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天然高分子改性材料及应用范文1
关键字：功能 高分子材料研究
一.引言
功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。
所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。
二．功能高分子材料
功能高分子材料按照功能特性通常可分成：分离材料和化学功能材料；电磁功能高分子材料；光功能高分子材料；生物医用高分子材料。 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。
随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。
一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求：化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化； 组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应； 不会致癌变；耐生物老化，在人体内材料长期性能无变化； 耐煮沸，灭菌、药液消毒等处理方法；材料来源广、易于加工成型。
经多年研究，能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类，一类是有机硅化合物，第二类是有机氟化物，最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯，例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。
三．生物医用高分子材料
目前，除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作。对生物医用高分子材料，除了要求具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。目前在血液相容性高分子、组织相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬组织材料用高分子和生物复合高分子材料、医用高分子现场固化材料、医用粘合剂、固定化酶、高分子药物释放和送达体系等都有相应的研究。随着环保概念的提出，生态可降解高分子材料的开发和应用也随之日益受到重视。如聚乳酸塑料PLA，在废弃后自然条件下，通过微生物的分解作用，只需六个月至两年时间即可完全降解，降解反应的产物为水、二氧化碳、乳酸等是植物生长良好的促进剂，对环境无任何污染。
离子交换与吸附树脂是一类带有可离子化基团或其他功能性基团如亲油基团的二维网状交联聚合物。常用的离子交换与吸附树脂多为球状珠粒，其粒径为0.3-1.2 mm。此外，还要具有高的机械性能、较好的化学稳定性、热稳定性、亲水或亲油性、渗透稳定性和高的交换/吸附容量。在水/油中具有足够大的凝胶孔或大孔结构，由于它具有高效快速分析和分离功能，目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛，而且发展迅速。除一般用的离子交换树脂外，近来还发展了具有特殊吸附功能的离子吸附树脂:如高吸油树脂等，这些高分子吸附剂可以从有机溶剂或有机无机混合相体系中吸附有机溶剂如各种油类。
随着医用科技的蓬勃发展和环境污染的日益严重，当今材料技术的发展趋势一是从均质材料向复合材料发展，二是由结构材料往功能材料、多功能材料并重的方向发展。这种发展趋势使得医用复合材料和环境处理材料得到了快速发展。
四．医用高分子材料的发展方向
可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。
任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等) 的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。
参考文献：
1、 焦剑.功能高分子材料.化学工业出版社,2007.7
天然高分子改性材料及应用范文2
关键词：涂膜;防水;屋面
涂膜防水屋面施工
一、涂膜防水屋面常用材料
1、沥青基涂料。以沥青为基料配置成的水乳型或溶剂型防水涂料，成为沥青基防水涂料。常用的又石灰乳化沥青涂料、膨润土乳化沥青涂料和石棉乳化沥青涂料。
2、高聚物改性沥青防水涂料。以沥青为基料，由合成高分子聚合物进行改性，配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料，成为高聚物改性沥青防水材料。常用的有氯丁橡胶改性沥青涂料、SBS改性沥青涂料及APP改性沥青涂料等。
3、合成高分子防水涂料。以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物质，配制成的水乳型或溶剂型防水涂料，成为合成高分子防水涂料。
二、涂膜防水施工的一般方法
涂膜防水施工的一般工艺为：几层表面清理喷涂几层处理剂（底涂料）特殊部位附加增强处理涂布防水涂料及铺贴胎体增强材料清理与检查修理保护层施工。
涂膜防水的施工顺序应按照“先高后低，先远后近”的原则进行。遇高低跨屋面时，一般先涂布高跨屋面，后涂布低跨屋面；相同高度屋面上，要合理安排施工段，先涂布距上料点远的部位，后涂布进出；同一屋面上线涂布排水较的水落口、天沟、檐口等节点部位。再进行大面积涂布。
三、沥青基涂料施工犯法要点
1、涂刷基层处理剂。基层处理剂一般采用冷底子油，涂刷是应该做到均匀一致、覆盖完全。石灰乳化沥青防水涂料，夏季可采用石灰乳化沥青稀释后作为冷底子油涂刷一道，春秋季宜采用汽油沥青冷底子油涂刷一道。膨润土、石棉乳化沥青防水涂布前可不涂刷几层处理剂。
2、涂布防水涂料。涂布时，一般先将涂料直接凡是那倒在屋面几层上，用胶皮刮板来回刮涂，使它厚薄均匀一致，不露底、不存在气泡、表面平整，然后待其干燥。
3、胎体增强材料的铺贴。可采用湿铺贴法或干铺贴法进行，但宜用湿铺法。湿铺法时再头遍涂层表面刮平后，立即铺贴胎体增强材料，铺贴应平整、不起皱，但不能拉伸过紧。铺后用刮板或抹子轻轻刮压或抹压，使布网眼中充满看涂料。待干燥后继续进行稀释涂料将胎体增强材料先黏在头遍涂层上面，再将涂料倒在上面进行第二遍刮涂，第二层涂层刮涂时，要用力刮涂，使网眼中填满涂料，但注意勿使用胎体增强材料刮皱，然后将表面刮平后者抹压平整。
四、改性沥青涂料及合成高分子涂料的施工方法要点
高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料，在使用于涂膜防水屋面是其设计涂膜总厚度再3mm一下，一般称为薄质涂料，其施工方法基本相同。
1、涂刷基层处理剂
基层处理剂的种类有以下三种。
（1）水乳型防水涂料，可用掺0.2%～0.5%乳化剂的水溶液或软化水将涂料稀释，其用量比例一般为防水涂料：乳化剂水溶剂（或软水）=1：（0.5～1）。
（2）溶剂型防水涂料，由于其渗透能力比水乳型防水涂料强，可直接用涂料薄涂进行几层处理。
（3）高聚物改性沥青防水涂料也可用沥青溶液（即冷底子油）作为基层 处理剂，或在现场以煤油：30号石油沥青=60:40的比例配制而成的溶液作为基层处理剂。
基层处理剂涂刷时，应用刷子用力薄涂，是涂料尽量刷进基层表面的毛细孔中，并将基层可能留下来的少量灰尘等无机杂质，像填充料一样混入基层处理剂中，使之与基层牢固结合。这样即使屋面上灰尘不能完全清理干净，也不会影响涂层与基层的牢固黏结。
2、涂刷防水涂料
涂料涂刷可采用棕刷=长柄刷、圆滚刷等进行人工涂布，也可采用机械喷涂。
用刷子涂刷一般采用蘸刷法，也可边倒涂料边用刷子刷匀。涂布是应先涂立面，后涂平面，涂布立面最好采用蘸涂法，涂刷应均匀一致。倒料时要注意控制涂料的均匀倒撒，不可再溢出倒的过多，否则涂料难以刷开，会造成厚薄不均现象。
3、铺胎体增强材料
再涂料第二遍涂刷时，或第三遍涂刷前，即可加铺胎体增强材料。由于涂料与基层黏结力较强，涂层又较薄，胎体增强材料不容易滑移，因此，胎体增强材料应尽量顺屋脊方向铺贴，以方便施工、提高劳动效率。
