的比
碱性反应中所控制的PH 值
反应过程中温度的控制
反应时间
另外：同一方法不同的人做出来的效果也不一定相同
19
对浓度影响的讨论：
晶粒大小与浓度的一般示意图如右图
（截自南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所徐华蕊、李凤生、陈舒林、宋洪昌，《沉淀法制备纳米级粒子的研究》一文中）
School of Chemistry and Chemical Engineering
Fe3O4纳米颗粒的制备及如何制成磁性强、单分散性好颗粒的研究
杨文清 11208120 指导老师：张宇老师 2011.04.01
1
提纲：
制备磁性 Fe304纳米粒子的意义
磁性Fe3O4纳米粒子的应时间愈短, 粒子粒径愈小, 分布愈窄, 但在通常情况下, 粒度分布很快进入“ 自保” 分布形式即表观为不同时间的粒度分布形状相似, 且与初始浓度分布无关, 不易控制。实际过程中存在着胶体粒子的老化现象,保持适当反应时间可使粒度分布相对变窄。
26
对温度的讨论：
温度对晶粒的生成和长大都有影响。由晶粒生成速度方程和过饱和度与温度之间的关系（当溶液中溶质含量一定时, 溶液过饱和度一般是随温度的下降而增大）可知, 当温度很低时, 虽然过饱和度可以很大, 但溶质分子的能量很低, 所以晶粒的生成速度很小。随着温度的升高, 晶粒的生成速度可以达到极大值。继续提高温度, 一方面引起过饱和度的下降, 同时也引起溶液中分子动能增加过快, 不利于形成稳定的晶粒, 因此晶粒的生成速度又趋下降。同时由于晶粒生成速度最大时的温度比晶粒长大最快所需要的温度低得多, 所以在低温下有利于晶粒的生成, 不利于晶粒的长大, 一般得到细小的晶体。相反, 提高温度, 降低了溶液的粘度, 增大了传质系数, 大大加速了晶体的长大速度, 从而使晶粒增大。

超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束的制备与磁靶向载药体系性能研究

超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束的制备与磁靶向载药体系性能研究一、概述随着医学领域的深入发展，癌症治疗已成为当代医学面临的重大挑战之一。

尽管传统的手术、放疗和化疗等手段在一定程度上能够控制病情，但其对正常细胞的损伤以及药物的非特异性分布等问题仍亟待解决。

探索新型的、具有靶向性的药物传输体系成为了当前的研究热点。

超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束作为一种新型的磁靶向载药体系，因其独特的磁响应性和生物相容性，在肿瘤治疗中显示出巨大的潜力。

超顺磁性Fe3O4纳米粒子，作为一种重要的磁性材料，具有优异的磁响应性能，能够在外部磁场的作用下实现定向移动。

与此其超顺磁性质使得粒子在去除外部磁场后能够迅速失去磁性，从而避免了对生物体的潜在危害。

将Fe3O4纳米粒子与聚合物载药胶束相结合，不仅可以实现药物的靶向输送，还能通过调控聚合物的性质和结构，优化药物在体内的释放行为。

本研究旨在制备具有优良磁靶向性能的超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束，并对其性能进行深入研究。

我们将通过化学合成法制备出粒径均匀、磁性能稳定的Fe3O4纳米粒子。

利用聚合物反应合成不同分子量的嵌段聚合物，并通过适当的方法将Fe3O4纳米粒子与聚合物相结合，形成稳定的磁性聚合物载药胶束。

在此基础上，我们将进一步探讨载药胶束的制备工艺、药物释放行为以及磁靶向性能等关键问题。

通过本研究的开展，我们期望能够为磁靶向载药体系的设计和优化提供新的思路和方法，为癌症等重大疾病的治疗提供更为安全、有效的药物传输手段。

我们也期望通过本研究的成果，推动磁性纳米材料在生物医学领域的广泛应用，为人类的健康事业做出更大的贡献。

1. 介绍药物传输系统的重要性及磁靶向载药体系的研究背景在现代医学领域，药物传输系统的重要性日益凸显。

药物传输系统不仅关乎药物的治疗效果，更直接影响患者的生存质量。

一个高效、精准的药物传输系统能够确保药物准确到达病灶部位，发挥最大的治疗作用，同时减少药物在非病灶部位的分布，从而降低副作用，提高患者的生活质量。

磁性Fe3O4纳米粒子的制备、功能化及在重金属废水中的应用

2017年第36卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1791·化工进展磁性Fe 3O 4纳米粒子的制备、功能化及在重金属废水中的应用段正洋，刘树丽，徐晓军，解道雷，何昌华，王耀（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500）摘要：重金属污染废水作为工农业生产和发展过程中的毒性有害排放物已经严重危害了生态系统及人类的健康，人们对重金属污染废水的处理研究变得十分迫切和富有意义。

功能化改性磁性纳米材料作为一种新颖、高效、可再生回收的材料，在重金属污染废水净化处理方面效果非常显著，近年来越来越受到国内外研究学者的广泛关注。

本文首先对目前重金属污染水体治理的传统方法进行总结评价；对磁性Fe 3O 4纳米粒子的制备方法进行介绍，分别简述了这些方法的优缺点；最后重点阐述了磁性Fe 3O 4纳米粒子表面的氨基、羧基、巯基等功能化改性方法以及在水体中重金属离子的去除方面的应用研究动态，并对未来磁性Fe 3O 4纳米粒子的制备、功能化及应用前景方面进行了展望。

