一种吸附全氟化合物的磁性纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于新材料领域，涉及磁性纳米复合材料，特别涉及一种选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料及其制备方法，以解决现有吸附剂识别机制单一或选择性不理想的问题。其特征在于：以亲水基团修饰的Fe3O4纳米颗粒为基底，“一步法”合成由全氟辛基和胺基功能化的磁性纳米复合材料，制备方法简便快速、成本低廉、易于操作。材料对全氟化合物的识别基于氟氟相互作用和静电吸引，显著提高了其对目标分析物的特异性识别能力和吸附容量；制备得到的磁性纳米复合材料为核壳结构，表面吸附赋予了材料快速的吸附动力特征，加之材料良好的磁响应性，必将在环境监测和污染控制领域表现出广阔的应用前景和发展空间。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附全氟化合物的磁性纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于新材料领域，特别涉及一种选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
全氟化合物属人工制造化学物。在其分子结构中，一端为亲水性官能团，以羧基和磺酸基为主，另一端烷基链中的氢原子全部被氟原子所取代。因而赋予了全氟化合物独特的物理化学性质，如表面活性、疏水疏油性、耐热耐酸耐生物降解等，被广泛应用于纺织、造纸、皮革、室内装璜、食品包装、消防以及个人生活用品等领域。但是，相关动物实验表明，全氟化合物具有生物蓄积性，会引起实验动物体重下降，血液中胆固醇含量降低，甚至会增加肿瘤发生的风险。此外，许多调查研究表明，母体中残存的全氟化合物会对新生儿体重及今后的生长发育造成显著影响。目前，全氟化合物在多种环境样品、食品和生物样品(如人体血液和母乳)中被检出。2009年5月，斯德哥尔摩公约将全氟辛烷磺酸及其盐类列为新的持久性有机污染物，限制其在工商业领域的应用并逐步将之淘汰。尽管如此，在电镀、光电子及聚四氟乙烯制造行业，全氟辛烷磺酸仍允许使用。因此，全氟化合物已成为环境化学、公共卫生等领域研究的热点，如何快速高效地去除或分离环境样品中存在的全氟化合物具有十分重要的意义。研究表明，现有的去除或分离环境样品中全氟化合物的技术中，吸附是最简便、快速、有效的措施。目前已有多种吸附剂如CTAB胶束包裹的SiO2、交联壳聚糖串珠、阴离子交换树脂等被应用于分离或去除环境水样中的全氟化合物，这些吸附剂主要基于疏水相互作用，静电吸引以及离子交换识别全氟化合物。由于Fe3O4纳米颗粒具有良好的生物兼容性，高的比表面积以及快速的磁分离特性，常被作为基底用于制备多功能磁性纳米材料。例如，Zhao等人利用CTAB胶束包裹Fe3O4(XiaoliZhaoetal.Determinationofperfluorinatedcompoundsinenvironmentalwatersamplesbyhigh-performanceliquidchromatography-electrospraytandemmassspectrometryusingsurfactant-coatedFe3O4magneticnanoparticlesasadsorbents.MicrochemicalJournal.2011,98,207-214)，Zhang等人将氨基/十八烷基修饰到Fe3O4@SiO2表面(XiaoleZhangetal.ModifyingthesurfaceofFe3O4/SiO2magneticnanoparticleswithC18/NH2mixedgrouptogetanefficientsorbentforanionicorganicpollutants.JournalofColloidandInterfaceScience.2011,362,107-112)，制备出多功能磁性纳米粒子，成功分离出水体中的全氟化合物。近年来，已有基于氟氟相互作用选择性分离复杂样本中含氟化合物的研究报道。Yan等人利用3-氟苯甲酰氯功能化的Fe3O4@SiO2@FBC选择性萃取环境水样中的全氟化合物(ZhihongYanetal.Synthesisof3-fluorobenzoylchloridefunctionalizedmagneticsorbentforhighlyefficientenrichmentofperfluorinatedcompoundsfromriverwatersamples.JournalofChromatographyA.2013,1321,21-29)。另外，Yang等人以1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷为功能化试剂，合成出全氟癸基功能化的磁性介孔微球—F17–Fe3O4@mSiO2，并成功用于环境水体中全氟化合物的选择性分离(LeiYangetal.Decyl-perfluorinatedmagneticmesoporousmicrospheresforextractionandanalysisperfluorinatedcompoundsinwaterusingultrahigh-performanceliquidchromatography–massspectrometry.JournalofSeparationScience.2012,35,2629-2636)。然而，上述功能性材料的制备过程较为繁琐，材料仅能选择性识别全氟烷基链，却忽视了与亲水性官能团的相互作用，因而对全氟化合物的吸附容量较低。因此本专利技术拟建立一种简便的制备方法，合成出具有特异性识别能力和高容量吸附的新型磁性纳米复合材料，以实现对环境样品中全氟化合物的快速高效分离与去除。
