磁性纳米吸附剂萃取多环芳烃的磁固相萃取

Talanta

Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子作为一种新型纳米

吸附剂应用于环境水样中多环芳烃的次固相萃取

摘要：一种新型纳米吸附剂，Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子（Fe3O4@IL@MO NPs）被应用于环境水样中多环芳烃的磁固相萃取。Fe3O4@IL@MO NPs是通过离子液体、溴化1-十八基-3-甲基咪唑和甲基橙在Fe3O4硅土磁性纳米颗粒表面合成的，是通过红外光谱、紫外-可见光谱和超导量子磁强计接口设备确认的。Fe3O4@IL@MO NPs作为一种纳米吸附剂的萃取性能是通过5种多环芳烃作为分析样本评价的，包括芴(FLu)、蒽（AnT）、芘（Pyr）、苯并a蒽（BaA）、苯并a芘（BaP）。在最佳条件下，通过HPLC-FLD得到的检出限范围在0.1~2ng/L。这种方法已经成功地应用于通过MSPE-HPLC-FLD检测环境水样中的PAHs，在加标实际样品中，这五种PAHs的回收率范围在80.4~104%，相对标准偏差为2.3~4.9%。

1.引言

固相萃取（SPE）是一种最常用的预处理和预富集技术，用于分析环境和生物样品中的污染物。然而，传统的SPE技术要求合格样品完全通过墨盒填充吸附剂，接着用有机溶剂洗脱分析物。这种方法繁琐、耗时、比较昂贵、劳动密集，尤其对于大体积样品。为了解决这些限制，一种新型SPE技术，称为磁固相萃取（MSPE），基于使用磁性的或磁改性的吸附剂，被开发并应用于生物分离和化学分析。在MSPE过程中，磁性吸附剂暴露在样品溶液中来吸附分析物，然后通过外部磁场收集，从而大大简化了SPE的过程，提高了萃取效率。因此，最近几年中，在发展各种磁性纳米吸附剂并进一步利用其在MSPE中潜在的应用潜能方面，人们已经作出了一些努力。例如，蔡群报道使用混合半胶束和十八烷基官能团的磁性纳米复合材料作为吸附剂作为吸附剂来萃取目标化合物。王等人提出了基于石墨烯的磁性纳米粒子应用于环境水样中氨基甲酸酯类农药的磁固相萃取。Pardasani等人用多层碳纳米管——功能化的MPS作为吸附剂，用于神经毒剂和浑水中分散的固相萃取。尽管已经取得实质性的进展，然而新的磁性吸附剂的制备方法简单，低价格和高吸附效率仍然是非常可取的。

离子液体（ILs）是一类有机盐，他们具有独特的化学和物理特性，如良好的稳定性、可调节的水混溶性、高导电性和高热容量。这些吸引人的特性使它们成为有前途的材料，具有一些分析的用途。特别是，离子液体已被广泛应用于样品的预处理，包括液-液萃取、液相微萃取和固相微萃取。例如，Pino小组用离子液体溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑在微波辅助液液萃取系统中，分析了沉积物中的PAHs。姚等人研究了离子液体包裹的Fe3O4磁性纳米粒子作为混合半胶束固相萃取吸附剂，用于环境样品中PAHs的预富集，然而，离子液体在SPE中的探究尚处于早期阶段。

在目前的工作中，我们已经制备了一种新型纳米吸附剂：Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子进行了自组装。这种新型纳米吸附剂结合了离子液体、甲基橙和磁性纳米粒子的优点，相比于此前公布的结果，这种基于MSPE的纳米吸附剂提供了轻便、快速和有效的样品处理方法，使得大体积样品的处理在很短的周期内完成。据我们所知，这是第一个Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂用于MSPE的例子。实验中的五种PAHs包括芴(FLu)、蒽（AnT）、芘（Pyr）、苯并a蒽（BaA）、苯并a芘（BaP），它们被选择作为分析样品来评价所制备的纳米吸附剂的萃取性能，此外，Fe3O4@IL@MO磁性纳米材料通过HPLC-FLD来测定环境水样中PAHs的这种用途是已经被证明了的。

2 实验

2.1 试剂与材料

芴、蒽、芘、苯并a蒽、苯并a芘从Aladdin公司购买，C18minBr离子液体是从中科院兰州化物所购买，粒子规格为100nm的磁性Fe3O4/SiO2 NPs是从Chemicell GmbH(德国柏林)购买，甲基橙购自上海试剂厂，HPLC级甲醇和乙腈购自百灵威化工厂，氢氧化钠购自国药化学试剂厂（中国上海），其他试剂均为分析级，本实验用水是通过Milli-Q纯化的。

Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP(1mg/ml)的标准储备液用甲醇配制。该工作溶液是用未使用的流动相稀释储备液配得。C18minBr(20mg/ml)的储备液用甲醇和水(1:1)制备，每天所用的工作液用水稀释储备液至所需浓度。MO(4mg/ml)储备液用水配制。

2.2 合成Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂

Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂是通过方案1(A)所示的方法合成。首先，将500uLFe3O4/SiO2 NPs(12mg/ml)和500uLC18minBr离子液体(15mg/ml)加入到离心管中，将混合物超声处理15min，以确保C18minBr离子液体完全组装到Fe3O4/SiO2纳米粒子上。然后，将甲基橙溶液加入到混合物中并超声25min，以促进甲基橙通过相互的静电和疏水作用分散到Fe3O4@IL纳米粒子材料中。最后，一个强大的磁铁施加到离心管外部，然后，Fe3O4@IL@MO NPs就从溶液中分离出来。5min后，溶液变得澄清，倒出上清液。

2.3 表征

纳米颗粒的红外光谱用傅里叶变换红外光谱仪记录，波长范围为400-500cm-1,分辨率为2cm-1，将少量纳米粒子压入KBr小球中，纯的Fe3O4/SiO2NPs、Fe3O4@IL NPs、Fe3O4@IL@MO NPs的紫外-可见光谱通过分辨率为0.5nm的TU-1901紫外-可见光谱获得。磁化强度的测量是在300K时，用一个超导量子磁强计进行的。

2.4 样品采集

所有的环境水样从桂林的不同地区获得。河水样品从丽江取得，废水样（包含90%生活废水和10%工业废水）由Wulidian污水处理厂提供，所有样品随机收集分析，并通过0.45um 的滤膜滤去悬浮颗粒。

2.5 MSPE程序

MSPE过程，如方案1(B)所示。首先，将Fe3O4@IL@MO NPs加入到150mL包含Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP(pH=8.0)的水样中，将混合物置于一个缓慢移动的摇床使其平衡，在35℃放置15min，然后，将一个强磁铁放到烧杯底部，将Fe3O4@IL@MO NPs从悬浮物中分离开来。10min后，将悬浮物倒出，将Fe3O4@IL@MO NPs残余溶液转移到2mL的离心管中，通过之管壁外放置磁铁，对Fe3O4@IL@MO NPs再次进行了聚合，使得残余液体能够通过吸管完全除去。最后，被分离的纳米颗粒和1500uL乙腈(pH=9.0，包含2%的NaOH),混合超声1min以洗脱预浓缩目标分析物。之后，在离心管外壁放置一块磁铁，上清液用微量移液管收集起来，将上清液置于温和的N2气流中干燥，将残余物再溶于150uL乙腈中，将其中的20uL注入到HPLC中用于检测目标产物。

