一种功能化磁性纳米复合材料的制备方法：在超声波辐照并连续搅拌通氮气条件下，可溶性亚铁盐和可溶性铁盐的混合溶液中，缓慢滴入新鲜配置的氨水溶液得到磁性纳米Fe
Preparation of Functional Magnetic Nanocomposites
A preparation method of functional magnetic nanocomposites: under the condition of ultrasonic irradiation and continuous agitation of nitrogen, the mixed solution of soluble ferrous salt and soluble iron salt is slowly dropped into the fresh ammonia solution to obtain magnetic nano Fe
【技术实现步骤摘要】
一种功能化磁性纳米复合材料的制备方法(一)
本专利技术涉及一种功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)的制备方法，所述复合材料中，间苯二胺单体(mPD)和2,5-二氨基苯磺酸单体(SP)的摩尔比为50:50。(二)
技术介绍
目前，国内外去除水体重金属离子的方法主要有化学沉淀法、膜分离法、电解法、离子交换法、生物法以及吸附法等。吸附法以其高效、经济、简便等优点而被广泛应用。传统的吸附剂如活性炭、沸石以及分子筛等，是基于吸附剂较大的比表面积及较高的表面能通过物理吸附去除水中的重金属(王靖宇,刘敬勇,裴媛媛.吸附剂在工业废水重金属处理中的应用研究进展[J].安徽农学通报(下半月刊),2011,17(16):128-130)。然而，这些材料大多存在选择性差、再生难、易产生二次污染等缺点，尤其在吸附处理后，吸附剂与废水不能实现快速有效分离，这也正是污水处理中急待解决的难题之一。随着纳米技术的迅速发展，各种磁性纳米材料被成功地合成出来，并被应用于环境污染的修复。纳米Fe3O4颗粒因制备工艺相对简便、价廉、无毒等优点而被广泛应用。其具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应等纳米尺寸效应，极高的比表面积和表面活性使其具有良好的吸附性能。当颗粒粒径小于20nm时，在常温下表现出超顺磁性，易修饰功能基团，与目标物发生特异性亲和吸附，在外加磁场的定向控制下，通过清洗和解吸操作，可将目标物从多组分环境中快速分离出来(CendrowskiaK,SikorabP,ZielinskaaB.Chemicalandthermalstabilityofcore-shelledmagnetitenanoparticlesandsolidsilica[J].AppliedSurfaceScience,2017,407:391–397；NassarNN.RapidremovalandrecoveryofPb(II)fromwastewaterbymagneticnanoadsorbent[J].JournalofHazardousMaterials,2010,184(3):538-546)。此外，纳米Fe3O4颗粒优异的热稳定性和机械强度，使其能适用于多种环境。目前，纳米Fe3O4制备方法及其性质的研究已成为纳米材料和功能材料领域的热点。化学法是现今纳米Fe3O4颗粒的主要制备方法，包括共沉淀法、微乳液法、水(溶剂)热法、热分解法、溶胶-凝胶法等。共沉淀法操作简便、设备要求低、可大规模生产、反应条件温和、产物纯度高，是目前使用最为普遍的经典方法之一。然而，磁性纳米Fe3O4颗粒在应用过程中也存在一些问题：裸露的颗粒在空气中极易被氧化；在酸性环境中易腐蚀；磁偶极相互作用使其易团聚，失去单畴磁极，导致吸附效果与吸附选择性变差。为使磁性纳米Fe3O4材料能够更有效、选择性更强地吸附重金属离子，必须对其进行保护和改性修饰，在其表面引入化学稳定性强的活性官能团(氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、羟基(-OH)等)，以减少团聚现象发生，使其具有良好的分散性、抗氧化性和耐酸碱性。研究发现氨基功能化纳米Fe3O4材料，羧基功能化纳米Fe3O4材料和磺酸基功能化纳米Fe3O4材料等均具有良好的分散性和抗氧化性，并对水中的重金属离子有较好的去除效果，较之未功能化的纳米Fe3O4，其吸附效果显著提高(TanYQ,ChenM,HaoYM.HighefficientremovalofPb(II)byamino-functionalizedFe3O4magneticnano-particles[J].ChemicalEngineeringJournal,2012,191:104-111；FengZG,ZhuS,GodoiD.AdsorptionofCd2+oncarboxyl-terminatedsuperparamagneticironoxidenanoparticles[J].AnalyticalChemistry,2012,84(8):3764-3770)。对利用超声波“声空化”物理特性来制备纳米铁及纳米铁系等物质，从而增加其分散性的研究报道已证实该技术的可行性(赵德明,张佩.