氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于环境科学与工程及水处理中磁性复合材料技术领域，具体涉及氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用。所述制备方法包括：制备磁性CoFe2O4颗粒；包覆二氧化硅；磁性CoFe2O4@SiO2颗粒部分水解后与氨基接枝改性。所述氨基改性磁性CoFe2O4复合材料可用于去除水中重金属离子或有机污染物。本发明专利技术中的氨基功能化磁性复合材料，其制备方法简单，所用原材料安全且易得，价格低廉，整体制作过程环保，没有有害的副产物产生，成品能很好的吸附水中的重金属离子污染，且吸附容量较大，使用成本低，具有较好的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用
本专利技术属于环境科学与工程及水处理中磁性复合材料
，具体涉及氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
汞作为环境中毒性最强的重金属之一，具有持久性、易迁移性、高度的生物富集性和生物毒性等特性，在自然界中，汞以三种形态存在，零价、正一价和正二价，受各种有机、无机配体的影响，可以形成各种形态的化合物。其中最毒是二价汞离子，汞与其他小分子或生物大分子以共价配合，与配体以配位或超分子形式结合成结合态，如通过生物甲基化、乙基化等反应生成相应的有机汞，如甲基汞和乙基汞。且水相中的汞能通过食物链进入人体，在人体肠道极易被吸收并输送到全身各个器官，尤其是肝和肾。且首先汞伤害的是脑组织，这种伤害是不可逆的，如感觉异常，共济失调，神经衰弱，组织障碍实力和听觉障碍，感觉障碍，痉挛和震颤。随后引起昏迷死亡这些体征和症状已经归因于神经元的损失或损伤，特别是在大脑和小脑中。此外，甲基汞穿过胎盘影响胎脑，导致精神发育迟滞，小脑共济失调和脑瘫，且迄今尚无有效疗法。对于工业废水中重金属及有机污染物的去除，目前常用的技术包括沉淀、凝固胶结、超滤溶剂、萃取、光催化、吸附、离子交换等，或者是这些技术的结合。然而这些方法中有些对操作过程要求高，需要使用大量的化学试剂盒材料，需要高运营的成本，且清除效率低。但在这些技术中，吸附由于操作容易，重金属去除效率高，吸附率高和成本较低，所以吸附被认为是最有前景的方法。其中吸附的材料类型有：聚合物，纤维素材料，沸石和铝硅酸盐，纳米材料和活性炭，后者在基于研究和研究实际应用中都受到了相当大的关注。纳米材料是指粒径范围在1-100nm之间的颗粒，纳米由于其强度，高活性位点和低的质量受到了重视。虽然纳米材料和活性炭都具有很高的表面积，但是纳米材料较活性炭作为吸附剂有两个优点：合成方面，它们以低的成本更容易合成；吸附方面，纳米材料能用更少的量有效的去除污染物。所以，纳米材料是一种优秀的吸附剂，同时,磁性纳米材料还具有绿色环保，易于收集和分离的特点使其被视为一种有前景的环境友好型纳米吸附材料。“AdsorptionofCu(II)fromaqueoussolutionbyusingmodifiedFe3O4magneticnanoparticles”一文中公开了，MustafaOzmen等人合成了用APTES修饰的Fe3O4磁性纳米材料，并再合成APTES-NPs后又继续用戊二醛进行修饰，合成GA-APTES-NPs，实验结果表明最终合成的材料对Cu(Ⅱ)离子的吸附平衡时间大概在15min左右且吸附效率最高为79.6％，最佳吸附PH在4.0-5.3，但计算得其吸附容量较低。“Modificationofmesoporoussilicamagnetitenanoparticlesby3-aminopropyltriethoxysilanefortheremovalofCr(VI)fromaqueoussolution”一文中公开了，SamiraHozhabrAraghi等人制备了通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性介孔二氧化硅的磁铁矿纳米颗粒，用于从水溶液中除去Cr(Ⅵ)，该实验将二氧化硅磁铁矿纳米颗粒作为核心嵌入介孔二氧化硅硅壳体中，用CTAB作为表面活性剂。实验结果表明，合成材料在PH＝2的时候达到了最大的吸附容量，对Cr(Ⅵ)的吸附能力达到了34.25mg/g，但材料合成复杂，成本较高，且吸附容量较低。“Tannicacidadsorptiononamino-functionalizedmagneticmesoporoussilica”一文中公开了，JHWang等合成了氨基功能化的Fe3O4@SiO2磁性纳米材料用于去除水中的Cu(Ⅱ)，Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)，实验结果表明合成的材料对Cu(Ⅱ)的吸附能力是29mg/g，对Pb(Ⅱ)的吸附能力是76.59mg/g,对Cd(Ⅱ)的吸附能力是22.4mg/g，表示氨基的存在对重金属是有一定的吸附性的，但实际吸附重金属容量不高。“Amino-functionalizedcore-shellmagneticmesoporouscompositemicrospheresforPb(II)andCd(II)removal”一文中公开了，YTang等人合成了Fe3O4@mSiO2-NH2核壳结构的复合微球用于去除水中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)，该实验通过在Fe3O4表面包覆介孔二氧化硅后再接枝氨基来完成。实验结果表明吸附剂对重金属的最大吸附容量分别为128.21和51.81mg/g，符合伪二阶动力学模型。