2.6 HPLC分析

HPLC系统用于PAHs的检测，该系统由一个二元的LC-10A TVP泵和一个RF-10AVP FLD检测器，CTO-10A SVP柱温箱和SCL-10A VP系统控制器组成，分析柱为250mm 4.6mm 内径的Diamonsil C18(2)柱，注射环体积为20Ul,流动相由85%A提高到100%A,超过0.5min,保持9.5min，然后在1min内降低到85%A，保持5min，以平衡色谱柱，流动相流速设定为1.0mL/min。荧光检测结果如下：Flu(0-7.3min λex 270nm λem323nm);AnT(7.3-8.3min λex 252nm λem 402nm );Pyr(8.3-10min λex 270nm λem 390nm);BaA(10-12min λex 270nm λem 390nm );BaP(12-20min λex 290nm λem 410nm)。柱温保持在25℃。

3 结果与讨论

3.1 表征Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂

首先用紫外-可见光检测器研究了离子液体和Fe3O4/SiO2 NPs结合其结果如图S1所示，未添加离子液体和甲基橙的Fe3O4/SiO2NPs的紫外-可见光谱在300-600nm无吸收峰(曲线a)，离子液体与Fe3O4/SiO2 NPs经过温育后，在466nm处可观察到一个吸收峰，表明离子液体成功结合在Fe3O4/SiO2NPs的表面(曲线b)。曲线c是Fe3O4@IL NPs与MO结合后的紫外-可见光谱，与曲线b相比，在426nm处，MO有一个吸收峰，这个结果表明MO已经结合到了Fe3O4@IL NPs表面。

ILs和MO结合到Fe3O4/SiO2NPs表面可通过傅里叶变换光谱进一步检测。图1是Fe3O4/SiO2 NPs与ILs和MO结合前后的傅里叶变换光谱图。结合前，Si-O-Si信号只在1092 cm-1处出现，与离子液体结合后，在2923 cm-1和2852 cm-1处都有信号，这是由于C-H键在十八烷基链中伸展。此外，接近1637 cm-1和1647 cm-1处的信号是Fe3O4@IL NPs中咪唑鎓盐的典型信号。对于Fe3O4@IL@MO NPs，其它的典型信号在1611 cm-1处很明显，这是由于苯基键在1372、1216和1120 cm-1处伸缩振动和磺酸基的不对称伸缩。这表明ILs和MO在Fe3O4/SiO2 NPs表面成功结合。

此外，对Fe3O4/SiO2 NPs与ILs和MO结合前后的磁性也进行了研究，如图2，由于没有迟滞、剩磁和矫顽力，Fe3O4/SiO2 NPs和Fe3O4@IL@MO NPs都显示出典型的超顺磁性。Fe3O4/SiO2NPs和Fe3O4@IL@MO NPs的饱和磁化强度分别为57.86和48.02emu/g。Fe3O4@IL@MO NPs的最大饱和磁化强度的减小是由非磁性的ILs和MO外壳所致。据报道，16.3emu/g的磁饱和强度对于磁铁的磁力分离是有效的。因此，由于它们的超顺磁性和较高的饱和磁化强度，制备的Fe3O4@IL@MO NPs可以轻易地用磁铁从溶液中分离。

3.2萃取过程的优化

为了提高用Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂萃取PAHs的磁固相萃取的效率，对相关的实验参数，例如对磁性纳米吸附剂的量、pH值、萃取时间、萃取温度、洗脱剂种类和体积、洗脱时间、采样量进行了研究。在这些实验中，记录了分析一个包含80ng/L Flu、80ng/L AnT、150ng/L Pyr、150ng/L BaA和80ng/L BaP的混合溶液的色谱峰面积。实验条件根据三组分析试用样得到的平均结果进行了优化，每个测试点的相对标准偏差小于5.0%。

3.2.1 纳米吸附剂量的影响

纳米吸附剂的量对PAHs的萃取有重要的影响。为了提高萃取效率，对Fe3O4@IL@MO NPs的不同的量在5-22ng范围内进行实验，结果如图3，随着Fe3O4@IL@MO NPs量的增加，萃取效率提高。当Fe3O4@IL@MO NPs的量选18mg时，得到了最大萃取效率。根据以上结果，最佳吸附剂的量为18mg。

3.2.2 pH值的影响

pH值是萃取过程中的一个很重要的因素，因为它不仅影响MO的存在形式，而且可以改变Fe3O4@IL@MO NPs表面的负电荷密度。因此，研究pH值对萃取效率的影响很有必要。如图4所示，当pH值从5升至8时，萃取效率也提高。进一步升高pH值，Flu和AnT的萃取效率进一步增加，在pH为10时达到最大。同时，Pyr、BaA、BaP的萃取效率逐渐降低。考虑到所有分析物的萃取效率，后续实验选择pH为8.0。

3.2.3萃取温度的影响

温度也影响着萃取的效率。温度高能降低分配系数，升高扩散系数，这有利于分析物到固相萃取吸附剂的快速过渡。或者，吸附过程是放热的，因此，当温度升高至某个温度时，分析物可能会从吸附剂中解析出来。为了实现更好的萃取效率，从25~60℃不同温度对萃取的影响进行了研究，如图S2所示。当35℃时，获得Pyr、BaA和BaP的最高的萃取效率。然而，Flu和AnT的最大吸附效率分别在40℃和50℃。考虑到所有检测的5种PAHs的萃取

效率，MSPE选定35℃。

3.2.4萃取时间的影响

为了研究萃取时间对PAHs萃取效率的影响，萃取时间从5-25min进行实验，结果如图S3所示，随着萃取时间的增加，萃取效率也逐渐升高，而且在15min后几乎保持不变。因此，最佳萃取时间选择15min。

3.2.5洗脱条件的影响

研究用不同的有机洗脱液方案，包括甲醇和乙腈，从磁纳米吸附剂中解析分析物，结果如图5所示，显然，含有2%1M NaOH(pH=9)的乙腈的洗脱能力比甲醇洗脱能力强的多。因此，pH=9的乙腈选为解析剂。此外，洗脱液体积对分析物解析效率的影响也进行了研究，我们发现，用1500uLpH=9.0的乙腈漂洗纳米吸附剂，所有分析物都能从吸附剂中定量的解析下来。因此，从纳米吸附剂中洗脱分析物选择1500uLpH=9.0的乙腈。

