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《苏州大学》 2007年
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水基磁性流体的合成及宏观动力学

张世忠  
【摘要】: 本文系统地研究了纳米Fe_3O_4水基磁性流体的合成及宏观动力学特性。 (1)利用氨水共沉淀法制备了纳米Fe_3O_4颗粒,TEM显示颗粒直径约10nm左右;经XRD测试发现,所得到的纳米Fe_3O_4颗粒为反尖晶石结构。接着,在颗粒的表面接枝油酸钠作为第一层包裹层,使用PEG-4000作为第二包裹层增强颗粒在水中的稳定性。实验发现,该水基磁性流体的固体含量和油酸钠及PEG-4000的用量有着重要的联系。古埃磁天平测出磁性流体的饱和磁化强度为1.44×10~5A/m。FT-IR分析表明油酸钠和PEG-4000已经成功地包裹到颗粒表面。研究还发现,将该高浓度的水基磁性流体稀释后仍然表现出很好的稳定性。磁性流体的粘度随着固体含量和外加磁场的增加而增加,随着温度的升高而降低。当固体含量足够高时磁性流体表现出非牛顿流体行为。当我们把该磁性流体加入到PVA膜中后,膜的机械性能得到显著增强。 (2)采用水合肼作为抗氧化剂,氨水共沉淀法制备了纳米Fe_3O_4颗粒,用柠檬酸钠对颗粒进行表面改性,提高其在水中的分散性能。FT-IR,TEM,XRD,VSM系统表征了该粒子的接枝,形貌,晶型,磁性情况。将改性后的Fe_3O_4颗粒和未改性的粒子作沉降实验比较,发现改性后的粒子分散稳定性大大高于未改性的粒子。接着将改性Fe_3O_4颗粒和未改性颗粒分散到水中,分别进行正硅酸乙酯水解形成SiO_2包裹层。高温抗氧化实验表明,SiO_2外壳可以有效保护Fe_3O_4不被氧化。然后对Fe_3O_4/SiO_2复合粒子进行油酸改性,红外测试表明油酸成功接枝到颗粒表面,改性后的复合颗粒分散到PEG-4000水溶液中形成双层表面活性剂稳定的水基磁性流体,该磁性流体在重力场中稳定性很好,且具有良好的磁响应性,磁性流体中颗粒的d(0.99)_(num)值是35.4nm。流变性质的表征说明,高浓度的磁性流体为非牛顿流体,随着磁场的增强,磁性流体的粘度显著增加。掺杂了水基磁性流体后,PVA高分子膜的拉伸性能增强。 (3)采用水合肼作为抗氧化剂,氨水共沉淀法制备了纳米Fe_3O_4颗粒,用柠檬酸钠对颗粒进行表面改性,提高其在水中的分散性能。FT-IR,TEM,XRD,VSM系统表征了该粒子的接枝,形貌,晶型,磁性情况。接着使用醋酸锌和碳酸铵直接沉淀法,在Fe_3O_4表面形成前驱体外壳,该颗粒经350℃高温煅烧1小时形成Fe_3O_4/ZnO纳米复合磁性光催化剂,我们考察了该复合粒子的粒径、分散性、磁分离性能。通过改变Fe_3O_4和ZnO的摩尔比,研究了不同的纳米复合粒子对光催化性能的影响,结果表明复合粒子的光催化性能优于单纯的ZnO粒子。实验还表明,该粒子可以反复使用,使用4次后光催化降解效率仍然可以达到70%。 (4)采用自制的实验装置和CCD高速摄像机组成的系统来观察水基磁性流体的宏观动力学特性,结果发现,无论是否有外加磁场,模拟计算所得到的硅油与水基磁性流体的界面变化情况与实验所拍摄的界面变化情况都能很好地吻合。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O614.811

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