一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米粒子及其制备方法，吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米球为四氧化三铁纳米粒子聚集体表面接枝苯乙烯‑三巯基均三嗪树脂树脂的复合纳米粒子。采用乳液聚合法制得氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子，再利用亲核取代反应将三巯基均三嗪官能团固定在磁性聚苯乙烯纳米粒子表面，制得吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米粒子。本发明专利技术吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米球的表面具有丰富的三巯基均三嗪官能团，能从水溶液中快速、大量吸附重金属离子，且吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米球对汞、铅、镉、铬、锰、镍、铜等重金属离子均具有较高的饱和吸附量；本发明专利技术制备方法简单、条件温和、经济环保。

An Adsorptive Functional Magnetic Fe3O4@PS-TMT Nanoparticles and Its Preparation Method

The invention discloses an adsorptive functional magnetic Fe3O4@PS_TMT nanoparticle and a preparation method thereof. The adsorptive functional magnetic Fe3O4@PS_TMT nanosphere is a composite nanoparticle grafted with styrene_trimercapto triazine resin on the surface of an aggregate of ferric oxide nanoparticles. The chloromethylation of magnetic polystyrene nanoparticles was prepared by emulsion polymerization. Then the three mercapto three Fe3O4@PS functional groups were immobilized on the surface of magnetic polystyrene nanoparticles by nucleophilic substitution reaction, and the adsorptive functional magnetic nanoparticles of TMT were prepared. The surface of the adsorbed functional magnetic Fe3O4@PS_TMT nanosphere has abundant trimercapto-triazine functional groups, which can adsorb heavy metal ions rapidly and massively from aqueous solution, and the adsorbed functional magnetic Fe3O4@PS_TMT nanosphere has high saturated adsorption capacity for mercury, lead, cadmium, chromium, manganese, nickel, copper and other heavy metal ions. Environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子及其制备方法
本专利技术涉及一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子及其制备方法。
技术介绍
随着工业的发展和人口的增长，人类活动使得水体环境受到强烈的人为干扰，重金属污染物通过各种途径进入了水体环境，使得水体重金属污染成为全球面临的一个亟待解决的环境问题。常见重金属污染主要包括Cr、Mn、Cu、Ni、Hg、Pb和Cd等离子，具有毒性高、不可降解，并且可以通过食物链进行富集、迁移进入生物体中，与生物体内的酶等生物大分子结合，破坏生物大分子的活性结构，从而严重损害人体及其他生物的生命健康。如铅中毒会降低甲状腺摄取碘的能力，镉可以造成骨痛病，汞会严重损伤神经系统等。鉴于当前严峻的水体重金属污染现象，寻找一种高效、低能耗、环境友好的重金属污染的治理方法已经成为广大环保人士和科研工作者的共识。目前，重金属废水处理技术主要分为化学沉淀法、膜分离法、电化学法、吸附法等。在此众多的处理方法之中，吸附法以其低成本、操作简便、可控性强、吸附材料种类多、来源广泛等优点而成为一种广泛研究和应用的重金属废水处理方法。磁性高分子纳米粒子是一种重要的新型的功能材料，是由无机磁性物质与高分子材料复合而成，同时兼备无机物质的磁学性质和高分子材料的表面性能，还具有粒径小、比表面积答、可偶联的生物分子容量大等性能，在生物医药、分离工程、环境治理、催化剂等领域具有广泛的应用前景。但是，磁性高分子吸附材料的吸附容量小、吸附速率慢、选择性差等问题而严重制约了吸附法在重金属治理领域的应用。因此开发廉价、高效、无污染的磁性高分子吸附剂是吸附法处理重金属废水工艺的关键技术。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子及其制备方法。吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子表面具有丰富的三巯基均三嗪，能从水溶液中快速、大量吸附重金属离子，对汞、铅、镉、铬、锰、镍、铜等重金属离子均具有较高的饱和吸附量；由于其具有磁性，利于回收再利用。本专利技术采取的技术方案为：一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子，所述吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米颗粒为在四氧化三铁纳米粒子聚集体表面接枝有苯乙烯-三巯基均三嗪树脂的复合纳米粒子。所述吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的直径为15～40nm，苯乙烯-三巯基均三嗪树脂树脂厚度为1nm～10nm。本专利技术还提供了所述吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的制备方法，先采用乳液聚合法制得氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子，再利用亲核取代反应将三巯基均三嗪官能团固定在磁性聚苯乙烯纳米粒子表面，制得吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子。