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正交实验法优化磁性纳米树形高分子对染料RBk5的吸附条件

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文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)１８Ｇ１８１１７Ｇ０４正交实验法优化磁性纳米树形高分子对染料RBk５的吸附条件∗

李　静１,毕莉明２,王　璐１,余治昊１,周仕林３,张章堂４(１．上海理工大学实验室管理与服务中心,上海２０００９３;２．上海理工大学科技处,上海２０００９３;３．上海理工大学理学院,上海２０００９３;４．国立宜兰大学环境工程系,宜兰２６０)

摘　要:　利用共沉淀法制备Fe３O４磁性纳米颗粒,并

与纳米树形高分子结合,最终形成具有磁性的树形高分子复合材料(MNPＧGn,n为树形高分子的分子代).采用氮气等温吸附Ｇ脱附比表面积及孔径测定仪对MNPＧGn的比表面积及孔隙体积进行了测试,采用VSM、EDS和XRD等设备对MNPＧGn的磁性、元素组成和晶型结构进行了表征分析.结果表明,该复合材料中含有Fe３O４,具有磁性,可以通过外加磁场将MNPＧGn吸附剂高效回收.由正交实验可知,在pH值、温度、染料浓度和吸附剂添加量４个影响吸附量的因素中,pH值的影响性显著,其次是温度的影响较大,同时得出最佳的吸附条件为pH值为５,温度为２５℃,染料浓度为３０mg/L,吸附剂添加量为０．８g/L.关键词:　Fe３O４;树形高分子;正交实验;吸附;RBk５中图分类号:　TB３４;TQ４２４文献标识码:ADOI:１０．３９６９/j．issn．１００１Ｇ９７３１．２０１５．１８．０２４１　引　言废水处理方法主要有４大类,即物理法、化学法、物理化学法和生物法.吸附法为物理化学法中的一种,它不但适合处理大量废水,而且在处理过程中不易形成有害物质.聚乙二胺树枝状聚合物是一种由乙二胺合成的树形高分子聚合物,具有三维立体空间结构[１],粒径约在１~２０nm.树形高分子(dendrimer)具有独特的球形大分子形态及众多末端官能基团,可以有效地吸附污染物,广泛应用于水中污染物的吸附[２Ｇ４].然而dendrimer价格昂贵,并且采用超滤膜方式回收十分不便[５],因而从经济性而言,实际处理大量废水并不可行.Fe３O４磁性纳米颗粒(magneticnanoＧparticles,MNP)具有可以通过外加磁场快速分离回收的优点,而且制备方式简单,仅需在碱性环境下采用Fe２＋及Fe３＋溶液共沉淀的方法便可以制备出Fe３O４

磁性纳米颗粒.因此,本文综合Fe３O４及dendrimer

二者的优点,制备磁性纳米树形高分子材料,用来吸附处理染料废水;同时,借助磁力将吸附剂与水体分离,从而达到吸附剂的回收和重复利用目的,降低操作成本,增加其工业应用性.

２　实　验

２．１　仪器与试剂

采用氮气等温吸附Ｇ脱附比表面积及孔径测定仪对Fe３O４/MNPＧGn的比表面积和孔径体积进行测试.氮气等温吸附Ｇ脱附比表面积及孔径测定仪型号:ASAP２０２０,每次称重０．４g

样品进行测试,预处理采

用的脱气温度为１５０℃;复合材料的晶型分析采用

X射线衍射仪(XRD)进行测试分析,CuKα,λ＝

１．１５１４nm;采用能谱分析仪TEMＧEDS(JEMＧ２０００FXⅡ)对复合材料进行元素分析;采用振动样品磁强计

(VSM)对Fe３O４/MNPＧG

n的磁性能进行测试,测量

温度为室温(２７℃);吸附实验中水样的残留染料浓度

采用紫外Ｇ可见分光光度计进行分析.紫外Ｇ可见分光光度计型号为HitachiU３９００.本文中所用试剂如表

１所示.

