磁性材料的制備及其污水處理性能測(cè)試
——基于混合式教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)

郭仕龍，胡敏，尤帥，文浩宇，楊雅儒，劉文彬，高培紅，向丹，張?chǎng)?/p>

西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院，西安 710049

1 引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)代大學(xué)生作為未來(lái)國(guó)家建設(shè)的中堅(jiān)力量，如何提高學(xué)生們利用專業(yè)知識(shí)治理環(huán)境的意識(shí)和能力對(duì)教師來(lái)說(shuō)顯得尤為重要。本實(shí)驗(yàn)以問(wèn)題為導(dǎo)向，制備可重復(fù)處理水污染的磁性材料為例，解決傳統(tǒng)污水處理材料不能重復(fù)利用、易于殘留在水體中的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)系列性能測(cè)試達(dá)到良好水處理效果的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)服務(wù)社會(huì)的意識(shí)。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方案如下：(1) 在教學(xué)設(shè)計(jì)上采用PBL模式，預(yù)設(shè)問(wèn)題①：提出目前在水污染治理方面，傳統(tǒng)的凈水劑如明礬具有不可回收、吸附/聚沉?xí)r間長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，組織學(xué)生閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)制備一款便于回收，可重復(fù)利用的廉價(jià)、環(huán)保的高效率凈水材料，并對(duì)材料的性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。通過(guò)文獻(xiàn)查閱，活性炭具有無(wú)毒無(wú)污染性、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積和吸附活性大等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理、電極、煙氣治理等方面得到了廣泛應(yīng)用，而納米磁性材料具有特殊的磁性能，在外加磁場(chǎng)下可進(jìn)行回收再利用，符合綠色化學(xué)的發(fā)展要求。預(yù)設(shè)問(wèn)題②：如何將活性炭與磁性材料相結(jié)合并保留復(fù)合材料的凈水活性和磁分離性能呢？因此通過(guò)給定文獻(xiàn)閱讀，引導(dǎo)學(xué)生提出以下步驟解決上述問(wèn)題：首先運(yùn)用無(wú)機(jī)納米材料常用的水熱法制備磁性復(fù)合材料Fe3O4@C，通過(guò)反應(yīng)體系中加入乙二醇和NaAc解決其在水中分散和團(tuán)聚的問(wèn)題。其次，對(duì)復(fù)合材料采用XRD和磁滯回線對(duì)其結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行表征。最后通過(guò)討論和文獻(xiàn)查閱對(duì)復(fù)合材料凈水性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)討論：具體為測(cè)量污水樣品在不同實(shí)驗(yàn)條件下上清液吸光度變化，考察吸附顆粒對(duì)模擬污染水模型中染料的吸收情況，并通過(guò)作圖對(duì)其吸附效率與回收性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后完成小組研究論文，并進(jìn)行ppt展示和答辯。(2) 采用混合式教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生線下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，線上觀看磁分析儀和XRD衍射儀的介紹及使用視頻，以了解儀器工作原理和測(cè)試方法；在完成實(shí)驗(yàn)之后可對(duì)儀器測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析解讀。因此，采用混合式教學(xué)可較好地解決大型儀器昂貴、不易在本科教學(xué)中有效開(kāi)展等問(wèn)題。(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面該實(shí)驗(yàn)涵蓋無(wú)機(jī)功能材料新型制備方法、表征手段，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生閱讀文獻(xiàn)，進(jìn)行性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理軟件使用，提高學(xué)生數(shù)據(jù)解讀能力?；诨旌鲜浇虒W(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)可增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動(dòng)性，提高學(xué)生參與度和學(xué)習(xí)積極性，因此該實(shí)驗(yàn)在本校2018和2019級(jí)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取到較好評(píng)價(jià)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1) 了解水熱法制備原理，采用水熱法制備Fe3O4@C復(fù)合材料；

(2) 了解磁性無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料磁性能和晶相表征方法，學(xué)習(xí)Jade和Origin軟件的使用，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析；

(3) 學(xué)習(xí)通過(guò)文獻(xiàn)查閱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

2.2.1 水熱法Fe3O4@C的制備原理

納米Fe3O4的液相制備方法主要有：共沉淀法、滴定法、水解法、超聲波法、水熱法、空氣氧化法、微乳液法等。其中共沉淀法、空氣氧化法工藝簡(jiǎn)單具有工業(yè)化前景，但產(chǎn)物不均勻，分散性不佳；而用水熱法、微乳液法、滴定法以及用有機(jī)鐵為原料或?qū)o(wú)機(jī)鐵鹽置于有機(jī)溶劑中進(jìn)行高溫分解或液相反應(yīng)等可制備分散性好的超順磁性納米Fe3O4，故此實(shí)驗(yàn)選用水熱法制備磁性材料[1]。