五、涂膜保护层施工
1、采用细砂等粒料作为保护层时，应在刮涂最后一道涂料时，边涂边撒布粒料，使细砂等粒料与防水层黏结牢固，并要求撒布均匀、不露底、不堆积。
2、在水乳型防水涂料防水层上用细砂等粒料作保护层时，撒布后应进行辊压，因为在水乳型涂膜上撒布不同于再溶剂型涂膜上撒布，黏结不易牢固，所以要通过辊压使其与涂膜牢固黏结。
3、采用浅色涂料作保护层时，也应在涂膜固化后才能进行保护层涂刷，使得保护层与防水层黏结牢固，又不损失防水层，充分发挥保护层对防水层的保护作用。
4、保护层才哦了的选择应根据设计要求及所用防水涂料的特性而确定。一般薄质涂料可用浅色涂料或粒料作保护层，厚质涂料可用粉料或粒料作保护层。
六、刚性防水屋面
刚性防水屋面是指用细石混凝土、块体材料或补偿收缩混凝土等材料作屋面防水层，依靠混凝土密实并采取一定的构造措施，以达到防水的目的、与前述的涂膜防水屋面相比，刚性防水屋面所用材料易得，价格便宜，耐久性好，维修方便，但刚性防水层材料的表观密度大，抗拉强度低，极限拉应变小，易受混凝土或砂浆的干湿变形、温度变形和结构变位而产生裂缝。因此，刚性防水屋面主要适用于防水等级为3级的屋面防水，也可用作1、2级屋面躲到防水设防中的一道防水层；不适用于设有松散保湿层的屋面、大跨度和轻型屋盖的屋面一级受较大震动或冲击的建筑屋面。
1、材料要求。
用普通硅酸盐水泥时，标号不低于425号，不得使用火山灰质水泥；砂采用粒径0,3～0.5mm的中粗砂，含泥量不大于3%；粗骨料最大料径不宜超过15mm，含泥量不应大于1%；水采用自来水或可饮用的天然水；混凝土强度不宜低于C20，每立方米混凝土水泥用量不少于330kg，水灰比不大于0.55。
2、刚性防水层施工。
（1）分格缝留置。为了防止刚性防水层因温度、震动等变形而产生裂缝，刚性放水层必须设置分格缝。
（2）防水层细石混凝土浇捣前，应清楚隔离层表面浮渣、杂物，现在隔离层上刷水泥浆一道，使防水层与隔离层紧密结合，随即浇筑细石混凝土。
（3）隔离层施工
为了减小杰哥变形对防水层的不利影响，可将防水层和杰哥层完全脱离，再杰哥层与防水层之间加一层厚度约10～20mm的粘土砂浆，或铺贴卷材隔离层。
做好隔离层继续施工时，要注意对隔离层加强保护，混凝土运输不能直接在隔离层表面进行，应采取垫板等措施。
天然高分子改性材料及应用范文3
关键词:新型建筑防水涂料;涂料施工;涂料选择;涂料应用
中图分类号:TU56l 文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0168-02
近些年,随着我国建筑防水技术的发展,建筑防水涂料在建筑防水工程中的应用范围越来越广泛。下面就根据实践中的经验对新型防水涂料的分类、特点及施工工艺流程进行简述。
一、新型建筑防水涂料的分类及特点
防水涂料在应用前是可流动或黏稠的液体,经现场涂刷后固化形成一层有着一定厚度和弹性的整体涂膜防水层。防水涂料具有防水卷材所不具有的一些特点,它防水性能好,固化后可形成无接缝的防水层;操作方便,可适应各种形状复杂的防水基面;有良好的温度适应性,施工速度快,易于维修等。
新型防水涂料的品种较多,按成膜的成分分类,可以分为合成高分子涂料和高聚物改性沥青涂料。合成高分子涂料包括聚氨脂涂料、丙烯酸脂类系列涂料、硅橡胶类系列防水涂料。高聚物改性沥青涂料包括SBS改性沥青涂料、水浮型氯丁橡胶沥青等。
按涂料的溶剂类型分类,可分为溶剂型涂料、水乳型涂料和反应型涂料。溶剂型涂料是以各种有机质使高分子材料溶解成液态的涂料,涂刷后溶剂挥发而成膜,如氯丁橡胶涂料以甲苯为溶剂。水乳型涂料是以水作为分散介质,使高分子材料及沥青材料等形成乳状液,水分蒸发后成膜,如丙烯酸脂乳液等。反应型涂料是以一个或两个液态组分构成的涂料,涂刷后经化学反应形成涂膜,如聚氨基甲酸脂橡胶类涂料。
二、选择和应用防水涂料应注意的问题
1.水涂料的品种和主要成分,决定了涂膜的主要性能。如聚氨脂涂料,弹性好,固化层耐水性好,但耐紫外光能力差,一般不得外露使用等;丙烯酸脂类涂料,耐侯性能好,可外露使用,可配成各种颜色,兼有装饰效果。因此,应根据工程特点选择不同品种的防水涂料。
2.同一类型防水涂料因配方设计不同,防水涂料性能有较大差异,因此不同的生产厂家的产品应用效果会有一定的差距。
3.防水涂料的含固量与用量的关系:防水涂料经涂布后固化成膜,成膜后重量即为涂料中固体成分值,即:涂料的含固量=(成膜后重量)/(涂料量)×100%,对于相同比重的涂料,含固量越高的,在单位面积上涂布后成膜厚度越大,而向大气中挥发的溶剂或水分越少。因此,应尽可能选用含固量较高的涂料。
三、高聚物改性沥青防水涂料及合成高分子防水涂料的施工
高聚物改性沥青防水涂料及合成高分子防水涂料在使用时其设计总厚度小于3mm,称为薄质涂料,薄质涂料一般采用涂刷法或喷涂法施工;胎体材料有湿铺法和干铺法两种。一般施工工艺程序为:
(一)施工准备工作
1.基层清理。涂刷防水层施工前,先将基层表面的杂物、砂浆硬块等清扫干净,基层要平整、无空鼓、无起砂。基层的干燥程度应视涂料特性而定,对高聚物改性沥青涂料,为水乳型时,基层干燥程度可适当放宽;为溶剂型时,基层必须干燥。合成高分子涂料,基层必须干燥。
2.配料和搅拌。采用双组分涂料时,每份涂料在配料前必须先搅匀。配料应根据材料的配合比现场配制,严禁任意改变配比。配料时要求计量准确,主剂和固化剂混合偏差不得大于±5%。
涂料混合时,应先将主剂放入搅拌容器或电动搅拌器内,然后放入固化剂,立即开始搅拌,并搅拌均匀,搅拌时间一般为3～5min。
3.涂层厚度及涂刷间隔时间控制。涂层厚度是涂膜防水质量最主要的技术要求。在涂刷防水涂料时,不能一次涂成规定的总厚度,而应分层分遍涂布,而每遍涂膜不能太厚,如果涂膜过厚,会出现涂膜表面已干燥成膜而内部涂料的水分或溶剂却不能蒸发或挥发的现象。但每遍涂膜过薄,又会降低生产效率。因此,在涂膜防水施工前,应根据涂料性质及设计总厚度通过试验确定施工分层厚度及涂刷遍数,一般以每平方米用量来控制。
(二)涂刷基层处理剂
涂膜防水层施工前,在基层上应涂刷基层处理剂,其作用一是堵塞基层毛细孔,使基层的水蒸气不易向上渗透至防水层,减少防水层鼓泡;二是增加防水层与基层的粘结力。
基层处理剂的种类有以下三种:
水乳型防水涂料,可用掺0.2%～0.5%乳化剂的水溶液或软水将涂料稀释,其用量比例一般为:防水涂料:乳化剂水溶液(或软水)=1:0.5～1。如无软水,可用冷开水代替,切忌加入一般天然水或自来水。
溶剂型防水涂料由于其渗透能力比水乳型防水涂料强,可直接用涂料作基层处理,如溶剂型氯丁胶沥青防水涂料或溶剂型再生胶沥青防水涂料等。若涂料较稠,可用相应的溶剂稀释后使用。
高聚物改性沥青防水涂料也可用沥青溶液(冷底子油)作为基层处理剂,或在现场以煤油:30号石油沥青=60:40的比例配制而成的溶液作为基层处理剂。
(三)附加涂膜层施工
涂膜防水层施工前,在管根部、落水口、阴阳角等部位必须先做附加涂层,附加涂层的做法是在附加层涂膜中铺设玻璃纤维布,用板刷涂刮驱除气泡,将玻璃纤维布紧密地贴在基层上,不得出现空鼓或折皱,阴阳角部位一般为条形,管根部位应裁成块形布铺设,可多次涂刷涂膜。
(四)涂膜防水层施工
防水涂料的涂布可采用涂刷法或机械喷涂法。
涂刷法一般采用棕刷,长柄刷、圆辊刷蘸防水涂料进行涂刷,也可边倒涂料边用刷子刷匀,涂刷里面应采用蘸刷法。倒料应注意控制涂料均匀倒洒,不可在一处倒得太多,否则涂料难以刷开,造成厚薄不匀现象,涂刷时应避免将气泡裹进涂层中,如遇起泡应立即消除。前遍涂层干燥后,应将涂层上的灰尘杂质清理干净后再进行后一遍涂层涂刷。
机械喷涂法是将防水涂料倒入喷涂设备内,通过喷枪将防水涂料均匀地喷涂于基层表面的工艺。其主要用于黏度较小的高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料的大面积施工。
(五)铺设胎体增强材料
在第二遍涂刷涂料时或第三遍涂刷前,即可加铺胎体增强材料,铺贴方法可采用湿铺法或干铺法。湿铺法是边倒涂料边涂刷、边铺贴的方法;干铺法则是在前一遍涂层干燥后,边干铺胎体增强材料,边在已展平的表面上用橡皮刮板均匀满刮一道涂料。无论采用湿铺法或干铺法,必须使胎体增强材料铺贴平整,不起皱、不翘边、无空鼓。要使胎体材料全部网眼浸满涂料、上下两层涂料能良好结合,确保防水效果。