3.2.6样品体积的影响

为了用更短的操作时间达到更好的萃取效率和更高的预富集系数，用一系列不同体积的样品(50-300mL)与固定量的分析物和纳米吸附剂，对样品体积的影响进行了研究，如图S4所示，若体积超过150mL,获得的量不足。因此，最佳样品体积选择150mL。

3.2.7 Fe3O4/SiO2 NPs重复利用

为了研究Fe3O4/SiO2 NPs的回收，在每次MSPE进行后，用2mL乙腈将Fe3O4/SiO2 NPs 洗两次，然后和ILs和MO结合起来，每次重新制备纳米吸附剂用于MSPE，实验结果如图S5，很明显，在10次回收后，吸附能力无明显损失。这些结果表明，自组装对Fe3O4/SiO2 NPs 重复利用的稳定性没有影响。

3.3分析性能

通过使用MSPE-HPLC-FLD在其线性、检出限以及再现性方面评价了该方法。校准曲线通过测定包含5种PAHs的溶液获得，其浓度范围为Flu 4-400ng/L,AnT 0.5-400ng/L,Pyr 4-800ng/L,BaA 4-800ng/L,BaP 2-800ng/L。五种PAHs的检出限用IUPAC法估算得到，结果如表1所示，显然，线性校准曲线通过相关系数(R2)获得，范围从0.9984到0.9999，检出限范围在0.1-2ng/L,再现性通过分别含Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP 80、40、80、80、40ng/L 的混合物来研究，进行5次。所有分析物的结果表明，RSDs(n=5)≤3.7%。此外，对用于MSPE-HPLC-FLD对Fe3O4@IL@MO NPs的选择性也进行了研究。通过分析其它目标物例如，双酚A、4-叔-辛基苯酚、4-正壬基苯酚、苯胺、联苯胺、2-氯苯酚、2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚。结果发现，在HPLC-FLD的选择条件下，其中没有一种能够被检测到。这些结果表明，MSPE-HPLC-FLD方法用于检测PAHs有很高的选择性。

3.4 MSPE方法的富集效果

用在标准溶液中，将Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂用于MSPE前后，用HPLC-FLD来检测五种PAHs的方法来评价富集效果。对已富集和未富集的五种PAHs进行了比较，结果如表S1所示，富集了的检出限在0.1-2ng/L范围内，未富集的检出限在100-750ng/L范围内，这些结果表明，MSPE-HPLC-FLD方法的灵敏度被提高了150-1000倍，这是由于较高的萃取效率。根据之前公布的结果，高萃取效率源于一个事实，PAHs与Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂通过PAHs与纳米吸附剂的官能团之间的氢键和∏-∏键相互作用。这些多种相互作用也是纳米吸附剂萃取PAHs的萃取机理。

3.5 环境水样分析

该方法通过分析环境水样中的PAHs得到了进一步应用。图6示出了典型加标样品萃取前后的HPLC色谱图。如图6所示，从加标河水样品中萃取PAHs前，在色谱图中没有观察到峰(曲线a)，这一现象表明，HPLC不能在加标溶液中直接检测Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP。用Fe3O4@IL 纳米吸附剂从加标河水样品中萃取PAHs后，观察到五个较小的PAHs的峰，

这表明，Fe3O4@IL 纳米吸附剂对萃取PAHs有弱的萃取能力。然而，用Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂，可观察到五个PAHs的峰，这些峰的强度比用Fe3O4@IL NPs得到的峰强得多(图6，曲线c)。这个结果表明Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂比Fe3O4@IL纳米吸附剂萃取效率高。在加标水样中，用Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂通过MSPE-HPLC-FLD，得到的Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP的实验结果如表2所示，在加标水样中，所测的五种PAHs的回收率在81.6-104.0%范围内，RSDs(n=5)在2.3-4.9%范围内。因此，MSPE-HPLC-FLD方法被用作废水中PAHs的测定。图6为废水样和加标准PAHs的废水样的色谱图，样品分析结果总结在表2中，废水样中Flu、AnT、Pyr、BaA、BaP的回收率在80.4-104.0%范围内，RSDs(n=5)在2.4-4.9%范围内。这些结果表明，制备的Fe3O4@IL@MO 纳米吸附剂可以用来萃取和分析实际水样中的PAHs。

4 结论

总之，我们发现了一种新型的纳米吸附剂，Fe3O4@IL@MO NPs用作环境水样中PAHs 的磁固相萃取。这种磁性纳米吸附剂通过自组装技术获得，条件简单又温和，与传统SPE 相比，基于Fe3O4@IL@MO NPs作为SPE吸附剂的MSPE很快速，且这种吸附剂可以简单地从样品溶液中分离出来。此外，这种纳米吸附剂有较大的吸附量和较高的富集指数，可以在短期时间内处理大体积样品。这种纳米吸附剂表面的MO的苯环和ILs的碳氢链可以为其它通过∏-∏键和氢键相互作用的有机污染物提供吸附场所。因此，这种纳米吸附剂在萃取和分析其它有机污染物方面也有潜在的应用。

纳米四氧化三铁的应用

纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO〃Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向 移动，粒径在一定范围之 内具有超顺磁性，以及在 外加交变电磁场作用下能 产生热量等特性，其化学 性能稳定，因而用途相当 广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过

在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、纳米四氧化三铁的配置方法 由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。 化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。