一种制备纳米级零价铁及纳米级双金属Cu/Fe的方法,ZL201410554866.7,2017-01-11)，同时，超声波的存在可提高其分散性，强化界面间的化学反应和传递过程，促进反应表面的更新(ZhangZ,LvXS,BaigSA.Catalyticdechlorinationof2,4-dichlorophenolbyNi/Fenanoparticlesinthepresenceofhumicacid:intermediateproductsandsomeexperimentalparameters[J].JournalofExperimentalNanoscience,2014,9(6):603-615)。本专利技术将超声波应用于功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)的制备过程中，其能量特性和频率特性表现为高温分解作用、分散作用和剪切破碎作用等，这些作用施加于固液表面则表现为对固体表面的形态、组成、结构以及化学反应活性的影响，从而有效改善功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)的矿物学特性并促进其充分分散减少团聚，制备得到粒径更小、比表面积更大、具有更高反应活性和便于回收的功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)。(三)
技术实现思路
针对磁性纳米Fe3O4颗粒具有较强的聚合特性，易于团聚，存在纳米Fe3O4颗粒易被氧化，且团聚现象严重，造成反应活性降低等问题。本专利技术的目的在于提供一种通过对其进行氨基，亚氨基，磺酸基功能团修饰，制备得到功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)的方法。利用超声波的空化作用促进其充分分散和减少团聚，制备得到粒径更小、比表面积更大、具有更高反应活性和便于回收的功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)。本专利技术制备方法的原理是：在超声波辐照并连续搅拌通氮气条件下，FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的混合溶液中，缓慢滴入新鲜配置的氨水溶液得到磁性纳米Fe3O4颗粒。在超声波辐照下，将上述新制备的磁性纳米Fe3O4颗粒与间苯二胺单体(mPD)、2,5-二氨基苯磺酸单体(SP)混合溶解，搅拌均匀，通过化学氧化法一步合成粒径更小、比表面积更大和具有更高反应活性的氨基，亚氨基，磺酸基修饰的功能化磁性纳米复合材料Fe3O4-mPD/SP(50:50)。本专利技术的技术方案如下：一种功能化磁性纳米复合材料的制备方法，所述的制备方法为：(1)惰性气体(例如N2)保护、超声(40～80KHz，80～160W，下同)条件下，将可溶性铁盐、可溶性亚铁盐、无氧去离子水混合均匀，滴加氨水溶液至pH＝9～11，滴完后于50～60℃下反应45～60min，之后用磁选法从反应体系中分离出制得的磁性纳米Fe3O本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：/n(1)惰性气体保护、超声条件下，将可溶性铁盐、可溶性亚铁盐、无氧去离子水混合均匀，滴加氨水溶液至pH＝9～11，滴完后于50～60℃下反应45～60min，之后用磁选法从反应体系中分离出制得的磁性纳米Fe
【技术特征摘要】
1.一种功能化磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
(1)惰性气体保护、超声条件下，将可溶性铁盐、可溶性亚铁盐、无氧去离子水混合均匀，滴加氨水溶液至pH＝9～11，滴完后于50～60℃下反应45～60min，之后用磁选法从反应体系中分离出制得的磁性纳米Fe3O4颗粒，洗涤后真空干燥，备用；
所述可溶性铁盐、可溶性亚铁盐的物质的量之比为1～4：1；
(2)将步骤(1)所得磁性纳米Fe3O4颗粒、间苯二胺单体、2,5-二氨基苯磺酸单体、无氧去离子水混合，超声分散10～20min，得a溶液；将(NH4)2S2O8溶于无氧去离子水，得b溶液；25～30℃下，a溶液和b溶液水浴30min后，将b溶液滴加到a溶液中，滴完搅拌反应10～12h，之后用磁选法从反应体系中分离出制得的功能化磁性纳米复合材料，洗涤后真空干燥，即得最终产品；
所述间苯二胺单体、磁性纳米Fe3O4颗粒、2,5-二氨基苯磺酸单体、(NH4)2S2O8的物质的量之比为1：1～3：1：1～4。
2.如权利要求1所述的功能化磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述无氧去离子水的体积用量以可溶性亚铁盐的物质的量计为15～25mL/mmol。
3.如权利要求1所述的功能化磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨水溶液为新鲜配制，浓度为0.5～1.5mol/...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵德明，杨鑫宇，张建庭，吴纯鑫，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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