在层面铺胎体增强材料时,要注意铺设方向,一般平行于屋脊铺设,当屋面坡度大于15%时,为防止胎体增强材料下滑,宜垂直于屋脊铺设。胎体增强材料的搭接应顺流水方向,搭接时,其长边搭接宽度不小于50mm,短边搭接宽度不小于70mm,采用二层胎体增强材料时,上、下层不得相互垂直铺设,搭接缝应错开,其间距不应小于幅宽的1/3。
(六)收头处理
为防止收头部位出现翘边现象,所有收头均应用密封材料压边,压边宽度不得小于10mm。收头处的胎体增强材料应剪裁整齐,如有凹槽时,应压入凹槽内而不得出现翘边、皱折、露白等现象,否则应先进行处理,然后再涂密封材料。
(七)保护层施工
屋面保护层可用绿豆砂、云母、蛭石、浅色涂料,也可用水泥砂浆、细石混凝土或块状材料等刚性保护层,但采用水泥砂浆、细石混凝土或块材保护层时,应在防水涂膜与保护之间设置隔离层,以防止因保护层的伸缩变形,将涂膜防水层破坏而造成渗漏。另外,刚性保护层与女儿墙、山墙之间应预留宽度为30mm的缝隙,并用密封材料嵌填严密。
天然高分子改性材料及应用范文4
关键词：印染废水；净化技术；吸附；光催化氧化
印染废水是印染企业生产过程中排放的各种废水混合后的总称。我国日排放印染废水量为(300～400)×104 t，是各行业中的排污大户之一[1]。印染废水主要由退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水组成，其中含有大量的染料、助剂、浆料、酸碱、纤维杂质及无机盐等，其特点是有机物含量高、碱度高、色度深、组成复杂、可生化性差，而且其中的硝基、氨基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素具有较大的生物毒性[2]。长期以来，印染废水一直是工业废水处理的重点和难点。近年来随着染料工业的飞速发展和印染后整理技术的进步，PVA浆料、各种新型助剂和整理剂等抗光解、耐氧化和抗生物降解的有机物被越来越多地应用，排出废水的BOD5/ COD值一般在20%左右，色度有时可高达4000倍以上，印染废水的处理难度不断加大。因此有针对性地开发高效率、低成本的处理技术，是印染行业面临的重大课题。针对这一点，近几年国内外都开展了一系列的研究工作，取得了显著的进展和突破。
印染废水的净化处理方法主要有物理化学法、生物法和化学法。在实际应用中，由于印染废水水质十分复杂，单纯使用一种处理方法通常很难达到理想的处理效果。因此实际印染废水处理工程中常采用多种技术相组合，以取得最佳净化效果。
1物理化学法
物理化学法是包括物理过程或化学过程的单项废水净化方法，或由物理方法和化学方法组成的废水处理系统。常用的物理化学法主要有吸附法、混凝法和膜分离技术等。
1.1吸附法
在物理化学法中应用最多的是吸附法。这种方法是将多孔状物质的粉末或颗粒与印染废水混合，或使废水通过由其颗粒状物质组成的滤床，使印染废水中的污染物质吸附于多孔物质表面而除去[3]。常用的吸附剂有可再生吸附剂（如活性炭、离子交换树脂或纤维）和不可再生吸附剂，如各种天然矿物（膨润土、硅藻土、高岭土）、工业废料（煤渣、粉煤灰）及天然废料（木炭、锯屑、稻壳、玉米棒、甘蔗渣)等，一些合成无机吸附剂也被应用于处理印染废水,如含有SiO2 的复合氧化物、合成 Mg(OH)2吸附剂[4]。吸附法适合低浓度以及印染废水的深度处理，具有投资小、方法简便易行、成本较低的优点。目前，工业上主要采用活性炭吸附法，其性能优良，脱色效果较好。该法对去除水中溶解性有机物非常有效 ,但不能去除水中的胶体和疏水性染料，且活性炭再生困难，成本较高，在印染废水处理中的应用有很大的局限性。研究表明，由于废水中有机物的分子结构和种类多少不同，有机物在活性炭上存在竞争吸附[5] 。因此，应根据废水水质状况，特别是有机物相对分子质量的分布状况，正确选择活性炭炭种。粉煤灰因具有微孔多、表面积大的特点也被较多地应用于印染废水的吸附脱色处理。但未经活化的粉煤灰其吸附量相当有限，因此对粉煤灰进行物理或化学改性以显著提高其吸附能力，已成为科研工作者的热门课题。岳钦艳等[6]采用了高分子絮凝剂PDMDAAC（聚二甲基二烯丙基氯化铵）对粉煤灰进行改性，并用来处理两种模拟染料废水，通过正交试验，得到了最佳工艺参数。研究发现，在一定范围内，随着改性粉煤灰投量的增加则脱色效果增强，且脱色机理以吸附电中和为主。
1.2混凝法
主要有混凝沉淀法和混凝气浮法。混凝法是在废水中加入絮凝剂，使污染物等胶粒凝聚成较大颗粒以便分离的方法。常用的絮凝剂主要有无机絮凝剂和有机絮凝剂。其中无机絮凝剂又包括无机混凝剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。在废水处理过程中，絮凝剂的选择是关键，若絮凝剂选择适当，可大大提高印染废水脱色率、COD和BOD5去除率，同时也可增强被处理后废水的可生化性，因此混凝法广泛应用于高浓度印染废水的组合处理工艺中。
无机混凝剂主要包括铝盐或铁盐，如硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝和聚合氯化铝、明矾、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁和聚合氯化铁等。无机混凝剂成本低，原料来源广泛，但絮凝效果差、用量大，残留的铝离子易导致二次污染。现如今无机混凝剂正逐渐被无机高分子絮凝剂取代。
无机高分子絮凝剂主要有聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。聚合铝类絮凝剂有聚合氯化铝和硫酸铝等。聚合铝具有投药量少，除污、脱色效果明显等优点。聚合铁类絮凝剂主要有聚硫酸铁、聚氯化铁、聚氯化硫酸铁等。由于聚合铁产品稳定性较差，故其在用量上不及聚合铝。复合类混凝剂主要有复合铝铁盐、复合硅酸盐，以及在复合铝铁盐基础上再复合另外一种阳离子（如钙、镁、锌等）或再添加一种阴离子（如磷酸根、硫酸根、氯离子等）。国外先后研制开发出聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致混物质等复合絮凝剂。近年来，复合絮凝剂的研制成为热点。张毅等[7]研究了将FeSO4、MgSO4和PAM三种混凝剂按比例进行复合，并将所得复合混凝剂用于降解酸性大红染料，结果表明：复合混凝剂的脱色效果明显优于单一组分，表现出显著的协同效应。
有机高分子絮凝剂是能够发挥絮凝作用的天然或人工合成的有机高分子物质。国外已大量使用各种有机高分子絮凝剂进行水处理。目前使用的主要有天然高分子絮凝剂和人工合成有机高分子絮凝剂两种。天然高分子絮凝剂主要包括木质素、壳聚糖、改性淀粉等。人工合成有机高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯腈―双氰胺等，其中聚丙烯酰胺应用最多。
微生物絮凝剂是利用生物技术，通过微生物发酵抽提、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂。具有易于固液分离而且形成沉淀物少、易被微生物降解、无毒、无害、无二次污染等优点。王莉[8]用生物絮凝剂普鲁兰处理印染废水，证明在最佳絮凝条件3g/L普鲁兰、12g/L AlCl3 溶液、pH值6.5、混合时间30s、反应时间15min和沉淀时间40min下，印染废水中CODcr去除率达81%。
无机高分子絮凝剂虽能除去废水中大部分悬浮态染料、分散染料、硫化染料、氧化后的还原染料、偶合后的冰染料及水溶性染料中的分子量较大的直接染料，但却难以除去水溶性染料中分子量小、不容易形成胶体的酸性染料、活性染料、金属络合染料的废水及部分直接染料、阳离子染料废水。另外单独使用无机絮凝剂具有药剂用量大，操作繁杂，污泥生成量大，处理费用高，脱色效果差的缺点，而有机高分子絮凝剂弥补了这些不足，不仅对酸性染料、活性染料等水溶性染料废水具有很好的脱色性能，而且pH适应范围广。但是，单独使用有机合成高分子絮凝剂对印染废水几乎无效，而且易产生有毒物质[9]，不利于进一步生化处理印染废水。而天然高分子絮凝剂具有安全无毒、原料广和可生物降解等优点，已经成为国内外科研工作者的研制热点[10-12]，这种絮凝剂可单独用来处理水质复杂的废水，也可与其他处理方法组合使用，达到有效降解印染废水的目的。
