磁性纳米材料在分离中的应用.pptx
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磁性纳米材料在分离中的应用.pptx
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磁性纳米材料在分离中的应用目录contentsPART01PART01PARTPART0202PARTPART0303PARTPART0404PARTPART0505在污水处理中的应用在污水处理中的应用膜分离中的应用膜分离中的应用生物分离生物分离催化剂中的应用催化剂中的应用日常生活中的应用日常生活中的应用磁性纳米材料的特点磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料,既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料,既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高,又具有良好的磁导向性、超顺磁性、类酶催化特性和生物子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高,又具有良好的磁导向性、超顺磁性、类酶催化特性和生物相容性等特殊性质,基于这些特性,磁性纳米颗粒广泛应用于分离相容性等特殊性质,基于这些特性,磁性纳米颗粒广泛应用于分离。
磁导磁导向性向性生物相生物相容性容性表面表面效应效应超顺超顺磁性磁性比表面积大,表面原子数增大,表面能大,提供众多的表面活性中心。
如吸附能力强、具有不饱和性、化学活性很强。
具有导向的能力安全无毒,可降解,不与组织器官产生免疫原性。
没有外磁场,则通常它们不会表现出磁性。
但是,如果施加外磁场,则会被磁化。
01PARTONE磁性纳米材料在污水处理中的应用0011磁性纳米材料在污水处理中的应用010203在染料废水中的应用染染料料大大多多是是芳芳香香类类化化合合物物,化化学学性性质质稳稳定定,生生物物降降解解性性低低,具具有有潜潜在在的的毒毒性性及及致致癌癌致致畸畸作用。
作用。
聚丙烯酸结合的氧化铁磁性纳米颗粒聚丙烯酸结合的氧化铁磁性纳米颗粒能够高效吸附水溶液中的碱性染料罗丹明能够高效吸附水溶液中的碱性染料罗丹明6G。
在重金属废水中的应用重重金金属属离离子子会会对对自自然然界界的的生生态态平平衡衡及及人人类类健健康康造造成成极极大大的的伤伤害害。
利利用用纤纤维维素素和和壳壳聚糖聚糖还有还有Fe3O4制成的一种磁性混合水凝胶来吸附重金属离子。
制成的一种磁性混合水凝胶来吸附重金属离子。
在有机废水中的应用水水中中有有机机污污染染物物除除了了具具有有致致癌癌致致畸畸致致突突变变外外,还还有有可可能能具具有有积积累累性性。
纳纳米米磁磁性性还还原氧化石墨烯原氧化石墨烯用于吸附水体中的双酚用于吸附水体中的双酚A,吸附效果显著。
,吸附效果显著。
0011磁性纳米材料在污水处理中的应用Xu1等成功地将等成功地将PAA引入到引入到Fe3O4表面,合成了表面,合成了Fe3O4PAANPs磁性纳米颗粒。
这种材料能够高效吸磁性纳米颗粒。
这种材料能够高效吸附水溶液中的碱性染料罗丹明附水溶液中的碱性染料罗丹明6G,20min即可达到吸附平衡,具有非常快速的吸附动力学。
即可达到吸附平衡,具有非常快速的吸附动力学。
XuYY,ZhouM,GengHJ,etal.AsimplifiedmethodforsynthesisofFe3O4PAAnanoparticlesanditsapplicationfortheremovalofbasicdyesJ.AppliedSurfaceScience,2012,258(8):
3897-3902.制备制备Fe3O4NH2纳米颗粒纳米颗粒原料:
原料:
FeCl3.6H2O,1,6-己二胺,无水乙酸钠,乙二醇己二胺,无水乙酸钠,乙二醇通过剧烈机械搅拌,高温处理,洗涤干燥等步骤得到通过剧烈机械搅拌,高温处理,洗涤干燥等步骤得到胺官能胺官能化的磁铁矿纳米粒子(化的磁铁矿纳米粒子(Fe3O4NH2NPs)制备制备Fe3O4PAANPs原料:
原料:
Fe3O4NH2NP、EDCHCL、三乙胺三乙胺、乙醇溶液乙醇溶液、PAA(30)通过超声处理,机械搅拌,洗涤干燥等步骤得到通过超声处理,机械搅拌,洗涤干燥等步骤得到Fe3O4PAANPs。
0011磁性纳米材料在污水处理中的应用a胺官能化磁铁矿纳米颗粒bFe3O4PAANPs图a和b分别表示磁分离前后的标准溶液的照片。
显然,碱性染料R6G可以通过所制备的磁性吸附剂几乎完全除去。
(a和b)吸附前后1.010-5molL-1R6G标准溶液。
(c)加入1.010-5molL-1R6G后的黄河水样,只过滤,然后被Fe3O4PAANPs吸附。
(d)与(c)相同的样品,其由732种阳离子交换树脂处理,(e)样品,是(d)在吸附和磁分离后。
02PARTTWO膜分离中的应用0022膜分离中的应用超超滤滤膜膜分分离离技技术术由由于于其其操操作作简简单单、分分离离效效率率高高、无无相相变变、不不损损害害生生物物活活性性,已已广广泛泛应应用用于于食食品品、中中药药多多糖糖分分离离等等方方面面。
目目前前,在在膜膜的的性性能能改改进进方方面面已已进进行行了了大大量量的的研研究究,其其中中就就磁磁性性纳纳米米粒粒子子引引入入膜膜的的改改性性中中,利利用用纳纳米米粒粒子子的的尺尺寸寸效效应应、表表面面与与界界面面效效应应,重重新新构构建建和和调调控控膜膜的的无无序序孔孔隙隙结结构构,提高膜的气体渗透性能,并赋予膜磁性,拓展膜新的应用途径提高膜的气体渗透性能,并赋予膜磁性,拓展膜新的应用途径。
赵赵选选英英等等22采采用用共共混混法法在在聚聚酰酰亚亚胺胺前前驱驱体体中中引引入入Fe3O4磁磁性性纳纳米米粒粒子子,经经高温热解炭化制备了杂化功能炭膜。
高温热解炭化制备了杂化功能炭膜。
赵选英,王同华,李琳,等.Fe3O4掺杂制备气体分离功能炭膜J.无机材料学报,2010,25
(1):
47-52.制制备备方方法法:
Fe3O4纳米粒子加入到溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中,经超声分散2h后加入到聚酰胺酸溶液中强力搅拌2h,超声脱泡10min后静置待用。
由此配置了Fe3O4纳米粒子的涂膜液,采用刮涂法制膜,40恒温干燥24h。
然后进行升温热解炭化,将Fe3O4掺杂所制备的炭膜称为功能炭膜,膜厚度约为45m。
所制备的功能炭膜由于Fe形态物质的存在均能被磁铁石吸引。
0022膜分离中的应用透透射射电电镜镜照照片片:
()Fe3O4纳纳米米粒粒子子;()功功能能炭炭膜膜;()膜膜中中颗颗粒粒的的包包裹裹层层;()膜膜中中颗颗粒粒周周围围的的炭炭基基体体0022膜分离中的应用掺杂Fe3O4纳米粒子后,功能炭膜的气体渗透系数较之纯炭膜明显增加,同时随着Fe3O4添加量的增加,功能炭膜对各气体的渗透系数进一步增大,可见,Fe3O4纳米粒子的引入提高了功能炭膜的气体渗透性能,这是因为纳米粒子的引入,在炭相母体与纳米粒子间发生了微相分离形成界面,产生了界面孔,增加了炭膜中微孔的数量,因而提高了炭膜的气体渗透性能。
特别是小分子气体H2的渗透系数增加最为明显,当Fe3O4纳米粒子添加量为20%时,H2渗透系数较纯炭膜提高了61倍。
而分离系数除H2CO2比纯炭膜有较显著的提高外,O2/N2、CO2/N2和CO2/CH4的分离系数均有不同程度的下降。
这表明Fe3O4纳米粒子的引入有利于提高功能炭膜对小分子气体的渗透性能。