表１　实验所需试剂Table１Thereagentsintheexperiments

试剂中文名称英文名称化学式六水合氯化铁Iron(Ⅲ)chloridehexahydrateFeCl３􀅰６H２O

七水合硫酸亚铁Iron(Ⅱ)sulfateheptaphydrateFeSO４􀅰７H２O

氨水ammoniumhydroxideNH４OH

无水乙醇ethylalcoholCH３CH２OH

甲醇methylalcoholCH３OH

硅烷胺基３ＧaminopropylＧtrimethoxysilian,ATPSH２N(CH２)３Si(OCH３)３

丙烯酸甲酯methylacrylateCH２CHCOOCH３

乙二胺ethylenediamineNH２CH２CH２NH２

７１１８１李　静等:正交实验法优化磁性纳米树形高分子对染料RBk５的吸附条件

∗收到初稿日期:２０１５Ｇ０５Ｇ１９收到修改稿日期:２０１５Ｇ０６Ｇ２０通讯作者:李　静,EＧmail:lijing＠usst．edu．cn

作者简介:李　静　(１９８７－),女,河北保定人,助理实验师,硕士,研究方向为环境功能材料.２．２　实验方法２．２．１　Fe３O４磁性纳米颗粒的制备本文采用化学共沉淀法制备Fe３O４磁性纳米颗粒,主要参照Enzel等[６]及Mehta等[７]的制备方法,实验过程中,必须严格控制无氧环境,且精确控制Fe３＋/Fe２＋的比值、pH值等条件.反应方程式如下所示２Fe３＋＋Fe２＋＋８OH－→Fe３O４＋４H２O具体实验步骤如下:(１)称取FeSO４􀅰７H２O２７．０３g及FeCl３􀅰６H２O１３．９g(保证n(Fe３＋)/n(Fe２＋)＝１∶２),溶解于５００mL脱去氧气的去离子水中,搅拌溶解且充分混合,此时溶液呈酸性;(２)将此混合溶液置于四口瓶中,采用机械搅拌.接通氮气,以保证无氧环境.搅拌过程中加入氨水(NH４OH)使pH值＝１０;(３)将此四口瓶置于电热套上定温８０℃搅拌３０min;(４)将反应完成后的溶液静置冷却,用去离子水及乙醇将得到的Fe３O４胶体冲洗数次;(５)将Fe３O４胶体通过真空干燥箱进行烘干处理.烘干后进行研磨过筛即可得磁性纳米颗粒(MNP)粉末.２．２．２　磁性树形高分子复合材料的制备(１)取制备的Fe３O４粉末２．５g,用２００mL无水乙醇分散,并加入１０mL硅烷胺基(３ＧAminopropylＧtrimethoxysilianpurum,ATPS).利用机械搅拌器搭配冷凝管定温６０℃搅拌７h,反应完成后利用甲醇冲洗即得零分子代胶体(MNPＧG０),氮气吹干;(２)将制备好的MNPＧG０用５０mL甲醇分散,并加入２０mL丙烯酸甲酯,利用超声波清洗器振荡反应７h,使其完全混合,反应均匀.完成后利用甲醇冲洗４次,即可得半分子代胶体(MNPＧG０．５);(３)将上述MNPＧG０．５再用２０mL甲醇分散,并加入１０mL乙二胺,利用超声波清洗器振荡反应３h.完成后,甲醇冲洗３次,即得全分子代胶体(MNPＧG１);(４)重复(２)、(３)步,即可得不同分子代的磁性树形高分子材料(MNPＧGn).３　结果与讨论３．１　Fe３O４/MNPＧGn的晶型分析及元素分析图１为所制备的Fe３O４磁性纳米颗粒及MNPＧG３的XRD图谱.图１　Fe３O４/MNPＧG３的XRD图谱Fig１TheXRDpatternsofFe３O４/MNPＧG３由XRD图谱可以看出,MNPＧG３中Fe３O４的６个主要特征峰(２θ＝３０．３,３５．７,４３．７,５３．４,５７．２和６２．８)仍然存在,分别标示为(２２０)、(３１１)、(４００)、(４２２)、(５１１)和(４４０),与

JCPDS

资料库标准图谱相匹配,说

明复合树形高分子之后,并没有改变Fe３O４磁性纳米颗粒的晶型结构.图２、表２为MNPＧG３中元素的EDS分析结果.从中可以看到,MNPＧG３中存在O和Fe的特征峰,同时存在Si和N的特征峰(复合dendrimer所用ATPs

的主要元素成分);C特征峰(出现在０．４eV位置处)和Cu特征峰(出现在８~９eV位置处)的存在是由于进行元素分析时采用镀碳铜网对样品进行了处理.结合图１中XRD分析结果,证明MNPＧG３中的氧化铁为Fe３O４,表明实验成功制备了复合材料DendrimerＧ

Fe３O４

.