提出改进合成工艺，制备形貌可控、分散性好和稳定性较高的磁性Fe 3O 4纳米粒子，并通过改进和开拓表面功能化工艺，制备多功能化的磁性Fe 3O 4纳米材料是今后的主要研究热点。

关键词：废水；四氧化三铁；纳米粒子；制备；功能化；纳米材料中图分类号：TB383；X703 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1791–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.029Preparation and functionalization of magnetic Fe 3O 4 nanoparticles and itsapplication in heavy metal wastewaterDUAN Zhengyang ，LIU Shuli ，XU Xiaojun ，XIE Daolei ，HE Changhua ，WANG Yao（Faculty of Environmental Science and Engineering ，Kunming University of Science and Technology ，Kunming650500，Yunnan ，China ）Abstract ：As is known to all ，with development of industrial and agricultural ，heavy metals pollution as a toxic and harmful emission has seriously endangered the ecosystem and human health. Therefore ，the research on the treatment of polluted wastewater becomes very urgent and meaningful. As a novel ，highly efficient and renewable material ，functional modified magnetic nanomaterials have been widely studied by researchers at home and abroad because of their remarkable effects on the purification of heavy metal wastewater in recent years. In this work ，the traditional methods for the treatment of heavy metal polluted water are summarized and evaluated firstly. Secondly ，the preparation methods of magnetic Fe 3O 4 nanoparticles are introduced ，and the advantages and disadvantages of these methods are briefly discussed. Finally ，the methods of amino-functionalization ，carboxyl-functionalization and thiol-functionalization on the surface of magnetic Fe 3O 4 nanoparticles and their application in removing of heavy metal ions in aqueous solution are summarized. And the preparation ，functionalization and application of magnetic Fe 3O 4 nanoparticles are prospected. We put forward that the preparation of magnetic Fe 3O 4 nanoparticles with controllable morphology ，good dispersion and染水体的控制与治理方面的研究。

fe_3o_4纳米粒子的合成与表征

fe_3o_4纳米粒子的合成与表征Fe3O4纳米粒子是一种具有良好磁性性能的纳米材料，其制备方法和表征研究在纳米材料领域具有重要意义。

下面将从合成方法和表征方法两个方面来介绍Fe3O4纳米粒子的制备和表征。

一、合成方法1．化学共沉淀法化学共沉淀法是制备Fe3O4纳米粒子的常用方法之一。

该方法的原理是将Fe2+和Fe3+离子的混合溶液加入碱性溶液中，在控制好反应条件的情况下进行共沉淀。

该方法具有简便、快速、低成本等优点。

具体的制备过程可以分为以下几个步骤：（1）准备溶液：按照一定的比例将Fe2+和Fe3+溶解在去离子水中制备混合溶液；（2）沉淀：缓慢加入碱性溶液（如氨水）到混合溶液中，混合溶液中的Fe2+和Fe3+会与碱性溶液中的OH-结合，形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀；（3）还原：通过加热或添加还原剂（如NaBH4）等方法来将Fe(OH)2和Fe(OH)3还原成Fe3O4纳米粒子；（4）洗涤：用去离子水将沉淀洗涤干净，避免杂质的存在。

2．热分解法热分解法是制备Fe3O4纳米粒子的另一种方法，其原理是通过对一定实验条件下的化学反应进行控制，来控制物质的热分解过程，从而制备出具有一定形貌和分布的纳米颗粒。

该方法具有高得率、纳米颗粒形貌可控等优点。

具体的制备过程可以分为以下几个步骤：（1）准备前驱体：使用一定的有机溶剂将Fe3+离子的前驱体溶解；（2）加热反应：在高温条件下，通过控制反应时间和反应条件等参数，使前驱体分解为Fe3O4纳米粒子；（3）洗涤：用去离子水将制备的Fe3O4纳米粒子进行洗涤干净，避免杂质的存在。

二、表征方法1．X射线粉末衍射仪（XRD）X射线粉末衍射仪是一种常用的物质结构表征方法。

对于Fe3O4纳米粒子来说，XRD可以在非破坏性的情况下，通过测量其晶体间距和衍射峰的位置，来确定其晶体结构和晶格参数。

该方法具有精度高、准确性好等优点。

2．透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种可以直接观察材料纳米结构的方法，对于Fe3O4纳米粒子来说，通过TEM可以观察到其粒径和形态等特征。

表面羧基化Fe3O4磁性纳米粒子的快捷制备及表征

本文介绍了一种基于油酸修饰的磁性纳米粒子在高锰酸钾氧化作用下制备表面羧基化磁性纳米粒
子的方法．首先采用以油酸为分散剂的共沉淀法制备了Ｆ纳米粒子，后用高锰酸钾溶液将包覆ｅＯ然在粒子表面的油酸中的Ｃ— Ｃ键氧化为羧基，对其形态、成、并组磁性及稳定性等进行了表征．
Ｎ．ｏ７
苏鹏飞等：表面羧基化Ｆ，性纳米粒子的快捷制备及表征ｅＯ磁
Ｄｄａｃ型ｘ射线衍射仪（Ｒ德国布鲁克公司）８０Ｓ型傅里叶变换红外光谱仪（Ｉ８ＡｖｎｅＸＤ，；４０Ｒ，
苏鹏飞，陈国，赵琚
（侨大学化工学院，门３１２）华厦６０１
摘要
提出了一种快速对磁性纳米粒子表面羧基化的方法．以氯化铁和氯化亚铁为原料，油酸为表面活性
剂，通过共沉淀法制得油酸包覆的亲油性ＦｅＯ磁性纳米粒子，然后用高锰酸钾进行原位氧化，将覆盖在粒子表面油酸中的Ｃ— Ｃ键氧化成一ｃ０从而得到单层羧基功能化的亲水性磁性纳米粒子．利用透射电子０Ｈ，显微镜（Ｅ、ＴＭ）Ｘ射线衍射仪（Ｒ、ＸＤ）傅里Ｈ变换红外光谱仪（ＴＲ）十ＦＩ、热重分析仪（Ｇ、ＴＡ）振动样品磁强汁（Ｓ和ＺｔＶＭ）ｅａ电位分析仪等对其进行了表征．结果表明，磁性纳米粒子的表面被成功羧基化，子的平粒均直径约为９ｎｔ饱和磁化值为６．ｎ／ｇ剩磁和矫顽力近似为零，有典型的超顺磁性．羧基化磁Ｉ，ｌ４５Ａ・ｌｋ，具

