磁性纳米材料在重金属分离富集方法中的应用

目录摘要 (I)Contrast (I)前言 (II)第一章纳米材料 (1)1.1纳米材料简介 (1)1.2纳米材料的特性 (2)第二章纳米磁性材料 (3)2.1磁性功能材料的磁学性质及表征方法 (5)2.2磁性纳米粒子的制备 (5)2.2.1共沉淀法 (5)2.2.2高温分解法 (6)2.2.3球磨法 (6)2.2.4溶胶—凝胶法 (6)2.2.5水热法与溶剂热法 (6)第三章重金属离子的检测及分离富集方法 (6)3.1重金属的检测方法 (7)3.1.1原子发射光谱法 (7)3.1.2电感耦合等离子质谱法 (7)3.1.3原子荧光光谱法 (7)3.1.4原子吸收光谱法 (8)3.2重金属离子的分离富集方法 (8)3.2.1固相萃取 (8)3.2.2共沉淀法 (8)3.2.3液—液萃取法 (8)3.2.4离子交换分离法 (9)总结与展望 (10)参考文献致谢磁性纳米材料在重金属分离富集方法中的应用摘要：随着人类生产生活活动的进一步发展，人类在提高生产力和生产水平的过程中也带来了了环境污染。

其中重金属对人类生命健康的危害不容小觑，因此如何有效分离检测重金属成为当今人类急需攻克的难题。

磁性纳米材料是最近新兴的一种具有特殊性质的纳米材料，它可有效用于重金属的检测与分离富集，因此备受科学家们的关注。

本文重点从以下三个方面将行了介绍：1、纳米材料的分类及其性质2、磁性功能材料的磁学性质及表征方法和磁性纳米材料的制备3、重金属离子的检测及分离富集方法关键词：纳米材料、磁性纳米材料、重金属离子、检测、富集Contrast: With the fast development of human production and life activities, environmental pollution also comes out.The affection of heavy metals on human life and health hazards should not be underestimated, so how effective separation and detection of heavy metals becomes an urgent need to overcome the problem of mankind. Magnetic nano-materials is a recently emerging nano-materials with special properties, it can be useful for detection and separation and enrichment of heavy metals, which gets scientists' much attention. This article focuses on the following three aspects will introduce the line:1.Classification and properties of nano-materials.2.Prepared magnetic properties, magnetic materials and functional characterization and magnetic nano-materials.3.The method of detection and separation and enrichment of heavy metal ions.I前言重金属污染具有隐蔽性、潜伏时间长、具有一定的累积性、影响范围大、难以治理等特点。

1953年，在日本发生影响巨大的“水俣病”，“水俣病”的产生就是由于河水受到甲基汞的污染，人们误喝了河水，并误食了河水中的水生生物，使得甲基汞在人体内累积，当累积的量达到一定程度后就会引起人体发病。

近年来，我国发生重金属污染的事件也屡见不鲜。

如何有效地检测重金属并对其进行分离富集备受科学家们的广泛关注。

纳米材料是近年来科学家们研究的一个热点，纳米材料的尺寸介于微观与宏观之间，纳米材料被认为是21世纪最有发展前景的技术。

随着人们探索的不断深入，纳米材料的合成方法不断完善，不同的合成方法对纳米材料的微观结构具有一定的影响，并有可能直接影响到其性能。

人们在纳米材料研究的基础上又发现了具有磁性的纳米材料，将其称为磁性纳米材料。

磁性纳米材料是当今新型的一个研究热点，具有广阔的应用前景。

磁性纳米材料兼具纳米材料的特性，又有不同于纳米材料的独特性质，受到人们的广泛关注。

它所涉及到的科学技术是物理、化学、生物等多门科学的交叉，为科技的发展和进步带来了新的发展机遇与挑战，并不断给人类带来新的产品和新科技。

第一章纳米材料1.1纳米材料简介纳米技术诞生于20世纪80年代末，随后得到快速的发展，人们在这一领域的研究已取得极大的进展。

它是一门研究尺寸在10-10到10-7m范围内物质及其制备方法、组成、性质以及应用的科学。

纳米科技研究的领域是非宏观、非微观的中间领域，它为人类认识世界开辟了新的层次，使得人们能够从分子水平、原子水平改造自然，使得人类的科学技术进入了一个崭新的时代。

纳米技术已成为本世纪科技革命的主导；纳米技术是物理、化学、生物以及材料科学的交叉领域，具有强大的生命力；它所牵扯到的一些现象很难用传统的物理、化学、生物等知识加以解释，它势必将许多学科的研究推向一个新的层次，同时科学技术的革新带来新的机遇与挑战。

纳米材料是指颗粒直径为纳米量级（0.1—100nm)的超微粒子及由其聚集而成的固体纳米材料[1]。

包含金属、非金属、有机、无机、电子、生物等多种材料。

从维度上可分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料以及三维纳米材料。

(1)零维：是指空间三维尺度均处于纳米尺度。

如纳米颗粒；(2)一维：是指空间三维尺度中有两维处于纳米尺度，如纳米管、纳米纤维；(3)二维：是指空间三维尺度中有一维处于纳米尺度，如纳米膜、超晶格；(4)三维：即纳米块状材料，是一个特例，尽管其外形尺寸不是纳米级，但其中含有纳米材料，是由纳米颗粒堆积成的体相材料[2]。

