楊國(guó)杰+李甘

摘 要：隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，如磁性納米材料在水處理中的有機(jī)物和重金屬離子分離等，這也使得人們?cè)絹碓疥P(guān)注納米材料在工業(yè)方面的應(yīng)用。磁性納米材料具有良好的生物相容性和磁導(dǎo)向性，偶連容量高，擁有宏觀量子隧道效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等，因此在分離與催化中的應(yīng)用程度較高。本文就對(duì)磁性納米材料在分離及催化中應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：磁性納米材料；分離；催化；應(yīng)用

物質(zhì)磁性的研究屬于固體物理的重要研究領(lǐng)域，也是工業(yè)應(yīng)用研究的主要課題。近年來，隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，在很大程度上沖擊了傳統(tǒng)的磁性產(chǎn)業(yè)，但是也使得磁學(xué)更為活躍與年輕，顯示出良好的應(yīng)用發(fā)展空間，成為最具活力的研究領(lǐng)域。同時(shí)磁性納米材料及其技術(shù)的發(fā)展，能夠提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能，推動(dòng)傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)相關(guān)高新技術(shù)行業(yè)的發(fā)展。

一、磁性納米材料在分離中的應(yīng)用

磁性納米材料在分離中的應(yīng)用具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）金屬離子的吸附分離。將磁性納米粒子和超分子主體分子杯芳烴衍生物進(jìn)行連接，并結(jié)合粒子磁分離特點(diǎn)與杯芳烴的識(shí)別功能，對(duì)金屬離子進(jìn)行吸附分離。例如：實(shí)現(xiàn)廢水中錒系和鑭系放射性Cs+與金屬離子的分離富集時(shí)，可以采用杯芳烴來修飾磁性納米粒子，這樣可以的有效除去金屬離子Co2+、Ni2+、Cu2+，同時(shí)十一烷酸會(huì)在粒子表面形成自組裝分子層，以此吸附金屬離子Cd2+。

（2）水中有機(jī)物的檢測(cè)。對(duì)水體中有機(jī)物含量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，多采用高效液相色譜法或氣相色譜法，這兩種方法具有很高的靈敏度，但是對(duì)檢測(cè)試樣要求也極高，工作量十分之大。在廢水的檢查與分離過程中采用磁性微球時(shí)，主要是將待測(cè)試樣與磁性微球進(jìn)行混合，借助活性試劑來檢測(cè)試樣中的待測(cè)物質(zhì)，然后在磁場(chǎng)的作用下加以分離和檢查，可以減少工作時(shí)間和工作量。當(dāng)然將磁性微球方法用于檢測(cè)水樣中的甲醛含量時(shí)，相較于常規(guī)的電化學(xué)法、色譜法和光度法等而言，其具有更高的檢測(cè)靈敏度。

（3）吸附脫硫。吸附脫硫主要是以常壓常溫條件為依據(jù)進(jìn)行操作，對(duì)有機(jī)硫的吸附具有較高的選擇性，目前利用燃油分流進(jìn)樣或固定床的方式來處理燃油脫硫，或者是適當(dāng)引入現(xiàn)代分離手段，可以有效分離出燃油中的吸附劑，促進(jìn)脫硫選擇性與容量的提高。磁載體技術(shù)可以克服反相滲透技術(shù)、離子浮選、離子交換等技術(shù)的局限性，具有廣闊的應(yīng)用前景。分子篩包覆超順磁性納米粒子具有包覆結(jié)構(gòu)，其會(huì)與環(huán)境隔絕，避免被氧化，將其應(yīng)用于實(shí)際中，可以利用核磁響應(yīng)的特性或分子篩的較易改性與吸附性，保證磁性納米材料的優(yōu)異性能。

二、磁性納米材料在催化中的應(yīng)用

（一）氧化反應(yīng)中的應(yīng)用

納米金屬氧化物具有合成簡(jiǎn)單、分散性好、比表面積大、粒徑小等優(yōu)點(diǎn)，屬于烴類氧化反應(yīng)催化劑，在環(huán)己烷的催化氧化反應(yīng)中應(yīng)用較廣。在溫和反應(yīng)條件下，溶劑和催化劑可分別選擇CH2Cl2與鐵粉，以此進(jìn)行環(huán)己烷氧化反應(yīng)，了解到鐵粉是反應(yīng)體系中的活性中心，環(huán)己酮與環(huán)己醇的選擇性大70%，環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率為11%。在金屬粉末制備的磁性配合物和醋酸存在的體系中，助催化劑會(huì)生成過酸，并與磁性金屬進(jìn)行反應(yīng)，形成過氧金屬中間體，然后與環(huán)己烷中的氫反應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的酮和醇。如果沒有溶劑，此反應(yīng)可在氧氣壓力圍0.8MPa和溫度為70℃的條件下得到高選擇性的K/A油。

（二）光催化降解反應(yīng)中的應(yīng)用

半導(dǎo)體多相光催化法作為一種污染治理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，如銳欽礦型TiO2的光催化性能被人們所關(guān)注。TiO2光催化劑的尺寸與其活性成反比，其納米尺寸的TiO2小尺寸和高比表面積使其具有較高的催化活性，可以有效降解有機(jī)物，但是其很難從反應(yīng)體系中分離，分離成本高且易流失。將TiO2和磁性物質(zhì)相結(jié)合可形成磁載光催化劑，借助磁分離技術(shù)則能夠?qū)υ摯呋瘎┻M(jìn)行快速方便地回收，使其多次再生利用且保持一定的光催化活性。值得注意的是，磁核與TiO2復(fù)合過程中，TiO2沉積過程與加熱過程結(jié)合時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題，如磁核材料選用磁鐵礦與鎳、鎳鈷合金時(shí)，由于其易氧化，因而會(huì)使情況變得更為復(fù)雜。

（三）酯化反應(yīng)中的應(yīng)用

隨著固體酸催化的深入研究，磁性納米固體酸催化劑的應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大，能夠分離與回收納米固體酸催化劑。新型的催化劑可以磁性材料為依據(jù)，在其外部包覆固體酸催化劑活性組分，以此形成催化活性高、磁性強(qiáng)、粒子尺寸小的包覆型的磁性納米催化劑，便于回收。學(xué)者訾俊峰等在正乙醇和乙酸醋化反應(yīng)中采用磁性固體超強(qiáng)酸ZrO2/SO42-催化劑，可以利用催化劑的磁性，重復(fù)使用和迅速分離催化劑。另外，對(duì)于納米復(fù)合固體超強(qiáng)酸催化劑的研究，林德娟等利用納米化學(xué)制備技術(shù)，對(duì)新型的磁性納米復(fù)合固體超強(qiáng)酸SO42-/CoFe2O4催化劑進(jìn)行合成，并結(jié)合X射線光電子能譜和XRD等技術(shù)，有效研究其結(jié)構(gòu)形態(tài)。如以乙酸乙醋合成為模型，對(duì)該催化劑的催化活性進(jìn)行考察，并比較其酸強(qiáng)度和酸性，可以知道其酸強(qiáng)度H0<14.5，能對(duì)其進(jìn)行對(duì)多次反復(fù)使用。

三、結(jié)束語

磁性納米材料作為一種新型的材料，是磁性納米材料中的核心，也是當(dāng)前最具活力與前途的材料，具有十分巨大的應(yīng)用潛力以及很高的研究?jī)r(jià)值，被廣泛應(yīng)用于分離及催化等方面。隨著納米技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和研究工作的深入，其會(huì)給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來跨越式發(fā)展，未來將會(huì)開發(fā)出更多性能更加優(yōu)異的磁性材料，為社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。

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