一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面印迹Fe

A Surface Imprinted Fe3+Potassium Tetratitanate Whisker Adsorbent and Its Preparation Method

The invention discloses a surface imprinted Fe.

【技术实现步骤摘要】
一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及吸附材料合成领域，具体涉及一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂及其制备方法。
技术介绍
在吸附领域尤其是废水处理以及重金属资源回收的绿色化学领域，现有技术通常采用印迹技术、接枝改性技术或电化学方法实现对重金属的选择性吸附，如以下几种材料合成及吸附方案：①Fe3+磁性印迹复合材料选择性分离目标Fe3+。具体将磁性纳米Fe3O4粒子用聚乙二醇酸化处理，并加入氨水和正硅酸乙酯得磁性纳米粒子，然后与二甲基丙烯酸乙二醇酯及水合FeCl3反应并引发聚合得印迹复合材料。该方案使用纳米Fe3O4为载体，易发生团聚且难以分散，限制其实际应用；②壳聚糖As(III)印迹树脂对As(III)的选择性吸附，以及多氰基胍改性壳聚糖磁性纳米吸附材料对Hg（II）的选择性吸附。具体将As(III)吸附或氰基胍改性的壳聚糖交联分离用于选择性吸附；此类方案采用壳聚糖等有机大分子为吸附基体，化学稳定性差，且循环使用率低，易流失；③利用电化学法实现对金属离子的选择性吸附。将水杨酰苄胺与2,2-二氯乙醚制得2,2-双{[(2＂-苯甲基氨基甲酸基)苯基]甲基}-双-乙醚，以这种新的芳基氨基桥联配体为中性载体作为聚合物膜电极对Cr3+的选择性吸附大大提高。此类方法材料制备和运行成本较高，且处理废水规模小效率低，无法用于工业化大生产。因此，现有重金属吸附行业亟需一种合成及施用成本低，循环及性状稳定，吸附性好的选择性吸附材料。
技术实现思路
针对上述现有技术的问题，本专利技术的目的在于提供一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂及其制备方法，通过利用表面分子印迹技术，将Fe3+印迹到四钛酸钾晶须上，达到对四钛酸钾晶须表面进行改性的目的。产品对Fe3+吸附选择性高，制备方法环境友好，产品分散性强。。提供一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂的制备方法，合成工艺步骤包括：①在质子化的四钛酸钾晶须表面负载纳米TiO2获得晶须复合材料；②将Fe3+和壳聚糖与获得的晶须复合材料混合，加入交联剂并光照，使反应体系在分散状态下交联聚合并印迹析出；③去除Fe3+模板。所述交联剂优选为硅烷偶联剂，更优选为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（简称KH-560）。优选的，在步骤①中，晶须复合材料制备方法包括：取四钛酸钾晶须用盐酸浸泡使其表面质子化；将质子化四钛酸钾晶须浸泡于四丁基氢氧化铵溶液中；超声分散得质子化钛酸盐悬浮液；将TiO2纳米溶胶加入质子化钛酸盐悬浮液中进行反应，产物灼烧得TiO2-K2Ti4O9晶须复合材料（简称晶须复合材料）。更优选的，TiO2纳米溶胶通过将异丙氧基钛和乙酰丙酮加入硝酸溶液反应制成。优选的，在步骤②中，混合步骤包括：将步骤①获得的晶须复合材料加入Fe-壳聚糖溶液中，同时加入交联剂，在紫外光照下连续搅拌，超声振荡分散。Fe-壳聚糖溶液制备方法优选为：在加热搅拌条件下将FeCl3•6H2O溶入乙酸溶液中，加入壳聚糖粉末并溶解均匀得Fe-壳聚糖溶液。优选的，在步骤②中，壳聚糖交联聚合反应与表面印迹同步进行。更优选的，晶须复合材料表面的TiO2基团在紫外线光照下引发壳聚糖产生自由基，交联剂的存在使壳聚糖分子链进一步聚合成空间网状结构，在从反应溶液中析出的过程中同时包裹在晶须复合材料表面。优选的，在步骤②中，FeCl3•6H2O、四钛酸钾与壳聚糖摩尔质量比值为，(0.0009-0.0036)mol：(0.012mol：(1.50)g。优选的，在步骤③中，将步骤②所得印迹产物使用盐酸处理，并水洗干燥。本专利技术还提供一种采用上述制备方法制备得到的表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂，该吸附剂以Fe3+为离子模板客体，以四钛酸钾晶须为无机印迹主体，以壳聚糖为有机交联主体，并且通过聚合反应与表面印迹同步制得。所述四钛酸晶须优选为纳米TiO2改性四钛酸钾复合材料。本专利技术所带来的综合效果如下所述：本专利技术利用表面分子印迹技术，将Fe3+印迹到四钛酸钾晶须上，达到对四钛酸钾晶须表面改性的目的，获得一种对Fe3+有选择性吸附能力的吸附剂。该工艺操作简单，能大规模产业化实施。在产品的制备过程中所使用的试剂，避免使用大量的有机溶剂，无毒无害，属于环境友好型产品，制备过程安全、环保、无二次污染。该吸附剂的无机主体四钛酸钾晶须是一种表面积大，化学稳定性和吸附能力优良的新型层状无机阳离子交换剂，价廉易得。本专利技术所得吸附剂既保留了四钛酸钾晶须的强大离子交换功能，又能通过纳米粒子改变四钛酸钾晶须表面亲水性与表面能，降低晶须的表面极性并提高吸附剂分散性及稳定性，以拓宽四钛酸钾复合材料的应用范围。本专利技术通过表面分子印迹技术制备Fe3+官能化四钛酸钾晶须复合材料吸附剂实现了对Fe3+的高选择性吸附。在晶须复合材料制备工艺中，本专利技术通过在晶须表面负载纳米TiO2，不仅改善了晶须的表面极性，促进了无机晶须组分的有效分散，并且提高了反应体系的光催化性能，为后续有机聚合物组分的交联聚合与同步印迹打下基础。在同步印迹过程中，TiO2基团代替引发剂激发自由基，聚合物引发迅速，交联及印迹效率高，节约反应流程，更重要的是进一步促进印迹粒子的均匀分布，提高吸附效率，并使吸附剂在客体模板去除后更好的保持表面印迹空间形貌，提高了吸附循环稳定性和离子选择性。附图说明图1为本专利技术实施例表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂制备方法的工艺流程图。图2为本专利技术实施例制备方法采用的加热搅拌冷凝回流反应装置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例及附图对本专利技术做进一步解释说明，但应理解，本专利技术的范围不限于此。在本实施方式中，本专利技术实施例所用设备包括：集热式恒温加热磁力搅器、超声波清洗仪、低速自动平衡离心机、数字控温电热套、数显恒速搅拌器、紫外装置、电热恒温鼓风干燥箱和马弗炉，上述设备均选自商用常规化学合成实验设备，加热搅拌冷凝回流反应装置组装如图2所示。实施例1一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂的制备方法，如图1所示，合成工艺步骤包括：1.将0.1mol异丙氧基钛和0.2mol乙酰丙酮加入180mL0.015mol/L的硝酸溶液中，在60℃下恒温搅拌8h，配制成TiO2纳米溶胶溶液。2.取一定量的四钛酸钾晶须，用1mol/L盐酸溶液浸泡使其表面质子化，然后过滤，洗涤，烘干。取5.0g质子化四钛酸钾晶须，浸泡在250mL含14.8mmol四丁基氢氧化铵的溶液中，悬浮物超声分散2h得质子化钛酸盐悬浮液。3.将10mL第1步制备的TiO2纳米溶胶溶液逐滴加入100mL第2步制备的质子化钛酸盐悬浮液中，60℃下搅拌24h，形成的产物过滤，洗涤，烘干，在300℃下灼烧2h，得到TiO2-K2Ti4O9晶须复合材料。4.在搅拌和加热条件下将0.2413g（0.0009mol）的FeCl3·6H2O溶解在0.2mol/L乙酸溶液中，然后向反应液中加入1.50g的壳聚糖粉末，并将反应液搅拌回流1.0小时，壳聚糖溶解均匀后，将复合材料加入到第4步聚合物中，同时加入交联剂KH-560，在紫外线光照下连续搅拌4.0h，超声振荡20.0min以使析出产物完全分散。析出产物过滤洗涤后，在60℃下进行烘干。5.使用3.0mol/LHCl在室温下处理上述析出产物72h，去除Fe3+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂，其特征在于，合成工艺步骤包括：①在质子化的四钛酸钾晶须表面负载纳米TiO2获得晶须复合材料；②将Fe3+和壳聚糖与获得的晶须复合材料混合，加入交联剂并光照，使反应体系在分散状态下交联聚合并印迹析出；③去除Fe3+模板。