表面氨基化磁性Fe3O4纳米粒子合成与表征

Ａｎｉｏ－ｌｎ —ＣｏｔｄＭａｎｔｔｎｐｒｉｌｓａｅｇｅｉｅＮａｏａｔｃｅ
ＰｒｐｒｔｏｎａａｔｒｚｔｏｅａａｉｎａｄＣｈｒｃｅｉａｉｎ
ＩＱｕｎｇｏ趣ａ－ｕ，Ｗｒｅ，ＩＬｎＵＷｉＬＮｉ
维普资讯
第２卷第１ｌ期
２００７年３月
南华大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｏｇｏｒａｏｉｅｉｏｕｈＣｉ（ｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＵｓｙＳｎｅｏ
摘
要：采用化学共沉淀法制备了约２５ｌ磁性四氧化三铁（ｅｏ）５士ｒｉａＦ４纳米粒子，
并采用３一氨丙基三乙氧基硅烷（ｍｓ将Ｆ，纳米粒子表面修饰上氨基Ａ）ｅＯ（Ｎ：官能团，一Ｈ）获得了表面氨基化的磁性Ｆ３ｅＯ纳米粒子．利用ｘ一射线粉末衍射仪（Ｒ）透射电子显微镜（Ｅ，ＸＤ，ＴＭ）带有能谱仪（Ｄ）ＥＳ的扫描电子显微镜（Ｅ，ＳＭ）光电子能谱仪（Ｐ）以及磁学测量系统（ＰＳ对粒子的结构和性能进行了表征和ｘＳ，ＭＭ）分析．结果表明：表面氨基化后的磁性粒子粒径略有增加，室温下磁化强度由原来的
收稿日期：０７— １０２００ —１基金项目：国家自然科学基金资助项目（００００；２５５２）中国包装总公司科研项目（４ＢＪ０４；０ＺＫＡ０）湖南省教育厅资助
项目（５５８；０Ｃ０）湖南省普通高校青年骨干教师资助计划（０５２０）２０ — ０８作者简介：贺全国（９３）男，常德人，１７一，湖南湖南工业大学副教授，士．博主要研究方向：能纳米材料、功生物传感技术与器件．

超顺磁性Fe3O4纳米粒子的化学合成新方法

031131 20131000531 蔡岩超顺磁性Fe3 O4纳米粒子的化学合成新方法制备磁性Fe3O4纳米粒子的方法，主要包括: 物理方法、化学方法和生物方法。

通过还原Au3+到超顺磁性Fe2O4纳米粒子的表面,成功制备了具有超顺磁性的Fe3O4@Au核壳粒子.经透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-vis)、振动样品磁强计(VSM)和共焦显微拉曼仪时粒子进行表征,得到了具有核壳结构粒子,且表面被金壳覆盖.再以苯硫酚为探针分子,结果表明,磁性核壳结构的粒子显示出了优越的表面增强拉曼效应,这为超顺磁性的粒子在生物医学方面的应用创造了条件.在我看来针对朝顺磁性四氧化三铁的化学合成方法其中，共沉淀法是我认为最经典好用的方法！共沉淀法是制备Fe3O4纳米粒子最为常用和其基本反应原理为: Fe2 + +2Fe3 + + 8OH －→Fe3O4 + 4H2O，先是形成晶核，然后是晶体成长。

合理的控制反应条件，能有效调节Fe3O4纳米粒子的尺寸和形貌。

根据加料顺序不同，共沉淀法又分为正向共沉淀法和反向共沉淀法。

其中，正向共沉淀法由Massart等［6］首先提出，一般是把碱液( 常用氨水或者氢氧化钠溶液) 加入到铁盐溶液中; 而反向共沉淀法则正好相反，是把铁盐溶液加入到碱沉淀剂溶液中。

比较两种制备方法，正向沉淀法制备得到的Fe3 O4纳米粒子主要为球形结构，粒子大小均匀; 而由反向共沉淀法得到的Fe3 O4纳米粒子的外形很不规则，包含从球形到立方体之间的多种形态的粒子，且粒径分布较宽。

此法的优点在于制备简单，材料便宜，但由于以水溶液作为反应体系，高温提升有限，以及反应动力不足，因此很难有效控制Fe3O4纳米颗粒的形貌、粒径大小和高的结晶度，难以获得高品质的Fe3 O4纳米粒子用于生物医学领域。

临床研究表明,超顺磁性的纳米Fe3O4粒子性能稳定、毒副作用小,具有较好的生物安全性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。