纳米润滑

纳米润滑 一基本知识介绍 纳米润滑是在原子、分子尺度研究相对转动界面上的摩擦磨损与润滑行为，而揭示微观摩擦磨损机理，设计与制备出纳米尺度上的润滑剂及摩耐磨材料的学科。它是随着纳米科学与技术的发展而派出来的，是90年代以来摩擦学研究领域最活跃的，也是材料科学与摩擦学交叉领域最前沿的内容。它产生的推动力来源于高技术发展的需求，同时近代测试技术的不断出现也推动了纳米摩擦学的发展。高技术中的诸多摩擦学问题都对其抗磨、防擦及润滑提出更高的要求【1】。但是无机纳米粒子油溶性差, 一般是靠分散剂的作用或借助强力搅拌、超声分散将纳米粒子分散在基础油中。但是由于纳米粒子粒度小, 表面能高, 粒子之间容易发生团聚, 纳米材料在润滑油中的分散和稳定成为限制其在润滑油添加剂中应用的主要问题之一【2】。选择表面修饰剂不仅要考虑其油溶分散性、稳定性, 还要考虑表面活性剂解吸后在油中要有良好的摩擦学性能。目前采用的表面修饰剂主要有: 二烷基二硫代磷酸(DDP)、烷基磷酸醋、硬脂酸、油酸、EHA、含N 有机化合物等【3】。 二纳米润滑添加剂的研究进展 同常规材料相比，纳米材料是一种低维材料。由于材料的超细化，其表面层原子占有很大的比重，所以纳米材料实际上是晶粒中原子的长程有序排列与无序界面成分的组合。将纳米材料应用于润滑体系，是一个全新的研究领域。目前，被用作润滑油添加剂加以研究的纳米微粒主要有纳米单质、纳米氧化物、纳米氢氧化物、纳米硫化物、纳米稀土化合物以及聚合物纳米微粒等。其中低熔点金属，例如锡、铟、铋及其合金等，是常用的膜润滑材料和防护材料。这类金属的纳米微粒作为润滑油添加剂有望显著改善润滑油的摩擦学性能。铋纳米微粒添加剂的研究表明，铋是“环境友好”的、与S、P、Cl 等元素有良好协同性的、唯一可以取代铅的重金属元素。但是，目前这类金属的纳米微粒通常是由化学法来制备的。例如锡和铟纳米微粒常常通过相应的金属有机化合物热分解来制备，铋纳米微粒是还原法来合成的，这些方法仅适宜于实验室研究。对于这类金属及其合金纳米微粒，可以采用直接分散的方法进行制备。这种方法的特点是使用单一的试剂（金属单质或合金），并且金属单质的成本远远低于其相应的金属盐、金属有机化合物, 因此这种方法有获得工业化的可能【4】。 三可行性和现实意义 锡、铟、铋及其合金的熔点都低于300℃，许多有机溶剂的沸点都高于这一温度，并能长时间保持稳定，因此便于找到合适的反应介质。直接分散法制备锡、铟和铋纳米微粒及其摩擦学性能纳米微粒由于具有特殊的物理化学性能和较小的粒子尺寸在摩擦领域中倍受关注, 而将纳米微粒用作润滑油添加剂是近年来润滑领域中的一个研究热点【5】。研究表明纳米微粒由于自身组成和结构上的特点，具有不同于传统有机润滑添加剂的润滑特性。具体表现在以下三个方面：（1）纳米微粒多为球形，它们在摩擦对偶面间可能起一种类似“球轴承”的作用，从而有效提高润滑油的摩擦学性能；（2）在重载荷和高温下，摩擦对偶面间的纳米微粒可能被压平，形成一滑动系，从而降低摩擦和磨损；(3) 纳米微粒可以填充在工件表面的微坑和损伤部位，有可能实现摩擦表面的原位修复。金属纳米微粒润滑剂兼有纳米微粒上述三种机制的联合作用，被认为最有可能成为新一代的润滑添加剂【6】。

软磁性四氧化三铁纳米粒子的共沉淀法合成及磁性

软磁性四氧化三铁纳米粒子的共沉淀法合成及磁性 一、实验目的 1.掌握共沉淀法合成无机功能材料的原理和方法。 2.掌握XRD、SEM进行无机材料的晶相，形态分析方法。 3.理解并测试磁性材料的基本性能参数。 二、实验原理 近年来，纳米Fe3O4颗粒的制备及性能研究受到广泛关注。Fe3O4纳米颗粒在磁记录、微波吸波、废水净化，特别是核磁共振成像、药物运输和热磁疗等生物学领域有着巨大的应用价值。纳米材料的粒径是影响其物理化学性质的重要因素，不同的应用领域对Fe3O4纳米颗粒的粒径有着不同的要求。因此制备尺寸和性能可调的纳米Fe3O4颗粒有着十分重要的意义。制备Fe3O4纳米颗粒的方法有很多：如沉淀法、水热和溶剂热法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，但制备粒径可调的Fe3O4纳米颗粒的方法却并不多。其中一些方法涉及的反应条件苛刻而且工序复杂，给工业生产带来了极大的不便，寻求一种简便有效的方法来实现粒径调控的纳米Fe3O4颗粒的制备显得尤为重要。 沉淀法实在原料溶液中加入适当的沉淀剂，使得原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物的方法。沉淀颗粒的大小和形状可由反应条件来控制，然后再经过滤、洗涤、干燥，有时还需经过加热分解等工艺过程二得到陶瓷粉体。沉淀法又可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。 直接沉淀法是使溶液中的某一种金属阳离子发生化学反应二形成沉淀物，其优点是可以制备高纯度的氧化物粉体。 化学共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合。并向溶液加入适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共同沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解。由于反应在液相中可以均匀进行，从而获得在微观线度中按化学计量比混合的产物。共沉淀法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物粉体的重要方法。 Fe3O4纳米粒子付费共沉淀制备反应如下： Fe2++2Fe3++8OH—→Fe3O4+4H2O 在室温或者更高温度惰性氛围下，通过共沉淀Fe2+/Fe3+盐溶液合成Fe3O4，此法简便易得。磁性纳米粒子的粒径、形状及组成取决于所用盐的种类（如氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐）、Fe2+/Fe3+的比率、反应温度、pH值以及介质的离子强度。 共沉淀法最大的困难是如何阻止粒子的团聚现象。近年来，通过使用有机添加剂作为固定剂或还原介质，在制备不同尺寸单分散磁性纳米粒子的方法上有了重大的改进。 三、实验设备及材料 实验设备：容量瓶，烧杯，分析天平，水浴锅，搅拌器，鼓风干燥箱，电动搅拌机，酸度计（ph试纸）

纳米四氧化三铁的应用

精心整理纳米四氧化三铁的应用 一、纳米四氧化三铁的简介 ）前面 显+2与大， 胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方 法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结 构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的 水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁

性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、 泛, ,所 ,操 磁性 目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗 粒。

（一）共沉淀法 沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。 （二）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展 ,油(OΠ , 对实验设备和制备条件方面的要求相对高一些,因而大多数也只停留在研究阶段。 三、纳米四氧化三铁的应用 当粒子的尺寸降至纳米量级时,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效

应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响,使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。（一）生物医药 磁性高分子微球（也称免疫磁性微球）是一种由磁性纳米颗粒和高分子骨架材料制备而成的生物医用材料，其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明胶、白蛋白、乙基纤维素等，骨架 .用 能长期稳定的存在，不产生沉淀与分离。目前，磁性流体已经广泛应用于选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低

磁性纳米材料论文

1 磁性纳米材料的定义和进展 纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料(1 - 100nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分。 颗粒的磁性,理论上始于20 世纪初期发展起来的磁畴理论,理论与实验表明:当磁性微粒处于单畴尺寸时,矫顽力将呈现极大值。铁磁材料,如铁、镍、钻等磁性单畴临界尺寸大约处于l0 nm 量级,在应用上,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关,若尺寸进一步减小,颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性,人们在50 年代开始对镍纳米微粒的低温磁性进行了研究,提出了磁宏观量子隧道效应的概念,并在60 年代末期研制成了磁性液体。60 年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页,也为80 年代纳米微晶磁性材料(纳米微晶软磁材料、纳米复合永磁材料) 的问世铺平了道路。80 年代以后,在理论与实验二方面,开始对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应进行研究,现已成为基础研究的重要课题之一。如1988 年首先在Fe/ Cr 多层膜中发现了巨磁电阻效应,叩开了新兴的磁电子学的大门,为纳米磁性材料的研究开拓了新的领域[2 - 4 ] 。 2 磁性纳米材料的特点 量子尺寸效应: 材料的能级间距是和原子数N 成反比的,因此,

