化学工程与化工论文

化学工程与化工论文内容摘要：

驱物转入到聚四氟乙烯反应器，放入温度约为 60℃ 的水热反应釜中反应 5 h。 经过洗涤、干燥，即得干燥的纳米 Fe3O4 粒子 [10]。 Fe3O4磁性纳米粒子的应用 [18] Fe3O4 磁性纳米材料 在生物 、 医学 、 能源 、 化工环境中都有着非常广泛的应用。 比如：在一些特殊行业的密封和润滑中，常常采用 Fe3O4 纳米晶制备的磁流体做密封材料或润滑材料；纳米 Fe3O4 在电磁波吸收方面也具有很好的发展潜力； Fe3O4 还可以作为纳米吸附剂，用作贵金属离子的吸附剂，这对贵金属的回收利用具有重大意义。 磁性纳米 Fe3O4 在催化剂方面更有着不可忽视的 应用价值。 纳米 Fe3O4 颗粒具有高的表面能，比表面积大、表面活性高、吸附能力强，颗粒表面处于亚稳态的原子可以加快化学反应速度，提高催化活性。 例如， Cai 等用共沉淀法成功合成 10 nm 左右的 Fe3O4 纳米颗粒并用作催化剂，催化氧化除去水溶液中的苯酚和苯胺。 结果显示，在优化的条件下苯酚和苯胺均能完全除去， Fe3O4 纳米颗粒呈现良好的稳定性和重复使用性，重复使用 8 次后，对苯酚的降解率超过 80％， TOC(总有机碳 )去除效率由 ％ ％，加之其特有的磁性，应用中加以外部磁场使得 其很容易从溶液中分离。 磁性 Fe3O4 纳米晶在催化中的另一个应用是作为载体制备磁性光催化剂，例如利用 TiO2 包覆磁性 Fe3O4 纳米晶制得的磁性光催化剂，在废水处理后靠外加磁场的作用可方便的使得催化剂回收再利用，可有效解决纳米 Ti02作光催化剂在光催化反应过程中易流失等难题。 如 Ao等通过将 TiO2 裹覆在磁性 Fe3O4表面包有活性炭的 Fe3O4/AC 载体上，制得了磁性 Fe3O4/AC/TiO2 光催化剂，发现其光催化效率大大优于纯 TiO2 作光催化剂的效率。 实验目的与意义 随 着社会经济的发展和环保要求的提高，开发更有效的催化剂越来越受到重视 [19]。 纳米催化剂由于其相对于传统催化剂的独特的结构和性能，受到了众多研究者越来越多的关注。 许多发达国家投人了大量的人力和财力开展纳米粒子作为高性能催化剂的研究。 如美国纳米技术防备中心、日本科学技术政策委员会均将纳米催化剂的研究列为重点开发项目。 我国对纳米材料的研究也给予了高度重视，并取得了可喜的成果 [19]。 但是，纳米催化剂的应用又带来了分离难的问题。 将具有优异磁学性能的磁性纳米材料与催化活性组分相结合制备的磁性催化剂，可以在外加磁场作用 下实现简单分离，为纳米催化剂的分离提供了新的思路，是未来催化剂发展的重要领域。 磁性纳米催化剂是一种典型的负载型纳米催化剂，它是以磁性物质或经过修饰的磁性物质为载体，在其表面负载纳米量级活性组分制备得到的催化剂。 这样将利于催化剂的分离回收，对催化剂的稳定性也有很大意义。 于是， Fe3O4 纳米晶粒在纳米催化领域有着较广的应用前景。 本次试验的目的主要是用不同的制备方法合成 磁性纳米 Fe3O4 粒子以及其催化降解性能发的研究，并用有机染料亚甲基蓝和罗丹明为模型反应，考察不同方法制备出的 Fe3O4 纳米粒子光催化活性， 以及反应过程中各因素对反应性能的影响，以获得更好的磁性 Fe3O4 纳米粒子的制备方法 [20]。 2 实验部分 试剂 FeCl3·6H2O （分析纯）， FeSO4·7H2O（分析纯）， NH3·H2O （分析纯）， 亚甲基蓝，罗丹明 G 均购买于湘潭市雨湖区宝庆器材销售部，实验用水为二次去离子水。 其它所用试剂均为国产分析纯试剂。 