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基本信息

項(xiàng)目名稱：
表面功能化四氧化三鐵和微硅粉納米粒子去除Cu2+、Pb2+的研究
小類：
能源化工
簡介：
用化學(xué)共價偶聯(lián)的方法將不同結(jié)構(gòu)和性能的有機(jī)功能分子化學(xué)偶聯(lián)在四氧化三鐵和微硅粉納米粒子表面，制備新型高效的納米吸附功能材料，用于檢測和去除廢水中Cu2+、Pb2+等重金屬離子。利用表面化學(xué)、溶液化學(xué)及微納米結(jié)構(gòu)控制方法，建立起在納米粒子表面設(shè)計(jì)、構(gòu)建和調(diào)控表面修飾分子結(jié)構(gòu)以及選擇性吸附、分離水中重金屬離子的方法。解決傳統(tǒng)環(huán)境材料不能選擇性檢測和去除水中體中重金屬離子的難題。
詳細(xì)介紹：
根據(jù)分子設(shè)計(jì)與剪裁，用化學(xué)共價偶聯(lián)的方法在四氧化三鐵和微硅粉納米粒子表面鏈接有機(jī)或生物功能分子，使其表面具有不同的能和重金屬離子發(fā)生螯合的活性官能基團(tuán)。采用化學(xué)共沉淀法合成Fe3O4納米粒子，根據(jù)分子設(shè)計(jì)合成8-氯乙酰氨基喹啉功能分子，并將其化學(xué)共價偶聯(lián)在Fe3O4納米粒子表面，用X射線衍射XRD、紅外分光光度儀FT-IR，X射線光電子能譜XPS等分析儀器對樣品進(jìn)行分析表征，制備的納米功能材料用于檢測和消除水中Cu2+、Pb2+等重金屬離子。利用表面化學(xué)、溶液化學(xué)及微納米結(jié)構(gòu)控制方法調(diào)控磁性四氧化三鐵、微硅粉納米粒子表面修飾分子結(jié)構(gòu)，建立起在納米粒子表面設(shè)計(jì)、構(gòu)建和調(diào)控表面修飾分子的結(jié)構(gòu)以及選擇性吸附、分離水中重金屬離子的方法。解決傳統(tǒng)環(huán)境材料如吸附材料不能選擇性去除水中重金屬離子的難題。

作品圖片

  • 表面功能化四氧化三鐵和微硅粉納米粒子去除Cu2+、Pb2+的研究
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  • 表面功能化四氧化三鐵和微硅粉納米粒子去除Cu2+、Pb2+的研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

通過對四氧化三鐵、微硅粉納米粒子進(jìn)行表面化學(xué)修飾，制備高效新型的納米功能材料，并將其用于重金屬離子如Cu2+、Pb2+的檢測與消除研究。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

用化學(xué)共價偶聯(lián)的方法將不同結(jié)構(gòu)和性能的有機(jī)或生物功能分子化學(xué)偶聯(lián)在磁性四氧化三鐵或微硅粉納米粒子表面，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)與納米粒子性能間的關(guān)系，構(gòu)建和調(diào)控納米粒子表面修飾分子結(jié)構(gòu)，制備的納米功能材料用于檢測和消除水中Cu2+、Pb2+等重金屬離子。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義

根據(jù)分子設(shè)計(jì)與剪裁，用化學(xué)共價偶聯(lián)的方法在四氧化三鐵和微硅粉納米粒子表面鏈接有機(jī)或生物功能分子，使其表面具有不同的能和重金屬離子發(fā)生螯合的活性官能基團(tuán)。利用表面化學(xué)、溶液化學(xué)及微納米結(jié)構(gòu)控制方法調(diào)控納米粒子表面修飾分子結(jié)構(gòu)，并建立起在納米粒子表面設(shè)計(jì)、構(gòu)建和調(diào)控表面修飾分子的結(jié)構(gòu)以及選擇性吸附、分離水中重金屬離子的方法。解決傳統(tǒng)環(huán)境材料如吸附材料不能選擇性去除水中重金屬離子的難題。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用化學(xué)共沉淀法合成Fe3O4納米粒子，根據(jù)分子設(shè)計(jì)合成8-氯乙酰氨基喹啉功能分子，并將其化學(xué)共價偶聯(lián)在Fe3O4納米粒子表面，用X射線衍射XRD、紅外分光光度儀FT-IR，X射線光電子能譜XPS等分析儀器對樣品進(jìn)行分析表征。探討了表面功能化的磁性四氧化三鐵納米粒子去除水中不同濃度的Cu2+的效果。結(jié)果表明，8-氯乙酰氨基喹啉在Fe3O4納米粒子表面能穩(wěn)定存在，表面功能化的磁性Fe3O4納米粒子對Cu2+具有很好的吸附分離效果。用硝酸對工業(yè)微硅粉納米粒子進(jìn)行預(yù)處理，然后用含巰基的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面修飾，將表面修飾后的微硅粉納米粒子用于水中Pb2+的處理，離心分離后，取分離液作檢測分析，研究其去除效果及能力。