当颗粒尺度小到一定的程度,颗粒内含有的原子数N 有限,纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散,纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道,能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能,磁能,静电能,光子能等等时,就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。 小尺寸效应:当粒子尺度小到可以与光波波长,磁交换长度,磁畴壁宽度,传导电子德布罗意波长,超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时,原有晶体周期性边界条件破坏,物性也就表现出新的效应,如从磁有序变成磁无序,磁矫顽力变化,金属熔点下降等。 宏观量子隧道效应:微观粒子具有穿越势垒的能力,称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中,发现宏观磁学量如磁化强度,磁通量等也具有隧道效应,这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。 3 磁性纳米材料的应用 由于纳米磁性材料具有多种特别的纳米磁特性,可制成纳米磁膜(包括磁多层膜) 、纳米磁线、纳米磁粉(包括磁粉块体) 和磁性液体等多种形态的磁性材料,因而已在传统技术和高新技术、工农业生产和国防科研以及社会生活中获得了多方面的广泛而重要的应用

纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用

纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用 黄昆 (广西大学材料科学与工程学院材卓121) 摘要：纳米材料科学的发展推动了纳米润滑技术的发展，纳米级材料作为润滑油添加剂的研究已受到广泛关注。已经发现的纳米金属、纳米氧化物、纳米硫化物、碳纳米管、富勒烯、金刚石以及纳米磁性颗粒等都能使润滑油的润滑性能大幅提高。该文综述了各种纳米颗粒润滑油添加剂的摩擦学性能，探究了它们的润滑机理。基于大量的实验研究结果比较了他们性能的优劣，提出纳米磁性颗粒作润滑油添加剂有其它材料不可比拟的优势，指出如何提高添加剂的分散稳定性是提高润滑油润滑性能的关键问题。 关键词：纳米颗粒；添加剂；润滑油 The Application of Nano—Particle Additives in Lubricating Oil Huangkun ( Zhuo 121 Guangxi university of materials science and engineering materials) Abstract:The development of nanomaterials science to promote the development of the nanometer lubricating technology, nanoscale materials as lubricating oil additives research has attracted much attention. Have found that the nanometer metal, nanometer oxide, nanometer sulfide, carbon nanotubes and fullerene, diamond and nanometer magnetic particles can make lubricating oil lubrication performance is greatly increased. This paper summarizes the tribological performance of various nanoparticles lubricating oil additive, explores their lubrication mechanism. Based on lots of experimental results compared their advantages and disadvantages, the performance of magnetic nanoparticles as lubricating oil additive has other materials incomparable advantages, points out how to improve the dispersion stability of additive is a key problem to improve the performance of lubricating oil. keywords：Nanoparticles；additive；Lubricating oil 1概述 表面磨损是机械零件失效的主要形式，因此摩擦磨损和润滑理论是机械学的重要课题。随着工业技术的发展设备不断向高速、重载、集成化、高精度方向发展，由于机械运行条件的苛刻及内部温度过高导致的摩擦磨损已成为提高机械寿命的最大制约因素，实践的需求推动了润滑伦理研究的发展。一种广泛接受的观点认为没有润滑的情况下摩擦力的来源分为两个方面：一是滑动时接触点粘着点被剪断；二是硬金属表面的微凸体嵌入软金属表面，运动过程中产生推碾和犁沟效应。传统的润滑主要基于两个原理：利用流体压力分隔表面，避免接触；以牺牲性的表面化学膜保护表面，避免粘着和磨粒磨损的损伤。因此润滑油在改善机构润滑状态中起着关键的作用。为了改良润滑油的技术指标，以取得更好的润滑效果，纳米颗粒作为添加剂在润滑中得到了广泛的应用。纳米颗粒添加剂能显著

纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料

纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，

天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。

纳米磁液实验报告

harbin institute of technology 纳米技术实验报告 课程名称：纳米技术院系：航天学院微电子科 学与技术系班级： 21系设计者：王 立刚学号： 14s121034 指导教师： 哈尔滨工业大学 实验二：接触角测量实验 一、实验目的 1、在研究纳米材料时，表面润湿特性是纳米材料的重要性质，通过本实验了解润湿接触 角概念和测量原理； 2、采用高倍显微镜观测实验材料（316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜）的表面微 观结构； 3、掌握用接触角测量仪测量纳米材料的接触角。 二、实验仪器、样品 jc2000c1 接触角测量仪，包括接触角测量仪主机平台，蠕动加样泵，ccd摄像头等几部分。计算 机ccd及数据处理软件，烧杯，超纯水，移液器，316不锈钢片，吊兰叶片，氮化硼纳米管 膜。 三、实验原理 所谓接触角是指在固体材料水平表面上滴一液滴，形成的固、液、气三相交界点处，气 —液界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角θ（contact angle），如图1所示。 图1 接触角 润湿（wetting）的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能g 降低，称为润湿。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ在0~180°之间，θ ＝90°可作为润湿与不润湿的界限，当θ<90°时为可润湿，材料是亲水性的；当θ>90° 时为不润湿，材料是疏水性的。 本实验使用液滴量角法，拟合分析法。量角法是将固体表面上的液滴投影到屏幕上，然 后直接测量切线与相界面的夹角，即直接测量接触角的大小。拟合分析法是选中液滴两侧的 底部，两侧的中部，和顶部五个点拟合出液滴的形貌，然后进行接触角的测量。 本实验使用的样品有三种材料，316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。316不锈钢具 有标准的不锈钢润湿特性，呈亲水性；吊兰叶片为自然界中具有特殊表面润湿效应的生物体； 氮化硼纳米管膜为仿生疏水膜。 四、实验步骤 1、接触角测量 将实验样品摆在测试台上，转动蠕动泵旋钮在样品表面加一滴水样，开机运行 jc2000-usb.exe，进入接触角测量界面，按“冻结图像”后，“保存图片”。分别测：3个实 验样品的接触角。 2、实验处理 按“量角法”，进入量角法主界面，按“开始”，选中需要计算的图形文件。先定量角器 的精度，然后，测量尺通过向上、下、左、右及旋转，至测量尺与液滴边缘相切，再下移测 量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。也可以使 测量尺与液滴右端相交，此时用180°减去测量值即为接触角。 五、实验结果 1、316不锈钢片 图2 316不锈钢片上水滴形貌

