本发明专利技术公开了一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，该方法通过改性四氧化三铁，引入碳源，加入润滑剂、乳化和增稠剂以及稳定剂，再进行热处理制备Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒。本发明专利技术解决了浮油清理技术的制备过程繁琐、无法大量生产等技术问题。本方法制备的颗粒表面碳化程度高，碳层稳定，可大批量生产为解决水面浮油提供很好的颗粒制备方法。
A method for preparing carbon copper coated magnetite and magnetic oil removing particles
The invention discloses a method for preparing carbon-copper coated ferrous oxide composite magnetic deoiling particles. The method adopts modifying ferrous oxide, introducing carbon source, adding lubricants, emulsifiers, thickeners and stabilizers, and then heat treatment to prepare Fe3O4@C/Cu composite magnetic deoiling particles. The invention solves the technical problems such as the cumbersome preparation process of the floating oil cleaning technology, and the inability to mass production. The particle prepared by this method has high degree of carbonization on the surface and stable carbon layer, and can be produced in large quantities to provide a good preparation method for solving oil slick on the water surface.
【技术实现步骤摘要】
一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法
：本专利技术属于纳米制备领域，具体涉及一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法。
技术介绍
：石油在生产，运输，储存，精炼和使用过程中会造成环境污染，尤其是水面污染。随着水质标准和法规越来越严格，使水面浮油的清理技术越来越全面，但是，对于有效解决厚度小于50μm的大面积油层仍是一个技术难题。通过表面修饰或与功能材料相结合而具有高疏水性、高亲油性并可在外部磁场下克服粘滞阻力、表面张力和重力从水面进行回收的纳米氧化铁材料成为了处理上述问题的首选。用于处理水面薄油层的纳米氧化铁材料主要包括磁性吸油泡沫、磁性吸油海绵和磁性吸油颗粒。磁性吸油泡沫和磁性吸油海绵会依赖于除油装置，无法在宽广的海面上进行除油作业。磁性吸油颗粒成为了最佳选择。用于包覆Fe3O4纳米颗粒的材料主要有无机氧化物和高分子聚合物而碳壳在特殊环境中稳定性更高，不仅可以有效屏蔽偶极子相互作用也能很好的与金属离子相互作用。但是用于合成他们的辅助材料大多都是高分子化合物成本高，并且制备过程繁琐，耐温性差，无法大量生产。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术提供一种制备碳铜包覆四氧化三铁(Fe3O4@C/Cu)复合磁性除油颗粒的方法，其目的是解决水面浮油回收处理的技术问题。本专利技术主要通过水热法和高温碳化法制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒，用可商业购买的纯Fe3O4纳米颗粒作为内核；用柠檬酸溶液进行改性，使其易于表面引入官能团；用容易得到且廉价环保的司班-60作为分散剂对颗粒进行分散和乳化；通过可食用的葡萄糖在450℃下无氧分解与碳化制备外壳；添加易于高温分解的碱式碳酸铜有助于其对油的吸附和重复利用。制备流程简单适合大规模成产，材料具有高疏水性、亲油性和耐温性，是一个清理水面浮油污染的新型纳米材料。技术方案：一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，该方法的具体步骤如下：步骤一：配制0.1mol/L的柠檬酸改性溶液：蒸馏水和无水乙醇按体积比4:1进行配制作为溶剂，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到0.1mol/L的柠檬酸改性溶液；步骤二：配制饱和葡萄糖溶液；步骤三：配制司班-60溶液：配制浓度在0.4～0.5g/mL的司班-60溶液，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到浓度在0.4～0.5g/mL的司班-60溶液；步骤四：改性四氧化三铁：将四氧化三铁纳米颗粒放入0.1mol/L柠檬酸改性溶液中，按摩尔比计，四氧化三铁和柠檬酸比例是4～5：2～3，水浴加热50～70℃，加热7～9小时，期间每隔1小时进行搅拌或者超声处理5分钟，加热后，用磁铁吸住容器底部，使四氧化三铁纳米颗粒不会随着水流而丢失，倾倒烧杯除去上层清液