四氧化三铁/聚苯胺、聚吡咯复合纳米材料的制备与吸附性能研究

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纳米四氧化三铁具有优良的电学、磁学特性,这一性质使其在各个领域具有很好的应用前景,但另一方面又由于其磁性的存在而使其更容易团聚,因而在一定程度上限制了其应用;目前许多导电高分子经掺杂处理后,具有优良的导电性和环境稳定性,而且由于其特殊的结构,有可能赋予其新的性能。作者认为将纳米Fe3O4与导电高分子复合形成复合纳米材料,既可以改善前者团聚现象,又可以赋予复合纳米材料磁性性能,有利于化学催化、分离、电磁等多领域的应用。  论文首先采用化学氧化聚合法合成了聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPY)两种导电高分子;进一步以Fe3O4纳米粒为原料,采用单体苯胺及吡咯进行表面原位聚合反应,分别制备了Fe3O4/PANI及Fe3O4/PPY二种复合纳米材料,经XRD、FT-IR、SEM表征表明,Fe3O4/PANI复合纳米微球粒径为40-60nm,Fe3O4/PPY复合纳米微球大小为100nm左右;其次,论文研究了聚合反应条件对于所形成的复合纳米材料的形貌的关系,发现在反应过程中分别添加了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)后,所得复合材料则呈丝状或者棒状纳米结构。进一步实验研究表明,通过调整表面活性剂的加入与否,可以达到控制Fe3O4/PANI、PPY复合纳米材料形貌的目的;再次,研究了制备的复合纳米材料Fe3O4/PANI、PPY对重金属离子Ag+和HCrO4-的吸附性能、吸附率与pH值的关系,发现以上两种吸附剂对Ag+离子具有优异的吸附性,吸附率达到99.9%,且随着pH值的升高吸附率增大,而对HCrO4-的吸附性则随着pH值的增大而减小,在pH值为2左右时吸附率达到85%以上;最后,采用SEM、FT-IR及EDX表征的方法,研究了吸附前后吸附剂的变化及吸附机理,表明吸附前后高分子结构没有发生变化,其中N原子是其吸附活性中心。论文所制备的以上两种磁性Fe3O4/PPY和Fe3O4/PANI二种复合纳米粒吸附剂及其对重金属离子Ag+和HCrO4-的吸附性能研究结果,对于严重影响到水体生物存活的污水中银离子和铬酸根离子的除去和回收处理,有望提供一种简便、高效的方法。
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