四氧化三铁综述

四氧化三铁纳米的制备应用及表征 摘要：总结了磁性纳米Fe3O4粒子的制备方法，有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等，并讨论了磁性纳米Fe3O4粒子在磁性液体、生物医学、微波吸附材料磁记录材料、催化剂载体等领域的应用。简述了Fe3O4得表征手段，最后对纳米Fe3O4的研究前景进行了展望。 关键词：四氧化三铁；磁性纳米颗粒；制备；应用；表征 The Preparation and Application of Fe3O4 Magnetic Nano- particles 【Abstract】The chemical preparation methods were summarized including co-precipitation,sol-gel method, microemulsion , hydro-thermal method etc. Based on the recent progress , relative meritsof those methods were analyzed. The application of Fe3O4nano-particles in magnetic fluid , magnetic recording materials , catalytical and microwave materials and medicine were introduced. 【Key Words】Fe3O4; magnetic nanoparticle; preparation; progress Fe3O4磁性纳米颗粒由于具有与生物组织的相容性、与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能，且具有好的亲水性、生物兼容性、无毒和高的化学稳定性，所以成为生物磁应用方面的理想材料使其在电子与生物敏感材料，尤其是生物医学领域被人们广泛关注【1】。应用于生物技术的纳米颗粒需要优良的物理、化学以及磁学特性【2】：（1）具有高磁化率，使材料的磁性较强，一般为铁磁性纳米颗粒；（2）颗粒尺寸为6~15 nm（当颗粒直径小于15 nm 时，就变为单磁畴磁体而具有超顺磁性并且饱和磁化强度很高），比表面积高；（3）具备超顺磁性等。另一方面，磁性纳米颗粒表面需要被特种有机物质修饰，才能具有独特的生物医学功能。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法【3-4】。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀，易被氧化，且很难制备出10nm以下的纳米微粒，所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法，多元醇法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好，颗粒度较小，操作方法也较为容易, 生产成本也较低, 是目前研究生产中主要采用的方法【5-8】。 1、制备方法 1.1共沉淀法 共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中, 加入适当的沉淀剂, 使金属离子均匀沉淀或结晶出来, 再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉. 共沉淀法是目前最普遍使用的方法, 其反应原理是: Fe2++ Fe3++ 8OH＝＝Fe3O4+ 4H2O 付云芝【9】等采用共沉淀法制备出立方晶系的单分散、小粒径Fe3O4 颗粒。通过控制制备最佳条件为:铁盐溶液浓度为0. 5mol /L，沉淀剂溶液浓度为0. 2mo l/L，Fe2+：Fe3 +：OH- = 1. 00 ：1. 00 ：6. 00, 反应温度为30℃，搅拌速度为1000 r /m in. T. Fried【10】等在80℃氩气保护下将氨水缓慢滴加到FeCl2与FeCl3的混合溶液中得到纳米Fe3O4颗粒, 并使用油酸对其进行包覆，得到了平均粒径为2 nm 的Fe3O4颗粒膜。Yong- kang sun【11】等人采用部分限制共沉淀法，只是向酸化了的磁性纳米悬浮液中通入空气进行氧化的情况下制备了平均粒径为7 ~ 13 nm 的纳米Fe3O4。陈亭汝【12】等在搅拌速度较快的情况下，n ( Fe3+ ) /n( Fe2+ )为1. 8 ：1，熟化温度70℃，熟化时间30min，以氨水作沉淀剂最佳pH值是9左右，可制得

磁性纳米材料的固相萃取技术研究.docx

磁性纳米材料的固相萃取技术研究由于实际样品中待测物的含量往往较低，且基质复杂，所以在进行定量分析时往往需要对样品进行前处理，以达到减小干扰组分、浓缩富集待测组分以适于特定检测分析目的的需要，因此样品前处理技术是整个分析过程中最关键的一环。传统的样品前处理方法如液液萃取、索氏抽提、振荡提取、固相萃取等存在样品需要量较大、萃取时间长、使用大量有害有机溶剂、操作繁琐耗时等问题，发展省时、高效的新型样品前处理技术成为人们关注的课题。目前已经出现了一些效果良好、具有发展前景的新型样品前处理方法，如固相微萃取、液相微萃取、磁性固相萃取等。 磁性固相萃取技术是一种新型样品前处理方法，该技术利用磁性或磁性修饰的物质作为吸附剂，通过外加磁场可以直接与基质分离，具有操作简单、省时快速、无需离心过滤等优点，在痕量污染物萃取分离中具有广泛的应用潜力。该技术的操作程序是：将磁性吸附剂加至样品溶液中吸附萃取待测物，待萃取完成后通过外加磁场将磁性吸附剂与样品溶液分离，在对吸附剂进行解吸后，即可进行定性定量分析。磁性固相萃取使样品预处理操作大为简化，解决了传统的ＳＰＥ吸附剂需装柱和大体积样品上样耗时等问题，通过施加一个外部磁场就可实现相分离，方便快捷。在磁性固相萃取中，磁性纳米吸附剂是影响萃取效率和选择性的关键，发展萃取效率高、稳定性好的新型磁性吸附剂是目前研究的一个热点领域［5］。 1以金属－有机骨架材料为前体的磁性多孔碳材料

多孔碳材料具有较高的比表面积、可调的孔隙结构、良好的热稳定性和化学稳定性，是目前应用最广泛的一类多孔材料。制备多孔碳材料最常用的方法是高温分解有机前体，再经物理或化学方法活化。但该方法制备的碳材料结构无序、孔径分布不均一。金属－有机骨架材料（ＭＯＦｓ）是一类新颖的纳米多孔材料，它是由过渡金属簇作为节点、有机配体作为框架组成的可设计合成的晶体材料。ＭＯＦｓ的多变结构、高比表面积、大孔容和种类丰富的有机配体，使其成为合成具有多样化孔隙率和孔径结构的多孔碳材料的理想前体和模板。由于ＭＯＦｓ中拥有大量的碳，通过直接碳化ＭＯＦｓ即可得到纳米多孔碳材料，而不需要额外加碳源，方法简单易行。近年来，以ＭＯＦｓ为前体合成纳米多孔碳材料成为ＭＯＦｓ化学及新功能材料研究领域的新热点。由ＭＯＦｓ衍生的纳米多孔碳材料在吸附、气体储存与分离、催化、传感、超级电容、太阳能电池等领域显示出广阔的应用前景。我们课题组采用一步直接碳化钴盐与甲基咪唑形成的金属－有机框架材料ＺＩＦ－67，成功制备了磁性纳米多孔碳材料（ＭＮＣ）（见图1）。由于碳化过程中生成了钴纳米，该材料表现出较强的磁性。以其为磁性固相萃取吸附剂，建立了水样和蔬菜样品中烟碱类杀虫剂的高效液相色谱分析新方法［8］。该材料还成功应用于葡萄、苦瓜样品中苯基脲类除草剂的磁性固相萃取［9］。我们课题组还以ＭＯＦ－5为前体制备了另一纳米多孔碳，经磁性功能化修饰后（见图2），将其用于萃取蘑菇样品中的氯酚。实验最优条件为：样品体积为50ｍＬ，样品ｐＨ为6，吸附剂用量为8.0ｍｇ，萃取时间为10ｍｉ