，用过量蒸馏水清洗期间水浴加热以50～70℃的水温加热并搅拌5～10分钟，倒掉上层清液方法与上述相同，重复2～3次，得到改性四氧化三铁粘稠物；步骤五：引入碳源：将饱和葡萄糖溶液倒入改性四氧化三铁粘稠物中，四氧化三铁与葡萄糖的摩尔比为1:1.16～1.25，然后水浴加热50～70℃加热并搅拌20～40min，得到四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液；步骤六：引入润滑剂：在四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液中加入碱式碳酸铜，四氧化三铁包覆葡萄糖与碱式碳酸铜的摩尔比是10～12:1，在50～70℃水浴加热并搅拌8～15分钟，得到混合悬浊溶液；步骤七：加入乳化和增稠剂：在混合悬浊溶液中加入司班-60溶液，混合悬浊溶液与司班-60溶液的体积比8～10:1，在50～70℃水浴加热并搅拌8～15分钟，得到低粘度悬浊液；步骤八：加入稳定剂：在粘稠悬浊液中加入氯化钠，氯化钠与加入的葡萄糖的质量比2～3:100，在50～70℃水浴加热并搅拌120分钟，得到高粘度悬浊液；步骤九：将高粘度悬浊液在50～70℃下干燥10～15h，研磨成粉末状，得到粉末；步骤十：热处理：热处理第一阶段：(1)以2℃/min从室温加热至200℃，(2)以1℃/min从200℃加热至300℃，(3)以2℃/min从300℃加热至400℃；热处理第二阶段：(4)以2℃/min从400℃加热至450℃，(5)恒温450℃保温30min，得到高温碳化团聚体，热处理阶段保持通入高纯氮气，防止四氧化三铁氧化，通气量为1～1.5L/min；步骤十一：粉碎高温碳化团聚体：将所述的高温碳化团聚体在3000～3500r/min粉碎机下处理1～2min，得到粉体；步骤十二：Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒：用过量的水清洗上述粉体2～5次，除去水面漂浮物，再用无水乙醇漂洗1～2次，除去液体，放入鼓风干燥箱中，在50～70℃下，干燥5～7小时，将粉体用400目的筛子进行筛选，得到Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒。所述的制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，制备出的Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒能悬浮水面、呈近正六面体型。所述的制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，步骤二中的饱和葡萄糖溶液具体配制方法是：室温下，称取葡萄糖15.0～20.0g放入烧杯中，加入15～20ml蒸馏水中，50～70℃水浴加热并搅拌使其完全溶解直至溶液澄清，得到饱和葡萄糖溶液。优点及效果：该方法制备的颗粒表面碳化程度高，碳层稳定，再加上烧结期间有氮气的保护作用，四氧化三铁没有因氧化而破坏使颗粒仍有很强的磁响应，可大批量生产为解决水面浮油提供很好的颗粒制备方法。解决了常规处理方法对处理设备的依赖性，该方法生产的颗粒可在广阔的海面上作业，并且可以通过外部磁场进行回收，因此该方法是一种简单的、可控性强、可工业化生产的制备Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的方法。本专利技术制备的Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒与现有处理浮油的泡沫、海绵等相比，具有不受装置限制，同时使用除油颗粒不受地域和水域的限制，可以大面积使用，可以有效地解决油层厚度小于50μm的大面积浮油，除油颗粒还保留了较高的磁响应，因此采用简单磁性设备就可以达到简单、快捷、高效的回收。附图说明：图1为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的制备流程图；图2为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的XRD(X射线衍射分析)图；图3为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒与纯四氧化三铁的FT-IR光谱图；图4为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的VSM(振动样品磁强分析)图；图5为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的低分辨率SEM(扫描电子显微镜)图；图6为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的高分辨率SEM(扫描电子显微镜)图；图7为Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒及其吸附柴油、煤油、机油的差热分析曲线图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：本专利技术提供一种制备碳铜壳层包覆Fe3O4且悬浮水面的磁性除油颗粒的高温碳化方法，是一种有效的实现制备包覆形态纳米颗粒的方法，高温碳化法能够使葡萄糖碳化成碳壳层，是一种简单的、可控的制备磁性除油颗粒的方法，属于纳米制备领域。实施例1如图1所示，图1是Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒的制备流程图。