水熱反應(yīng)的原理如下：在特制的密閉反應(yīng)容器(水熱釜)中，以水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)容器加熱，從而在反應(yīng)容器內(nèi)部創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得在常規(guī)條件下難溶或不溶于水的物質(zhì)溶解、反應(yīng)并重結(jié)晶，從而得到理想的產(chǎn)物[2]。

由材料制備流程示意圖(圖1)可知，本實(shí)驗(yàn)中三氯化鐵提供鐵源，NaAc水解形成氫氧根離子，氫氧根與鐵配位，產(chǎn)生鐵的沉淀，而后配體分解同時(shí)NaAc提供靜電穩(wěn)定作用，以達(dá)到防止顆粒聚集的目的，同時(shí)有助于乙二醇介導(dǎo)的氯化鐵還原為四氧化三鐵，進(jìn)行形貌控制[3]。

圖1 Fe3O4@C復(fù)合材料制備流程示意圖

相關(guān)方程式如下：

2.2.2 無(wú)機(jī)材料晶型表征——XRD

XRD是一種常用的晶相表征手段。其原理為，當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時(shí)，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長(zhǎng)有相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。布拉格方程是X射線衍射分析的根本依據(jù)，可用于晶體結(jié)構(gòu)剖析，具體如下：

式(1)中d為晶面間距；n為反射級(jí)數(shù)；θ為掠射角；λ為X射線的波長(zhǎng)[4]。

2.2.3 磁性材料磁性表征——磁化曲線

磁性材料通?？煞譃榭勾刨|(zhì)、順磁質(zhì)以及鐵磁質(zhì)，其磁性能可用磁滯回線描述。具體為磁場(chǎng)強(qiáng)度(M)的變化滯后于磁感應(yīng)強(qiáng)度(H)的變化(圖2)。設(shè)置鐵磁質(zhì)樣品所處的起始磁化強(qiáng)度(H)為0，逐漸增大磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁化強(qiáng)度M將隨之沿圖2中曲線OAB增加，直至到達(dá)飽和值(Ms)。此時(shí)若減小H，磁化曲線不會(huì)沿著起始磁化曲線返回，而是從B點(diǎn)開(kāi)始沿BD方向變化。這種現(xiàn)象即可理解為M的變化滯后于H的變化，即可稱為磁滯。要使M減到零，必須反向增加磁化場(chǎng)，直至其強(qiáng)度達(dá)到Hc時(shí)，M才為零，稱此時(shí)的H為矯頑力(Hc)。閉合曲線BNDEGKB稱為磁滯回線(hysteresis loop)，不同的鐵磁質(zhì)具有不同形狀的磁滯回線，因而磁滯回線可以反映鐵磁質(zhì)的磁化性能，在生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要指導(dǎo)意義。根據(jù)磁滯回線特征及其所顯示的矯頑力(Hc)大小，鐵磁材料可被分為軟磁材料、硬磁材料以及矩磁材料等。

圖2 鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線[5]

磁性材料的磁性能測(cè)試常采用磁學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。其中MPMS3 (magnetic properties measurement system, 磁學(xué)測(cè)量系統(tǒng))又被稱為SQUID (supercoducting quantumn interference device，超導(dǎo)量子干涉儀)。在測(cè)量磁滯回線時(shí)，樣品的磁矩在超導(dǎo)探測(cè)線圈內(nèi)感生出電流，而感生電流與探測(cè)線圈里的磁通成正比，因而樣品在探測(cè)線圈里的移動(dòng)即可引起感生電流的變化，探測(cè)線圈的電流與SQUID感應(yīng)耦合，SQUID即可輸出相應(yīng)的電變化。SQUID電子探測(cè)系統(tǒng)可以保證輸出電壓正比于輸入電流，從而SQUID的輸出電壓即正比于樣品的磁矩[5]。