1.2纳米材料的特性在三维空间至少有一维处于纳米尺度范围内（1-100nm)范围内的材料才可被称作纳米材料。

纳米材料滋生的尺寸处于微、宏观之间，独特的结构使它展现出独特的物理、化学性质。

纳米材料的特殊型主要表现字以下几个方面：量子尺寸效应：当颗粒内原子的个数有限时，随颗粒尺寸的变小，颗粒内部的电子能级由原来的准连续状态逐渐变得离散，能级间的能隙变宽。

当能级间的能隙间距大于材料物性的热能、磁能、静电能、光子能等时，便导致了纳米粒子区别于宏观材料物性的特性产生。

比如材料从原来的导体变成绝缘体，比热反常变化，光谱线向短波长方向的移动等 [3]。

表面与界面效应:纳米材料的尺寸较小，表面原子占总体体积的比例大，这种特点使纳米材料有非常大的表面能。

同时随着尺寸的减小，纳米材料存在着表面的原子数及所占比例迅速增大的现象，如图（1a)所示。

比表面积的加大，使原子配位得不到满足，从而产生未饱和键，使纳米颗粒表面产生缺陷，缺陷的存在增大了颗粒表面的活性，使其很容易对其它原子产生吸附或发生化学反应[3]。

小尺寸效应:是指当纳米材料晶体尺寸和光波波长、磁交换长度、磁畴壁宽度、传导电子的德布罗意波长、超导态相干长度或透射深度等物理特征性尺寸相当或比它们更小时，原有晶体周期性边界条件被破坏，物性也出现新的效应，出现光吸收显著增加，产生吸收峰的等粒子共振频移，超导相转变为正常相，声子谱发生改变等从磁有序变成磁无序，磁矫顽力变化，金属熔点下降等。

如图（1b）所示，金纳米材料的熔点和尺寸的变化就是一个典型的例子[4]。

导致这种变化的原因在于纳米材料尺寸、所包含的原子、分子数目及其运动速度状态。

尺寸介于物质的宏观结构与微观原子、分子结构的范畴对材料的物性起到决定性的作用[3]。

图1宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。

近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量和电荷等也具有隧道效应称为宏观量子隧道效应MQT(Macroscopic Quantum Tunneling)。

量子遂穿的概率与势阱的深度、壁厚、形状有关，通过改变势阱的深度、壁厚、形状就可以改变其对电子的束缚。

宏观量子隧道效应的研究对基础和应用研究都有着重要意义。

它限定了磁带、磁盘进行信息储存的时间极限。

量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者它确定了现存微电子器件进一步微型化的极限[1]。

第二章纳米磁性材料磁性是物质的基本属性之一，可以说任何物质都具有磁性，只不过所具有的磁性大小有差异。

自然界中存在着大量的磁性纳米材料，如带有记忆功能的信鸽、蜜蜂、蝴蝶、海龟、海豚、依靠磁性生存的趋磁细菌等，它们的生命中每时每刻都展现着磁性纳米材料的神奇魅力。

早在3000年前，古人就已经知道利用磁性制造出辨别方向的指南针，指南针的使用推进了人类文明的进步。

磁性纳米材料是20世纪80年代发展起来的一种新型纳米复合材料。

其集纳米材料与磁性材料的性质与一身。

它是综合运用纳米技术、化学修饰技术和生物偶联技术等手段制造出的复合材料[5]，这种复合材料不仅具有一般纳米材料的特性，而且具有良好的生物兼容性、表面活性和独特的超顺磁性[6-7]。

在实际应用当中，可通过外加磁场对磁性材料方便迅速地定位和分离，在磁性液体、生物医学、磁共振成像、微波吸附、催化剂载体等领域具有广阔的应用前景[8-9]。

磁性纳米材料的磁性来源于Fe、Co、Ni、Mn等金属及其金属氧化物及其复合物的超细粉末的磁性响应特性。

由于与磁性相关物理长度恰好处于纳米量级，致使纳米磁性材料呈现出特殊的性质，所以磁性纳米材料的磁性特性不同于一般的磁性材料特征。

因此，除了拥有常用纳米材料的一般性质(小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)外，还呈现出超顺磁性，高矫顽力，低居里温度、磁化率等磁性性能，使得磁性纳米材料在机械，电子，光学，磁学，化学和生物学领域有着广泛的应用前景[10-15]。

磁性功能材料特殊的组成使它比传统的功能材料具备更广阔的应用前景。

一方面，可以依靠自身的磁性方便、快速地从复杂体系中分离出来;另一方面，也具备功能材料的诸多反应特性，并依靠其较大的比表面积使分离过程中反应物之间的相互作用速度大大提高，因此已经被广泛地用作分离材料和载体。

此外，这一材料也在催化、材料科学、细胞分离、固定化酶、药物转运以及环境保护等众多领域中发挥了重要的作用[16-21]。