《2024年Fe3O4磁性纳米材料的制备及水处理应用进展》范文

《Fe3O4磁性纳米材料的制备及水处理应用进展》篇一一、引言随着科技的发展和人类对环境与健康的关注，环境问题已经成为当今世界关注的焦点。

在众多的环境问题中，水污染问题尤为突出。

而Fe3O4磁性纳米材料作为一种新型的环保材料，在环境治理方面有着广泛的应用前景。

本文将就Fe3O4磁性纳米材料的制备方法、性质及其在水处理领域的应用进展进行详细的阐述。

二、Fe3O4磁性纳米材料的制备Fe3O4磁性纳米材料的制备方法有多种，包括化学共沉淀法、热分解法、溶胶-凝胶法等。

其中，化学共沉淀法因其简单易行、成本低廉、适用于大规模生产等特点而被广泛应用。

1. 化学共沉淀法化学共沉淀法是制备Fe3O4磁性纳米材料最常用的方法之一。

该方法主要利用铁盐与碱性物质（如氢氧化钠）进行反应，生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，然后通过加热、氧化等过程，最终得到Fe3O4磁性纳米材料。

2. 其他制备方法除了化学共沉淀法外，热分解法、溶胶-凝胶法等也是制备Fe3O4磁性纳米材料的方法。

这些方法各有优缺点，如热分解法可以得到粒径较小的纳米材料，但成本较高；溶胶-凝胶法则可以得到粒径较大但形状规则的纳米材料。

三、Fe3O4磁性纳米材料的性质Fe3O4磁性纳米材料具有超顺磁性、生物相容性、高比表面积等特性。

这些特性使得Fe3O4磁性纳米材料在环境治理领域具有广泛的应用前景。

1. 超顺磁性Fe3O4磁性纳米材料具有超顺磁性，即在一定的温度下，其磁化强度随温度的升高而迅速降低，当温度达到一定值时，其磁化强度几乎为零。

这种特性使得Fe3O4磁性纳米材料在磁场作用下可以快速地聚集和分离，便于后续的处理和回收。

2. 生物相容性Fe3O4磁性纳米材料具有良好的生物相容性，可以与生物体内的细胞和组织进行良好的相互作用。

这使得Fe3O4磁性纳米材料在生物医学领域有着广泛的应用，如药物输送、细胞分离等。

3. 高比表面积Fe3O4磁性纳米材料具有较高的比表面积，这使得其具有较高的反应活性。

一种便捷方法制备表面氨基化的超顺磁Fe3O4纳米粒子

一种便捷方法制备表面氨基化的超顺磁Fe 3O 4纳米粒子刘星辰党永强吴玉清*(吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,长春130012)摘要：提出了一种简便易行的对磁性纳米粒子表面进行氨基化的方法.首先使用化学共沉淀法合成了粒径为10nm 左右的Fe 3O 4纳米粒子,然后用阿仑膦酸钠对其表面进行修饰,使其表面具有了功能化的氨基.利用透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、动态光散射(DLS)仪、热重分析(TGA)仪、傅里叶变换红外(FT ⁃IR)光谱仪、X 射线光电子能谱(XPS)仪等对其进行表征.结果显示磁性纳米粒子表面被成功地修饰了一层双膦酸分子.所制备的纳米粒子可在pH=6.3稳定存在4周以上.关键词：磁性纳米粒子;氨基化;阿仑膦酸钠中图分类号：O647;O648A Convenient Method to Synthesize Surface Amino 鄄Coated Superparamagnetic Fe 3O 4NanoparticlesLIU Xing ⁃Chen DANG Yong ⁃Qiang WU Yu ⁃Qing *(State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Material,Jilin University,Changchun130012,P.R.China )Abstract ：We propose a convenient method to synthesize surface amino ⁃coated magnetic nanoparticles.Fe 3O 4nanoparticles with a grain diameter of about 10nm were synthesized by the chemical co ⁃precipitation of ferrous chloride and ferric chloride.The obtained superparamagnetic nanoparticles were surface ⁃modified with alendronate to introduce an amino group onto their surfaces.The particles were characterized by transmission electron microscopy (TEM),X ⁃ray diffraction (XRD),vibrating sample magnetometry (VSM),dynamic light scattering (DLS),thermogra ⁃vimetric analysis (TGA),Fourier transform infrared (FT ⁃IR)spectroscopy,and X ⁃ray photoelectron spectroscopy (XPS).The data showed that alendronate was successfully linked to the SPM nanoparticles.These particles are stable for more than 4weeks without precipitation at pH=6.3.Key Words ：Magnetic nanoparticles;Amino ⁃coated;Alendronate[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2010,26(3)：789-794磁性纳米粒子是一类重要的纳米材料,它除了具有纳米效应,还会呈现异常的磁学性质,如超顺磁性、高矫顽力、低居里温度与高磁化率等特点.目前磁性纳米粒子已在许多领域得到广泛的应用,如磁性记录[1]、生物传感[2]、医学磁共振成像(MRI)[3]、蛋白质分离[4]、靶向药物输送[5]等领域.其中Fe 3O 4纳米粒子磁流体是应用最广泛的铁氧体类磁性纳米材料之一.然而磁性纳米粒子自身极易团聚,且表面缺乏容易和功能分子偶联的基团,因此在制备时必须加以修饰.所以采取合适的物理化学方法将磁性纳米粒子修饰衍生或表面功能化,是实现生物分子与磁性纳米粒子结合、负载及生物传感的必要前提和关键[6].用有机小分子来修饰磁性纳米粒子是一类重要的制备功能化磁性纳米粒子的方法.这类纳米粒子通常具有水溶性好,生物相容性好等特点.