基本信息
- 项目名称：
- 表面功能化四氧化三铁和微硅粉纳米粒子去除Cu2+、Pb2+的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 用化学共价偶联的方法将不同结构和性能的有机功能分子化学偶联在四氧化三铁和微硅粉纳米粒子表面，制备新型高效的纳米吸附功能材料，用于检测和去除废水中Cu2+、Pb2+等重金属离子。利用表面化学、溶液化学及微纳米结构控制方法，建立起在纳米粒子表面设计、构建和调控表面修饰分子结构以及选择性吸附、分离水中重金属离子的方法。解决传统环境材料不能选择性检测和去除水中体中重金属离子的难题。
- 详细介绍：
- 根据分子设计与剪裁，用化学共价偶联的方法在四氧化三铁和微硅粉纳米粒子表面链接有机或生物功能分子，使其表面具有不同的能和重金属离子发生螯合的活性官能基团。采用化学共沉淀法合成Fe3O4纳米粒子，根据分子设计合成8-氯乙酰氨基喹啉功能分子，并将其化学共价偶联在Fe3O4纳米粒子表面，用X射线衍射XRD、红外分光光度仪FT-IR，X射线光电子能谱XPS等分析仪器对样品进行分析表征，制备的纳米功能材料用于检测和消除水中Cu2+、Pb2+等重金属离子。利用表面化学、溶液化学及微纳米结构控制方法调控磁性四氧化三铁、微硅粉纳米粒子表面修饰分子结构，建立起在纳米粒子表面设计、构建和调控表面修饰分子的结构以及选择性吸附、分离水中重金属离子的方法。解决传统环境材料如吸附材料不能选择性去除水中重金属离子的难题。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 通过对四氧化三铁、微硅粉纳米粒子进行表面化学修饰，制备高效新型的纳米功能材料，并将其用于重金属离子如Cu2+、Pb2+的检测与消除研究。
科学性、先进性及独特之处
- 用化学共价偶联的方法将不同结构和性能的有机或生物功能分子化学偶联在磁性四氧化三铁或微硅粉纳米粒子表面，根据分子结构与纳米粒子性能间的关系，构建和调控纳米粒子表面修饰分子结构，制备的纳米功能材料用于检测和消除水中Cu2+、Pb2+等重金属离子。
应用价值和现实意义
- 根据分子设计与剪裁，用化学共价偶联的方法在四氧化三铁和微硅粉纳米粒子表面链接有机或生物功能分子，使其表面具有不同的能和重金属离子发生螯合的活性官能基团。利用表面化学、溶液化学及微纳米结构控制方法调控纳米粒子表面修饰分子结构，并建立起在纳米粒子表面设计、构建和调控表面修饰分子的结构以及选择性吸附、分离水中重金属离子的方法。解决传统环境材料如吸附材料不能选择性去除水中重金属离子的难题。
学术论文摘要
- 采用化学共沉淀法合成Fe3O4纳米粒子，根据分子设计合成8-氯乙酰氨基喹啉功能分子，并将其化学共价偶联在Fe3O4纳米粒子表面，用X射线衍射XRD、红外分光光度仪FT-IR，X射线光电子能谱XPS等分析仪器对样品进行分析表征。探讨了表面功能化的磁性四氧化三铁纳米粒子去除水中不同浓度的Cu2+的效果。结果表明，8-氯乙酰氨基喹啉在Fe3O4纳米粒子表面能稳定存在，表面功能化的磁性Fe3O4纳米粒子对Cu2+具有很好的吸附分离效果。用硝酸对工业微硅粉纳米粒子进行预处理，然后用含巯基的偶联剂进行表面修饰，将表面修饰后的微硅粉纳米粒子用于水中Pb2+的处理，离心分离后，取分离液作检测分析，研究其去除效果及能力。
获奖情况
- Xiangfeng Kong, Yuxiang Chen, Zaixiang Yang, Shixing Wang, Yang Zhou, A highly sensitive and efficient functionalized magnetic chemosensor for Cu2+ removal, International Conference on Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Penang, Malaysia, Nov 23-24, 2010.
鉴定结果
- 通过云南省第六届高校青年科技节参赛作品终审评审，并获得自然科学类学术论文二等奖
参考文献
- [1] A.Reynal, J.Etxebarria, N.Nieto, S.Serres, E.Palomares, A.Vidal-Ferran, “A Bipyridine-based “Naked-Eye” fluorimetric Cu2+ chemosensor”, Eur.J.Inorg.Chem, 2010,1360-1365. [2] W.Ngeontae, W.Aeungmaitrepirom, T.Tuntulani, A.Imyim, “Highly selective preconcentration of Cu(II) from seawater and water samples using amidoamidoxime silica”, Talanta, 2009, 1004 -1010. [3] J.Yin, X.Guan, D.Wang, S.Liu, “Metal-chelating and dansyl-labeled poly(N-isopropylacrylamide) microgels as fluorescent Cu2+ sensors with thermo-enhanced detection sensitivity”, Langmuir, 2009, 11367-11374. [4] J.W.Liu, Y.Lu, “A DNAzyme catalytic beacon sensor for paramagnetic Cu2+ ions in aqueous solution with high sensitivity and selectivity”, J.Am.Chem.Soc, 2007,9838-9839. [5] Yang Zhou, Shixing Wang, Bingjun Ding, Zhimao Yang, “Modification of magnetite nanoparticles via surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP)”, Chem.Eng.J, 2008, 578-585.
同类课题研究水平概述
- 重金属污染物难以治理，它们在水体中积累到一定的限度，就会对水体—水生植物—水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链影响到人类的自身健康。因此水体重金属污染已经成为当今世界上最严重的环境问题之一。 目前国内外，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、化学还原法、电化学法和高分子法；(2)物理处理法，包括吸附法、萃取法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法等；(3)生物处理法，包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法。在电化学处理法方面，KIMS,MOONSH等进行了大量的研究，实验表明对一些金属离子如Cu2+的去除效果可达到0.1mg/L以下，适合处理重金属浓度高的废水，但此方法耗能大。在离子交换法方面，ChaudhariS等进行了离子交换剂的研制及其开发等大量的研究工作，离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法，处理容量大，出水水质好，可回收重金属资源Cu2+、Pb2+，对环境无二次污染，但离子交换剂易氧化失效，再生频繁，操作费用高。DeviNB，Nathsar—makc等做了大量萃取方面的研究，萃取法有很大优点，但在萃取的过程中能源消耗大。在生物絮凝法方面，汪士新从多种微生物中提取壳聚糖为絮凝剂回收废水中Pb2+、Cu2+ 等重金属离子。康建雄研究了Pullulan絮凝剂对Pb2+的实验研究，并讨论溶液的pH值和Pb2+ 初始浓度等有关因素的影响。生物絮凝剂也有不利之处，如生产成本高，活体生物絮凝剂保存困难等。Brady等也研究了非活性少根根霉对Cu2+的吸附的研究。 本文的创新点在于用化学共价偶联的方法将不同结构和性能的有机功能分子化学偶联在磁性四氧化三铁、微硅粉纳米粒子表面，根据分子结构与纳米粒子性能间的关系，构建和调控纳米粒子表面修饰分子。并将其用于水中重金属离子Cu2+、Pb2+的选择性检测，富集及分离的研究。
