一种超疏水多孔Fe3O4/SiO2纳米复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水多孔Fe3O4/SiO2纳米复合材料、制备方法及其应用。该复合材料是具有核-壳结构的多孔材料，以Fe3O4为磁核，以SiO2为壳，其中，SiO2壳层均匀包覆在Fe3O4磁核表面，壳层为多孔结构，壳层厚度为50～85nm，复合材料表面修饰有乙烯基和乙氧基。该方法以Fe3O4为磁核，先将其超声分散于乙醇溶液，得到Fe3O4前驱体溶液，随后加入十六烷基三甲基溴化铵，超声搅拌均匀；然后加入NH3·H2O，水浴加热并持续搅拌，再加入正硅酸四乙酯进行反应；反应结束后通过硝酸铵乙醇溶液回流，最后利用乙烯基三乙氧基硅烷进行表面疏水改性，最终得到超疏水多孔Fe3O4/SiO2纳米复合材料。该复合材料疏松多孔，可有效吸油和锁油，并可回收重复利用，在油污染处理方面具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境友好型吸油材料
，具体涉及一种超疏水多孔Fe304/Si02 。
技术介绍
由于全球人口剧增以及工业、农业、交通运输业的迅速发展，向河流、海洋排放的 污染物与日剧增。世界上平均每年有数百万吨的原油通过各种途径进入河流、海洋。同时， 随着原油以及油产品的广泛使用和运输，各种规模大小的溢油事件不断增加。漏油事件的 发生往往会造成很多灾难性的后果，比如：对海洋生态系统造成极大的破坏，有些污染严重 的海域，油污影响可持续数十年以上；此外污染物可通过一系列的渠道进入食物链，最终危 害人体健康。如何低成本清理海面油污已成为一个全球性的问题。传统的除油方式主要有 机械回收，加入吸收性材料，生物修复，燃烧法等。其中，加入吸收性材料由于材料制作价格 低廉、吸油效率高，被认为是一种最好的除油方式。 天然的吸附材料在油水分离运用中，由于其重复吸油率不高、回收困难等，并不 适用于大规模除油，因此应用受到限制，这为合成材料的发展提供了一个良好的机会。 SudongYong等(SudongYang,LinChen,LeiMu,Peng-ChengMa.Magneticgraphene foamforefficientadsorptionofoilandorganicsolvents. .ColloidInterface Science. 2014, 430 (15) : 337-344)通过水热还原、自组装工艺制备了磁性石墨稀气凝胶，但 还原剂水合肼有毒且具有强腐蚀性，远没有达到新型吸油材料环保、高效的要求。Carmody 等（OnumaCarmody,RayFrost,YunfeiXi,SergeKokot.Adsorptionofhydrocarbons onorgano-clays-implicationsforoilspillremediation. .JournalofColloid andInterfaceScience, 2007, 305 (I) :17-24)用十八烷基三甲基氯化铵、双十烷基二甲基 溴化铵以及双（氢化牛油）二甲基氯化烃类这三种表面活性剂改性钠蒙脱石合成了有机粘 土，通过表面活性剂改性的有机粘土对油污具有良好的吸附能力，但这种粘土成本高、不可 重复利用，限制了其在工业领域中的应用。 磁性纳米微球是一种新型的纳米功能材料，在分离工程、生物工程、生物医 学和细胞学等诸多领域获得了一定程度的应用。LiangWang等（LiangWanga,Koon GeeNeoha,En-TangKanga,BorysShuterb,Multifunctionalpolyglycero1-grafted Fe304iSi02nanoparticlesfortargetingovariancancercells. Biomateria ls，2010, 32(8) :2166-2173)通过溶胶凝胶法合成了具有致密外壳结构Fe304/Si02纳米复 合物，利用超支化的聚甘油醇在复合物表面上接枝羟基并结合叶酸的巯基，改善生物相容 性，然后作为青霉素的载体，应用于医药载体，取得了良好的效果。但是利用模板法制备多 孔Fe304/Si02纳米复合材料，并通过表面疏水改性并应用于油污处理领域的研究未见报道。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术在制备可循环利用高效吸油材料方面的不足，提供一 种低成本、高效超疏水多孔Fe304/Si02m米复合材料及其制备方法。 本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是： -种超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料，所述纳米复合材料是具有核-壳结构 的多孔材料，以Fe3O4为磁核，以SiO2为壳，其中，壳层为多孔结构，壳层厚度为50~85nm， 复合材料表面修饰有乙烯基和乙氧基。 -种超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料的制备方法，以Fe304为磁核，先将其超 声分散于乙醇溶液，得到Fe3O4前驱体溶液，随后加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB)，超声 搅拌均匀；然后加入NH3 ?H2O,水浴加热并持续搅拌，再缓慢加入正硅酸四乙酯（TEOS)进 行反应；反应结束后通过硝酸铵乙醇溶液回流除去CTAB，最后利用乙烯基三乙氧基硅烷 (VTES)进行表面疏水改性，最终得到超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料，具体包括以下 步骤： 第一步，将Fe3O4超声分散于乙醇溶液中，得到Fe304的前驱体溶液； 第二步，往第一步得到的Fe3O4前驱体溶液中加入CTAB，超声搅拌均勾，再将混合 液于25~35°C下反应，并持续搅拌； 第三步，将NH3 ?H2O加入到第二步得到的混合液中，并持续搅拌反应，然后缓慢加 入TEOS进行反应； 第四步，对第三步反应完成得到的混合液进行洗涤，加入硝酸铵乙醇溶液回流； 第五步，往第四步得到的反应液中加入VTES反应，反应结束后，洗涤、干燥即得所 述超疏水多孔Fe304/Si02m米复合材料。 第一步中，乙醇溶液由无水乙醇与去离子水按体积比为（3. 5~4. 5) :1组成，Fe3O4 分散液的浓度为lmg/mL，超声温度为25~35°C。 第二步中，Fe3O4与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为I: (1. 8~2. 2)。 第三步中，NH3 ?H2O和正硅酸四乙酯的质量比为1: (0. 31~0. 35)，持续搅拌的时 间不小于lOmin，反应时间为6~8h。 第四步中，硝酸铵乙醇溶液的质量浓度为6~8g/L，回流的时间为10~12h。 第五步中，Fe3O4与乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为1: (18~27)，反应时间不少于 lh，干燥温度不高于40°C。 本专利技术更优选的方案是： 第一步中，乙醇溶液中无水乙醇与去离子水的体积比进一步优选为4 :1。 第二步中，Fe3O4与十六烷基三甲基溴化铵的质量比进一步优选为1:2。 第三步中，NH3 ?H2O和正硅酸四乙酯的质量比进一步优选为1 :0. 32。 第五步中，Fe3O4与乙烯基三乙氧基硅烷的质量比进一步优选为1:24. 6。 与现有技术相比，本专利技术的优点是： (1)本专利技术制备的超疏水多孔Fe304/Si02m米复合材料以TEOS为硅源，CTAB为模 板，通过VTES来对其表面疏水改性，提高了其孔隙率和疏水亲油能力，避免了使用有毒有 害的试剂。 (2)本专利技术制备的超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料结合了Fe304的强磁响应 性，SiO2的多孔、质轻、漂浮的特性，可使磁性纳米复合材料漂浮在水面上，有利于对油污的 吸附和回收。 (3)本专利技术制备的超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料比表面积大且多孔，能够 有效吸油的同时还能锁油，大大提高了吸油的能力。 (4)本专利技术制备的超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料制备工艺流程简单，磁力 回收方便且循环利用率高，有效地降低了成本，可作为新型环境友好型高效吸油材料并应 用于工业油污染的处理。【附图说明】 图1为本专利技术超疏水多孔Fe304/Si02纳米复合材料制备方法流程图。 图2是实施例2制得的超疏水多孔Fe304/Si02m米复合材料的SEM图。 图3是实施例2、对比例1和对比例2制得的超疏水多孔Fe304/Si02纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水多孔Fe3O4/SiO2纳米复合材料，其特征在于：所述的复合材料包括Fe3O4磁核和SiO2壳层，所述的SiO2壳层为多孔结构，均匀包覆在Fe3O4磁核表面，所述的复合材料表面修饰有乙烯基和乙氧基。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜炜，郁榴华，谢覃，郝嘎子，梁倩倩，周帅，张宁，周帅，殷求实，李凤生，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32