图２　MNPＧG３的EDS图Fig２TheEDSspectrumofMNPＧG３

表２　MNPＧG３的EDS分析结果Table２TheEDSanalysisresultsofMNPＧG３

ElementWeight/％Atomic/％CK３５．１２４６．８２NK１１．９５１３．６６OK３３．４２３３．４５SiK１．６７０．９５FeK１７．８４５．１２３．２　Fe３O４/MNPＧGn的磁性能测试

图３为室温下采用振动样品磁强计对Fe３O４

/

MNPＧG３进行测试后的磁滞回线图.

图３　Fe３O４/MNPＧG３的室温磁滞回线Fig３MＧHloopsofFe３O４/MNPＧG３atroomtemperＧ

ature

由磁滞回线可以看出,实验制备的磁性纳米颗粒Fe３O４具有微弱的磁滞现象,说明其具有超顺磁性,饱

８１１８１２０１５年第１８期(４６)卷和磁化量为６７．６A􀅰m２/kg.当复合树形高分子之后,MNPＧG３的饱和磁化量稍有降低,为６３．７A􀅰m２/kg,表明所制备的磁性纳米树形高分子材料MNPＧG３具有较高的磁性,可以通过外加磁场的方式进行回收.３．３　Fe３O４/MNPＧGn的比表面积及孔径测试表３为比表面积及孔径测试结果.表３　Fe３O４/MNPＧGn的比表面积及孔径测试结果Table３ThespecificareaandporevolumedataofFe３O４/MNPＧGn材料比表面积/m２􀅰g－１孔隙体积/cm３􀅰g－１Fe３O４６６．５０．３２MNPＧG１６２．８０．１９MNPＧG２６２．１０．１８MNPＧG３５９．４０．１４MNPＧG４５３．９０．１２MNPＧG５５０．３０．１２ 从表３可看出,Fe３O４的比表面积为６６．５m２/g,当树形高分子材料复合磁性纳米颗粒后,其比表面积降低,其中MNPＧG１为６２．８m２/g、MNPＧG３为５９．４m２/g、MNPＧG５为５０．３m２/g.由此可知,随着复合材料中树形高分子世代的增加,比表面积有下降趋势.同时,Fe３O４的孔隙体积为０．３２cm３/g,MNPＧG１约为０．１９cm３/g,明显下降,且随着世代的增加,孔隙体积仍有少量降低.这说明当Fe３O４磁性纳米颗粒与树形高分子复合时,树形高分子会填充到Fe３O４的表面孔隙,导致比表面积与孔隙体积均有所下降.３．４　Fe３O４/MNPＧGn的吸附性能测试本文实验以反应性染料RBk５(ReactiveBlack５,最大吸收波长λmax＝６００nm,结构式见文章[８])作为目标吸附质,以此对MNP/MNPＧGn(n＝１,２,３􀆺􀆺)进行吸附性能评估.为了测试Fe３O４及MNPＧGn的吸附性能,寻找树形高分子的最佳分子代,以等量的Fe３O４、MNPＧG１、MNPＧG２、MNPＧG３对RBk５进行吸附实验,测试Fe３O４及不同世代吸附剂的吸附效果.分别取０．１２gFe３O４、MNPＧG１、MNPＧG２、MNPＧG３加入２００mLRBk５染料溶液中,RBk５的浓度为１０mg/L,反应pH值＝８．０±０．０５,摇床以１５０r/min的转速维持２５℃恒温振荡使吸附剂与水样充分混合,采用外加磁场的方式使吸附剂与水溶液分离,间隔取样.以此测试Fe３O４/MNPＧGn的吸附性能.实验结果如图４所示.由图４可知,Fe３O４对RBk５几乎没有吸附作用,而从MNPＧGn(n＝１,２,３)的吸附曲线可以看出,将Fe３O４与树形高分子结合之后,MNPＧG１对染料RBk５的吸附性能明显增加,达到了４１％;由比表面积测试结果(见表３)可知,Fe３O４的比表面积为６６．５m２/g,是Fe３O４及MNPＧGn复合材料中比表面积最大的,但是却完全没有吸附性能,这表明复合材料对染料的吸附并不是由内部的孔隙所吸附,主要是由于Fe３O４表面没有复合高分子,没有官能基团吸附RBk５;而MNPＧGn由于复合了树形高分子,随着分子代的增加,粒径增加,分枝增加,且分枝末端的胺基数量呈对数增长,增大了与RBk５的反应可能.随着树形高分子分子代的增加,吸