此外,作为MRI 对比剂,小分子修饰的纳米粒子相比高分子March Received:August 27,2009;Revised:November 16,2009;Published on Web:January 12,2010.∗Corresponding author.Email:yqwu@;Tel ：+86⁃431⁃85168730.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20773051),Natural Science Foundation of Jilin Province,China (20070926⁃01)and the 111Project,China (B06009).国家自然科学基金(20773051),吉林省自然科学基金(20070926⁃01)和111项目(B06009)资助ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica789Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2010Vol.26包裹的纳米粒子[7]具有尺寸小,易于在组织之间穿透的优点,而且小分子修饰可以比高分子修饰更好地保持纳米粒子的磁性能[8].通常所用的小分子有:氨基酸[9]、柠檬酸[10]、磷酰维生素B 、环糊精[11]等.采用氨基酸等上述小分子进行表面修饰所得到的纳米粒子虽然具有良好的生物相容性,但其表面的修饰性小分子很容易在体内被代谢分解,造成纳米粒子的聚集沉淀,因此不适于在生物体内使用.双膦酸分子由于其特殊的P —C —P 骨架结构,在体内不易被代谢分解,因而具有比其他常用小分子更优良的性质,适于进行生物相容性纳米粒子的表面修饰.此外,双膦酸基团与金属的强配位能力可以使其较为牢固地结合在纳米粒子表面,具有非毒性,生物兼容性好等优点,也使双膦酸成为生物医学领域磁性纳米粒子的良好修饰物.Portet 等[12]于2001年首次报导了利用双膦酸化合物修饰氧化铁纳米粒子,并用作医学磁共振成像对比剂.其研究表明,双膦酸与纳米粒子表面的结合能力要远远强于其他一些常用的配位基团,如羧基、磺酸基、单膦酸基等;这种纳米粒子的稳定性可达到4周以上.Lalatonne 等[8]利用尾部为羧基的双膦酸修饰Fe 2O 3纳米粒子,得到了高稳定性、超顺磁性以及生物相容性的纳米材料.MRI 测试表明,这种材料可以作为对比剂.利用其尾部的羧基基团顺利连接了荧光素分子,证明双膦酸与纳米粒子结合较为牢固,不受尾部基团进一步化学偶联的影响.本文介绍了一种基于双膦酸修饰的表面氨基化磁性纳米粒子,首先采用化学共沉淀法制备Fe 3O 4纳米粒子,然后将具有强配位能力的阿仑膦酸钠(如图1所示)修饰到纳米粒子表面,并对其形态、组成、磁性等性质进行了表征.1实验部分1.1原料与试剂FeCl 3·6H 2O(99%),分析纯;FeCl 2·4H 2O(99%),分析纯;氨水(28%),分析纯,以上试剂均购自北京化学试剂公司.阿仑膦酸钠(98%,w ),分析纯,购自山东中科泰斗试剂公司.实验用水为二次去离子水.1.2Fe 3O 4纳米粒子的制备及其表面氨基化取去离子水200mL,通氮气除氧1h,密封备用.精密称取FeCl 3·6H 2O 1.08g 与FeCl 2·4H 2O 0.49g,在氮气保护的环境下溶于30mL 除氧的去离子水中.机械搅拌使固体全部溶解后,调转速为700r ·min -1,升温至45℃,迅速加入1.5mol ·L -1氨水10mL,然后继续加入氨水,调节pH 到10-11.反应30min 后,加热到60℃陈化30min,反应过程中持续通氮气保护,最后得到黑色溶胶状物质.利用外加磁场将所得到的沉淀从反应体系中分离出来,并用除氧的去离子水洗涤5次以除去杂质离子,直到pH=7.然后在真空烘箱中30℃下干燥,研磨后得到未修饰的四氧化三铁纳米粒子.用于修饰的Fe 3O 4纳米粒子则是在反应结束且洗涤完后,直接用去离子水将粒子分散在250mL 锥形瓶中,超声30min.另配制等体积的25mmol ·L -1的阿仑膦酸钠水溶液,调pH 到6.2后,加入到纳米粒子胶体中,用1mol ·L -1的NaOH 和HCl 控制体系pH=6.3,在室温下搅拌2h.反应结束后在4℃、15000r ·min -1下离心10min,用蒸馏水洗涤后再离心分离,重复3次以除去未修饰上的阿仑膦酸钠和少量的杂质离子.最后置于真空烘箱中干燥.1.3测试与表征仪器H ⁃8100IV 透射电镜(日本日立公司);Vertex 80V 型傅里叶变换红外光谱仪(德国BRUKER 公司);Q500型TGA 热重分析仪(德国耐驰仪器制造有限公司);D/MAX 2550diffractometer X 射线衍射仪(日本Rigaku 公司);VSM ⁃300型振动样品磁强计(英普技术公司);ESCALAB 250X 射线光电子能谱仪(英国VG 公司);Zetasizer nanoseries 纳米粒度分析仪(英国Malvern 仪器公司).2结果与讨论2.1Fe 3O 4纳米粒子的表面氨基化原理吸附可分为物理吸附和化学吸附.前者主要通过分子间作用力如静电相互作用、氢键、范德华力;后者主要通过共价键等化学键吸附.实际吸附过程常是两种过程共同起作用,先物理吸附,再化学吸附[13].Fe 2+、Fe 3+的价电子结构分别为3d 64s 0、3d 54s 0,而图1双膦酸和阿仑膦酸钠的结构Fig.1Structures of bisphosphonic acid andalendronate790No.3刘星辰等：一种便捷方法制备表面氨基化的超顺磁Fe 3O 4纳米粒子4s 和4p 为空轨道处于不饱和状态,因此易于接受电子形成配位键.四氧化三铁纳米粒子的等电点是6.5-7.0[14],而阿仑膦酸的p K a 分别为0.8、2.2、6.3、10.9和12.2[15],阿仑膦酸钠(单钠盐)的等电点为2.2.当pH>6.5时,阿仑膦酸钠带负电荷,纳米粒子表面也带负电荷,静电排斥作用不利于阿仑膦酸钠的磷酸端基以静电吸附的方式吸附在Fe 3O 4纳米粒子表面;当6.5>pH>2.2时,阿仑膦酸钠带负电荷,纳米粒子表面带正电荷,阿仑膦酸钠将以磷酸端基吸附于Fe 3O 4纳米粒子表面;当pH<2.2时,两者都带正电荷,阿仑膦酸钠也无法通过静电作用吸附于Fe 3O 4纳米粒子上.因此,理论上修饰的pH 范围应为2.2-6.5.但在实验中发现,当体系的pH 值小于6.0时,Fe 3O 4纳米粒子会被溶解.所以实际操作时,综合考虑各个因素后选择pH=6.3.2.2形貌分析图2为阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的TEM 图.从TEM 可知,所制备的纳米粒子直径在10nm 左右.修饰前的纳米粒子分散性很差,极易团聚.