1.3膜分离技术
膜分离技术是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分有选择性地透过从而达到分离、净化和处理的目的。自1950年W.Juda首次发表合成高分子离子交换膜以来，膜技术才开始应用到工业领域。作为一种新兴且高效的分离、浓缩、提纯及净化技术，膜技术具有节能、无相变、设备简单，操作方便、无二次污染等特点，而且能回收可再利用物质。应用于印染废水处理的膜技术主要有反渗透、超滤和纳滤。
反渗透是通过对溶液施加压力，使溶剂透过反渗透膜而从溶液中分离出来。反渗透膜的应用已非常广泛。自上世纪 70 年代开始J.J.Porter等[13]就将膜分离技术应用于印染废水的处理。Tinghuis[14]曾报道了将13种酸性、碱性染料溶液用反渗透技术分离的效果。张鑫等[15]用反渗透膜技术对已达到排放要求的印染废水进行深度处理后，回用水的各项指标均达到印染生产用水要求。
超滤是分离膜技术中应用最为广泛的膜处理技术之一，是我国生产与应用最广泛的膜品种，产值约占整个膜产业的25%以上。目前工业上常用的超滤膜器件主要有以下5种：中空纤维式、圆管式、螺旋卷式、板框式和毛细管式。王静荣等[16]用两级串联的超滤卷式膜回收退浆废水中的PVA浆料，其生产性试验表明，在操作温度为50℃～80℃和最大操作压力0.6MPa的条件下，PVA回收率大于95%。邹高辉[17]以聚砜(PSf)为膜材料通过正交试验分析，得到最优工艺条件下聚砜超滤膜；在0.04 MPa的工作压力下，超滤膜对印染废水中COD的去除率为62%以上，对浊度的去除率达94%，对色度的去除率为84%以上。
纳滤是20世纪80年代末发展起来的一种新型分离膜。它基于筛分效应和核电效应实现对物料的选择性分离。其孔径范围在1nm～5 nm之间。Ismail Koyuncu[18]用DS5-DK型纳滤膜处理染槽废水(废水中含活性黑5、活性橙16、活性蓝19和NaCl)，结果表明，染料的截留率在99%以上，透过液无色；在NaCl浓度恒定时，通量随染料浓度的增加而减小。郭豪[19]等用自制的纳滤中空纤维复合膜，对曙红、铬黑T、罗丹明-B和甲基橙四种印染废水进行处理试验。结果表明，该纳滤膜对染料有良好的截留作用，筛分效应和荷电效应在截留过程中起主导作用。
目前，膜分离技术在应用中存在着成本较高、易发生膜孔堵塞、使用寿命短等缺点，因此，还应在膜污染的机理及有效的清洁方法方面做进一步的研究。
2生物法
生物法是利用微生物酶来氧化或还原染料分子，破坏其不饱和键及发色基团，从而达到处理目的的一种印染废水处理方法。生物法是目前国内外处理印染废水常用的方法。常用的生物处理法主要用好氧生物法、厌氧生物法、厌氧-好氧组合法。
2.1好氧生物法
我国处理印染废水的方法主要是好氧生物法，它主要分为活性污泥法和生物膜法。
活性污泥法在印染废水中的应用最为普遍。活性污泥主要是水中繁殖的大量微生物凝聚成的絮体。对有机物具有很强的吸附和分解能力。活性污泥法具有可分解大量有机物、能去除部分色素、可调节pH值、运转效率高等优点。
生物膜法是通过生长在填料如滤料、盘面等表面的生物膜来处理废水的方法。常用的生物膜法主要根据废水与生物膜接触形式的不同，生物膜反应器可分为生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。生物膜法中生物接触氧化法在印染废水处理中应用较多，兼具活性污泥法与生物膜法两种处理法的优点，其运行成本优于活性污泥法，对印染废水的脱色作用较常规活性污泥法高[20]，具有容积负荷高、对水质水量的骤变适应能力强、处理能力高、处理效果稳定等优点[21]。
2.2厌氧生物法
厌氧生物处理较好氧生物处理应用范围广，不仅可以处理高浓度的印染废水，还可用于中、低浓度的印染废水，而且某些有机物如三苯甲烷基、着色剂蒽醌和某些偶氮染料只有在厌氧条件下才能被降解。但是，单一的厌氧处理运行周期比较长，而且出水水质往往很难达到排放标准。目前，厌氧生物处理应用较多的主要是其复合或改进工艺[22]。
2.3厌氧-好氧组合法
许多染料在好氧条件下属于难降解物质，仅在厌氧条件下才能被不完全降解。厌氧-好氧组合工艺，能在一定程度上弥补好氧生物处理工艺的不足。厌氧-好氧工艺是在好氧处理前先进行厌氧处理，在兼性微生物的作用下，使印染废水中大分子有机物分解成小分子，非溶解性有机物成溶解性物质，难生物降解物质转化为生物降解物质。当有机物通过厌氧反应，降解成有机酸或小分子的溶解性物质后，再通过好氧处理予以彻底降解[23]。
随着印染技术的进步，印染废水中的有机物成分越来越复杂，且具有浓度高和难生化降解的特点。单一的生物处理工艺难以达到有效降解印染废水中所有有机物的目的，因此，多将生物接触法与其他物化处理工艺相结合。刘伟京[24]等人采用厌氧-好氧-混凝工艺处理难降解印染废水中试研究，结果表明，该中试系统稳定运行70天，厌氧上流式水解池对CODcr的去除效果最明显，去除率平均值为45.6%。A/O(PACT)池出水系统CODcr总去除率平均值为93.2 %。系统色度总去除率平均值为93.9 %。印染废水中的有机物得到有效降解。
3化学法
3.1氧化法
化学氧化法针对性强，它是利用强氧化剂破坏有机物结构，使其发生断键或者是氧化分解，形成分子量较小的有机物或无机物。目前研究和使用较多的有芬顿试剂氧化法、臭氧氧化法和氯氧化法。
芬顿试剂氧化法是H2O2与Fe2+反应产生强氧化性游离基HO+，HO+可与废水中的有机物作用，使染料分子断键而脱色。芬顿试剂中用到的Fe2SO4和H2O2都是常见的廉价原料，而且Fe2+又有混凝作用，因此芬顿法处理废水具有巨大的应用和研究价值。近几十年来芬顿氧化法派生出许多分支，如UV/Fenton法、UV/H2O2法、铁屑/H2O2法和电Fenton法等。
臭氧氧化法在废水脱色及深度处理中得到广泛应用。影响臭氧氧化的主要因素有水温、pH值、悬浮物浓度、臭氧浓度、臭氧投加量、接触时间和剩余臭氧等。王宏洋[25]等人研究了用臭氧深度处理印染废水二级出水，结果表明：当比臭氧消耗量为6.5 mg/mg时，在400 nm处，出水的吸光度减少达90%以上，254 nm处减少达85%。近几年的研究通过活泼的氢氧自由基(・OH)与有机物反应，使染料的发色基团中的不饱和键断裂，生成分子量小，无色的有机酸、醛等，达到脱色和降解有机物的目的。目前较实用的臭氧高级氧化技术[26]有：臭氧/紫外光技术、臭氧/过氧化氢技术和臭氧/活性炭技术。
氯氧化法是利用废水中的显色有机物易被氧化的特性，应用氯或其化合物作为氧化剂，使染料分子中发色基团的不饱和键断开，达到脱色的目的。
3.2电氧化法
研究表明，电化学技术是处理色度、COD、BOD和TSS的有效方法。电化学法处理废水的原理可分为如下几类:电絮凝法、电气浮法、电氧化法以及微电解法。电解对处理含酸性染料的印染废水的处理效果较好，脱色率为50%～70%，但对颜色深、CODcr高的废水处理效果较差。对染料的电化学性能研究表明，在电解处理时，各类染料CODcr去除率的大小顺序为:硫化染料、还原染料>酸性染料、活性染料>中性染料、直接染料>阳离子染料。
王宝宗[27]等采用内电解法对印染废水进行深度处理试验，结果表明:当pH值维持在4左右，反应时间控制在16 min左右时，出水投加Ca(OH)2约2 g/L混凝沉淀，则废水的色度去除率可达87.5%，COD的去除率也可达到50%～80%，处理后的出水完全达到GB 8978―1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。
3.3光催化氧化法
自从Fujishima A[28]等提出光催化理论之后，光催化技术已经引起了化学、环境科学和材料学界的广泛重视。机理为催化剂在光的照射下吸收光能，当其吸收的光能高于其禁带宽度的能量时，催化剂就会被激发产生自由电子和空穴，空穴与水、电子和溶解氧反应，分别产生具强氧化性的・OH自由基和O2-，因而促进了有机物的降解。光催化氧化技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解的有机污染物，具有节能高效、污染物降解彻底、降解速度快、无二次污染等优点。
TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、ZnS、Cu2O等半导体催化剂均具光催化活性，但大多易发生光阴极腐蚀，不适于净化水体；而锐钛型TiO2因氧化能力强、催化活性高和性质稳定、无毒、抗化学和光腐蚀等优点，为研究者所青睐。然而TiO2光催化材料也存在缺点：①TiO2的禁带宽度为3.2 eV，仅受占太阳光5%的紫外光激发；②催化剂的光生电子和空穴易复合；③纳米TiO2粉体易团聚、难回收；极大地降低了其实际应用价值。为此，对TiO2的改性和负载技术进行深入研究，以实现其工业化应用是研究者的工作重点。目前，对TiO2催化剂的改性方法主要为金属离子掺杂、非金属元素掺杂、半导体复合、贵金属沉积和染料敏化等[29-35]等。
冯丽娜等[36]采用TiO2/活性炭光催化剂对印染废水的生化处理出水进行深度处理，结果表明，催化剂负载次数为4次，光照时间30 min，催化剂投加量为3 g时，处理效果最佳，出水COD达到50 mg/L，色度为2，满足印染行业回用水的标准。
本项目组在陕西省自然基金项目、中国纺织工业协会科技指导性项目等支助下，研究制备出氮掺杂纳米TiO2光催化剂，该催化剂对紫外光和可见光均有较强吸收，其吸收带边达618 nm；在紫光和模拟太阳光照射下，该光催化剂对甲基橙染料水的降解率分别达87.6%和78%。采用浸渍法将氮掺杂纳米TiO2与聚丙烯腈基活性炭纤维（PAN-ACF）有效复合，研究制备出吸附与可见光催化协同作用净化印染废水的复合材料；在紫光和模拟太阳光照射下，该材料对甲基橙染料水的降解率分别达95%和92.5%。
4结语
在诸多印染废水处理技术中，吸附与可见光催化氧化协同作用技术，因其可有效利用太阳能、对污染物降解快速彻底、无二次污染、适合印染废水的深度处理等优点，将成为印染废水净化技术研究发展的新方向。但由于染料体系的复杂性和测试方法的局限性，以及光催化剂在吸附载体上的负载牢度等问题，吸附与光催化协同作用技术在印染废水净化中的应用研究尚未展开，今后仍需进行深入系统的研究，使其在印染废水深度处理领域得到广泛应用。
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天然高分子改性材料及应用范文5
一、高职学生学习《建筑材料》课程应达到的能力目标
通过大量的企业调研，高职学生通过《建筑材料》课程的学习，要达到以下能力目标：（1）专业能力：①能够根据材料需求量计划完成采购任务；②能够完成常用建筑材料的取样及检验，并编写实验报告；③能够正确完成混凝土、建筑砂浆配合比计算；④能够合理地选择和使用相关的建筑材料；⑤具有对各种新型材料能较快的熟悉和掌握其技术性能和技术标准，并用于工程实践的能力。（2）方法能力：①能够了解建筑材料市场行情和供求情况；②能够收集新材料信息熟悉档案管理；③较强的逻辑思维能力。（3）社会能力：①具有良好的思想政治素质、行为规范和职业道德；②具备团队合作能力；③具有较强的口头与局面表达能力。
二、《建筑材料》课程改革新思路
根据上述的各项能力目标，本文按照工程项目进行的先后顺序：基础工程――主体工程――砌体工程――屋面工程――装饰装修工程，将建筑材料分成四个大块，即主体材料、砌体材料、防水材料和装饰材料。主体材料主要包括混凝土和钢筋。砌体材料主要包括砖、砌块、砂浆、石材。防水材料主要成分是沥青。装饰材料主要是陶瓷制品、玻璃制品、石材、塑料及木材。具体课程设计见图1。
根据图1的设计，将建筑材料分成四个大块，即主体材料、砌体材料、防水材料和装饰材料后，基本涵盖了常用材料。每一个大块的学习都分为四步来完成，即理论部分――试验部分――应用案例――扩展。接下来将对每个大块详细介绍。
主体材料部分主要是混凝土和钢筋。混凝土是由水泥、砂、石、水、掺合料及外加剂组成。（一）理论部分。抓住材料的组成――性质――应用这条主线进行叙述，突出“够用为度”。水泥部分主要内容包括水泥的生产、组成材料、水化硬化、技术性质等。砂石部分主要内容包括种类、物理性质、技术要求、碱骨料反应、颗粒级配。水部分根据《混凝土用水标准》来讲解。掺合料部分主要包括粉煤灰、矿渣、火山灰质。外加剂部分主要讲解减水剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、防冻剂、泵送剂等。在介绍混凝土五种组成材料之后，对混凝土的技术性质、配合比设计、耐久性进行介绍。钢筋部分主要内容包括分类、力学性能、工艺性能、腐蚀与防止。（二）试验部分主要包括：（1）水泥的相关试验，即水泥的细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性、胶砂强度；（2）砂石试验，即表观密度、堆积密度、含水率、筛分析试验；（3）混凝土的相关试验，即抗压试验、强度试验、配合比试验；（4）钢筋相关试验，即拉伸试验、冷弯试验。（三）应用案例部分，结合实际混凝土工程、钢筋工程常出现的质量问题进行分析。（四）扩展部分，主要是对知识的扩充，让学生了解前沿的知识，培养学生创新思维。该部分以讨论课的形式进行。主体材料中可以讨论袋装水泥和散装水泥的优缺点、轻骨料混凝土的应用及新型钢筋等问题。
砌体材料主要包括砖、砌块、砂浆及石材。（一）理论部分。主要包括砖和砌块的分类、技术性质及应用。（二）试验部分。主要包括砖和砌块的抗压强度测定及砂浆试验，即稠度、沉入度、分层度、抗压强度。（三）应用案例部分。结合实际砌体工程常出现的裂缝问题进行分析。（四）扩展部分。就如今环保节能的砌体材料进行讨论，让学生了解材料的发展趋势。
防水材料根据成分可以分为天然高分子材料、高聚物改性沥青材料、合成高分子防水材料等，这些材料大部分以沥青为主要成分。（一）理论部分。主要包括沥青的分类、技术性质及应用。（二）试验部分。包括（1）石油沥青针入度、延度、软化点测定；（2）SBS卷材的拉力试验、不透水试验、耐热度试验。（三）应用案例部分。应结合实际防水工程中常出现的渗漏问题选择案例。（四）扩展部分。可以就对新型防水材料进行讨论。
装饰材料包括很多种，可以大致分为陶瓷、石材、玻璃、塑料及木材。（一）理论部分。主要是分类、技术性质及应用。（二）试验部分。包括：（1）陶瓷制品的吸水率、抗冻性；（2）石材的弯曲度、耐冻性。（三）应用案例部分。结合实际装饰工程中常出现的质量问题选择案例。（四）扩展部分。就如何选择装饰材料分组进行讨论。
三、新课程设计模式下的教学效果分析
按图1的课程设计，每一大块的内容都分成理论部分、试验部分、应用案例部分及扩展部分。每个部分培养学生各方面的能力，具体见表1。
天然高分子改性材料及应用范文6
关键词 Fe3O4 磁性纳米粒子；制备；表面修饰
中图分类号 TB383；O643 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2016）03-0046-10
Abstract The biocompatibility， ease of surface modification， and excellence of magnetic properties make Fe3O4 magnetic nanoparticles very promising materials for diverse applications. In this review five main chemical synthesis approaches， sol-gel method， co-precipitation method， high-temperature decomposition method， micro emulsions method， and solvothermal method， were described. In addition， surface modification strategies by inorganic materials， organic functional molecules and polymers were also presented.