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《GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子对BSA吸附性能及生物相容性研究》

《GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子对BSA吸附性能及生物相容性研究》

《GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子对BSA吸附性能及生物相容性研究》一、引言随着纳米科技的快速发展，磁性纳米粒子因其独特的物理化学性质在生物医学、环境科学和材料科学等领域展现出广泛的应用前景。

特别是磁性纳米粒子与生物分子的相互作用研究，如蛋白质吸附等，已成为当前研究的热点。

本文以GLA-Fe3O4和CSO-Fe3O4磁性纳米粒子为研究对象，深入探讨其对BSA（牛血清白蛋白）的吸附性能及生物相容性。

二、材料与方法1. 材料GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子；BSA；实验用细胞；缓冲液等。

2. 方法（1）磁性纳米粒子的制备及表征：通过共沉淀法、溶胶凝胶法等方法制备GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子，并通过透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等方法进行表征。

（2）BSA吸附实验：将磁性纳米粒子与BSA溶液混合，通过磁力分离法分离出吸附后的磁性纳米粒子，通过UV-Vis等手段检测BSA的吸附情况。

（3）生物相容性实验：采用细胞毒性实验、溶血实验等方法评估GLA-Fe3O4、CSO-Fe3O4磁性纳米粒子的生物相容性。

三、结果与讨论1. 吸附性能通过UV-Vis等手段，我们发现在相同的实验条件下，GLA-Fe3O4和CSO-Fe3O4磁性纳米粒子对BSA的吸附性能有明显的差异。

具体来说，CSO-Fe3O4对BSA的吸附量要高于GLA-Fe3O4。

这可能与两种磁性纳米粒子的表面性质有关，CSO-Fe3O4可能具有更强的亲水性和更好的生物相容性，从而更有利于BSA的吸附。

此外，我们还发现磁性纳米粒子的浓度、BSA 的浓度以及溶液的pH值等因素也会影响BSA的吸附性能。

2. 生物相容性在细胞毒性实验中，我们发现GLA-Fe3O4和CSO-Fe3O4磁性纳米粒子在一定的浓度范围内对细胞无明显毒性作用。

在溶血实验中，两种磁性纳米粒子的溶血率均较低，表明其具有良好的血液相容性。

正交设计法优化白英中总生物碱的提取工艺

正交设计法优化白英中总生物碱的提取工艺

白英是我国药典中的药材，药用历史悠久，可以用于小儿肝热、感冒和结核发热等的治疗[1]，疗效显著，现代研究已证明白英具有一定的抗癌防癌[2]、镇痛抗炎和抗病毒[3]等作用。

白英含有多种化学成分，主要有甾体生物碱类、甾体皂苷类、黄酮类及有机酸类等化合物[3]。

甾体生物碱类化合物是一类广泛存在于植物或少数动物中的含有氮元素的有机化合物，具有诸多药效作用，如平喘镇咳、抗炎消菌[4]、抗病毒、抗癫痫、保护肝脏、抗心律失常[5]、抗肿瘤[6-8]等作用，为人类疾病治疗做出一定的贡献。

我国近年来加大了对白英总生物碱的研究，为生物碱相关药品和保健品的研发投入了大量资金，同时市场对生物碱类药物的需求也不断增加，生物碱的研究方向逐渐成为焦点。

本课题采用正交实验对提取总生物碱工艺进行优化，方法简单高效，对白英总生物碱的提取研究有一定的借鉴意义。

1材料与方法1.1材料和仪器白英，北京市同仁堂有限责任公司；士的宁标准品，德思特，DS0026，HPLC≥98%；pH 4.0缓冲液，自制，试剂均为分析纯。

Cary 100scan 型紫外-可见分光光度计；RE-201型旋转蒸发仪；SZCL-3B 数显智能控温磁力搅拌器；HLD-20002型电子天平。

1.2方法将白英全草洗净、切碎，于烘箱中烘干约2h ，再用粉碎机粉碎，过40目筛，得到白英粗粉，装入烧杯，放入冰箱备用。

1.2.1对照品溶液的制备称取4.5mg 士的宁标准品加入到100mL 容量瓶中，再加入二氯甲烷溶液直至刻度线，摇匀。

1.2.2供试品溶液的制备在25mL 容量瓶中加入0.5g 白英粉末和3mL 氨水。

0.5h 后，再加入25mL 无水乙醇，提取3.5h ，再用循环水式真空泵抽滤，将所得滤液蒸发浓缩，最后用二氯甲烷萃取，取二氯甲烷层，转移到容量瓶中，用二氯甲烷定容。