獲獎情況

Xiangfeng Kong, Yuxiang Chen, Zaixiang Yang, Shixing Wang, Yang Zhou, A highly sensitive and efficient functionalized magnetic chemosensor for Cu2+ removal, International Conference on Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Penang, Malaysia, Nov 23-24, 2010.

鑒定結(jié)果

通過云南省第六屆高校青年科技節(jié)參賽作品終審評審，并獲得自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文二等獎

參考文獻(xiàn)

[1] A.Reynal, J.Etxebarria, N.Nieto, S.Serres, E.Palomares, A.Vidal-Ferran, “A Bipyridine-based “Naked-Eye” fluorimetric Cu2+ chemosensor”, Eur.J.Inorg.Chem, 2010,1360-1365. [2] W.Ngeontae, W.Aeungmaitrepirom, T.Tuntulani, A.Imyim, “Highly selective preconcentration of Cu(II) from seawater and water samples using amidoamidoxime silica”, Talanta, 2009, 1004 -1010. [3] J.Yin, X.Guan, D.Wang, S.Liu, “Metal-chelating and dansyl-labeled poly(N-isopropylacrylamide) microgels as fluorescent Cu2+ sensors with thermo-enhanced detection sensitivity”, Langmuir, 2009, 11367-11374. [4] J.W.Liu, Y.Lu, “A DNAzyme catalytic beacon sensor for paramagnetic Cu2+ ions in aqueous solution with high sensitivity and selectivity”, J.Am.Chem.Soc, 2007,9838-9839. [5] Yang Zhou, Shixing Wang, Bingjun Ding, Zhimao Yang, “Modification of magnetite nanoparticles via surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP)”, Chem.Eng.J, 2008, 578-585.

同類課題研究水平概述

重金屬污染物難以治理，它們在水體中積累到一定的限度，就會對水體—水生植物—水生動物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可能通過食物鏈影響到人類的自身健康。因此水體重金屬污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。 目前國內(nèi)外，重金屬廢水處理的方法大致可以分為三大類：(1)化學(xué)沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、化學(xué)還原法、電化學(xué)法和高分子法；(2)物理處理法，包括吸附法、萃取法、離子交換法、膜分離法、蒸發(fā)和凝固法等；(3)生物處理法，包括生物絮凝法、生物化學(xué)法和植物修復(fù)法。在電化學(xué)處理法方面，KIMS,MOONSH等進(jìn)行了大量的研究，實(shí)驗(yàn)表明對一些金屬離子如Cu2+的去除效果可達(dá)到0.1mg/L以下，適合處理重金屬濃度高的廢水，但此方法耗能大。在離子交換法方面，ChaudhariS等進(jìn)行了離子交換劑的研制及其開發(fā)等大量的研究工作，離子交換法是一種重要的電鍍廢水治理方法，處理容量大，出水水質(zhì)好，可回收重金屬資源Cu2+、Pb2+，對環(huán)境無二次污染，但離子交換劑易氧化失效，再生頻繁，操作費(fèi)用高。DeviNB，Nathsar—makc等做了大量萃取方面的研究，萃取法有很大優(yōu)點(diǎn)，但在萃取的過程中能源消耗大。在生物絮凝法方面，汪士新從多種微生物中提取殼聚糖為絮凝劑回收廢水中Pb2+、Cu2+ 等重金屬離子?？到ㄐ垩芯苛薖ullulan絮凝劑對Pb2+的實(shí)驗(yàn)研究，并討論溶液的pH值和Pb2+ 初始濃度等有關(guān)因素的影響。生物絮凝劑也有不利之處，如生產(chǎn)成本高，活體生物絮凝劑保存困難等。Brady等也研究了非活性少根根霉對Cu2+的吸附的研究。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于用化學(xué)共價偶聯(lián)的方法將不同結(jié)構(gòu)和性能的有機(jī)功能分子化學(xué)偶聯(lián)在磁性四氧化三鐵、微硅粉納米粒子表面，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)與納米粒子性能間的關(guān)系，構(gòu)建和調(diào)控納米粒子表面修飾分子。并將其用于水中重金屬離子Cu2+、Pb2+的選擇性檢測，富集及分離的研究。
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