纳米四氧化三铁制备及其性质研究

纳米四氧化三铁制备及其性质研究 摘要：四氧化三铁是一种具有反尖晶石结构的铁氧体，由于其具有独特的物理、化学性质， 已经引起众多专家学者的关注。纳米四氧化三铁具有超顺磁性、小尺寸效应、量子隧道效应等使其能够区别于一般的四氧化三铁。目前在国内外，磁性纳米四氧化三铁已经在催化剂、造影成像、靶向给药、药物载体、DNA检测等应用领域表现出良好的应用前景。尤其随着纳米技术与高分子工程的快速发展，磁性纳米四氧化三铁在细胞分离、蛋白质分离、生物传感器、重金属吸附等领域越来越受到研究者的重视。同时，合成粒径小、分布窄且具有优良磁性、表面性能稳定、具有生物相容性安全的磁性纳米四氧化三铁也是各专家、学者研究的热点之一。 关键词：纳米四氧化三铁；磁性；合成 近年来，有关磁性纳米粒子的制备方法与性质备受关注。然而，由于磁性纳米粒子之间的作用力，如范德华力以及磁力作用，纳米四氧化三铁粒子极易发生团聚，使得比表面积降低，同时减弱了反应活性。通过添加高分子聚合物或表面活性剂对粒子表面进行改性，可以获得稳定分散的磁性纳米粒子，从而有效克服上述缺点。 1.实验部分 1.1 实验原理 化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属阳离子的可溶性溶液中，加入适当沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来。具体反应方程式：Fe2+ +2Fe3+ +8OH-==Fe3O4 +4H2O.通常是把FeⅡ和FeⅢ的硫酸盐或氯化物溶液一物质的量比2比3的比例混合后，用过量的氨水或氢氧化钠在一定温度和pH下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干，制得纳米四氧化三铁。 1.2仪器与试剂 三颈瓶，pH计，高速离心机，恒温水浴箱，真空干燥箱，紫外可见分光光度计，X射线衍射仪等 四水合氯化亚铁，六水合氯化铁，乙醇，十二烷基苯磺酸钠，油酸，氢氧化钠，盐酸等。1.3实验步骤 室温下，将四水合氯化亚铁和六水合氯化铁按物质的量比为1比2的比例混合放入三颈瓶中，加入200mL去离子水，然后加入一定量表面活性剂和油酸。高速搅拌下，向溶液中缓慢滴加0.1mol/L氢氧化钠溶液，至pH>11,继续搅拌1h使反应完全。反应结束后用磁铁进行固液分离，再用去离子水反复冲洗至中性，以除去多余电解质。在60℃下真空干燥24h. 1.5样品检验 相关资料

1纳米铁氧体磁性材料的制备

材料科学前沿 题目：纳米铁氧体磁性材料学院：理学院 班级：Y130802 姓名：陈国红 学号：S1*******

摘要：铁氧体纳米磁性材料是一类非常重要的无机功能材料，其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了纳米结构铁氧体磁性材料化学制备方法的研究进展，以及它们的应用，分析了其存在的问题，展望了研究和开发纳米结构铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。 关键词：纳米磁性材料；铁氧体；制备；应用

铁氧体是从20世纪40年代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。与金属磁性材料相比，铁氧体具有电阻率大、介电性能高、在高频时具有较高的磁导率等优点。随着科学技术的发展，铁氧体不仅在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等电子工业部门应用日益广泛，已经成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了广阔的应用空间。在生产工艺上，铁氧体类似于一般的陶瓷工艺，操作方便易于控制，不像金属磁性材料那样要轧成薄片或制成细粉介质才能应用。由于铁氧体性能好、成本低、工艺简单、又能节约大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有发展前途的一种非金属磁性材料 l铁氧体的晶体结构 铁氧体作为一种具有铁磁性的金属氧化物，是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物。实用化的铁氧体主要有以下几种晶体类刑 1．1尖晶石型铁氧体 尖晶石型铁氧体的化学分子式为MnFe 20 4 或M0Fe 2 3 ，M是指离子半径与二价 铁离子相近的二价金属离子(Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均化学价为 二价的多种金属离子组(如Li 0.5Fe 0.53 )。以Mn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物 MnFe 20 4 称为锰铁氧体，以Zn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物ZnFe 2 4 称为锌铁氧体。 通过控制替代金属，可以达到控制材料磁特性的目的。由一种金属离子替代而成的铁氧体称为单组分铁氧体。由两种或两种以上的金属离子替代可以合成出双组 分铁氧体和多组分铁氧体。锰锌铁氧体(Mn—ZnFe 2O 4 )和镍锌铁氧体(Ni—ZnFe 2 4 ) 就是双组分铁氧体，而锰镁锌铁氧体(Mn—Mg—ZnFe 2O 4 )则是多组分铁氧体。 1．2磁铅石型铁氧体 磁铅石型铁氧体是与天然矿物——磁铅石Pb(Fe 7.5Mn 3.5 Al o.5 Ti 0.5 )0 19 有类似晶 体结构的铁氧体，属于六角晶系，分子式为MFe l20 19 或Bao·6Fe 2 3 ，M为二价金 属离子Ba2+、Sr2+、Pb2+等。通过控制替代金属，也可以获得性能改善的多组分铁氧体。 1．3石榴石型铁氧体 石榴石型铁氧体是指一种与天然石榴石(Fe，Mg) 3A1 2 (Si0 4 ) 3 有类似晶体结构