2.2.4 磁性復(fù)合材料的吸附原理及吸附性能表征

(1) 活性炭吸附原理及吸附性能測(cè)試方法。

本磁性復(fù)合材料對(duì)污染水的處理主要由活性炭吸附有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)?；钚蕴康奈桨ㄎ锢砦胶突瘜W(xué)反應(yīng)。其物理吸附是由于活性炭的多孔結(jié)構(gòu)提供了大量的表面積，孔壁上大量的分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，從而將介質(zhì)中的雜質(zhì)吸引到孔徑中。除了物理吸附之外，化學(xué)反應(yīng)通常發(fā)生在活性炭的表面，其表面含有少量的化學(xué)結(jié)合、功能團(tuán)形式的氧和氫，例如羧基、羥基、酚類、內(nèi)脂類、醌類、醚類等可以與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附物質(zhì)結(jié)合聚集到活性炭的表面。當(dāng)活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)活性炭吸附的數(shù)量等于解吸的數(shù)量時(shí),此時(shí)被吸附物質(zhì)在溶液中的濃度和在活性炭表面的濃度均不再變化，從而達(dá)到平衡[6]。

(2) 磁性復(fù)合材料的吸附性能表征。

磁性復(fù)合材料磁吸附率和重復(fù)性分別指磁性納米材料吸附和再生、可重復(fù)利用的性能。在通常情況下，將使用后的吸附劑用乙醇處理，即可實(shí)現(xiàn)其回收利用。本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)量“污水”樣品吸光度的變化，反映吸附顆粒對(duì)染料的吸收情況。由分光光度計(jì)在亞甲基藍(lán)最大吸收波長(zhǎng)(660 nm)下測(cè)定溶液的吸光度，并根據(jù)郎伯-比爾定律得到吸附率D的公式：

式(2)中C0為初始亞甲基藍(lán)濃度，C為吸附后溶液中亞甲基藍(lán)的濃度，A0為初始溶液的吸光度，A為吸附后上清液的吸光度。根據(jù)式(2)測(cè)溶液吸附前后的吸光度，得到復(fù)合材料的吸附率。本實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行5次吸附、回收實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)繪制吸附率-循環(huán)次數(shù)柱形圖，可直觀得到所制備吸附材料的回收性能。

2.3 試劑或材料

乙二醇(分析純)、六水合三氯化鐵(分析純)、無(wú)水乙酸鈉(分析純)、活性炭粉(分析純)、亞甲基藍(lán)溶液(10 mg·L?1)。

2.4 儀器和表征方法

50 mL水熱釜、量筒、100 mL燒杯、膠頭滴管、電子天平、強(qiáng)磁鐵、馬弗爐、烘箱、振蕩器、722型分光光度計(jì)、磁力攪拌器、X射線衍射儀、磁學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。

2.5 實(shí)驗(yàn)步驟/方法

2.5.1 制備Fe3O4@C

在100 mL燒杯中加入20 mL乙二醇，再加入0.9 g氯化鐵攪拌至完全溶解后加入0.5 g碳粉攪拌，再加入1.8 g醋酸鈉，攪拌0.5 h，溶液呈粘稠狀，轉(zhuǎn)入50 mL水熱釜內(nèi)膽，密封，200 °C下反應(yīng)8 h。待溶液冷卻至室溫后，加入適量去離子水和乙醇反復(fù)洗滌后，使用強(qiáng)磁鐵吸引，傾倒上層液體，重復(fù)此操作，最后將所得樣品分散于適量無(wú)水乙醇中，干燥備用。

注意：水熱釜放涼后取出，避免燙傷。須采用磁分離進(jìn)行后處理，以去除沒(méi)有復(fù)合上的碳材料。

2.5.2 XRD表征及數(shù)據(jù)處理

用X射線衍射儀測(cè)量Fe3O4@C與活性炭的XRD圖譜，樣品應(yīng)為粉末狀并進(jìn)行壓片處理，在衍射角度范圍為10°–90°內(nèi)掃描，可獲得一系列數(shù)據(jù)(送樣學(xué)生完成)。(其他同學(xué)觀看X射線衍射儀測(cè)量視頻)

獲取數(shù)據(jù)后，學(xué)生們首先觀看Jade和Origin軟件使用視頻，然后采用Jade軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并尋找對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)卡片，最后將處理后數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件中進(jìn)行繪制XRD圖譜并分析。

注意：制樣時(shí)樣品研磨均勻，不要結(jié)塊，否則測(cè)試誤差較大。

2.5.3 磁性能測(cè)試

將粉末狀Fe3O4@C與Fe3O4樣品稱重(約5 mg左右)并記錄數(shù)據(jù)，放入磁性能測(cè)試儀器中，室溫條件下測(cè)試磁滯回線(送樣品學(xué)生完成)。

所有學(xué)生觀看磁分析儀器使用，獲得數(shù)據(jù)后觀看數(shù)據(jù)處理視頻，然后將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，數(shù)據(jù)導(dǎo)入origin軟件中進(jìn)行繪制，可得其磁滯回線圖，并對(duì)兩種樣品不同的磁性能進(jìn)行比較與分析。

