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荧光
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材料
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重金属
离子
检测
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荧光磁性纳米材料的制备与重金属离子的检测,荧光,磁性,纳米,材料,制备,重金属,离子,检测
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开题报告 题目： 荧光磁性纳米材料的制备与 重金属离子检测 开题报告填写要求 文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下 ， 由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。 从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴） ， 完成后应及时交给指导教师审阅。 500 字以上，参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇），文中引用 参考文献处应标出文献序号， “参考文献 ”应按附件中参考文献 “注释格式 ”的要求书写。 、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例： “2008 年 11 月 26 日 ”。 面格式：题目：宋体，加粗， 二 号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。 1、 毕业设计（论文）综述 目背景及研究意义 介孔（ 料按材料的组成大致分为两类 :“硅基”介孔材料和“非硅”介孔材料。“硅基”介孔材料即构成骨架的主要成分是二氧化硅 ： “硅基”的介孔材料又包括纯硅的和掺杂有其它元素的两类介孔材料。 “非硅”介孔材料即骨架组成为非硅的其他氧化物或金属等介孔材料。 介孔二氧化硅材料 由 于具有高比表面 、 规则孔结构 、 可调孔径 、 易修饰 、 光学透明 、 化学稳定性和生物相容性等优点 ,随着科技的发展 ,人类对介孔材料的研究不再局限于传统的单一功能，而是期望同时赋予介孔材料光、电、磁等多种功能。 介孔材料是近二十年来，在传统的微孔 (石和大孔（ 凝胶材料基础上发展起来的一种多孔材料。沸石分子筛是一类笼状微孔材料 ,在小分子直链烷烃分子筛分方面早已获得普遍 的应用 ,但由于孔径较小 ,大分子筛分受到限制。非硅组成的介孔材料热稳定性较差 ,经过煅烧 ,孔结构容易坍塌 ,且比表面积、孔容均较小 ,合成机制还欠完善 ,不及硅基介孔材料研究活跃 1,介孔材料存储量高 ,表面凝缩特性优良 ,对不同极性、不同分子结构和不同有效体积的分子具有择形吸附和选择性分离作用 ,并成为纳米组装、选择性催化等应用开发的重要基础。介孔材料中微观孔道和官能团复合产生的新型结构和表面状态，使其具有良好的分子通透性、高吸附性、有机或无机组分相容性，可作为吸附剂、催化剂载体、分离材料及传感材料。尤其是孔道表面用具 有生物活性官能团的硅烷分子修饰后，可成为药物输送、药物可控释放的生物医学材料，这是介孔材料跨学科研究的最新增长点之一。 介孔材料 具有其他多孔材料无法比拟的优异性质： （ 1） 高比表面和高孔隙率 ； （ 2） 高度有序的孔道结构，选择不同种类的表面活性剂与无机物种通过弱作用力（静电、氢键、共价键或配位键）组装，通过调节组装反应物配比，主要是溶胶 和表面活性剂浓度，可以改变微观孔道结构，使孔道排列方式为六方、立方、层状等结构； （ 3)孔径分布均匀且可调，通过调节表面活性剂的链长或加入有机添加剂（三甲基苯 ),可在很宽的范围 内（ 30控介孔材料的孔径； （ 4） 良好的分子通透性； （ 5） 有机或无机组成相容性； （ 6） 易修饰性，表面丰富的硅羟基，通过化学修饰的方法可以方便的锚接上其他官能团，从而赋予其新颖的化学特性，使其在吸附 2、分离 3、催化 4、光电材料 5、生 物医学 6领域展现出广阔的应用前景。闫欣等 8报道 ,以低聚季铵盐表面活性剂作为模板剂 ,在中性条件下 ,合成了结构高度有序的介孔硅铝酸盐材料 青龙等 9 以降解、胺化改性的木质素为模板 ,采用溶胶 木质 素 高温烧结 ,制备了负载 氧化硅介孔材料。高玲等 10采用溶胶 热解工艺 ,以 结构导向模板剂 ,合成出介孔 膜。通过测试表明 ,所制备的介孔 膜材料为立方晶相 ,其平均孔径在 表面积高达 m2/g. 介孔材料具有很高的比表面积和巨大的孔容 ,且其组成和孔径可以灵活调节 ,因而可实现对不同分子结构和不同体积分子的择形吸附和选择性分离。介孔材料的这一特性在有害废气吸附与分离 ,高效低成本处理生活污水和工业污水领域应用前景十分诱人。 典型介孔材料 的合成主要包含以下几个方面： （ 1） 具有双亲性质的表面活性剂在溶液中自组装形成胶束； （ 2） 表面活性剂与无机物种的相互作用； （ 3） 无机物种水解与缩聚； （ 4） 利用高温热处理或其他物理化学方法移除表面活性剂 ,即可生成介孔材料。 内外研究现状 研究人员发现疏基化的介孔材料能选择性地捕获 重金属离子 ,而对 离子的吸附作用却较弱 ,有望用于工业废水的处理。 3三 (乙氧基 )硅烷功能化后的大孔径介孔二氧化硅材料在蛋白质分子有一定的尺寸选择性 ,可望作为色谱填料进一步应用于蛋白质的分离 ；有序介孔 材料直接作为酸碱催化剂使用时 ,能够改善固体酸催化剂上的结炭 ,提高产物的扩散速度 ,转化率可达 90 %,产物的选择性达 100 %。