这是因为在反应结束后,在磁分离的过程中,外加磁场的作用导致粒子部分磁化,因而容易造成团聚.此外,修饰前纳米粒子间的静电排斥力较小,也易于导致团聚.修饰后,Fe 3O 4纳米粒子团聚程度较轻,分散性大大提高.从粒径上看,修饰前后纳米粒子的粒径改变很小,这体现了小分子修饰的优点.从图片中可以看到一些颜色较深的粒子,这说明反应过程中结晶不完全.2.3动态光散射图3为阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的粒度分布曲线.从图3可以看出,修饰前Fe 3O 4纳米粒子聚集严重,即使经过长时间的超声,DLS 测得的粒径依然在100nm 左右(图3(a)).而修饰后,同样浓度的纳米粒子,其分散度得到了很大程度的改善,DLS 粒径为24.3nm 左右(图3(b)).2.4物相分析图4中a 为未修饰的磁性纳米粒子的XRD 谱图.和标准谱图对比可知,离子物相为反式尖晶石结构的Fe 3O 4,峰形窄且尖锐,说明晶体完整.23°左右的无定形峰可能是Fe 3O 4纳米粒子在生成过程中结晶不完全导致的.根据Scherrer 公式:D =k λ/(βcos θ)其中k 为Scherrer 常数,取0.89,λ为X 射线波长,β为半峰宽,θ为布拉格角,取(311)晶面计算得D =8.4nm,和TEM 数据较好地吻合.图4中b 为阿仑膦酸钠修饰的磁性纳米粒子的XRD 谱图,和曲线a 比较可知,修饰前后,纳米粒子的晶体结构基本上未发生变化.但是23°左右的无定形峰增强,表明修饰后纳米粒子上有大量的无定图2阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的TEM 图Fig.2TEM images of Fe 3O 4nanoparticles before andafter modification with alendronate(a)Fe 3O 4,(b)Fe 3O 4⁃alendronate;Inset in Fig.2a is the selected areaelectron diffraction.图3阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的粒度分布曲线Fig.3Size distribution curves of Fe 3O 4nanoparticles before and after modification with alendronate(a)Fe 3O 4,(b)Fe 3O 4⁃alendronate791Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2010Vol.26形物存在,这说明阿仑膦酸钠以无定形的形式被大量地吸附到了Fe 3O 4纳米粒子的表面.2.5磁性能分析根据文献[16],在无外磁场存在下,当Fe 3O 4粒子的尺寸小于31.8nm 时,将表现出超顺磁性.为了考察所制得的纳米粒子的磁性能,利用振动样品磁强计(VSM)在磁场强度(H )为-796000-796000A ·m -1的范围内,于室温(25℃)测定了纳米粒子的磁性.图5分别为修饰前后的Fe 3O 4纳米粒子的磁滞回线.从图中可以看出,制备样品的磁滞回线是两条重合的磁化曲线,这正体现了磁性材料的一个重要特征,即超顺磁性[17].比饱和磁化强度是指单位质量样品的饱和磁化强度,通常用比饱和磁化强度(M )值来评价材料的磁性能.由图5可知,随着外加磁场的增强,样品的磁化强度也随之变强.当外加磁场达到±796000A ·m -1时,Fe 3O 4纳米粒子的磁化强度达到饱和,为61.7A ·m 2·kg -1.经阿仑膦酸钠修饰后,纳米粒子的比饱和磁化强度(M )略有下降(55.2A ·m 2·kg -1),但仍明显优于高分子材料修饰的Fe 3O 4纳米粒子[7].比饱和磁化强度的略微改变是由于纳米粒子表面吸附了大量的阿仑膦酸钠后,导致样品中Fe 3O 4的相对含量有所下降,因此其比饱和磁化强度值有所下降.此外,由于在修饰及干燥过程中,可能有部分二价铁被氧化为三价铁,亦可导致粒子磁性能的微小下降.2.6热重分析为了进一步研究阿仑膦酸钠在Fe 3O 4表面的吸附情况,我们还采用热重分析的方法检测其在空气中受热的质量变化情况(图6).从图6可以看出,低温下裸Fe 3O 4粒子的质量随温度升高而减少,在120℃左右失重量达1.5%左右,这归属于表面吸附水的脱去,随着温度的上升,Fe 3O 4有部分被氧化成Fe 2O 3,其质量会略有增加;而当温度高于150℃时,纳米粒子间的吸附水开始挥发,导致失重,这主要是图5阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的磁滞回线Fig.5Magnetic hysteresis loop of Fe 3O 4nanoparticlesbefore and after modification withalendronate图6阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子(a)以及阿仑膦酸钠(b)的热重曲线Fig.6Thermogravimetry curves of Fe 3O 4nanoparticles before and after modification withalendronate (a)and alendronate(b)图4阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的XRD 图Fig.4XRD patterns of Fe 3O 4nanoparticles beforeand after modification with alendronate(a)Fe 3O 4,(b)Fe 3O 4⁃alendronate792No.3刘星辰等：一种便捷方法制备表面氨基化的超顺磁Fe 3O 4纳米粒子由于真空干燥并不能除去粒子之间存在的吸附水,于是在空隙中形成大量的弯月液面,当毛细收缩作用将颗粒压向一起后,水分被保留在聚集的颗粒之间;只有在高温(>150℃)时,这些水分才开始被逐渐蒸发出来[18].这两个因素共同作用的结果使裸Fe 3O 4纳米粒子在高温过程中质量变化较小,最终失重在2%-3%的范围内.阿仑膦酸钠修饰后的Fe 3O 4纳米粒子从200℃开始有一个明显的失重峰,这是表面阿仑膦酸钠分解所造成的失重和Fe 3O 4的氧化增重共同作用的结果,二者最终的失重量为2.9%,经过计算,若Fe 3O 4完全被氧化,其增重量约为3.2%,从而得出阿仑膦酸钠在纳米粒子上的吸附量大约为6.1%.此外,我们还测量了相同条件下阿伦膦酸钠单独存在时的热重曲线,结果如图6(b)所示,阿仑膦酸钠在110-140℃之间失去结晶水,而在250℃左右开始分解,一直持续到450℃.