进一步地，所述制备方法包括以下步骤：S1：以2119.2mg乙酰丙酮铁为原料合成油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子；S2：将油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子分散到二氯甲烷中，并依次加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇和蒸馏水，在超声条件下形成乳状液，最后加热除去磁性四氧化三铁乳状液中二氯甲烷，得到磁性四氧化三铁乳状液；S3：向水中依次加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、对氯甲基苯乙烯，和/或苯乙烯，在超声条件下形成对氯甲基苯乙烯乳状液或苯乙烯-对氯甲基苯乙烯乳状液；S4：在氮气保护下，将步骤S2得到的磁性四氧化三铁乳状液和步骤S3得到的对氯甲基苯乙烯乳状液或苯乙烯-对氯甲基苯乙烯乳状液在过硫酸钾引发剂的作用下，60～65℃条件下反应5～6.5h，然后经磁分离，得到氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子；S5：向氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子中加入TMT试剂、催化剂和质子碱，在有机醇中，加热搅拌条件下进行亲核取代反应，待反应结束后，自然冷却到室温，所得沉淀经磁分离、洗涤、真空干燥后得到吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子。所述步骤S2中，十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的比值为(400～600)mg：(0.3～0.6)mL：(30～45)mL；这样的配比条件下，得到的磁性四氧化三铁乳状液中的磁性四氧化三铁的分散状态最好，活性最高。所述步骤S3中，苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的体积之比为(0～5)：(3～5)。所述步骤S3中，水、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、对氯甲基苯乙烯的比值为(20～30)mL：(380～420)mg：(0.3～0.6)mL：(0.3～1.0)mL，这样的配比条件下，得到的磁性对氯甲基苯乙烯乳状液中的氯甲基苯乙烯的分散状态最好，活性最高。所述步骤S5中，TMT试剂为三巯基均三嗪或三巯基均三嗪三钠盐，催化剂为碘化钾，质子碱为三乙胺，有机醇为甲醇或乙醇。所述步骤S5中，对氯甲基苯乙烯与TMT试剂的质量比为0.09～0.903；TMT试剂与催化剂的质量比为2～4.17；TMT试剂与质子碱的质量比为0.411～1.644；TMT试剂在有机醇中的浓度为10～120mg/mL。所述步骤S5中，亲核取代反应的温度为60～75℃，时间为12～24h。本专利技术提供的Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的制备方法中，在步骤S3的对氯甲基苯乙烯乳状液或苯乙烯-对氯甲基苯乙烯乳状液制备时，先将油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子分散到二氯甲烷，增大其溶解性，在乳液制备完成之后再将二氯甲烷蒸发除去，以避免其影响步骤S5中的聚合反应的发生；并在对氯甲基苯乙烯乳状液和磁性四氧化三铁乳状液制备时选用十六烷基三甲基溴化铵作为阳离子表面活性剂并以正丁醇作为助剂，两者相互配合，可促进对氯甲基苯乙烯和磁性四氧化三铁在乳液中的分散均匀性，并在乳液聚合时可显著降低两者聚合所用的时间，并且得到的氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子的均匀性较好，粒径均在15～40nm之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子具有良好的分散性和均匀性，且吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子为铁磁性材料，能被磁场分离、回收；2.吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子表面具有丰富的三巯基均三嗪官能团，可与多种无机和有机试剂进行反应，生成重要的磁性复合纳米材料；3.吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子能从水溶液中快速、大量吸附重金属离子，且吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子对汞、铅、镉、铬、锰、镍、铜等重金属离子均具有较高的饱和吸附量；4.制备吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的方法简单，条件温和，经济环保；5.吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的粒径可控，在20～110nm范围内可控制备。附图说明图1为实施例1所制备的产物的扫描电子显微镜检测图；图2为实施例2所制备的产物的扫描电子显微镜检测图；图3为实施例1所制备的产物的透射电子显微镜检测图；图4为实施例1所制备的产物的X-射线粉末衍射检测图；图5为实施例1所制备的产物的红外光谱图；图6为实施例1制备的产物的磁滞回线图，横坐标为磁场强度H(Oe)，纵坐标为饱和磁化强度M(emu/g)；图7为实施例7所述的吸附Hg2+效果图；图8为实施例8所述的吸附不同重金属离子效果图；图9为氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子、三巯基均三嗪三钠盐、Fe3O4@PS-TMT纳米粒子对金属离子吸附率的柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米粒子，其特征在于，所述吸附功能磁性Fe3O4@PS‑TMT纳米颗粒为在四氧化三铁纳米粒子聚集体表面接枝有苯乙烯‑三巯基均三嗪树脂的复合纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子，其特征在于，所述吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米颗粒为在四氧化三铁纳米粒子聚集体表面接枝有苯乙烯-三巯基均三嗪树脂的复合纳米粒子。2.根据权利要求1所述的吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子，其特征在于，所述吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的直径为15～40nm，苯乙烯-三巯基均三嗪树脂树脂厚度为1nm～10nm。3.根据权利要求1或2所述的吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子的制备方法，其特征在于，先采用乳液聚合法制得氯甲基化磁性聚苯乙烯纳米粒子，再利用亲核取代反应将三巯基均三嗪官能团固定在磁性聚苯乙烯纳米粒子表面，制得吸附功能磁性Fe3O4@PS-TMT纳米粒子。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1：以2119.2mg乙酰丙酮铁为原料合成油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子；S2：将油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子分散到二氯甲烷中，并依次加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇和蒸馏水，在超声条件下形成乳状液，最后加热除去磁性四氧化三铁乳状液中二氯甲烷，得到磁性四氧化三铁乳状液；S3：向水中依次加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、对氯甲基苯乙烯，和/或苯乙烯，在超声条件下形成对氯甲基苯乙烯乳状液或苯乙烯-对氯甲基苯乙烯乳状液；S4：在氮气保护下，将步骤S2得到的磁性四氧化三铁乳状液和步骤S3得到的对氯甲基苯乙烯乳状液或苯乙烯-对氯甲基苯乙烯乳状液在过硫酸钾引发剂的作用下，60～65℃条件下反应5～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志明，宋娇娇，汪春梅，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34