磁性类普鲁士蓝材料及其制备和吸附铯离子的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种磁性类普鲁士蓝材料及其制备和吸附铯离子的应用，其制备方法包括以下步骤：在热引发剂的作用下，将表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子与含碳碳双键的吡啶类化合物、不饱和芳香烃以及油溶性交联剂在水中进行反应，反应完全后得到聚合物包裹的磁性纳米粒子；将所述磁性纳米粒子与五氰基单氨合亚铁酸盐发生配体交换反应，得到所述磁性类普鲁士蓝材料。本发明专利技术的磁性类普鲁士蓝材料可用于吸附土壤中尤其是黏土中的铯离子，结合阳离子化壳聚糖对黏土的预处理，其对铯离子的吸附效率高，可实现土壤的高效净化。

Magnetic Prussian blue like material and its application in preparation and adsorption of cesium ion

【技术实现步骤摘要】
磁性类普鲁士蓝材料及其制备和吸附铯离子的应用
本专利技术涉及放射性元素吸附材料领域，尤其涉及一种磁性类普鲁士蓝材料及其制备和吸附铯离子的应用。
技术介绍
核事故的发生会造成大量放射性核素的泄露，其中包括了具有较长半衰期、高放射性、高溶解性、高活性等特点的铯-137。核事故除了会引起水体污染外，大量的放射性铯会释放到大气中并最终沉降到地表，然后被表层土附着，污染土壤，限制土地的使用，影响农业及畜牧业的发展。此外，铯离子会取代钾，与黏土类矿物作用，导致与土壤几乎不可逆的结合。沉降到地表的放射性铯中约80％与土壤结合，仅20％是可迁移的。最终残留的放射性铯离子将会对土壤环境造成持久的影响。因此，研究有效去除土壤中的铯离子具有重要的战略意义。现有的净化方法主要有：淋洗净化法、阳离子净化法、电动力修复法、植物修复法、吸附法及固载法等。淋洗净化法是一种去除土壤中放射性铯的传统方法。该方法通常是利用强酸溶液作为淋洗剂，通过氢离子与铯离子的离子交换作用，将铯离子从土壤中置换出来。阳离子净化法类似上述的淋洗法，主要针对的是黏土中铯离子的脱除。具体是通过阳离子与黏土分子间的相互作用，造成黏土层间坍塌(如NH4+和K+)或者层间距扩大(如Mg2+和Ca2+)，从而将铯离子脱除，以实现净化。此外还有利用十二烷基三甲基溴化铵这类阳离子表面活性剂或者聚乙烯亚胺类阳离子聚电解质对黏土分子进行插层来实现铯离子的脱吸附。电动力修复法是利用电迁移及电渗作用将铯离子驱动并富集到电极区，达到土壤净化的目的。吸附法是一种利用合成的吸附材料与土壤和水混合，在吸附平衡后，将吸附剂分离，达到净化土壤目的的方法。植物修复法是利用植物对放射性铯污染的土壤进行修复。固载法是通过固体基材(如聚合物、陶瓷或者纳米粒子等)固载土壤中的放射性铯离子，防止铯离子滤出造成二次污染的方法。现有的净化方法，如淋洗净化法、阳离子净化法、电动力修复法在内都存在效率低下、处理过程中产生大量废液等缺点。而植物修复法比其他方法，所消耗的时间更为长久。固载法则是为了固载防滤而非净化土壤，没有从根本上解决问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种磁性类普鲁士蓝材料及其制备和吸附铯离子的应用，本专利技术提供了一种新型磁性类普鲁士蓝材料，其能够有效吸附铯离子，吸附分离效率高，可用于土壤中铯离子的有效吸附。本专利技术的第一个目的是提供一种磁性类普鲁士蓝材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在热引发剂的作用下，将表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子与含碳碳双键的吡啶类化合物、不饱和芳香烃以及油溶性交联剂在水中进行反应，反应温度为65-80℃，反应完全后得到聚合物包裹的磁性纳米粒子；(2)将所述聚合物包裹的磁性纳米粒子与五氰基单氨合亚铁酸盐发生配体交换反应，反应温度为25-60℃，得到所述磁性类普鲁士蓝材料。进一步地，在步骤(1)中，所述表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子的制备方法包括以下步骤：将铁盐和亚铁盐在水中于65-90℃反应，反应完全后向其中加入脂肪酸的有机溶液，在碱性条件下混匀后反应，然后在碱性条件下，将得到的产物分散于脂肪酸的水溶液，得到所述表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子。进一步地，脂肪酸为油酸、硬脂酸和月桂酸中的一种或几种。进一步地，铁盐为氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或几种；亚铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁和硝酸亚铁中的一种或几种。本专利技术所使用的表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子，包括内核的Fe3O4纳米粒子，其外表面依次修饰有第一脂肪酸层和第二脂肪酸层，第一脂肪酸层中亲水端中的羧基与Fe3O4纳米粒子中的铁原子具有相互作用力，因此，其疏水端位于远离Fe3O4纳米粒子的一侧，因此，第二脂肪酸层中的疏水端由于亲疏水作用力与第一脂肪层中的疏水端互溶，其亲水端则位于远离Fe3O4纳米粒子的一侧，即在Fe3O4纳米粒子表面形成双层脂肪酸，双层脂肪酸具有亲水部和疏水部，其疏水部被包裹于亲水部中央。