这与阿仑膦酸钠修饰Fe 3O 4的情形基本相符,说明纳米粒子表面的修饰物是阿仑膦酸钠.2.7傅里叶变换红外光谱图7为阿仑膦酸钠修饰前后,Fe 3O 4纳米粒子以及阿仑膦酸钠的红外光谱.在红外光谱图上,P —O 伸缩振动对应的区域一般在900-1200cm -1之间[8].阿仑膦酸钠固体在这个区域除了P —OH 、P ‗O 以及PO 3基团的特征峰外,由于膦酸基团与结晶水的结合,还产生了多组复杂的红外吸收峰,如图7所示.而结合到纳米粒子上的阿仑膦酸钠在该区域发生了较大的变化,包括峰的消失和P —OH 、P ‗O 、PO 3基团特征峰的位移,说明这些基团周围的环境发生了很大的变化.这表明阿仑膦酸钠上的磷酸基团和纳米粒子上的铁离子发生了配位作用.2.8光电子能谱图8、图9是修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的Fe 2p 、N 1s 、P 2p 的XPS 谱.从图8可以看出,其E B (2p 3/2)=710.8eV,说明纳米粒子的成分确实为Fe 3O 4[19].另图9阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的N 1s (a)和P 2p (b)的XPS 谱Fig.9N 1s (a)and P 2p (b)XPS spectra for Fe 3O 4nanoparticles before and after modification with alendronate图7阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 纳米粒子以及阿仑膦酸钠的傅里叶变换红外光谱Fig.7FTIR spetra of of Fe 3O 4nanoparticles beforeand after modification with alendronate andalendronate图8阿仑膦酸钠修饰前后Fe 3O 4纳米粒子的Fe 2p 的XPS 谱Fig.8Fe 2p XPS spectra for Fe 3O 4nanoparticles before and after modification withalendronate793Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2010Vol.26外,修饰前后纳米粒子的Fe2p谱均有震激伴峰,即shake⁃up卫星峰存在,而且伴峰与主峰的能量差(ΔE)为13.7eV,明显符合文献[20]报道的Fe3O4的ΔE>8.80eV的判别标准,也证明纳米粒子的成分确实为Fe3O4.修饰前后峰位基本不变,说明修饰过程不改变纳米粒子的主体成分Fe3O4的结构.从图9可知,修饰后的纳米粒子与修饰前相比,出现了明显的N(401eV)和P(132.5eV)的谱峰,且二者以单峰出现,说明其各自只有一种价态,符合阿仑膦酸钠中N、P的化学环境.这些结果进一步验证了阿仑膦酸钠已经被修饰到了纳米粒子表面,同时也说明纳米粒子表面具有了功能化的基团———氨基.根据文献[9],我们提出了阿仑膦酸钠结合纳米粒子的模型,如图10所示.2.9稳定性分析本实验制备的经阿仑膦酸钠修饰的纳米粒子,在pH=6.3的条件下,存放4周时间不产生任何聚集;调整pH到9以上时,会产生少量的聚集.这是由于氨基的等电点在pH=9左右,当溶液碱性过强时,会中和掉氨基所带的正电荷;改变pH到5以下时,由于纳米粒子本身由碱性氧化物组成,放置2d以后纳米粒子会被溶解.因此,使用Fe3O4⁃阿仑膦酸钠修饰的纳米粒子的最佳使用pH范围是6-9,比较适合于在生物体系中应用.3结论提出了一种简便易行的对磁性纳米粒子表面进行氨基化修饰的方法.首先使用共沉淀法合成了粒径为10nm左右的Fe3O4纳米粒子,然后使用阿仑膦酸钠对其表面进行了修饰,使其表面具有了功能化的氨基.并对其进行了一系列物理性质表征.结果显示磁性纳米粒子表面被成功地修饰上了一层双膦酸分子.修饰后纳米粒子的比饱和磁化强度为55.2 A·m2·kg-1.这种纳米粒子可在pH=6.3稳定存在4周以上,为其进一步的生物学应用奠定了基础. References1Sun,S.;Murray,C.B.;Weller,D.;Folks,L.;Moser,A.Science,2000,287:19892Miller,M.M.;Prinz,G.A.;Cheng,S.F.;Bounnak,S.Appl.Phys.Lett.,2002,81:22113Burtea,C.;Laurent,S.;Roch,A.;Vander Elst,L.;Muller,R.N.J.Inorg.Biochem.,2005,99(5):11354Frenzel,A.;Bergemann,C.;Köhl,G.;Reinard,T.J.Chromatogr.B,2003,793(2):3255Jain,T.K.;Morales,M.A.;Sahoo,S.K.;Leslie⁃Pelecky,D.L.;Labhasetwar,V.Mol.Pharm.,2005,2(3):1946Rosi,N.L.;Mirkin,C.A.Chem.Rev.,2005,105:15477Chen,Z.J.;Peng,K.;Fang,S.M.;Tian,J.F.;Li,D.D.;Jia,L.J.;Mao,X.F.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2007,23(3):349[陈志军,彭凯,方少明,田俊峰,李丁丁,贾陆军,冒小峰.物理化学学报,2007,23(3):349]8Lalatonne,Y.;Paris,C.;Serfaty,J.M.;Weinmann,P.;Lecouvey,M.;Motte,mun.,2008:25539Souna,M.H.;Rubim,J.C.;Sobrinho,P.G.J.Magn.Magn.Mater.,2001,225:6710Domingo,J.C.;Mercadal,M.;Petriz,J.;Madariaga,M.D.J.Microencapsulation,2001,18(1):4111Bonacchi,D.;Caneschi,A.;Dorignac,D.;Falqui,A.;Gatteschi,D.;Rovai,D.;Sangregorio,C.;Sessoli,R.Chem.Mater.,2004,16:201612Portet,D.;Denizot,B.;Rump,E.;Lejeune,J.J.;Jallet,P.J.Colloid Interface Sci.,2001,238:3713Liu,B.;Wang,D.P.;Huang,W.H.J.Func.Mater.,2007,38(7): 1074[刘冰,王德平,黄文。