注意：樣品須徹底干燥，否則測(cè)試誤差較大。

2.5.4 吸附性能測(cè)試

(1) 等溫吸附曲線的繪制。

分別將10、20、40、60、80、100 mg (選做一個(gè)或者多個(gè)質(zhì)量)的上述磁性材料加入到10 mL質(zhì)量濃度為10 mg?L?1的亞甲基藍(lán)溶液中，振蕩1 h后，使用磁鐵進(jìn)行磁分離，取上清液測(cè)其吸光度，而后采用式(1)處理數(shù)據(jù)，可得等溫吸附曲線。

注意：分光光度計(jì)使用前，須預(yù)熱、調(diào)零。

(2) 時(shí)間-吸附率曲線的繪制。

將60 mg磁性材料加入到10 mL質(zhì)量濃度為10 mg?L?1的亞甲基藍(lán)溶液中震蕩，而后每5 min磁分離后取上清液測(cè)其吸光度并記錄，至1 h結(jié)束，通過(guò)數(shù)據(jù)處理、繪圖，可得其時(shí)間-吸附率曲線。

(3) 重復(fù)性測(cè)試。

將繪制時(shí)間-吸附率曲線中所用磁性材料通過(guò)外加磁場(chǎng)進(jìn)行分離，而后分散于30 mL乙醇中振蕩10 min，進(jìn)行洗脫并重復(fù)兩次，而后加入10 mL濃度為10 mg?L?1的亞甲基藍(lán)溶液中，進(jìn)行30 min吸附，取上清液測(cè)其吸光度，重復(fù)進(jìn)行5次，并作圖。(選做)

3 結(jié)果與討論

3.1 XRD測(cè)試

圖3為此實(shí)驗(yàn)中復(fù)合磁性納米材料與所使用活性炭的XRD圖譜，紅色為活性炭的XRD測(cè)試圖譜，黑色為Fe3O4@C，紫色為Fe3O4標(biāo)準(zhǔn)卡片，藍(lán)色為碳標(biāo)準(zhǔn)卡片，由此可知C與Fe3O4復(fù)合。

3.2 磁性能測(cè)試

復(fù)合磁性納米材料與普通水熱法所制備的四氧化三鐵的磁滯回線圖(圖4)可知，F(xiàn)e3O4復(fù)合活性炭之后，磁性稍有下降，但磁飽和強(qiáng)度仍保持在40 emu?g?1之上，在外加磁場(chǎng)作用下易于進(jìn)行磁分離。

圖3 Fe3O4@C與活性炭的XRD圖譜

圖4 Fe3O4@C與Fe3O4的磁滯回線圖

3.3 吸附性能測(cè)試

3.3.1 吸附效果測(cè)試

60 mg Fe3O4@C對(duì)10 mL亞甲基溶液(10 mg·L?1)進(jìn)行充分吸附后，在外加磁場(chǎng)下磁分離后的效果如圖5所示，圖5右側(cè)亞甲基藍(lán)完全被吸附分離導(dǎo)致溶液澄清，表明Fe3O4@C吸附效果明顯，同時(shí)該材料具有磁分離效能，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。

圖5 吸附效果圖

通過(guò)對(duì)30 min內(nèi)60 mg Fe3O4@C與Fe3O4對(duì)10 mL亞甲基藍(lán)溶液(10 mg·L?1)進(jìn)行的吸附率(圖6)考察表明，F(xiàn)e3O4對(duì)亞甲基藍(lán)溶液沒(méi)有明顯吸附，而在復(fù)合活性炭之后，F(xiàn)e3O4@C表現(xiàn)出了良好的吸附能力，吸附率隨時(shí)間增加而增加，在30 min左右達(dá)到了最大值96%。

圖6 吸附率與時(shí)間的關(guān)系

3.3.2 Fe3O4@C質(zhì)量對(duì)吸附率影響

不同質(zhì)量Fe3O4@C 30 min內(nèi)對(duì)10 mL亞甲基藍(lán)溶液(10 mg·L?1)的吸附率如圖7所示，當(dāng)Fe3O4@C所用量超過(guò)40 mg后吸附率不再明顯上升，表明Fe3O4@C對(duì)于亞甲基藍(lán)的飽和吸附量約為2.5–5.0 mg·g?1。