Key words Fe3O4 magnetic nanoparticles； synthesis； surface modification
磁性纳米材料在光、电、热、磁、敏感特性等方面表现出不同于常规材料的特性[1]，近年来已应用于磁流体[2]、催化剂[3]、生物工程和生物医学[4]、磁共振成像[5-6]、磁记录材料[7]和环境保护[8-9]等众多领域.Fe3O4磁性纳米粒子具有超顺磁性、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等优良特性[10].1925年Welo和Baudisch首次利用化学共沉淀法[11]制备了Fe3O4磁性纳米粒子，随后热分解法、微乳液法、水热合成法和溶胶-凝胶法等不同的制备方法也相继出现.制备粒径小且分布窄、磁性优良、表面性能稳定和生物相容性好的磁性纳米Fe3O4是目前研究主要目标.
1 Fe3O4磁性纳米粒子的制备
磁性纳米Fe3O4的性能因制备方法不同而各异，目前磁性纳米Fe3O4制备方法有物理法、微生物法和化学法.
磁性纳米Fe3O4的物理制备方法主要包括蒸发冷凝法和物理气相沉积法.蒸发冷凝法是运用激光加热、微波辐射、真空蒸发等方法使原料气化或形成等离子体，产物经骤冷、分离得到超细粒子.如通过激光诱导Fe（CO）5气相热解可制备Fe基纳米粒子[12].该方法所制备的粒子纯度高、结晶组织好、粒度分布均匀且可控，但其技术难度大，对设备的结构及材质要求高.物理气相沉积法广泛应用于纳米薄膜的制备，制备过程中薄膜沉积条件的控制非常重要，并以采用高溅射气压和低溅射过程为佳，可获得纳米结构的薄膜[13-14].
利用微生物Fe（Ⅲ）还原菌：厌氧杆菌属（如Thermoanaerobacter ethanolicus strain TOR 39）和希瓦氏菌属（如Shewanella loihica strain PV 4）在厌氧条件下可制备Fe3O4纳米粒子[15].微生物法制备Fe3O4纳米粒子，产量高，重现性好，成本低及能耗低.虽然微生物法制备的磁性纳米粒子表现出明显的优势，尤其在生物相容性方面，但该方法的缺点是细菌培养困难，粒子提取过程比较繁琐，所得粒子的粒径可控范围也比较受限制.
物理法和微生物法制备Fe3O4磁性纳米材料对设备的高要求和操作过程的繁琐限制了其应用，目前磁性Fe3O4纳米粒子的制备主要依赖于化学方法，大致包括： 溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、高温分解法、微乳液法、水热法、流体注射法、电化学法和超临界流体法.本文简要介绍较常见的几种化学方法.
1.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法又称化学溶液沉积法.在制备过程中，金属前体悬浮在多元醇溶液中，在加热搅拌下形成纳米粒子（NP），并缓慢变成溶解状态，形成中间体，然后分解形成金属晶核，进而生长为NP，NP表面原位包覆着具有亲水性的醇配体，使纳米粒子很容易地分散到水介质及其他极性溶剂中.在合成过程中表面活性剂的加入可以适当控制晶体的成核和生长，改变NP的表面形貌和表面电荷.溶胶-凝胶法采用金属醇盐作为原料，成本偏高，且凝胶化过程慢，合成周期长，还需高温煅烧，合成的粒径在亚微米尺度[16].
1.2 化学共沉淀法
水溶液中的化学共沉淀法是最简单有效的化学合成Fe3O4磁性纳米粒子的途径.该方法以NH3・H2O或NaOH为沉淀剂，加入到一定计量比的Fe3+和Fe2+金属盐溶液中，高速搅拌进行沉淀反应，析出不溶性的氢氧化物和水合氧化物，洗涤并脱水得到所需的磁性纳米粒子.其反应式是：
Fe2++ 2Fe3+ + 8OH-Fe3O4 +4H2O
利用该方法制备Fe3O4磁性纳米粒子的过程中，离子浓度、pH值、盐的种类（如高氯酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐等）、温度、碱的特性和浓度、表面活性剂等对合成的Fe3O4磁性粒子的大小、磁响应性和表面特性都有影响[17-18].共沉淀法合成的纳米粒子粒径小，表面能高，易团聚，难以达到单分散状态，需进行表面修饰提高纳米粒子的分散性.共沉淀法得到的Fe3O4纳米粒子表面吸附了大量的―OH，可以通过与Si―OH或―COOH等官能团反应形成Fe―O―Si或者Fe―O―C实现磁性纳米粒子的表面修饰和功能化.
1.3 高温分解法
高温分解法是通过在高沸点溶剂中加热分解有机金属化合物来制备纳米粒子的方法.涂志江等采用高温热分解无毒的乙酰丙酮铁（Fe（acac）3），以聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮为修饰剂，制备了水溶液中分散性好的磁性Fe3O4纳米粒子.高温分解法制得的纳米颗粒结晶度高、粒径分布较窄，粒径大小可控[19].
1.4 微乳液法
微乳液法利用两种互补相溶的溶剂，在表面活性剂的作用下形成均匀的微乳液，使纳米颗粒的成核、生长等过程局限在一个微小的液滴内，在形成纳米颗粒的同时避免了颗粒之间的进一步团聚.微乳液法制备Fe3O4磁性纳米粒子的过程中，表面活性剂种类和用量和两种互补溶剂的种类和组成等对合成的Fe3O4磁性粒子的尺寸和形貌都有影响.Okoli等采用微乳液法制备了超顺磁性和粒径范围在2～10 nm的磁性Fe3O4纳米粒子[20].Hao等采用聚乙二醇辛基苯基醚为表面活性剂，用反相微乳法合成具有尖晶石结构、粒径大小平均为15 nm的超顺磁性Fe3O4纳米粒子[21].微乳液法一次合成制备的纳米粒子产量低，粒子的分离纯化过程复杂，且水溶性差.