【技术特征摘要】
1.一种表面印迹Fe3+四钛酸钾晶须吸附剂，其特征在于，合成工艺步骤包括：①在质子化的四钛酸钾晶须表面负载纳米TiO2获得晶须复合材料；②将Fe3+和壳聚糖与获得的晶须复合材料混合，加入交联剂并光照，使反应体系在分散状态下交联聚合并印迹析出；③去除Fe3+模板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤①中，晶须复合材料制备方法包括：取四钛酸钾晶须用盐酸浸泡使其表面质子化；将质子化四钛酸钾晶须浸泡于四丁基氢氧化铵溶液中；超声分散得质子化钛酸盐悬浮液；将TiO2纳米溶胶加入质子化钛酸盐悬浮液中进行反应，产物灼烧得TiO2-K2Ti4O9晶须复合材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，TiO2纳米溶胶通过将异丙氧基钛和乙酰丙酮加入硝酸溶液反应制成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤②中，印迹步骤包括：将步骤①获得的晶须复合材料分散至Fe-壳聚糖溶液中，同时加入交联剂，在紫外光照下连续搅拌，超声振荡分散；Fe-壳聚糖溶液制备方法优选为：在加热搅拌条件下将FeCl3•6H2O溶入乙酸溶液中，加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，杨晓宇，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37