水体中的重金属离子对人类健康有着巨大的危害,降低水体中的重金属离子含量迫在眉睫。利用磁性纳米吸附剂将重金属离子从水体中分离出来是一种有效的应对方法。然而磁性纳米材料(如Fe3O4胶体纳米晶团簇)在酸性废水或酸性脱附条件下很容易被刻蚀溶解成离子,不利于吸附剂的循环使用。以往研究表明在磁性纳米材料表面包覆一层二氧化硅可以提高其在酸性氛围下的耐蚀性。但是Fe3O4@SiO2纳米颗粒在重金属吸附应用中仍存在如下一些问题:(1)为了保证良好的耐蚀性,需要采用较厚的二氧化硅壳层,极大地降低了磁分离回收吸附剂的效率;(2)将吸附离子进行脱附回收再利用的传统方法工序繁琐、效率低下、经济效益较差。本论文中的研究内容主要针对上述问题提出了一些解决策略,如下:第一部分,以Fe3O4@SiO2核壳结构为研究主体,针对SiO2壳层的通透性及其影响因素进行研究,发现Si02壳层的通透性与其熟化程度密切相关。通过控制溶胶凝胶反应时长,我们在不改变SiO2厚度的前提下调节了SiO2的熟化程度以降低其通透性,实现了利用高密封性的薄层二氧化硅来保护纳米颗粒的目标。第二部分,利用氨基功能化的Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2@mSiO2纳米粒子进行重金属离子吸附实验,发现通过调节二氧化硅的熟化程度,可以大幅提高Fe304@Si02基吸附剂在酸性脱附氛围下的稳定性,从而提升了该吸附剂的循环性能。此外,在Fe304外面先包覆一层密实的薄层SiO2再包覆一层多孔SiO2,可以在保留吸附剂耐酸性的基础上提高吸附剂的比表面积,从而实现吸附容量的提升(从15.26 mg/g 增长到了23.51 mg/g)。第三部分,被吸附离子连同吸附剂一起(Fe3O4@SiO2@mSi02-M和Fe3O4@mSiO2-M,M=Co2+和Ni2+)经还原处理后被用于光热催化和热催化二氧化碳加氢实验,简单有效地实现了对废弃重金属离子的再利用。光热催化和热催化主产物均为CO,最大产物速率分别达到了 2.6 mmol·gcat-1·h-1和81.8 mmol·gcat-1·h-1。值得注意的是,吸附离子经还原后形成了亚纳米的颗粒,均匀地分布于多孔二氧化硅壳层中。此外,Fe3O4内核在这里也起着不可替代的作用。一方面,其本身有一定的催化活性;另一方面,Fe3O4作为一个高吸光的材料在这里极大地提高了催化剂整体的吸光效率,将入射光有效地吸收后转化为热,为催化反应提供了能量,大大促进了催化过程的进行,实现了 CO产物速率的大幅提升(由0增长到了 0.31 mmol·gcat-1·h-1)。