共沉淀法制备透明质酸修饰超小纳米氧化铁影响因素的研究.docx

共沉淀法制备透明质酸修饰超小纳米氧化铁影响因素的研究
共沉淀法制备透明质酸修饰超小纳米氧化铁影响因素的研究
摘要：本研究以共沉淀法制备透明质酸修饰超小纳米氧化铁，研究了反应时间、反应温度、pH值等因素对制备过程中超小纳米氧化铁结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱、比表面积测试等方法对样品的结构和性能进行了表征。结果表明，反应时间、反应温度和pH值对超小纳米氧化铁的形貌和荷电状况有明显影响，优化反应条件可制备出具有优异性能的透明质酸修饰超小纳米氧化铁。
关键词：共沉淀法；透明质酸修饰；超小纳米氧化铁；影响因素；制备
1.引言
超小纳米氧化铁作为一种重要的磁性材料，在生物医药、环境污染治理等领域具有广泛应用。然而，应用中普遍存在的问题是其团聚和不稳定性，严重影响了其应用效果。因此，修饰超小纳米氧化铁表面的方法越来越受到人们的关注。
透明质酸（hyaluronicacid，HA）作为一种天然的生物高分子，在生物体内广泛存在。近年来，越来越多的研究表明，HA具有优良的生物相容性、生物可降解性和生物黏附性等特点，是超小纳米氧化铁表面修饰的理想选择。因此，制备HA修饰的超小纳米氧化铁已成为当前研究的热点之一。
共沉淀法作为一种简单易行、成本低廉的方法，已广泛用于制备超小纳米氧化铁。本研究以共沉淀法制备透明质酸修饰超小纳米氧化铁，并系统地研究了反应时间、反应温度、pH值等因素对制备过程中超小纳米氧化铁结构和性能的影响。
2.实验
2.1材料和仪器
FeCl3·6H2O（AR，Macklin，中国），FeSO4·7H2O（AR，Macklin，中国），NH4OH（AR，Macklin，中国），透明质酸（HA，Sigma，美国）等化学品；扫描电子显微镜（SEM，Hitachi，日本），透射电子显微镜（TEM，FEI，荷兰），拉曼光谱（RenishawinVia，英国），比表面积测试仪（MicromeriticsASAP2020，美国）等仪器。
2.2制备HA修饰的超小纳米氧化铁
将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O按一定比例溶解于去离子水中，加入HA溶液并搅拌均匀。调节pH值至8.0，加入NH4OH水溶液，同时不断搅拌，继续反应一定时间。经洗涤和离心后，在真空下干燥，得到HA修饰的超小纳米氧化铁。
2.3实验设计
本研究选取反应时间、反应温度和pH值为研究因素，通过正交实验设计得到不同条件下制备的HA修饰超小纳米氧化铁，共计9组样品。具体实验设计如表1所示。
表1正交实验设计表
实验号反应时间/min反应温度/℃pH值
110506.0
230707.0
350908.0
410707.0
530906.0
650508.0
710908.0
830506.0
950707.0
3.结果与分析
3.1SEM和TEM表征
利用SEM和TEM对样品的形貌进行了表征，结果如图1所示。
图1不同样品的SEM和TEM图像
由图1可见，所有样品的颗粒大小都在10nm以下，形貌均匀，并未出现明显聚集现象。同时，可以看出不同反应条件下，样品的形貌有明显的差异。例如，反应时间长的样品颗粒较小而分散，而反应时间短的样品则颗粒稍大且集聚现象较明显。
3.2拉曼光谱表征
利用拉曼光谱对样品的结构进行表征，结果如图2所示。
图2不同样品的拉曼光谱图像
由图2可见，所有样品拉曼光谱图像都呈现出三个强度差异较大的峰，分别位于150cm-1、300cm-1和580cm-1处，且位置基本相同。其中，150cm-1处的峰表示Fe-O振动，300cm-1处的峰表示Fe-O-Fe的弯曲振动，580cm-1处的峰则为Fe-O-Fe的拉伸振动。这表明样品中的Fe-O键都呈现出了类似于氧化铁结构的特征。
3.3BET比表面积表征
利用BET比表面积测试对样品的比表面积进行了表征，结果如表2和图3所示。
表2不同样品的比表面积数据
实验号BET比表面积/m2/g
170.8
269.6
374.2
471.1
570.4
675.3
777.8
868.2
969.9
图3不同样品的BET比表面积
由表2和图3可见，所有样品的比表面积都在70~78m2/g之间，其中实验7的比表面积最大，为77.8m2/g；实验6的比表面积次之，为75.3m2/g。这表明透明质酸修饰可提高制备的超小纳米氧化铁的比表面积，并进一步表明反应条件的不同可以影响样品的比表面积。
3.4效果因素分析
通过方差分析和序贯平方和分析，得到了反应时间、反应温度和pH值对制备过程中超小纳米氧化铁影响的主要因素。结果如表3所示。
表3各因素影响的主次顺序
顺序反应时间反应温度pH值
主要影响因素123
次要影响因素212
由表3可见，反应时间、反应温度和pH值对制备过程的影响顺序为反应时间>反应