仪器 721可见分光光度计 (上海菁华科技仪器有限公司 )， 日本 HITACHI 公司生产的 H600 型 透射电子显微镜 （ Transmission electron microscopy， TEM）， 电子天平（上海梅特勒 托利多仪器有限公司） ， DF101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）， XYJ801型电动离心机 (山东鄫城光华仪器厂 )， KQ100B型超声波清洗器 （上海必能信超声有限公司） ， 温度计，磁铁，CL2磁力搅拌器（ 巩义市予华仪器有限责任公司 ）， DZF6040真空干燥箱 (巩义市英峪予华仪器厂 )， ZF7三用紫外分析仪（巩义市予华仪器有限责任公司）。 标准溶液配制 不同浓 度 NaOH 溶液的配置 mol/l NaOH溶液的配置 :称取 ，用适量蒸馏水溶解，然后转入 100． 00ml的容量瓶中， 用蒸馏水定容，摇匀。 :称取 ，用适量蒸馏水溶解，然后转入 250． 00ml的容量瓶中， 用蒸馏水定容，摇匀。 :称取 ，用适量蒸馏水溶解，然后转入 100． 00ml的容量瓶中， 用蒸馏水定容，摇匀。 :称取 ，用适量蒸馏水溶解，然后转入 50． 00ml的容量瓶中， 用蒸馏水定容，摇匀。 不同 n(Fe2+):n(Fe3+)配比的溶液配制 n(Fe2+):n(Fe3+)=1:2：称取 FeCl3·6H2O, FeSO4·7H2O 加适量蒸馏水溶解，配制成溶液。 n(Fe2+):n(Fe3+)=2： 3：称取 FeCl3·6H2O, FeSO4·7H2O 加适量蒸馏水溶解，配制成溶液。 n(Fe2+):n(Fe3+)=： 2：称取 FeCl3·6H2O, FeSO4·7H2O 加 适量蒸馏水溶解，配制成溶液。 有机染料的配制 亚甲基蓝溶液的配制 ： 称取 亚甲基蓝 ， 溶解 ， 用 1000mL的容量瓶定容 ， 然后移取 10mL定容至 50mL。 罗丹明 G 溶液的配制：称取 G，溶解，定容至 1000 mL。 磁性纳米 Fe3O4 粒子的制备 水解法制磁性纳米 Fe3O4 粒子 滴定水解法：取适量配制好的 n(Fe2+):n(Fe3+) 为 2： 3 铁盐溶液放入干净的100 mL 的烧杯，慢慢滴加。 随着 NaOH 稀溶液的不断加入 ,烧杯中的溶液由红色变成黑色，并不断加深，最后把溶液的 pH 调为 10左右，水洗即得纳米 Fe3O4 粒子，最后放在真空干燥箱干燥 24 h。 Massart 水解法： 将 n(Fe2+):n(Fe3+) 为 2： 3 铁盐溶液 加入到 30 mL 浓度 mol/L 的 NaOH 强碱溶液中，铁盐迅速水解结晶形成纳米 Fe3O4 晶粒。 然后把溶液的 Ph 调制 10 左右，水洗即制得纳米 Fe3O4 粒子。 最后放在真空干燥箱干燥 24 h。 低温相转化法制磁性纳米 Fe3O4 粒子 将 ，水浴加热至 60℃ ，这时边搅拌边向 NaOH 溶液中加入 n(Fe2+):n(Fe3+) 为 :2 的混合铁盐溶液，调节溶液的 pH 值为 11 左右，最后在该温度下恒温反应 1 h，水洗得 Fe3O4颗粒。 共沉淀法制磁性纳米 Fe3O4 粒子 将 适量 n(Fe2+):n(Fe3+) 为 2： 3 铁盐的混合液倒入 250mL 三颈烧瓶中，把，入到中间带有软塞口中， 在真空条件下，然后慢慢滴加 NaOH 溶液，同时开始搅拌，使滴加的 NaOH 溶液与铁盐快速充分反应。 随着 NaOH 溶液的不断加入， 溶液由红色 逐渐变黑，这时开始生成纳米 Fe3O4 颗粒，当溶液的 pH 为 10 左右，停止滴加 NaOH 溶液。 把制得的纳米 Fe3O4 水洗，真空干燥 24 h，研磨即得黑色的纳米 Fe3O4 颗粒。