技术实现思路
针对上述吸附剂在吸附性能和制备技术上存在的问题，本专利技术的任务是提供一种选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料及其制备方法，利用亲水基团修饰的Fe3O4作为基底，“一步法”合成具有核壳结构的磁性纳米复合材料，方法简便快捷、成本低廉、易于操作。制备得到的功能材料含有全氟辛基和胺基双功能基团，利用氟氟相互作用和静电吸引，实现对全氟化合物的特异性识别和高容量吸附，同时表面吸附赋予了材料快速的吸附动力学特征。实现本专利技术任务的的技术方案是：本专利技术提供的选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料是包被有功能化SiO2膜的经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒，所述的磁性纳米颗粒是Fe3O4纳米颗粒，所述的包被有功能化SiO2膜的经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒按以下方法制得：将Fe3O4纳米颗粒加入到0.2～0.4mol/L聚丙烯酸水溶液中，纳米颗粒的初始浓度为4～12g/L，25～40℃条件下持续搅拌超声30～60min，去离子水反复洗涤产物去除未结合的聚丙烯酸，真空干燥12～24h即得到具有亲水性的Fe3O4纳米颗粒；将0.1～0.2mmol(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，0.1～0.2mmol1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷和1～2mmol原硅酸四乙酯按物质的量之比1：1：8～10混合作为SiO2前体溶液，加入到亲水性Fe3O4纳米颗粒乙醇/水(2：1～4：1，v/v)分散体系中，纳米颗粒的初始浓度为2～6g/L，同时向反应体系中加入1～1.5mL氨水溶液，25～40℃条件下持续温和搅拌6～12h，乙醇/水(1：1，v/v)混合溶液反复洗涤产物去除未反应的化学物，真空干燥12～24h，即实现了在经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒表面包被功能化SiO2膜，得到选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料。本专利技术提供的选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：在磁性纳米颗粒表面进行亲水基团修饰；步骤二：在经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒表面包被功能化膜。步骤一中所述的磁性纳米颗粒是Fe3O4纳米颗粒。步骤一所述的在磁性纳米颗粒表面进行亲水基团修饰的具体方法是；将Fe3O4纳米颗粒加入到0.2～0.4mol/L聚丙烯酸水溶液中，纳米颗粒的初始浓度为4～12g/L，25～40℃条件下持续搅拌超声30～60min，去离子水反复洗涤产物去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料，它是包被有功能化SiO2膜的经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种选择性识别全氟化合物的高吸附容量磁性纳米复合材料，它是包被有功能化SiO2膜的经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒，所述的包被有功能化SiO2膜的经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒按以下方法制得：将Fe3O4纳米颗粒加入到0.2～0.4mol/L聚丙烯酸水溶液中，纳米颗粒的初始浓度为4～12g/L，25～40℃条件下持续搅拌超声30～60min，去离子水反复洗涤产物去除未结合的聚丙烯酸，真空干燥12～24h即得到具有亲水性的Fe3O4纳米颗粒；将0.1～0.2mmol(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，0.1～0.2mmol1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷和1～2mmol原硅酸四乙酯按物质的量之比1：1：8～10混合作为前体溶液，加入到亲水性Fe3O4纳米颗粒乙醇/水分散体系中，乙醇与水的体积比为2：1～4：1，纳米颗粒的初始浓度为2～6g/L，同时向反应体系中加入1～1.5mL氨水溶液，25～40℃条件下持续温和搅拌6～12h，用体积比为1：1的乙醇与水的混合溶液反复洗涤产物去除未反应的化学物，真空干燥12～24h，即实现了在经亲水基团修饰的磁性纳米颗粒表面包被功能化SiO2膜，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅素容，周雨笋，荆涛，周廷廷，陶芸，周宜开，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42