但缺点是对重金属吸附能力较低，且强烈依赖于pH和腐殖酸浓度。“AminoacidfunctionalizedmagneticnanoparticlesforremovalofNi(II)fromaqueoussolution”一文中介绍了，DharmveerSingh等人合成了氨基酸官能化磁性纳米粒子用于从水溶液中去除Ni(Ⅱ)，研究表明在pH＝6，70min内达到最高吸附容量31.193mg/g，吸附符合伪二阶动力学模型，且用Langmuir模型拟合相关系数较高，但缺点是吸附容量较低，对金属离子的吸附效率较低。“Core–shellsuperparamagneticmonodispersenanospheresbasedonamino-functionalizedCoFe2O4@SiO2forremovalofheavymetalsfromaqueoussolutions”中介绍了CRen等发表了关于氨基功能化的CoFe2O4@SiO2材料的文章，对其进行了吸附Cu(Ⅱ)，Pb(Ⅱ)，Cd(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)的探索。在接枝氨基的过程中，所使用的溶剂为有毒的邻二甲苯(o-xylene)。另外，所合成的复合材料对Cu(Ⅱ)的吸附量是177.8mg/g，对Pb(Ⅱ)的吸附量是181.6mg/g，对Cd(Ⅱ)的吸附量是144.94mg/g，对Mn(Ⅱ)的吸附量是110.803mg/g，从数据可以看出来吸附量得到了明显的提升。同时，该材料在PH＝7时表现出最大的吸附效率和吸附容量，吸附过程复合Langmuir模型，为自发的吸热过程，但是缺点是，达到吸附平衡时间较长，且合成过程复杂，耗时长且所需实验环境苛刻。然而，氨基改性磁性材料仍处于探索阶段，对这类材料的制备还有待完善。在合成方法上，覆盖氨基的方法大多复杂且所需温度较高，有的甚至采用了危险性较高的有机溶剂，如甲苯等，所以即使有的材料对重金属的吸附容量较高，但合成过程具备一定危险性，且对金属汞吸附进行研究的少之又少。所以不管是制备过程复杂，还是消耗较高，这些方法都不适用于实际应用与生产。近年来，国内外也有一些磁性纳米材料制备方法及表面氨基化的申请，如中国专利CN101707109A公开了一种以乙酰丙酮铁、1-2十六二醇、油酸、油胺为原料，加入到二苄醚中的制备磁性纳米粒的方法。但该方法须不断通入氮气，并且须将混合溶液加热至200-300℃的高温，且二苄醚不稳定，常温下可被空气中的水分逐渐分解成苯甲醛，在40-250℃加热时，受空气的氧化作用，80％－本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：。1)制备磁性CoFe2O4颗粒；2)包覆二氧化硅：将步骤1)中CoFe2O4粉末在碱性环境下水解实现二氧化硅(SiO2)包覆，获得磁性CoFe2O4@SiO2颗粒；3)磁性CoFe2O4@SiO2颗粒部分水解：将磁性CoFe2O4@SiO2颗粒分散的醇水溶液与硅酸四乙酯的乙醇溶液混合，反应30～60分钟；4)氨基接枝改性：将3‑氨基丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液滴加入步骤3)的反应体系中，反应8～12小时，最后用水洗涤至中性，干燥后获得氨基化磁性复合材料CoFe2O4@SiO2‑NH2。

【技术特征摘要】
2018.04.23 CN 20181036437921.一种氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：。1)制备磁性CoFe2O4颗粒；2)包覆二氧化硅：将步骤1)中CoFe2O4粉末在碱性环境下水解实现二氧化硅(SiO2)包覆，获得磁性CoFe2O4@SiO2颗粒；3)磁性CoFe2O4@SiO2颗粒部分水解：将磁性CoFe2O4@SiO2颗粒分散的醇水溶液与硅酸四乙酯的乙醇溶液混合，反应30～60分钟；4)氨基接枝改性：将3-氨基丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液滴加入步骤3)的反应体系中，反应8～12小时，最后用水洗涤至中性，干燥后获得氨基化磁性复合材料CoFe2O4@SiO2-NH2。2.根据权利要求1所述氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：将二价钴盐和三价铁盐为原料分散在乙二醇中，在40-70℃温度下反应30-60分钟；然后加入碱类和表面活性剂，搅拌均匀后放入反应釜并密封，加热至100～240℃，反应8～20h；最后用乙醇和水洗涤至中性后放入烘箱在50～100℃干燥8-12h，即得到磁性CoFe2O4颗粒。3.根据权利要求2所述氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述二价钴盐选自氯化钴、硝酸钴或乙酰丙酮钴，所述三价铁盐选自氯化铁、乙酰丙酮铁或硝酸铁；所述碱类选自无水乙酸钠、氨水或氢氧化钠，所述表面活性剂选自聚乙二醇或柠檬酸。4.根据权利要求2所述氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中各原料组分按质量份数计如下：5.根据权利要求2所述氨基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永福，赵宇豪，夏楷，张振宗，汪曦，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32