多壁碳纳米管/铁氧化物复合材料的制备和应用研究

论文摘要

碳纳米管作为一种新型的纳米材料,具有独特的力学、电学及热学等特性,在当今纳米技术领域成为研究的热点。由于其具有一维的空间结构和超高的比表面积,使得对碳纳米管表面进行多种材料的修饰成为碳纳米管相关研究的一个重要方向,有可能获得基于碳纳米管的新型纳米复合材料,实现碳纳米管在诸如光电催化、生物分子及药物的负载等方面的应用。本论文首先综述了碳纳米管的功能化修饰、磁靶向给药系统以及与碳纳米管有关的给药系统的研究现状,在此基础之上,初步对多壁碳纳米管基铁磁性复合材料的制备及其在抗肿瘤药物的体外负载和控制释放进行了研究;探索了不同形貌和性能的多壁碳纳米管/羟基氧化铁杂化材料的制备,并研究了其对废水中铬（Ⅵ）的去除。主要结论如下:1.多壁碳纳米管基铁磁性复合材料的制备及其表面亲水性修饰研究和优化了磁靶向给药载体——多壁碳纳米管/四氧化三铁和多壁碳纳米管/三氧化二铁的制备工艺。前者采用共沉淀法制备出了碳纳米管负载的粒径较小且分布均匀的Fe3O4纳米复合材料,该复合材料具有超顺磁性;后者是由共沉淀反应生成的前躯体（多壁碳纳米管/羟基氧化铁）经过高温煅烧转化成具有顺磁性的多壁碳纳米管/三氧化二铁复合材料。为了提高多壁碳纳米管基铁磁性复合材料的水分散性,本文以亲水性的多糖物质（壳聚糖和海藻酸钠）包覆其表面,从而使碳纳米管的疏水性和生物相容性得到了极大的改善,同时也阻止了铁磁性物质之间的相互聚集。采用透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X-射线粉末衍射仪（XRD）、Zeta电位仪和振动样品磁强计等多种分析测试仪器分别对制得的多壁碳纳米管基铁磁性复合材料的结构和性能进行研究。结果表明:负载到多壁碳纳米管上的铁磁性粒子均具有相对较小的粒径和较强的磁性。2.多壁碳纳米管基铁磁性复合材料作为靶向给药载体用于抗肿瘤药阿霉素体外负载和控制释放由于抗肿瘤药阿霉素和碳纳米管在结构上具有相似性,推测它们之间将可能存在π-π非共价键共轭作用。通过π-π共轭作用以及阿霉素和修饰后碳纳米管之间的静电作用,本文对阿霉素的体外负载进行了研究:在pH 7.4（相当于人体正常生理环境）磷酸盐缓冲液中,通过简单的混合反应将阿霉素接合到功能化修饰的碳纳米管表面。碳纳米管具有较强的细胞膜穿透性,借助细胞内吞作用将携带药物进入细胞内。由于阿霉素是pH敏感型药物,在pH 4.8（相当于肿瘤细胞内溶酶体的pH值4-5）磷酸盐缓冲液中,阿霉素被重新缓慢地释放出来。因此多壁碳纳米管基铁磁性复合材料可以用作靶向药物载体,用于抗肿瘤药阿霉素的体外负载和控制释放系统中;采用紫外光谱仪和荧光光谱仪等分析仪器分别研究了多壁碳纳米管/四氧化三铁和多壁碳纳米管/三氧化二铁对阿霉素的载药及释药作用。3.多壁碳纳米管/羟基氧化铁复合材料的制备及其对废水中铬（Ⅵ）去除探索了不同形貌和性能的多壁碳纳米管/羟基氧化铁的制备条件,采用化学共沉淀技术制备出碳纳米管负载的超细小粒径且分布均匀的羟基氧化铁纳米复合材料。由于碳纳米管和羟基氧化铁纳米粒子均具有稳定的化学性质,相对大的比表面积和超细粒径结构,通过实验室研究,多壁碳纳米管/羟基氧化铁复合材料对废水中的重金属离子铬（Ⅵ）有较强的吸附能力。因此,多壁碳纳米管/羟基氧化铁复合材料有望被用于中药材种植过程中残留的铬（Ⅵ）的去除,以确保中药制剂中的重金属残留减少到最低限度。采用透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X-射线粉末衍射仪（XRD）等多种分析测试仪器对制得的多壁碳纳米管/羟基氧化铁的结构和性能进行表征;采用电耦等离子发射光谱分析了多壁碳纳米管/羟基氧化铁对铬（Ⅵ）的吸附能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的概念和分类
• 1.1.2 纳米材料的结构和性能
• 1.2 碳纳米管简介