03PARTTHREE生物分离0033生物分离生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体表面配体与与受体受体之间的特异性相互作用(如抗原之间的特异性相互作用(如抗原-抗体和亲抗体和亲和素和素-生物素等)来实现对靶向性生物目标的快速分离。
而磁分离技术具有快速、简便的特点,能够生物素等)来实现对靶向性生物目标的快速分离。
而磁分离技术具有快速、简便的特点,能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。
高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。
原理:
基于磁性纳米颗粒的原理:
基于磁性纳米颗粒的超顺磁性超顺磁性,在外,在外加磁场下纳米颗粒被磁化,然而一旦去掉磁加磁场下纳米颗粒被磁化,然而一旦去掉磁场,它们将立即重新分散于溶液中。
场,它们将立即重新分散于溶液中。
通常磁分离技术主要包括以下两个步骤:
通常磁分离技术主要包括以下两个步骤:
(1)将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上;将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上;
(2)利用磁性液体分离设备将被标记的生物实利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。
体分离出来。
0033生物分离细胞分离:
细胞分离:
基本原理是,磁性基本原理是,磁性纳米材料作为不容性载体,在其表面纳米材料作为不容性载体,在其表面上接有生物活性的吸附剂或其他配体上接有生物活性的吸附剂或其他配体等活性物,利用他们与目标细胞的特等活性物,利用他们与目标细胞的特性结合,在外加磁场作用下将细胞分性结合,在外加磁场作用下将细胞分离。
可用于细胞的分类以及对其种类离。
可用于细胞的分类以及对其种类数量进行研究。
数量进行研究。
核核算算分分离离:
经经典典的的DDNNAA/RRNNAA分分离离方方法法有有柱柱分分离离法法和和一一些些包包括括沉沉积积、离离心心步步骤骤的的方方法法,这这些些方方法法的的缺缺点点是是耗耗时时多多,难难以以自自动动化化,不不能能用用于于分分析析小小体体积积样样品品,分分离离不不完完全全,使使用用磁磁性性纳纳米米材材料料进进行行核核算算的的分分离离可可避避免免这这些些局局限限。
蛋白质分离:
蛋白质分离:
是基于在磁性是基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等与可目标蛋白质产生特异和配基等与可目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团,使经过表性吸附作用的功能基团,使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性的分用下从生物样品中快速选择性的分离目标蛋白质。
离目标蛋白质。
酶酶分分离离:
目目前前常常用用的的酶酶分分离离方方法法存存在在的的问问题题是是酶酶在在分分离离后后很很容容易易失失活活,影影响响到到他他的的催催化化活活性性,用用磁磁性性纳纳米米材材料料分分酶酶可可以以很很好好地地保保持持它它的的活活性性和和稳稳定定性性,同同时时也也使使得得体体系系中中酶酶的的回回收收更更加加方方便便,提提高高了了酶酶的的使使用用效效率率。
生物生物分离分离CDBA0033生物分离表面接上配体(如抗体、外源凝结素),进而与指定细胞特异性结合。
表面接上配体(如抗体、外源凝结素),进而与指定细胞特异性结合。
有人将磁性微球外接抗小有人将磁性微球外接抗小鼠鼠Fc抗体,用于小鼠骨髓抗体,用于小鼠骨髓中正常细胞和癌细胞的分中正常细胞和癌细胞的分离,分离率达离,分离率达99.9%99.9%以上。