圖7 不同質(zhì)量Fe3O4@C吸附率對(duì)比

3.3.3 可重復(fù)利用性能測(cè)試

60 mg Fe3O4@C在吸附10 mg·L?1亞甲基藍(lán)溶液(10 mL) 30 min，采用30 mL乙醇進(jìn)行兩次洗脫活化后的重復(fù)使用效果(圖8)評(píng)價(jià)，表明經(jīng)過(guò)5次回收、洗脫、再利用，雖然吸附率有所下降，但在前三次吸附率最終保持在80%以上，后兩次也均保持在60%，證明其有較好的可重復(fù)性，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。

圖8 重復(fù)洗脫數(shù)次后的吸附率

4 教學(xué)建議

本實(shí)驗(yàn)涉及水熱合成制備、材料晶型、磁性能測(cè)定、數(shù)據(jù)處理解讀和應(yīng)用性能評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)及拓展環(huán)節(jié)，由于涉及磁分析儀器和XRD儀器的介紹和操作，以及XRD數(shù)據(jù)分析及作圖軟件Jade和Origin的使用學(xué)習(xí)，建議采用混合式教學(xué)方法，具體教學(xué)流程如下：

課前，學(xué)生在課程網(wǎng)站觀看基本操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及大型儀器介紹、操作視頻，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測(cè)試，同時(shí)提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)供給學(xué)生閱讀。

課堂上，首先通過(guò)提問(wèn)對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查，考察學(xué)生對(duì)預(yù)設(shè)問(wèn)題的了解程度。其次教師講解實(shí)驗(yàn)理論、要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路，學(xué)生開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。材料制備完成后，挑選樣品進(jìn)行磁滯回線和XRD測(cè)試并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)放到課程qq群。下一次課，在課堂上講解并示范數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)作圖軟件的使用，為防止軟件使用步驟多導(dǎo)致學(xué)生學(xué)不會(huì)的問(wèn)題，課程網(wǎng)站專門(mén)上傳了軟件使用操作視頻，便于學(xué)生學(xué)習(xí)回放。對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，可在課程qq群和課程網(wǎng)站討論區(qū)討論，同時(shí)對(duì)于共性問(wèn)題展開(kāi)專題討論。本實(shí)驗(yàn)涉及的視頻如表1所示。

表1 課程視頻列表

本綜合實(shí)驗(yàn)在修完無(wú)機(jī)化學(xué)和儀器分析課程后開(kāi)設(shè)(通常二年級(jí))，總學(xué)時(shí)8課時(shí)，其中線上2課時(shí)，合成、后處理及性能測(cè)試5課時(shí)，應(yīng)用拓展、討論和匯報(bào)1課時(shí)。本實(shí)驗(yàn)在西安交通大學(xué)本科生實(shí)驗(yàn)中運(yùn)行時(shí)，線上部分獨(dú)立完成，線下部分采用兩人一小組、8人一大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一次實(shí)驗(yàn)最多32人，一個(gè)學(xué)期4個(gè)班。由于本實(shí)驗(yàn)中，采用的磁分離材料屬于熱點(diǎn)功能材料之一，通過(guò)肉眼可直接觀察磁分離現(xiàn)象，同時(shí)通過(guò)光譜數(shù)據(jù)定量表征分離效果，使學(xué)生對(duì)磁分離有一個(gè)感性和理性的認(rèn)知過(guò)程，也激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。

5 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了制備、表征及應(yīng)用評(píng)價(jià)，通過(guò)線上與線下混合式教學(xué)模式，不僅讓學(xué)生了解無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的介觀特性與制備方法，近距離了解目前常用大型儀器的原理及測(cè)試方法，更重要的是通過(guò)軟件使用教學(xué)增加學(xué)生對(duì)材料性能數(shù)據(jù)的處理和解讀能力。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)具有良好的擴(kuò)展性。在吸附實(shí)驗(yàn)部分中，除本實(shí)驗(yàn)中所考察的飽和吸附量外，還可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展，如根據(jù)pH對(duì)吸附量的影響、磁性材料質(zhì)量對(duì)吸附效率的影響，以及溫度等多方面因素，可進(jìn)一步觀察該物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)研究、吸附熱力學(xué)以及構(gòu)建等溫吸附模型等等，即根據(jù)需求進(jìn)行材料性能測(cè)試。除本實(shí)驗(yàn)所展示的復(fù)合磁性材料之外，負(fù)載其他粒子的多功能磁性材料還在許多領(lǐng)域有其重要應(yīng)用，同樣具有可擴(kuò)展性。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程充分體現(xiàn)了從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，到分析問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題以及持續(xù)改進(jìn)這一科學(xué)研究的基本邏輯，從中學(xué)生不僅可以學(xué)會(huì)如何制備與表征磁性功能材料，更能夠?qū)W到提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路和方法，為學(xué)生之后的科研工作提前打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。