1.5 水热合成法
水热合成法是指在密闭体系中，以水为溶剂，在高温（高于200 ℃ ）和高压（高于137.9 MPa）下制备Fe3O4纳米粒子的方法 [22].通过优化水热合成法的实验条件，如反应温度和时间、反应物的浓度和化学计量比、溶剂特性和加入晶种剂等，可以控制纳米粒子的尺寸和形貌.Hou等以（CH2）6N4和FeCl3为原料，在高压釜内进行水热反应，制备出立方状的氧化铁颗粒[23].在水热反应中，粉体经历了溶解-结晶的过程，制得的纳米晶体发育较为完整，分布范围宽，粒径小，团聚程度低，且不需要高温煅烧与处理.但由于反应在较高温度和压力下进行，所以对设备的要求较高.
Fe3O4磁性纳米粒子由于比表面能高易发生团聚，导致粒子尺寸不均匀； 且的Fe3O4易被氧化，磁性能降低.通过化学或物理作用将无机材料、有机官能团（如―COOH，―NH2，―SH等）及生物大分子等在粒子表面进行包裹或修饰能避免Fe3O4的氧化并保持磁性能、提高胶体和粒子的稳定性和增加其水分散性，还能调节并丰富粒子各种性能，对粒子进行功能化，获得多功能磁性纳米粒子，拓宽其应用范围.表面修饰后的磁性纳米粒子兼具无机纳米粒子的磁响应性和表面修饰剂的化学物理特性[24-25].磁性纳米粒子表面修饰的方法根据制备工艺常分为原位反应法和后处理表面改性法.原位反应法指的是在纳米材料制备的反应过程中直接引入包覆分子；而后处理表面改性法是先制备出纳米颗粒，再将其分散在表面活性剂或聚合物中进行包覆反应.
2 Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰
Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰按修饰材料的种类不同可分为三类：无机材料修饰，主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯、硅胶、金属氧化物等无机材料，通过物理或化学方法与Fe3O4磁性纳米粒子结合；有机功能分子修饰，通过特异性化学反应如偶联、络合、酯化或酰化反应等与纳米粒子链接的有机功能分子；高分子聚合物修饰，包括天然高分子聚合物如壳聚糖、明胶、纤维素、淀粉和蛋白等，人工合成高分子聚合物修饰，如聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚酰胺类、聚苯胺等.
2.1 无机材料/Fe3O4磁性纳米复合材料
2.1.1 Fe3O4/碳磁性纳米复合物 碳有多种单质形式，有比表面积大、化学稳定性高和表面可负载其他功能基团的优势.活性炭、石墨烯和碳纳米管等材料与Fe3O4复合物常用于分离、催化、电子、材料和生物医药等领域[26-27].Mahmoud等在活性炭（AC）表面修饰Fe3O4磁性纳米粒子，然后负载上酵母酶（BY）（图1），利用磁性固相萃取的方法从水溶液中分离Hg（II），测定了该材料在250～800 μmol/g范围内对Hg（II）的吸附能力和吸附最大值，显示其分离效率达到92.4%[28].
Stoffelbach通过自由基聚合将羧基嫁接到多壁碳纳米管上（CNTs），并通过碳纳米管上的羧基与Fe3O4磁性纳米粒子表面的羟基形成酯键，将Fe3O4磁性纳米粒子负载到碳纳米管上得到 CNTs/Fe3O4磁性纳米复合物，该复合物可作催化剂的载体（如图2a）[29]， He等将Pt附着在通过酯键结合的CNTs/Fe3O4磁性纳米复合物上，并作为催化剂在还原4-硝基苯酚的反应中循环使用（如图2b）[30].经过硝酸/硫酸酸化的碳纳米管可以在Fe3O4磁性纳米粒子的制备中通过原位合成得到碳纳米管与Fe3O4磁性纳米粒子的复合物（如图2c）[31]，也可与已成型的的Fe3O4磁性纳米粒子通过酯化反应得到.Sadeg等将经过硝酸/硫酸酸化的碳纳米管与直径为约6 nm的Fe3O4磁性纳米粒子通过酯化反应得到直径约50 nm长度为500～2 000 nm的磁性碳纳米管（如图2d） [32].碳纳米管不仅可以通过共价键和Fe3O4磁性纳米粒子键合，也可以通过物理作用结合.Korneva 等将直径约10 nm的Fe3O4磁性纳米粒子通过填充制得直径约300 nm的磁性碳纳米管（如图2e）[33].
He用正硅酸乙酯（TEOS）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）在Fe3O4磁性纳米粒子表面包裹硅并引入氨基，然后与石墨烯（GO）表面被N-羟基丁二酰亚胺（NHS）活化的羧基反应，通过形成的酰胺键将Fe3O4磁性纳米粒子和石墨烯结合起来，得到G-Fe3O4磁性复合材料（如图3a）[34]. Zhang等用类似的方法制备了磁性石墨烯复合材料，将内消旋-2，3-二巯基丁二酸（DMSA）修饰的Fe3O4磁性纳米粒子，与表面嫁接有聚乙烯亚胺（PEI）的石墨烯（rGO），通过形成共价酰胺键得到DMSA@Fe3O4-rGO复合材料（如图3b）.该磁性纳米复合材料中不仅尺寸、粒度分布和粒子形态可控，并能有效吸附环境中化学污染物如抗生素-四环素等 [35].Li等通过氨基功能化的磁性纳米粒子与硝酸酸化的石墨烯间的共价结合（如图3c），制备了Fe3O4@SiO2-G的磁性纳米粒子复合物，该复合物对铬离子有很好的吸附作用[36].Han等通过静电和氢键作用将Fe3O4磁性纳米粒子附着在石墨烯上，然后利用聚多巴胺对复合材料进行功能化，该多巴胺功能化的纳米材料对亚甲基蓝的吸附容量达到358 mg/g （如图3d）[37].
2.1.2 贵金属氧化物与Fe3O4磁性纳米复合物 由于Fe3O4与贵金属之间相容性较差，很难制备出单分散、透光性好且有磁响应的纳米复合颗粒.为了提高颗粒的透光性、分散性，通常在磁芯与贵金属之间插入介质层（如SiO2或C等），得到磁芯@介质层@贵金属三组分核壳复合颗粒.目前的研究主要集中在Au，Cd，Al等金属与Fe3O4磁性纳米复合物的制备和应用方面.
金由于其反应活性较低，可被含巯基的化学或生物试剂修饰，是一种理想的包裹材料.裴飞飞等先利用热分解法再用反相微乳法制备Fe3O4@SiO2纳米粒子，最后利用表面修饰的氨基还原性，获得Fe3O4@SiO2/Au核壳复合纳米颗粒 [38].
张礼松等采用表面有氨基修饰的Fe3O4磁性纳米粒子与表面巯基乙酸修饰的CdTe量子，通过形成酰胺键将CdTe量子点共价结合到Fe3O4磁性微球表面，制备出分散性好、荧光效率高的Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光双功能微球（如图4）[39].Di Corato等在磁性纳米粒子表面同时修饰两亲聚合物和量子点（CdSe/ZnS），再用叶酸分子进行表面功能化，通过控制荧光量子点和磁性纳米粒子的配比来控制发光，并应用于癌细胞成像和临床治疗研究中[40].
Li等将通过溶解热反应法制备的Fe3O4微球与葡萄糖反应得到Fe3O4@C磁性微球，然后Fe3O4@C磁性微球再与异丙醇铝作用处理后得到了Fe3O4@Al2O3核壳结构的磁性微球.该磁性微球磁性良好可进行磁分离，且其Al2O3外壳对磷酸肽有高的捕获能力，能从标准酪蛋白磷酸肽和卵白蛋白的胰蛋白酶消化液中选择性地富集磷酸肽（如图5）[41].
2.2 有机官能团修饰Fe3O4磁性纳米粒子
有机小分子通过特异化学反应如硅烷化偶联反应、络合反应、酯化反应等将有机配体修饰到Fe3O4磁性纳米粒子表面，制得表面不同功能基团修饰的磁性纳米复合材料.