• 1.2.1 碳纳米管的发现、结构和性能
• 1.2.2 碳纳米管的制备
• 1.2.3 碳纳米管的化学修饰
• 1.2.4 碳纳米管的应用
• 1.3 纳米给药系统
• 1.3.1 纳米给药系统的特点
• 1.3.2 纳米给药系统的分类
• 1.3.3 纳米给药系统的意义和应用
• 1.4 磁靶向给药系统
• 1.4.1 磁靶向给药系统的性能和特点
• 1.4.2 磁靶向给药系统的分类
• 1.4.3 磁靶向给药系统的意义和应用
• 1.4.4 磁靶向给药载体的制备
• 1.5 碳纳米管给药系统
• 1.5.1 碳纳米管给药系统的特点
• 1.5.2 碳纳米管给药系统在抗肿瘤药方面的应用
• 1.6 选题的依据及意义
• 参考文献
• 3O₄ 复合材料的制备和应用研究'>2 MWCNTs/Fe₃O₄复合材料的制备和应用研究
• 2.1 研究背景
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 多壁碳纳米管（MWCNTs）的羧酸化
• 3O₄ 的制备'>2.2.4 MWCNTs/Fe₃O₄的制备
• 3O₄ 表面修饰'>2.2.5 MWCNTs/Fe₃O₄表面修饰
• 2.2.6 阿霉素（DOX）吸收波长的选择和标准曲线的绘制
• 2.2.7 阿霉素的负载
• 2.2.8 阿霉素的释放
• 2.2.9 仪器表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 3O₄ 的制备以及阿霉素的负载和释放机理'>2.3.1 MWCNTs/Fe₃O₄的制备以及阿霉素的负载和释放机理
• 2.3.2 透射电子显微镜分析
• 2.3.3 傅里叶红外光谱分析
• 2.3.4 X-射线粉末衍射分析
• 2.3.5 磁性表征
• 2.3.6 Zeta 电位分析
• 2.3.7 阿霉素的最大吸收波长选择和标准曲线的绘制
• 2.3.8 紫外吸收光谱分析
• 2.3.9 荧光光谱分析
• 2.3.10 阿霉素的负载
• 2.3.11 阿霉素的释放
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 2O₃ 的制备和应用研究'>3 磁性MWCNTs/Fe₂O₃的制备和应用研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 2O₃ 的制备'>3.2.3 MWCNTs/Fe₂O₃的制备
• 2O₃ 的表面修饰'>3.2.4 MWCNTs/Fe₂O₃的表面修饰
• 3.2.5 阿霉素的负载
• 3.2.6 阿霉素的释放
• 3.2.7 仪器表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 透射电子显微镜分析
• 3.3.2 热失重分析
• 3.3.3 傅里叶红外光谱分析
• 3.3.4 X-射线粉末衍射分析
• 3.3.5 磁性表征
• 3.3.6 Zeta 电位分析
• 3.3.7 紫外吸收光谱分析
• 3.3.8 阿霉素的负载
• 3.3.9 阿霉素的释放
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4 MWCNTs/FeOOH 的制备和应用研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 制备方法
• 4.2.4 影响因素实验
• 4.2.5 吸附实验
• 4.2.6 仪器表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 透射电子显微镜分析
• 4.3.2 X-射线粉末衍射分析
• 4.3.3 傅里叶红外光谱分析
• 4.3.4 重铬酸钾标准曲线
• 4.3.5 Cr（Ⅵ）的吸附量
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文