纳米MnO2/Fe3O4磁性粒子的制备、表征及应用研究

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近几年,壳核式复合粒子的制备技术逐渐成为了科研领域的研究热点。这些复合粒子作为催化剂、涂料或载药体等被广泛的应用在科学技术的各个领域。本课题首先利用化学共沉淀法制备复合粒子的磁载体-纳米Fe3O4粒子,然后通过硫酸锰发生水解反应生成MnO2以实现对Fe3O4的包覆以制备MnO2/Fe3O4复合粒子。实验中采用了XRD、XPS、TEM、IR等多种先进检测手段对各个阶段的产物的结构和形貌进行了表征和分析。最后,以甲基橙为模型污染物,分别研究了复合粒子的吸附性和催化性对甲基橙脱色的独特效能;并从影响脱色效率的各个角度(例如溶液的pH值、接触时间和投放量等)分析了影响复合粒子脱色性能的种种因素。实验结果表明:利用均匀沉淀法可以制备出形貌较好的壳核结构的MnO2/Fe3O4复合粒子,壳层MnO2的厚度约为3nm,且复合粒子的分散性良好。该复合粒子具有超顺磁特性,其饱和磁化强度为33.5eum/g。在甲基橙溶液的脱色实验中,MnO2/Fe3O4复合粒子也表现出了良好的吸附性能和催化性能:利用制备的MnO2/Fe3O4复合粒子的强吸附性脱色甲基橙溶液的实验结果表明:强酸性条件下,甲基橙的脱色率很高,随着pH的增大脱色率快速下降。当pH值为5时,脱色率几乎接近于零。相同的接触时间下,使甲基橙溶液的脱色率达到最高的pH值为1.3;pH=1.3、复合粒子投放量为1g/L时,达到最大脱色率94.33%所需的时间约为50min。利用制备的Fe3O4/MnO2复合粒子催化分解双氧水降解甲基橙溶液。通过对复合粒子投放量的考察可以看出,甲基橙溶液体积和复合粒子投放量之比为1:1时为最佳配比,150min时最大脱色率可达95.66%。大量实验证明:壳核式结构的MnO2/Fe3O4纳米复合粒子具有良好的吸附性能、催化性能和磁性能,是一种性能优异、新颖、可回收、环保的吸附剂和催化剂。本研究具有一定的创新性和实用性,为应用纳米材料对有机染料污染物的降解开辟了一条新途径。
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