以上。
细胞分离:
免疫磁珠分离细胞已被广泛应用于人类各种细胞的分离,细胞分离:
免疫磁珠分离细胞已被广泛应用于人类各种细胞的分离,如如T、B淋巴细胞、内皮细胞、造血祖细胞、单核淋巴细胞、内皮细胞、造血祖细胞、单核/巨噬细胞、胰岛细胞、巨噬细胞、胰岛细胞、肿瘤细胞等肿瘤细胞等。
0033生物分离通过直接或间接法的磁分离细胞通过直接或间接法的磁分离细胞0033生物分离与传统方法相比:
磁分离法操作缓和,确保生物活性成分结构为完整性磁分离法操作缓和,确保生物活性成分结构为完整性操操作作简简单单,所所有有纯纯化化步步骤骤可可在在一一个个试试管管中中完完成成;无无需昂贵的离心机、色谱系统何超滤装置需昂贵的离心机、色谱系统何超滤装置磁分离技术很容易实现分离分析的自动化磁分离技术很容易实现分离分析的自动化无需复杂的洗脱,去杂等精细步骤,产物浓度大无需复杂的洗脱,去杂等精细步骤,产物浓度大04PARTFORE催化剂中的应用0044催化剂中的应用BC更高活性更高活性更高稳定性更高稳定性可重复利用可重复利用磁性纳米固体碱催化剂在酮缩合反应中的应用磁性纳米固体碱催化剂在酮缩合反应中的应用磁性纳米光催化剂在光催化降解反应中的应用磁性纳米光催化剂在光催化降解反应中的应用磁性纳米材料在氧化反应中的应用磁性纳米材料在氧化反应中的应用磁性纳米贵金属催化剂在磁性纳米贵金属催化剂在Heck反应中的应用反应中的应用磁性纳米固体酸催化剂在酯化反应中的应用磁性纳米固体酸催化剂在酯化反应中的应用0044研究数据磁性纳米固体酸催化剂在酯化反应中的应用磁性纳米固体酸催化剂在酯化反应中的应用梅长松等梅长松等33成功地制备出磁性纳米固体酸成功地制备出磁性纳米固体酸ZrO2/Fe3O4/SO42-ZrO2/Fe3O4催化剂催化剂梅长松,景晓燕,林茹春,等.磁性固体超强酸的制备及催化酯化反应的研究J.化学试剂,2002,24
(1):
1-2.在在酯酯化化反反应应中中,传传统统方方法法多多采采用用浓浓硫硫酸酸、磷磷酸酸等等无无机机酸酸或或金金属属卤卤化化物物,如如AlCl3/SnCl4AlCl3/SnCl4、TiCl4TiCl4等等催催化化剂剂。
而而这这些些传传统统催催化化剂剂存存在在易易腐腐蚀蚀设设备备、污污染染环环境境、副副反反应应多多、产产物物选选择择性性低低,不不易易分分离离等等弊弊端端。
而而磁磁性性纳纳米米固固体体超超强强酸酸催催化化剂剂,不不仅仅具具有有优优越越的的催催化化性性能能还还有有良良好好的的回回收率。
收率。
实实验验证证实实,新新型型催催化化剂剂以以磁磁性性材材料料为为核核,固固体体酸酸催催化化剂剂活活性性组组分分包包覆覆在在其其外外部部形形成成包包覆覆型型的的磁磁性性纳纳米米催催化化剂剂。
该该系系列列催催化化剂剂均均具具有有较较小小的的粒粒子子尺尺寸寸、较较强强的的磁磁性性及及较较高高的的催催化化活活性性,并且易于通过并且易于通过磁场进行回收磁场进行回收,使用寿命较长。
,使用寿命较长。
05PARTFIVE日常生活中的应用0055日常生活中的应用有机磷杀虫剂的去除和富集有机磷杀虫剂的去除和富集Shen等等选选择择C18作作为为功功能能基基团团修修饰饰Fe3O4纳纳米米磁磁性性粒粒子子形形成成磁磁性性纳纳米米Fe3O4-C18复复合合材材料料,希希望望所所得得复复合合材材料料既既具具有有SPE固固定定相相的的吸吸附附作作用用,又又能能呈呈现现出出Fe3O4的的优优良良磁磁性性。
该该研研究究小小组组制制备备了了粒粒径径约约为为510nm的的磁磁性性纳纳米米Fe3O4-C18复复合合材材料料用用傅傅里里叶叶红红外外光光谱谱(FFIR)、原原子子吸吸收收光光谱谱、x射射线线衍衍射射(XRD)和和透透射射电电子子显显微微镜镜(TEM)对对复复合合材材料料的的结结构构及及微微观观特特征征进进行行表表征征,并并将将该该复复合合材材料料用用于于去去除除和和富富集集水水果果和和蔬蔬菜菜中中残残留留的的l4种种OPs(包包括括甲甲胺胺磷磷、敌敌敌敌畏畏、高高灭灭磷磷、久久效效磷磷、甲甲拌拌磷磷、乐乐果果、甲甲基基对对硫硫磷磷、杀杀螟螟松松、马马拉拉硫硫磷磷、倍倍硫硫磷磷、对对硫硫磷磷、杀杀扑扑磷磷、三三唑唑磷磷和和乙乙硫磷硫磷)。