2.2.1 硅烷偶联剂对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 小分子硅烷偶联剂含有不同的功能集团，其通式为RSiX3，R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基和氰基等，X代表能够发生水解的烷氧基如甲氧基和乙氧基等.硅烷偶联剂修饰后的磁性纳米粒子表面可带有羟基、氨基、羧基和巯基等多种有机功能基团，可以防止或减少粒子间团聚，增加粒子的稳定性和分散性.硅烷偶联剂首先水解成硅醇，再与Fe3O4纳米粒子表面的羟基发生缩合反应而形成Fe-O-Si键，硅醇的另外两个Si-OH同样可能与相邻硅烷分子的Si-OH发生交联缩合反应（如图6a）.Fe3O4纳米粒子表面包覆SiO2的厚度也可通过控制n（TEOS）与n（Fe3O4）的比例来实现.Liu等用氨基硅烷试剂APTES与Fe3O4磁性纳米粒子反应得到氨基官能化的磁性粒子，再通过2-溴代异丁酰溴与氨基反生酰胺化反应，最后通过自由基聚合法制备了荧光磁性纳米粒子，该粒子可应用于磁共振成像研究（如图6b） [42].Eguílaz等将APTES与Fe3O4磁性纳米粒子反应得到含氨基的磁性纳米粒子，再通过戊二醛作为交联剂，将磁性纳米粒子与聚合物修饰的碳纳米管键合，制备得到的磁性纳米粒子碳纳米管复合物已成功应用到生物传感器设计中（如图6c）[43].靳艳艳等利用高碘酸钠氧化磁性纳米粒子表面附着的油酸稳定的高温热解得到磁性纳米粒子， 简便快捷地制备了单分散羧基功能化的Fe3O4磁性纳米粒子，该粒子分散性好，粒径均一，约12 nm [44].Kohler等先通过APTES在Fe3O4纳米粒子表面修饰氨基，再利用抗肿瘤药物――氨甲叶酸（MTX）的端羧基与纳米粒子表面氨基形成酰胺基，将MTX引入到纳米粒子表面，合成了负载抗肿瘤药物的靶向传输载体（如图6d） [45].Patil等合成了超顺磁Fe3O4@SiO2复合粒子，再将其表面用氨基硅烷试剂修饰，连接一个含有二硫键的双N-羟基琥珀酰亚胺酯（NHS），用来分离和富集含氨基的肽或者蛋白[46] （如图6e）.
2.2.2 表面络合剂对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 表面络合剂可与金属离子形成络合离子，对磁性纳米粒子进行改性并使粒子具有螯合性能.姜炜等利用络合剂二乙基三胺五乙酸（DTPA）对Fe3O4磁性纳米粒子进行表面化学修饰，制备出了具有表面螯合性能的磁性纳米Fe3O4/DTPA复合粒子[47]，该复合粒子能对Cu2+，Mg2+等多种金属离子具有螯合性能.
2.3 高分子聚合物/Fe3O4磁性纳米复合物
高分子聚合物修饰的Fe3O4磁性纳米粒子是具有特殊核壳结构的复合纳米材料，兼具聚合物的表面功能性和Fe3O4磁核的磁响应性特点，在蛋白分离、药物靶向、细胞优化等生化领域得到广泛应用.
2.3.1 天然高分子聚合物对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 聚糖、蛋白或多肽是天然高分子聚合物，广泛存在于自然界中.聚糖的良好的生物相容性、微生物可降解性或血液相容性，蛋白或多肽具有化学性能稳定、无毒、无抗原性等特点，以及分子链上丰富的易被化学修饰的羟基、氨基或羧基的存在，使聚糖和蛋白或多肽广泛应用到磁性纳米粒子表面的修饰中.
Dung等通过悬浮交联法，以戊二醛为交联剂，制备得到壳聚糖修饰的Fe3O4磁性纳米粒子[48].Neda用提拉镀膜法将一定浓度有氨基修饰的纤维素溶液加入到Fe3O4磁性纳米粒子水溶液中，制得磁性纳米复合物，该复合物可作功能化生物材料应用在药物传递、肿瘤治疗和酶工程等领域[49].
白蛋白化学性能稳定、无毒和无抗原性，在组织中易于分布并可富集于肿瘤部位，是一种理想的药物载体材料.Iwaki等通过共价结合将表面氨基修饰的Fe3O4磁性纳米粒子，与人类血清蛋白（HSA）键合，得到HSA@Fe3O4磁性纳米粒子.该粒子通过HSA与药物之间的特异性结合作用能从人类尿液和血清中高效捕获小分子药物，且可直接通过质谱对被捕获的小分子药物进行分析鉴定[50].
2.3.2 人工合成高分子聚合物对Fe3O4磁性纳米粒子的表面修饰 人工合成高分子如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚（N-异丙基丙烯酰胺）和多肽聚合物可通过氢键结合在Fe3O4磁性纳米粒子表面，也可通过化学键键合在磁性纳米粒子表面.人工合成高分子可通过偶联接枝让官能团化纳米粒子与高分子直接反应进行键合；可在引发剂作用下直接在纳米颗粒表面聚合生长接枝；也可聚合与表面接枝同步进行.人工合成高分子在磁性纳米粒子的表面改性，可通过粒子表面聚合物的分子量来优化材料的功能.
Euliss等利用赖氨酸和天冬氨酸的共聚物对磁性纳米粒子进行表面修饰，得到了磁性纳米胶团，提高了纳米粒子的稳定性和生物相容性[51].方伟军等通过聚合的方法成功合成以磁性Fe3O4纳米粒子为核以聚苯乙烯-马来酸酐为壳富集有Ni-氨三乙酸的复合微球，这种微球具有优良的磁响应性和分散性，对多聚组氨酸融合蛋白有选择性吸附且吸附能力大大增加[52] .Yang等将聚乙二醇和脂肪酸形成的双亲共聚体修饰在MnFe2O4磁性纳米粒子表面，形成了一种稳定性好和灵敏度较高的磁共振造影剂，该磁性纳米晶体细胞毒性低，对癌症细胞的检测能力高[53].Mondini等将内酯水解得到的羟基羧酸在乙醇、氢氧化钠和铁盐的存在下制得羟基羧酸铁盐，然后在三缩四乙二醇中高温反应制得羟基修饰的磁性纳米粒子[54]，如图8.该磁性纳米粒子上的羟基还能进一步修饰，得到含羧基、甲基苯磺酰基及聚乙二醇的功能纳米粒子.
饶通德采用原位聚合法以Fe3O4磁性纳米粒子为核，以H2O2为引发剂使丙烯酸单体在粒子表面原位聚合，制得聚丙烯酸修饰的Fe3O4磁性纳米粒子吸附剂，该吸附材料具有比表面积大、表面活性中心多、外部磁场易于操控和吸附容量大等特点，可应用于去除环境污染物等领域[55].
Masoumi等用3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）在Fe3O4磁性纳米粒子表面修饰氨基，该粒子中的氨基与甲基丙烯酸甲酯（MMA）和马来酸酐（MA）形成的共聚物P（MMA-co-MA）中的酸酐发生氨解得到P（MMA-co-MA）/APTMS-Fe3O4（MNC）磁性纳米复合物（如图9），该磁性纳米复合物能通过螯合作用从水中有效地分离金属离子如Co2+，Cr3+，Zn2+和Cd2+等[56].
其他天然或人工合成高分子聚合物如葡聚糖、明胶、聚乙烯醇、聚乳酸和聚海藻酸钠等也可用于磁性粒子的表面修饰，以改善粒子的分散性、毒性和生物相容性.
3 展望
磁性纳米粒子在医学成像、生物探针、药物靶向传递、催化和吸附分离等领域具有良好的应用前景，也面临挑战.今后的研究热点集中于改进并发展合成工艺，制备形貌可控、分散性好和磁性能高的磁性纳米粒子；改进并拓展表面功能化，制备具有不同表面功能化的磁性纳米粒子；通过改性提高磁性纳米粒子的生物相容性，降低细胞毒性；制备多功能的磁性纳米材料，增加磁性纳米粒子的多样性；发展并开拓磁性纳米粒子的应用方法及范围；将改性的磁性纳米粒子运用到诊断和治疗等生物医学领域.
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