Fe3O4磁性纳米材料的制备及水处理应用进展

Fe3O4磁性纳米材料的制备及水处理应用进展水污染是全球面临的重要环境问题之一，对人类健康和生态系统造成了严峻恐吓。

传统的水处理方法存在一些局限性，如高成本、低效率和后处理问题。

因此，开发高效、经济且环境友好的水处理技术变得至关重要。

磁性纳米材料由于其特殊的磁性和吸附性能，成为水处理领域的探究热点。

本文将介绍Fe3O4磁性纳米材料的制备方法及其在水处理领域的应用进展。

一、Fe3O4磁性纳米材料的制备方法1. 化学共沉淀法化学共沉淀法是制备Fe3O4磁性纳米材料的常用方法之一。

主要步骤包括：以Fe2+和Fe3+为原料，通过化学反应生成Fe3O4纳米颗粒的方法。

该方法简易、成本低，但纳米颗粒的尺寸和外形比较难控制。

2. 热分解法热分解法是通过将金属盐溶液加热至高温，使其分解并生成纳米颗粒。

通过控制反应条件可以调控纳米颗粒的外形和尺寸。

该方法制备的Fe3O4纳米颗粒具有较好的分离性和稳定性。

3. 微乳液法微乳液法是将金属盐和表面活性剂聚合生成混合物，通过加热和冷却过程形成纳米颗粒。

该方法制备的Fe3O4纳米颗粒具有狭窄的粒径分布和较高的比表面积。

以上三种制备方法各有优缺点，可以依据详尽需要选择合适的方法制备Fe3O4磁性纳米材料。

二、Fe3O4磁性纳米材料在水处理中的应用1. 污染物吸附Fe3O4磁性纳米材料具有较大的比表面积和较高的吸附性能，可以在水中有效吸附污染物。

探究表明，Fe3O4纳米颗粒对重金属离子、有机物和染料等多种污染物具有良好的吸附效果。

此外，由于其具备磁性，可以通过外加磁场实现快速分离和回收。

2. 废水处理Fe3O4磁性纳米材料在废水处理中也有广泛应用。

例如，可以将其应用于废水中重金属的去除，通过控制材料的尺寸和比表面积，提高去除效率。

此外，在废水中加入Fe3O4磁性纳米材料还可以有效去除有机污染物和色素。

3. 磁性分离和回收由于Fe3O4磁性纳米材料具有磁性，可以通过外加磁场实现快速分离和回收。