CoFe2O4‑SiO2核‑壳结构复合纳米颗粒及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒及其制备方法和用途，其中所述复合纳米颗粒具有CoFe2O4‑SiO2核‑壳结构，并通过以下方法获得：向摩尔比为2∶1的可溶性铁盐和可溶性钴盐的水溶液中加入碱金属氢氧化物水溶液至pH＝9～10，接着加热煮沸并通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到CoFe2O4纳米颗粒；将所获得的CoFe2O4纳米颗粒分散在乙醇水混合溶剂中，接着相继加入十二烷基苯磺酸钠、氨水和正硅酸四乙酯，充分反应后通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到所述复合纳米颗粒。本发明专利技术的复合纳米颗粒可以用于水溶液如工业废水中的有机染料处理，成本低廉、操作简单、环境无害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒及其制备方法和用途。
技术介绍
目前，来自纺织、印染和制革等行业的大量有机染料，成为工业废水的重要来源之一。对废水中有机染料的有效处理，对净化水质、保护环境和人类健康至关重要。例如，亚甲基蓝是一种常用的染料，广泛应用于工业印染，生物染色剂和药物等方面，但是大量使用这种染料往往伴随着污染问题。亚甲基蓝是废水中常见的有颜色的污染物，同时其对生物体均有一定的危害性(Selen，V.，et al.Desalination and Water Treatment(2015)57(19)：8826-8838)。一般处理上述废水主要有物理吸附以及降解两种手段。降解包括生物降解，光催化降解等在内的手段虽然已有一定的效果，但由于其使用受制于使用环境的pH值以及温度等因素，在实际的应用中仍受到一定的限制(Lam，S.M.，et al.Desalination and Water Treatment(2012)41(1-3)：131-169)。一般的物理处理处理方法包括活性炭吸附法、离子交换法、合成树脂吸附法等虽然也有较好的吸附效果，但其难以回收利用，而且自身易残留在环境体系中引起二次污染。
技术实现思路
鉴于上述现有状况，本专利技术的目的在于提供对水溶液中的有机染料具有良好吸附性能同时可以循环利用的新型核壳材料。为此，一方面，本专利技术提供一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒通过磁性纳米颗粒CoFe2O4与SiO2复合获得并具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构，其中所述复合纳米颗粒能够分散在水溶液中并对水溶液中的有机染料具有良好吸附性能，同时所述复合纳米颗粒由于结合了SiO2的热稳定性和CoFe2O4的磁性而能够通过磁力回收并经过热处理被循环利用。在另一方面，本专利技术提供一种制备上述复合纳米颗粒的方法，所述方法包括：向摩尔比为2∶1的可溶性铁盐和可溶性钴盐的水溶液中加入碱金属氢氧化物水溶液至pH＝9～10，接着加热煮沸并通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到CoFe2O4纳米颗粒；将所获得的CoFe2O4纳米颗粒分散在乙醇水混合溶剂中，接着相继加入十二烷基苯磺酸钠、氨水和正硅酸四乙酯，充分反应后通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒。在一个优选实施方案中，所述可溶性铁盐是Fe(NO3)3·9H2O，所述可溶性钴盐是Co(NO3)2·6H2O。在一个优选实施方案中，将所获得的CoFe2O4纳米颗粒通过超声分散在体积比为1∶4的乙醇水混合溶剂中。在一个优选实施方案中，通过加入十二烷基苯磺酸钠使得所获得的复合纳米颗粒的SiO2壳具有介孔结构。在另一方面，本专利技术提供上述复合纳米颗粒用于除去水溶液中的有机染料的用途。在一个优选实施方案中，所述水溶液是工业废水。在一个优选实施方案中，使用后的所述复合纳米颗粒通过在400-450℃进行热处理以除去所吸附的有机染料而能够被重复利用。在一个优选实施方案中，所述有机染料是亚甲基蓝。本专利技术包括但不限于以下方面的效果：本专利技术的复合纳米颗粒能够分散在水溶液中并对水溶液中的有机染料(如亚甲基蓝)具有良好吸附性能，同时所述复合纳米颗粒由于结合了SiO2的热稳定性和CoFe2O4的磁性，能够通过磁力(例如使用磁铁)回收并经过热处理(例如在450℃加热处理)在不破坏颗粒自身结构和性能的同时而能够被循环利用。本专利技术的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒可以用于实际工业废水中的有机染料处理，成本低廉、操作简单、环境无害。本专利技术中的CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒可以用于实际工业废水中的有机染料处理，成本低廉、操作简单、环境无害。本专利技术的复合纳米颗粒在制备中通过加入十二烷基苯磺酸钠，使得合成的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的SiO2壳层具有介孔结构，可以增大其比表面积，提高其对有机染料如亚甲基蓝的吸附性能。此外，所述SiO2壳层的厚度和表面介孔大小可以根据实际需要通过加入十二烷基苯磺酸钠和正硅酸四乙酯的量来控制。