一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法，采用水热法合成了超顺磁性Fe

Preparation method of sandwich structure magnetic mesoporous impression material capable of separating gallium

The invention relates to a preparation method of a sandwich structure magnetic mesoporous impression material capable of separating gallium, and a superparamagnetic Fe is synthesized by hydrothermal method

【技术实现步骤摘要】
一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法
本专利技术涉及一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法，属于材料制备

技术介绍
溶液中低浓度镓的高效提取分离一般采用萃取法，但现有工艺存在成本高、污染环境、工艺流程长、劳动强度大、连续性差、不便于操作，分离效果和收率也不理想。在生产过程中既要让金属成份分离彻底，又要让其便于回收，且收率越高越好。这就需要改进或改变原有相关方法。吸附技术具有耗能低、操作简单、选择性好等优点，可实现低浓度复杂体系中镓的高效分离。因此，有必要研究适宜于吸附低浓度镓的印迹材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术通过如下方法方案实现：一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法，包括如下步骤：（1）纳米Fe3O4团簇的制备：按FeCl3.6H2O：乙酸钠：聚乙二醇的质量比为（2.2～3.2）：（6.5～7.8）：（1.5～2.5），取FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇，再按上述三者与乙二醇的质量体积比g/mL计为（10.2～13.5）：（5～500），将FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇加入乙二醇中，磁力搅拌使之溶解，将得到的均一黄色混合溶液转移到聚四氟水热反应釜中密封，加热到160～250℃下反应6～72h，待自然冷却至室温，得到黑色颗粒物，用乙醇洗涤数次，再进行冷冻干燥或真空干燥，即得到纳米Fe3O4团簇；本步骤以乙二醇为溶剂、聚乙二醇为稳定剂、氯化铁为铁源，采用溶剂热法尺寸可控（1～600nm）、磁化强度高且单分散性好的纳米Fe3O4团簇；（2）核壳结构Fe3O4@nSiO2载体的制备：将步骤（1）所得纳米Fe3O4团簇用0.1mol/L的盐酸溶液超声处理5～20min，再用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后按纳米Fe3O4团簇与水解液的固液比g/mL计为（0.05～0.15）:（90～100），将洗涤后的纳米Fe3O4团簇分散到水解液中，再缓慢滴加硅源至体系中含硅离子1～100mmol/L，并搅拌1～72h，经洗涤，得到核壳结构Fe3O4@nSiO2载体；加入硅源的水解过程中生成硅羟基(Si-OH)和Fe3O4表面的羟基发生了缩合反应，不断地水解缩合，最终在纳米Fe3O4团簇表面形成致密的nSiO2包覆层；根据待处理溶液的酸度，改变硅源的用量和反应时间来调控nSiO2包覆层的厚度，若待处理溶液的酸度越大，所需nSiO2包覆层的厚度越厚，则相应加入硅源的量越大，反应时间越长；（3）功能单体-模板分子主客体配合物的制备：按带官能团的硅氧烷功能单体与镓离子的摩尔比为1：（1.2～1.5），将带官能团的硅氧烷功能单体与目标镓离子溶液混合，得到功能单体-模板分子主客体配合物；（4）聚合物母体的制备：按核壳结构Fe3O4@nSiO2载体与配合物的比g/mmol计为（0.05～0.15）:（0.15～0.25），将步骤（3）所得功能单体-模板分子主客体配合物与步骤（2）所得核壳结构Fe3O4@nSiO2载体分散到缩合液中，再在搅拌中滴加0.3～0.5质量份的硅源至体系中，并搅拌1～72h，经洗涤得到聚合物母体；在缓慢的水解缩合中，逐步聚合成含有CTAB自组装胶束和镓离子双重模板的聚合物母体；（5）通过丙酮抽提法除去步骤（4）所得聚合物母体中的CTAB，聚合物母体上留下有序的介孔，以络合剂或酸溶液作为目标镓离子的洗脱剂进行反萃除去镓离子，留下与目标镓离子空间结构和作用位点均相互匹配的微孔，即得到能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料IIP-Fe3O4@nSiO2@mSiO2。所述步骤（1）的聚乙二醇和乙二醇均为市购分析纯。所述步骤（2）和（4）的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸丙酯或其他硅酸酯类，均为市购分析纯。所述步骤（2）的水解液由下列体积份的组分组成：乙醇75～85份、去离子水15～25份、浓度为28wt%的氨水0.5～1.5份。所述步骤（2）的乙醇为市购分析纯。所述步骤（3）带官能团的硅氧烷功能单体是F-CH2CH2-NHCH2CH2CH2Si(OMe)3。所述F为-COOH、-NH2、-POOH或-SH。所述步骤（3）的目标镓离子溶液是含有目标镓离子0.1～2mol/L的溶液，目标镓离子由其单质、氧化物、硝酸物或氯化物等提供，由可溶解的溶剂（如水或无机酸）溶解后得到目标镓离子溶液。所述步骤（4）的缩合液包括下列体积份的组分：乙醇55～65份、去离子水75～85份、浓度为28wt%的氨水0.5～1.5份，并在以上混合液中加入0.1～0.4质量份的CTAB。所述步骤（5）的络合剂是浓度为0.1～2mol/L的煤油、单烷基磷酸、YW100萃取剂中的一种或几种。所述步骤（5）的酸溶液是浓度为0.1～2mol/L的盐酸溶液。所得能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料能实现目标金属离子从待吸附液中高效分离，具体是将印迹材料作为吸附剂加入到含有目标镓离子的待吸附液中（待吸附液中的目标镓离子为低浓度，0.1～100mmol/L），吸附10min左右，用ICP-OES测量吸附前后待吸附液中金属离子的浓度，计算吸附率，可达90%以上。吸附结束的吸附剂采用磁分离回收，并加水洗涤至近中性，然后加入络合剂或酸溶液作为解吸液进行解吸镓（解吸液与合成该吸附剂时使用的洗脱剂一致），于不同时间取样，用ICP-OES测量解吸液中金属离子浓度，吸附率，可达90%以上。解吸结束后，吸附剂采用磁分离回收，水洗至近中性后烘干，即可循环使用。本专利技术以超顺磁性核壳结构Fe3O4@SiO2为核，以镓离子印迹并具有规则介孔结构SiO2为壳，制备所得的三明治结构磁性介孔印迹材料(IIP-Fe3O4@nSiO2@mSiO2)能在磁力辅助下实现纳米镓吸附剂与吸附后溶液的高效分离。本专利技术具有如下优点：（1）所得的三明治结构磁性介孔印迹材料，不仅材料结构设计新颖，而且材料功能化的制备技术有创新，可实现对镓的高效富集与分离的同时简化液固分离流程。（2）所得能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料具有高磁响应性、高吸附容量、高吸附速率、强抗酸碱性，并对镓有特异识别能力。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步的具体描述，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限定。实施例1（1）纳米Fe3O4团簇的制备：按FeCl3.6H2O：乙酸钠：聚乙二醇的质量比为2.2：6.5：1.5，取FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇，再按上述三者与乙二醇的质量体积比g/mL计为10.2：5，将FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇加入乙二醇中，磁力搅拌使之溶解，将得到的均一黄色混合溶液转移到聚四氟水热反应釜中密封，加热到160℃下反应72h，待自然冷却至室温，得到黑色颗粒物，用乙醇洗涤6次，再进行冷冻干燥或真空干燥，即得到纳米Fe3O4团簇；（2）核壳结构Fe3O4@nSiO2载体的制备：将步骤（1）所得纳米Fe3O4团簇用0.1mol/L的盐酸溶液超声处理5min，再用乙醇和去离子水交替洗涤6次，然后按纳米Fe3O4团簇与水解液的固液比g/mL计为0.05:90，将洗涤后的纳米Fe3O4团簇分散到水解液中，再缓慢滴加正硅酸乙酯至体系中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）纳米Fe

