论文摘要
纳米四氧化三铁（Fe3O4）由于粒径小,比表面较大,界面原子的化学活性高,具有磁性易分离,在污水处理、催化、磁流体、微波吸收、药物载体、生物酶固定、生物传感器等方面有很好的应用前景。将Fe3O4纳米颗粒负载到合适的模板上,可克服其容易团聚的缺点,并保持其颗粒的纳米特性。本课题以lyocell纤维素为原料来制备羧基化纤维素纳米球模板,再通过原位化学共沉淀法制备出具有核壳结构的磁性纳米复合微球,并与H2O2组成类Fenton体系用于海军蓝染料的催化降解。主要研究结果如下：（1）采用简便的过硫酸铵氧化法制备羧基化纤维素纳米球（SCNs）。以lyocell纤维为原料,考察了反应温度、过硫酸铵浓度与反应时间对SCNs的产率和尺寸的影响,表明采用1M的过硫酸铵在80℃下处理lyocell纤维16h,所得SCNs呈良好球状,其产率为35%,平均尺寸为34 nm,且分布较窄,制备条件相对温和。研究还表明SCNs与lyocell纤维一样,均为纤维素Ⅱ晶型,但其结晶度从38.6%增大到67.2%。虽然SCNs比lyocell纤维的热稳定性有所降低,但与采用硫酸或混酸处理制备的纤维素纳米球相比,其最大热降解温度从198℃提高到330.8℃,提高了132℃。（2）采用原位共沉淀法制备具有核壳结构的磁性纳米复合微球（MNPs）。以SCNs为模板,通过简便的原位化学共沉淀法把Fe304包覆在纤维素纳米球表面。这种具有核壳结构的MNPs平均尺寸为67 nm,磁性层的厚度约为14.5 nm,有相对较好的分散性和较大的比表面积,并表现出超顺磁性。考察了反应配比、氨水添加顺序、晶化处理和PH值对MNPs的影响,发现当纤维素和Fe3O4的质量比为1：2,采用后加氨水方式,在60℃晶化处理1 h,和PH值为10时,MNPs性能最优。所制备的Fe3O4纳米粒子为面心立方晶型,晶粒尺寸约为14.7 nm,磁粒尺寸约为4.8 nm,其饱和磁化强度可达37.1 emu/g。（3）采用MNPs与H2O2组成的类Fenton体系进行海军蓝染料的催化降解。研究表明由MNPs与H2O2构成的类Fenton体系可对活性染料海军蓝进行有效去除。实验表明所制备的MNPs上的Fe3O4因颗粒小、比表面积大而具有较强的催化H2O2产生自由基的能力。我们还分别考察了H2O2浓度、海军蓝浓度、反应温度和PH值对海军蓝染料降解的影响,发现在2.0 PH值、16 mM H2O2、0.01 g MNPs和20℃反应温度下,复合体系在1 min时就能使海军蓝的去除效果达到90%以上,而5 min时海军蓝去除效率接近100%。MNPs还可循环使用,经5次循环使用后,催化效率仍能保持67%。在本工作的催化体系中,磁性粒子表面的Fe2+和Fe3+与H202作用产生·OH和HO2·等自由基,其中·OH自由基对染料降解起着主导的作用。