附图说明图1是根据本专利技术实施例1制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的透射电子显微镜照片。图2是根据本专利技术实施例1制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的BET比表面积测试结果图示，其中P0表示吸附温度下，氮气的饱和蒸汽压，P表示氮气分压。图3是根据本专利技术实施例1制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的介孔孔径的分布图。图4是根据本专利技术实施例1制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒通过紫外可见光分光光度计对溶液残留亚甲基蓝含量的分析结果图示。图5是根据本专利技术实施例2制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的介孔孔径的分布图。图6是根据本专利技术实施例2制备的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒通过紫外可见光分光光度计对溶液残留亚甲基蓝含量的分析结果图示。图7是根据本专利技术实施例3进行的循环利用的效果图。具体实施方式本专利技术的目的在于提供一种可以循环利用、对水溶液中有机染料具有良好吸附性能的CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒。经过广泛研究，本专利技术的专利技术人发现，要解决有效吸附处理含有机染料的水溶液同时能够循环利用的问题，具有物理吸附性能的材料与磁性可回收材料复合是一种可能的方法。鉴于此，本专利技术的专利技术人进一步发现，常见的材料SiO2由于其自身良好的稳定性、无毒以及环境友好性，将其与常见的磁性材料如CoFe2O4结合即可达到磁回收的效果。而且，相比于活性炭、交换树脂等吸附材料，SiO2可以依靠热稳定性，通过简单热处理以除去吸附物质以达到循环利用的目的。此外，在研究中，本专利技术的专利技术人还发现，通过简单将SiO2与磁性材料如CoFe2O4结合得到的复合材料的吸附效果仍然不是非常理想。基于此，本专利技术的专利技术人在将它们二者复合进行时通过加入十二烷基苯磺酸钠，使得合成的具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构的复合纳米颗粒的SiO2壳层具有介孔结构，由此增大其比表面积，进一步提高其对有机染料如亚甲基蓝的吸附性能。而且，本专利技术的专利技术人还发现，所述SiO2壳层的厚度和表面介孔大小可以根据实际需要通过加入十二烷基苯磺酸钠和正硅酸四乙酯的量来控制。基于此，本专利技术提供了一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒通过磁性纳米颗粒CoFe2O4与SiO2复合获得并具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构，其中所述复合纳米颗粒能够分散在水溶液中并对水溶液中的有机染料具有良好吸附性能，同时所述复合纳米颗粒由于结合了SiO2的热稳定性和CoFe2O4的磁性而能够通过磁力回收并经过热处理被循环利用。本专利技术的上述复合纳米颗粒可以通过以下方法制备：向摩尔比为2∶1的可溶性铁盐和可溶性钴盐的水溶液中加入碱金属氢氧化物水溶液至pH＝9～10，接着加热煮沸并通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到CoFe2O4纳米颗粒；将所获得的CoFe2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒通过磁性纳米颗粒CoFe2O4与SiO2复合获得并具有CoFe2O4‑SiO2核‑壳结构，其中所述复合纳米颗粒能够分散在水溶液中并对水溶液中的有机染料具有良好吸附性能，同时所述复合纳米颗粒由于结合了SiO2的热稳定性和CoFe2O4的磁性而能够通过磁力回收并经过热处理被循环利用。

【技术特征摘要】
1.一种对水溶液中的有机染料具有良好吸附性的复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒通过磁性纳米颗粒CoFe2O4与SiO2复合获得并具有CoFe2O4-SiO2核-壳结构，其中所述复合纳米颗粒能够分散在水溶液中并对水溶液中的有机染料具有良好吸附性能，同时所述复合纳米颗粒由于结合了SiO2的热稳定性和CoFe2O4的磁性而能够通过磁力回收并经过热处理被循环利用。2.一种制备权利要求1所述的复合纳米颗粒的方法，所述方法包括：向摩尔比为2:1的可溶性铁盐和可溶性钴盐的水溶液中加入碱金属氢氧化物水溶液至pH＝9～10，接着加热煮沸并通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到CoFe2O4纳米颗粒；将所获得的CoFe2O4纳米颗粒分散在乙醇水混合溶剂中，接着相继加入十二烷基苯磺酸钠、氨水和正硅酸四乙酯，充分反应后通过磁铁或离心收集沉淀物，最后将所得沉淀物进行洗涤和烘干，得到具有CoFe2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，李志昂，王建林，刘敏，陈彤，陈季芳，傅正平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34