1.2.3最大吸收波长的测定向分液漏斗里加入2mL 士的宁溶液、2mL 样品溶液，再依次加入2mL 溴甲酚绿溶液、4mL pH 值为4.0的缓冲液、5mL 二氯甲烷，配制完成后静置20min ，分离取出二氯甲烷层溶液。

正交实验法优选99mTc_Gd_DTPA_BMA的标记条件

正交实验法优选99mTc_Gd_DTPA_BMA的标记条件

正交实验法优选99mTc_Gd_DTPA_BMA的标记条件作者：王华丽曹丰来源：《科技资讯》 2013年第27期王华丽1 曹丰2( 1 . 湖北文理学院数学与计算机科学学院; 2 . 湖北文理学院附属医院湖北襄阳 4 4 1 0 5 2 )摘要:本文论述了正交法在优选Gd-DTPA-BMA的99 mTc标记条件中的应用,运用极差分析确定了最佳标记条件。

关键词:正交实验法 Gd-DTPA-BMA 99 mTc 放射性核素标记中图分类号: R 2 8 5 . 5 文献标识码: A 文章编号:1672-3791(2013)09(c)-0019-01正交实验法是处理多因素实验的一种科学方法。

在试制新产品、新配方、选择优工艺的过程中, 它能帮助我们科学的处理多因素、多水平、多指标的问题。

采用正交实验法在实验前借助于事先选好的正交表, 科学地、有计划地、有目的地安排实验方案。

实验后再经过简单的表格运算,正确分析实验结果, 这样, 通过较少的实验次数,就能清楚各因素在实验中的主次作用。

以及各因素对指标影响的作用大小, 从而找到较好的处理工艺及配方,以达到又快又好的效果。

正交表是预先编制好的一种表格( ) pL nm ,其中p ? m(n ?1) ?1 , m 是最多能安排的因素数, n 是水平数, nm 是理论上的实验数,p 是实际上的实验数。

正交实验设计的直观分析就是要通过计算,将各因素、水平对实验结果指标的影响大小,通过极差分析,综合比较, 以确定最优化实验方案。

G d - D T P A - B M A 的9 9 m T c 标记实验是以氯化亚锡(SnCl2)为还原剂,使用放射性核素9 9 m T c 标记G d - D T P A - B M A , 通过调整放射性核素与被标记化合物配比、氯化亚锡用量、反应温度及反应时间,获得最佳的标记条件。

以薄层纸层析法(T LC法)分析标记物的放射化学纯度。

本实验属于多因素影响的实验研究, 所以采用正交法设计实验方法,实验方案见表1。

氧化铁纳米粒子吸附刚果红染料

氧化铁纳米粒子吸附刚果红染料


吸附量的计算
The g−1)
amount of dye adsorbed at equilibrium qe(mg was calculated from the following equation:
Here
C0(mg L−1) is the initial dye concentration, Ce(mg L−1) the equilibrium concentration of dye solution, v (L) the volume of dye solution, and m (g) is the mass of adsorbent.
应用化学综合实验
-Fe2O3纳米粒子的制备及高效 吸附去除染料废水中刚果红
研究背景
水污染严重，其中染料废水是一种较
为严重的污染源。
吸附去除有机污染物是一种简单有效
可行的方法。
纳米材料比表面积大，吸附效果好。
研究背景
-Fe2O3纳米粒子因其稳定性好、环
境友好、可批量生产及价格便宜等 优点广泛用于水中金属离子和有机 污染物的吸附去除。
吸附性质的测定
标准曲线的绘制 称取0.100 g 刚果红染料，溶于100mL 水中制 得1000 ug/mL 的刚果红储备液。
吸取上述储备液10
mL 移入100 mL 容量瓶稀 释、摇匀即得100 ug/mL 刚果红标准溶液。
标准曲线的绘制
准确移取1.00、2.00、2.50、3.00
(a) UV–vis absorption spectra of CR solutions treated by 0.6 g L-1of the as-prepared iron oxide nanoparticles, the initial concentration of CR is 100 mg L-1; (b) the picture of the absorption of CR at different periods of time;