【技术特征摘要】
1.一种能分离镓的三明治结构磁性介孔印迹材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）纳米Fe3O4团簇的制备：按FeCl3.6H2O：乙酸钠：聚乙二醇的质量比为（2.2～3.2）：（6.5～7.8）：（1.5～2.5），取FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇，再按上述三者与乙二醇的质量体积比g/mL计为（10.2～13.5）：（5～500），将FeCl3.6H2O、乙酸钠和聚乙二醇加入乙二醇中，磁力搅拌使之溶解，将得到的混合溶液密封，加热到160～250℃下反应6～72h，待自然冷却至室温，得到黑色颗粒物，用乙醇洗涤数次，再进行冷冻干燥或真空干燥，即得到纳米Fe3O4团簇；（2）核壳结构Fe3O4@nSiO2载体的制备：将步骤（1）所得纳米Fe3O4团簇用0.1mol/L的盐酸溶液超声处理5～20min，再用乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后按纳米Fe3O4团簇与水解液的固液比g/mL计为（0.05～0.15）:（90～100），将洗涤后的纳米Fe3O4团簇分散到水解液中，再缓慢滴加硅源至体系中含硅离子1～100mmol/L，并搅拌1～72h，经洗涤，得到核壳结构Fe3O4@nSiO2载体；（3）功能单体-模板分子主客体配合物的制备：按带官能团的硅氧烷功能单体与镓离子的摩尔比为1：（1.2～1.5），将带官能团的硅氧烷功能单体与目标镓离子溶液混合，得到功能单体-模板分子主客体配合物；（4）聚合物母体的制备：按核壳结构Fe3O4@nSiO2载体与配合物的比g/mmol计为（0.05～0.15）:（0.15～0.25），将步骤（3）所得功能单体-模板分子主客体配合物与步骤（2）所得核壳结构Fe3O4@nSiO2载体分散到缩合液中，再在搅拌中滴加0.3～0.5质量份的硅源至体系中，并搅拌1～72h，经洗涤得到聚合物母体；所述缩合液包括下列体积份的组分：乙醇55～65份、去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万坤，王福春，黄芳，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52