0055日常生活中的应用化妆品中对羟基苯甲酸酯的富集化妆品中对羟基苯甲酸酯的富集对羟基苯甲酸酯对羟基苯甲酸酯具有广泛的抗菌能力、低毒、稳定性好并且难溶,被广泛应用于具有广泛的抗菌能力、低毒、稳定性好并且难溶,被广泛应用于化妆品行业。
但近来,化妆品行业。
但近来,Memon等研究指出,在被研究的等研究指出,在被研究的20个病例的乳房肿块内,个病例的乳房肿块内,对羟基苯甲酸酯的平均含量对羟基苯甲酸酯的平均含量(20.64.2)ngg,这说明在化妆品、食品、药物中有一这说明在化妆品、食品、药物中有一定比例的对羟基苯甲酸酯存在定比例的对羟基苯甲酸酯存在,并能被吸收和储存在身体的神经组织中而不被水解。
并能被吸收和储存在身体的神经组织中而不被水解。
聚合物聚合物功能化功能化Fe3O4磁性复合粒子磁性复合粒子,进行了一系列表征确证其结构进行了一系列表征确证其结构,并将这些复并将这些复合材料应用于去除和富集合材料应用于去除和富集10种商业化妆品中含有的种商业化妆品中含有的4种类型的对羟基苯甲酸酯种类型的对羟基苯甲酸酯(对对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯)。
聚合物聚合物一功能化一功能化一一Fe3O4磁性复合粒子已被用于磁性复合粒子已被用于10种化妆品中对羟基苯甲酸酯的种化妆品中对羟基苯甲酸酯的去除和富集,其中包括护发素、香水、芳香剂、乳膏、洗剂等。
去除和富集,其中包括护发素、香水、芳香剂、乳膏、洗剂等。
0055日常生活中的应用靶向药物生物医学领域,磁性纳米粒子经过表面修饰而带有一定电荷或功能基团,可与特异性抗体结合,作为药物载体用于药物运输。
提高药效,减少毒副作用。
靶向药物对磁性载体粒子要求比较严格,如生物相容性好,可生物降解,无毒性,尺寸小,磁性强。
随着科学技术的迅速发展,磁性纳米粒子的开发及在分离还有其他领域的随着科学技术的迅速发展,磁性纳米粒子的开发及在分离还有其他领域的潜在应用已经越来越受到重视,其在具有快速分离和高特异的选择性等优点。
潜在应用已经越来越受到重视,其在具有快速分离和高特异的选择性等优点。
但同时磁性纳米材料的发展也面临很多挑战和问题。
但同时磁性纳米材料的发展也面临很多挑战和问题。
(11)构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和环境相容性好及表明活性基团)构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和环境相容性好及表明活性基团丰富的多功能磁性纳米粒子;丰富的多功能磁性纳米粒子;(22)根据被检测分子的特点设计多功能磁性纳米粒子,实现高灵敏度、特异)根据被检测分子的特点设计多功能磁性纳米粒子,实现高灵敏度、特异性检测;性检测;这些问题不仅是磁性纳米材料在分离和分析检测领域应用需要解决的难点,这些问题不仅是磁性纳米材料在分离和分析检测领域应用需要解决的难点,也是目前其进行分离和分析检测研究的热点和重点。
也是目前其进行分离和分析检测研究的热点和重点。
相相信大家在磁性纳米材料信大家在磁性纳米材料方面取得更大的进展。
方面取得更大的进展。
展望THANKS
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- 磁性 纳米 材料 分离 中的 应用
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