在配制0.1mol/L柠檬酸改性溶液中，先用电子天平称取柠檬酸0.600g放入烧杯中，再加20ml蒸馏水和4ml无水乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一：配制0.1mol/L的柠檬酸改性溶液：蒸馏水和无水乙醇按体积比4:1进行配制作为溶剂，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到0.1mol/L的柠檬酸改性溶液；步骤二：配制饱和葡萄糖溶液；步骤三：配制司班‑60溶液：配制浓度在0.4～0.5g/mL的司班‑60溶液，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到浓度在0.4～0.5g/mL的司班‑60溶液；步骤四：改性四氧化三铁：将四氧化三铁纳米颗粒放入0.1mol/L柠檬酸改性溶液中，按摩尔比计，四氧化三铁和柠檬酸比例是4～5：2～3，水浴加热50～70℃，加热7～9小时，期间每隔1小时进行搅拌或者超声处理5分钟，加热后，用磁铁吸住容器底部，使四氧化三铁纳米颗粒不会随着水流而丢失，倾倒烧杯除去上层清液，用过量蒸馏水清洗期间水浴加热以50～70℃的水温加热并搅拌5～10分钟，倒掉上层清液方法与上述相同，重复2～3次，得到改性四氧化三铁粘稠物；步骤五：引入碳源：将饱和葡萄糖溶液倒入改性四氧化三铁粘稠物中，四氧化三铁与葡萄糖的摩尔比为1:1.16～1.25，然后水浴加热50～70℃加热并搅拌20～40min，得到四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液；步骤六：引入润滑剂：在四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液中加入碱式碳酸铜，四氧化三铁包覆葡萄糖与碱式碳酸铜的摩尔比是10～12:1，在50～70℃水浴加热并搅拌8～15分钟，得到混合悬浊溶液；步骤七：加入乳化和增稠剂：在混合悬浊溶液中加入司班‑60溶液，混合悬浊溶液与司班‑60溶液的体积比8～10:1，在50～70℃水浴加热并搅拌8～15分钟，得到低粘度悬浊液；步骤八：加入稳定剂：在粘稠悬浊液中加入氯化钠，氯化钠与加入的葡萄糖的质量比2～3:100，在50～70℃水浴加热并搅拌120分钟，得到高粘度悬浊液；步骤九：将高粘度悬浊液在50～70℃下干燥10～15h，研磨成粉末状，得到粉末；步骤十：热处理：热处理第一阶段：(1)以2℃/min从室温加热至200℃，(2)以1℃/min从200℃加热至300℃，(3)以2℃/min从300℃加热至400℃；热处理第二阶段：(4)以2℃/min从400℃加热至450℃，(5)恒温450℃保温30min，得到高温碳化团聚体，热处理阶段保持通入高纯氮气，防止四氧化三铁氧化，通气量为1～1.5L/min；步骤十一：粉碎高温碳化团聚体：将所述的高温碳化团聚体在3000～3500r/min粉碎机下处理1～2min，得到粉体；步骤十二：Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒：用过量的水清洗上述粉体2～5次，除去水面漂浮物，再用无水乙醇漂洗1～2次，除去液体，放入鼓风干燥箱中，在50～70℃下，干燥5～7小时，将粉体用400目的筛子进行筛选，得到Fe3O4@C/Cu复合磁性除油颗粒。...
【技术特征摘要】
1.一种制备碳铜包覆四氧化三铁复合磁性除油颗粒的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一：配制0.1mol/L的柠檬酸改性溶液：蒸馏水和无水乙醇按体积比4:1进行配制作为溶剂，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到0.1mol/L的柠檬酸改性溶液；步骤二：配制饱和葡萄糖溶液；步骤三：配制司班-60溶液：配制浓度在0.4～0.5g/mL的司班-60溶液，水浴50～70℃加热5～10min，搅拌至完全溶解，得到浓度在0.4～0.5g/mL的司班-60溶液；步骤四：改性四氧化三铁：将四氧化三铁纳米颗粒放入0.1mol/L柠檬酸改性溶液中，按摩尔比计，四氧化三铁和柠檬酸比例是4～5：2～3，水浴加热50～70℃，加热7～9小时，期间每隔1小时进行搅拌或者超声处理5分钟，加热后，用磁铁吸住容器底部，使四氧化三铁纳米颗粒不会随着水流而丢失，倾倒烧杯除去上层清液，用过量蒸馏水清洗期间水浴加热以50～70℃的水温加热并搅拌5～10分钟，倒掉上层清液方法与上述相同，重复2～3次，得到改性四氧化三铁粘稠物；步骤五：引入碳源：将饱和葡萄糖溶液倒入改性四氧化三铁粘稠物中，四氧化三铁与葡萄糖的摩尔比为1:1.16～1.25，然后水浴加热50～70℃加热并搅拌20～40min，得到四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液；步骤六：引入润滑剂：在四氧化三铁包覆葡萄糖的悬浊液中加入碱式碳酸铜，四氧化三铁包覆葡萄糖与碱式碳酸铜的摩尔比是10～12:1，在50～70℃水浴加热并搅拌8～15分钟，得到混合悬浊溶液；步骤七：加入乳化和增稠剂：在混合悬浊溶液中加入司班-60溶液，混合悬浊溶液与司班-60溶液的体积比8～10:1，在50～70℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泰奇，李志杰，史桂梅，陈旭，陈鑫力，李懿霖，王晓燕，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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