除了直接酸催化作用外 ,由于窄的孔道分布和组成的灵活性等特点 ,可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载催化剂 (可以载金属、氧化物、配合物、有机基团等 ),该领域是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域之一。 在实际应用中，仅仅依靠介孔二氧化硅骨架的性能远不能满足要求，因此开发具有特殊功能的材料化学的另一重要发展方向，除了掌握形成不同孔径尺寸和形状的介孔材料的技术 外，人们开始关注如何将功能基团添加到介孔材料的内表面或者直接修饰骨架。水热合成法是模拟天然沸石矿物的合成条件来进行的介孔分子筛合成方法 ,其合成的一般过程是将一定量的表面活性剂、酸或碱加入到水中组成混合溶液 ,再向其中加入无机源形成水凝胶 ,然后在高压釜中升高至一定温度 ,通过自生压力晶化处理 ,再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧或萃取以除去模板剂 ,最后得到有序的介孔材料 11,万颖等 12以 文 13等人采用十六烷基三甲基溴化铵 (模板 剂 ,通过加入不同量的 1,3,5为增大孔径的辅助剂合成出了不同孔径大小、具有 构特征的介孔材料 。介孔材料在催化上具有广泛的用途 其中张等人开发的高酸性介孔分子筛 (示出比高的催化裂解和烷基化反应活性 径分布较窄并可在 10间进行调节 大孔径不仅扩展了可在孔内进行反应的分子大小范围 ,且活性中心具有较理想的易接近性 ,在液相反应过程中具有较小的扩散阻力 ;另 一方面 ,分布较窄的孔径可提高几何选择性 14在这方面进行了大量的研究 孔材料在生命科学领域的某些应用研究也已引起人们的重视 。 利用介孔材料组装或缓释生物大分子进行生物传感、介孔硅内组装分子并进行光释控制、介孔硅体内进行蛋白质的可控组装等 ,都为介孔材料 (包括介孔碳纳米管 )生物传感乃至疾病治疗、预测等打下良好的基础。 2、 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 课题研究的主要内容 以氯化铁作为铁源，采用溶剂热技术制备了 性纳米 粒子，通过表面活性剂模板法制备出具有核壳结构的磁性介孔材料。 通过表面修饰技术将荧光探针固载到具有核壳结构的磁性介孔材料表面，制备出一种新型的对 时具有检测、吸附、移除三重功能的“ 料。来实 现对 快速检测、高效吸附和移除。 究方案 1）首先合成荧光素探针，通过核磁、红外等手段对合成化合物进行结构表征。 拟合成的探针结构是： 2）合成磁性介孔微球，核为纳米尺度的四氧化三铁，在核上包覆两层二氧化硅。内层是致密的，外层嵌有介孔。表征得到的多功能磁性介孔微 球的形貌、大小和介孔尺寸，接着测试它的顺磁性。 3）使用硅烷试剂作为连接探针和磁性介孔微球的桥梁，将此二者相连。然后再研究这种新材料的 测性能。 究方法 及措施 1）磁性纳米材料的合成方法包括共沉淀法、微乳液法 ; 2）介孔材料的制备方法包括模板法、溶胶 热法、沉淀法、硬模板法等 ; 3）磁性微粒的制备方法包括包埋法和单体聚合法 ,另外还有沉淀法、化学转化法等 . 3、本课题研究的重点及难点，前期已开展的工作 点 硅烷试剂的选择：选择合适的连接臂，使探针和磁性球的连接反应简单易行 。实验时先 熟悉 各种 表征手段 。分析实验现象，得出重要结论，能够挖掘出在现实生活中做出各方面的应用。 点 探针的识别性能受溶液 影响很大。通过配置不同 系列缓冲溶液，摸索荧光探针识别待检测金属离子的最佳 背景荧光很小，而识别的荧光信号很强。在最佳 索探针识别待检测金属离子的荧光信号随时间的变化，寻找识别的平衡时间。用探针检测其他常见金属离子对荧光信号的影响。 期已开展的工作 1)认识了 磁性纳米球的合成和探针的制备 15为保证磁纳米颗粒的物理化学性质均一 性，就要求粒径小，同时具备 良好的单分散性。磁性高分子微球则多是在高分子成球过程中，加入纳米磁性材料，使其形成纳米微球。 2)课题组熟悉表征技术：最常用的手段包括 核磁 、 红外 及低温 附实验等。吸附 并测定比表面积、孔容及孔径分布。利用 观察一维孔道的排列、孔径的变化以及一维孔道的长程结构。进一步的表征还可用 谱等。 3)了解了介孔材料和化学传感器的基本情况及发展趋势。 周次填写） 第 1 做前期准备，查阅相关资料，完成 开题报告； 第 3 周 开题答辩； 第 4 完善设计方案，准备材料，进行试验； 第 8 周 完成中期报告，中期答辩； 第 9 整理实验结果并写出完整的毕业论文 ； 第 16 准备毕业论文答辩 . 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 1 学曾垂省 ,陈晓明 ,闫玉华 ,等 J 技 ,2004,12(5):482 X, H,et J103 高峰 ,赵建伟 ,张松等 ,中孔分子筛 为液相色 谱固定相以及在鋶 基化合物分离中的应用。高等学校化学学报 ,2002,23； 14944 P,of J02;35895 J, J001,13;31406 李晓芬 ,何静 ,马瑞宇等。青霉素酰化酶在介孔分子筛 的固定化 研究 ,化学学报 ,2000,58； 1677 J L 2001,13(2):6488 闫欣 ,韩书华 ,侯万国 ,等 C 2004,39(2):939 白青龙 ,张春花 ,宋娟娟 J报 ,2005,20(5):510 10 高玲 ,尚福亮 ,杨海涛 ,等 凝胶 膜及其电致变 色性能研究 J2007,38(1
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