进一步地，在步骤(1)中，热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈和2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)中的一种或几种。进一步地，在步骤(1)中，所述含碳碳双键的吡啶类化合物为4-乙烯基吡啶和/或2-乙烯基吡啶。进一步地，在步骤(1)中，所述不饱和芳香烃为苯乙烯和/或对甲基苯乙烯。进一步地，在步骤(1)中，所述油溶性交联剂为二乙烯基苯。进一步地，在步骤(1)中，先将表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子分散于水中形成悬浊液，然后将悬浊液与其他反应物混合，其中，悬浊液与含碳碳双键的吡啶类化合物的体积比为9-30。进一步地，在步骤(1)中，含碳碳双键的吡啶类化合物、不饱和芳香烃以及油溶性交联剂的摩尔比为10:5:1.5-10:2.5:1。在步骤(1)中，含碳碳双键的吡啶类化合物与不饱和芳香烃在交联剂和引发剂的作用下，在双层脂肪酸的疏水部中发生共聚反应。进一步地，在步骤(2)中，五氰基单氨合亚铁酸盐为Na3[Fe(CN)5NH3]或K3[Fe(CN)5NH3]。在步骤(2)中，聚合物包裹的磁性纳米粒子中含有大量吡啶基，其与五氰基单氨合亚铁酸盐中的氨基发生配体交换反应，使得聚合物包裹的磁性纳米粒子上连接大量的Fe(CN)5配体。本专利技术的第二个目的是要求保护一种采用上述方法所制备的磁性类普鲁士蓝材料。本专利技术的第三个目的是要求保护磁性类普鲁士蓝材料作为铯离子吸附材料的应用。进一步地，铯离子吸附材料用于吸附土壤中铯离子，包括以下步骤：将所述磁性类普鲁士蓝材料与土壤在水中混匀，吸附平衡后，得到吸附铯离子的产物，然后采用磁性材料将所述吸附铯离子的产物从土壤中分离。进一步地，土壤包括黏土，如：蒙脱土、膨润土、伊利土等。进一步地，磁性材料为四氧化三铁。进一步地，磁性类普鲁士蓝材料与土壤的质量比为0.05-0.2。进一步地，土壤为黏土，所述铯离子吸附材料吸附黏土中铯离子的方法包括以下步骤：使用阳离子化壳聚糖的水溶液洗脱黏土，脱附平衡后，分离出处理后的黏土以及洗脱液；然后向所述洗脱液中加入所述磁性类普鲁士蓝材料，吸附平衡后，得到吸附铯离子的产物，然后采用磁性材料将所述吸附铯离子的产物从土壤中分离。进一步地，阳离子化壳聚糖为壳聚糖盐酸盐、壳聚糖乳酸盐和壳聚糖季铵盐中的一种或几种。进一步地，阳离子化壳聚糖的水溶液的浓度为0.5-2.5g/L，阳离子化壳聚糖与黏土的质量比为0.05-0.25。采用阳离子化壳聚糖的水溶液洗脱黏土，解决了黏土与铯离子的强相互作用，实现铯离子从黏土中的有效脱除。进一步地，磁性类普鲁士蓝材料在洗脱液中的浓度为0.5-2.0g/L。利用磁性类普鲁士蓝材料对洗脱液进一步处理，进一步吸附铯离子，实现黏土的高效净化。本专利技术的磁性类普鲁士蓝材料与阳离子化壳聚糖协同净化黏土，其对铯离子的吸附效果更好。使用本专利技术的磁性类普鲁士蓝材料吸附铯离子时，铯离子与磁性类普鲁士蓝材料中的阳离子发生置换反应，该阳离子来源于五氰基单氨合亚铁酸盐中的阳离子，然后利用磁性材料将吸附铯离子的产物分离，从而将铯离子去除。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)本专利技术提供了一种新型磁性类普鲁士蓝材料，其制备方法简单、反应条件温和。(2)本专利技术制备的磁性类普鲁士蓝材料能够有效吸附铯离子，吸附分离效率高，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性类普鲁士蓝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在热引发剂的作用下，将表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子与含碳碳双键的吡啶类化合物、不饱和芳香烃以及油溶性交联剂在水中进行反应，反应温度为65‑80℃，反应完全后得到聚合物包裹的磁性纳米粒子；(2)将所述聚合物包裹的磁性纳米粒子与五氰基单氨合亚铁酸盐发生配体交换反应，反应温度为25‑60℃，得到所述磁性类普鲁士蓝材料。

【技术特征摘要】
1.一种磁性类普鲁士蓝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在热引发剂的作用下，将表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子与含碳碳双键的吡啶类化合物、不饱和芳香烃以及油溶性交联剂在水中进行反应，反应温度为65-80℃，反应完全后得到聚合物包裹的磁性纳米粒子；(2)将所述聚合物包裹的磁性纳米粒子与五氰基单氨合亚铁酸盐发生配体交换反应，反应温度为25-60℃，得到所述磁性类普鲁士蓝材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子的制备方法包括以下步骤：将铁盐和亚铁盐在水中于65-90℃反应，反应完全后向其中加入脂肪酸的有机溶液，在碱性条件下混匀后反应，然后在碱性条件下，将得到的产物分散于脂肪酸的水溶液，得到所述表面修饰双层脂肪酸的Fe3O4纳米粒子。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸为油酸、硬脂酸和月桂酸中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述含碳碳双键的吡啶类化合物为...

【专利技术属性】
技术研发人员：华道本，钱骏，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32