磁性纳米吸附剂萃取多环芳烃的磁固相萃取

Talanta Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子作为一种新型纳米 吸附剂应用于环境水样中多环芳烃的次固相萃取 摘要：一种新型纳米吸附剂，Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子（Fe3O4@IL@MO NPs）被应用于环境水样中多环芳烃的磁固相萃取。Fe3O4@IL@MO NPs是通过离子液体、溴化1-十八基-3-甲基咪唑和甲基橙在Fe3O4硅土磁性纳米颗粒表面合成的，是通过红外光谱、紫外-可见光谱和超导量子磁强计接口设备确认的。Fe3O4@IL@MO NPs作为一种纳米吸附剂的萃取性能是通过5种多环芳烃作为分析样本评价的，包括芴(FLu)、蒽（AnT）、芘（Pyr）、苯并a蒽（BaA）、苯并a芘（BaP）。在最佳条件下，通过HPLC-FLD得到的检出限范围在0.1~2ng/L。这种方法已经成功地应用于通过MSPE-HPLC-FLD检测环境水样中的PAHs，在加标实际样品中，这五种PAHs的回收率范围在80.4~104%，相对标准偏差为2.3~4.9%。 1.引言 固相萃取（SPE）是一种最常用的预处理和预富集技术，用于分析环境和生物样品中的污染物。然而，传统的SPE技术要求合格样品完全通过墨盒填充吸附剂，接着用有机溶剂洗脱分析物。这种方法繁琐、耗时、比较昂贵、劳动密集，尤其对于大体积样品。为了解决这些限制，一种新型SPE技术，称为磁固相萃取（MSPE），基于使用磁性的或磁改性的吸附剂，被开发并应用于生物分离和化学分析。在MSPE过程中，磁性吸附剂暴露在样品溶液中来吸附分析物，然后通过外部磁场收集，从而大大简化了SPE的过程，提高了萃取效率。因此，最近几年中，在发展各种磁性纳米吸附剂并进一步利用其在MSPE中潜在的应用潜能方面，人们已经作出了一些努力。例如，蔡群报道使用混合半胶束和十八烷基官能团的磁性纳米复合材料作为吸附剂作为吸附剂来萃取目标化合物。王等人提出了基于石墨烯的磁性纳米粒子应用于环境水样中氨基甲酸酯类农药的磁固相萃取。Pardasani等人用多层碳纳米管——功能化的MPS作为吸附剂，用于神经毒剂和浑水中分散的固相萃取。尽管已经取得实质性的进展，然而新的磁性吸附剂的制备方法简单，低价格和高吸附效率仍然是非常可取的。 离子液体（ILs）是一类有机盐，他们具有独特的化学和物理特性，如良好的稳定性、可调节的水混溶性、高导电性和高热容量。这些吸引人的特性使它们成为有前途的材料，具有一些分析的用途。特别是，离子液体已被广泛应用于样品的预处理，包括液-液萃取、液相微萃取和固相微萃取。例如，Pino小组用离子液体溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑在微波辅助液液萃取系统中，分析了沉积物中的PAHs。姚等人研究了离子液体包裹的Fe3O4磁性纳米粒子作为混合半胶束固相萃取吸附剂，用于环境样品中PAHs的预富集，然而，离子液体在SPE中的探究尚处于早期阶段。 在目前的工作中，我们已经制备了一种新型纳米吸附剂：Fe3O4@离子液体@甲基橙纳米粒子进行了自组装。这种新型纳米吸附剂结合了离子液体、甲基橙和磁性纳米粒子的优点，相比于此前公布的结果，这种基于MSPE的纳米吸附剂提供了轻便、快速和有效的样品处理方法，使得大体积样品的处理在很短的周期内完成。据我们所知，这是第一个Fe3O4@IL@MO纳米吸附剂用于MSPE的例子。实验中的五种PAHs包括芴(FLu)、蒽（AnT）、芘（Pyr）、苯并a蒽（BaA）、苯并a芘（BaP），它们被选择作为分析样品来评价所制备的纳米吸附剂的萃取性能，此外，Fe3O4@IL@MO磁性纳米材料通过HPLC-FLD来测定环境水样中PAHs的这种用途是已经被证明了的。

纳米四氧化三铁

纳米四氧化三铁 简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料，又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表铁的价态）。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原子显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO-Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物，它属于纯净物。化学式：Fe3O4，分子量231.54，硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系，密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向移动，粒径在一定范围之内具有超顺磁性，以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性，其化学性能稳定，因而用途相当广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中，采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚，制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2～12个月都能很好的分散着，磁性液体中颗粒平均粒径为16～35nm之间。 通过大量实验，确定了最佳的工艺配方和工艺路线，工艺简单安全，能耗低，并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级，并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性，其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能，为国内各种磁流体的应用提供了基础。 制备方法 1、水热法制备纳米四氧化三铁（2012年） 聚乙二醇6000包被的四氧化三铁颗粒，采用X射线衍射法分析其构，用扫描电镜测量其直径及分布，用振动样品磁强计检测磁学参数。结果所 得样品为四氧化三铁晶体，粒径为200 nm，质量饱和磁场强度为79.8 em u／g Fe。结论：制备的样品粒径均一，分散性好，超顺磁性，水溶性好，可用于物理化学溶栓。 2、卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子的制备（2014年） 直接键合成法：卟啉与四氧化三铁纳米粒子表面直接形成化学键的制备方法。要求卟啉与四氧化三铁纳米粒子成键单元，如中心金属原子、羟基等。 用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆四氧化三铁纳米粒子，在DMF 溶液中，原卟啉IX与多巴胺的偶联反应制备了连有多巴胺的原卟啉（PPD）,然后与四氧化三铁纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD，然后与四氧化三铁纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD包覆的四氧化三铁纳米粒子 (PPDNP)，其中粒度单一（＜7nm），具有清晰的晶格和高的结晶度，在室温有明确的超顺磁性行为。

润滑油纳米添加剂的研究现状及趋势

润滑油纳米添加剂的研究现状及趋势 李久盛, 张立, 王会东 （中国石油兰州润滑油研究开发中心，兰州，730060） 摘要：纳米粒子作为添加剂在润滑油中表现出了特殊而优异的摩擦学性能，具有很大的应用前景，是目前和今后润滑油研究工作中最活跃的领域之一。本文主要介绍了纳米粒子作为润滑油添加剂在国内外的研究现状和发展趋势，按照纳米添加剂的类型分别进行了综述，讨论了纳米粒子作添加剂的抗磨减摩机理，并对未来纳米添加剂的发展进行了展望，提出了建议。 关键词：纳米添加剂；摩擦学；润滑油；应用 1、引言 近年来，在开发具有优异抗磨、减摩和极压性能添加剂的过程中，国内外的研究者发现纳米粒子由于量子尺寸效应和表面效应，能够表现出特殊的高承载能力性能，具有传统固体润滑剂(如聚四氟乙烯、MoS2和石墨粉体)所无法比拟的优越性[1,2]。在润滑油中加入纳米添加剂可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量，特别适用于苛刻条件下的润滑场合[3～6]。 与纳米颗粒的制备技术相比，纳米添加剂作为润滑材料在润滑油中的应用研究，仍显得进展缓慢。另外，关于纳米润滑材料与传统润滑油添加剂的配伍性以及协同作用的研究也鲜有报道，从而限制了其推广应用。 为了推动纳米添加剂在润滑油中的应用研究，为开发高档润滑油产品提供技术支持，本文作者对纳米添加剂在国内外的研究现状进行了调研，主要包括纳米添加剂的分类、作用机理、国内外应用现状和最新发展趋势等，并对今后的研究方向提出了建议。 2、纳米添加剂的分类及其摩擦学性能 2.1 纳米金属粉 超细金属粉以适当方式分散于各种润滑油中可形成一种稳定的悬浮液，这种润滑油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒，它们在摩擦过程中可以与固体表面相结合，形成光滑的保护层，同时填塞微划痕，从而大幅度降低摩擦和磨损，尤其在重载、低速和高温振动条件下作用更为显著。目前应用较多的金属纳米粉包括铜、锡、银粉末等，这些金属纳米粉有着与传统添加剂不同的减摩抗磨机理[7]。 于立岩等[8]人将平均粒径为50nm的铜纳米粒子加入到普通机油中进行抗磨减摩实验，结果发现：铜纳米粒子表现出良好的抗磨性能，可以明显降低摩擦副的磨损量，如果同时添 作者简介：李久盛（1974-），男。2002年毕业于上海交通大学，获材料科学博士，副教授。现工作于中国石油兰州润滑油研发中心，主要从事润滑油添加剂的合成、摩擦学机理研究和可生物降解润滑油的开发工作，已在国内外学术期刊公开发表论文30余篇。