一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法技术

本发明专利技术属于水污染处理应用技术领域，尤其涉及一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法。本发明专利技术利用离子液体合成Fe3O4纳米颗粒，再以Fe3O4纳米粒子为种子，在加热条件下慢慢滴加TEOS形成核，再以CTAB为模板剂合成Fe3O4@SiO2，最后除去模板剂，得到以Fe3O4为磁核的介孔二氧化硅。通过实验证明先合成Fe3O4@SiO2核的必要性。最后用核壳结构的介孔Fe3O4@SiO2去除水体中的微量铜离子。结果表明磁性介孔二氧化硅表面及内部存在着大量的介孔结构，当pH6、温度在60℃时，磁性介孔二氧化硅对铜离子有较强的吸附能力；吸附时间为7h左右，磁性介孔二氧化硅对铜离子的吸附容量达到饱和。

【技术实现步骤摘要】
一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法
本专利技术属于水污染处理应用
，尤其涉及一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，自然界受到了大量的重金属废水的污染。我国水体重金属污染问题十分突出，重金属废水排入天然水体后对生物健康造成严重危害。铜是工业生产中应用较为广泛且具有回收价值的一种重金属，探究废水中铜的有效处理和回收显得尤为重要。目前治理含铜废水的方法主要有物理吸附法、化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离法等。其中吸附法因有高效、经济、绿色等优点而被广泛应用。传统吸附剂普遍存在再生成本高、使用寿命短、难以回收重金属资源等问题，尤其是Cu2+浓度非常低时，宏观的吸附界面往往难以将极微量金属离子短时间内有效去除。因此，制备高效率、低成本、易于回收的新型吸附剂具有重要意义。磁性吸附材料是目前的研究热点，在使用外部磁场的情况下很容易将其从溶液中分离出来，可重复使用，在水处理中的应用较为广泛。磁性纳米粒子，特别是Fe3O4，由于其特殊的磁性、生物相容性、低毒性以及易于经济的合成工艺，近年来引起了人们的广泛关注。此外，由于Fe3O4磁性纳米粒子的外部磁场不存在外部扩散阻力、高活性、高表面积和从液相中快速回收，Fe3O4基纳米材料被归类为去除废水中污染物的有前途的吸附剂，在重金属离子深度处理中亦有良好的应用前景。目前，法是在Fe3O4纳米粒子表面修饰SiO2最常用的方法，以溶胶-凝胶反应为基础，Fe3O4纳米粒子为种子，在醇/水溶液体系中，通过加入氨水使正硅酸乙酯(TEOS)在碱性环境下水解和缩合，生成的SiO2包覆在种子表面。与其他SiO2修饰方法相比，法具有操作简单、成本低廉、包覆率高等特点，但制备出的粒子大小难以控制，粒径分布不均匀。
技术实现思路
本专利技术针对上述的所存在的粒子大小难以控制，粒径分布不均匀的技术问题，提出一种方法简单、操作方便且去除铜离子效果好的一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为，本专利技术提供一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法，包括以下步骤：a、首先准确称取FeCl3·6H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得1.00mol/LFeCl3溶液备用；b、准确称取FeSO4·7H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得0.50mol/LFeSO4溶液备用；c、分别取相同体积的1.00mol/LFeCl3溶液与0.50mol/LFeSO4溶液于烧杯中混合均匀，同时用水浴加热并保温在30℃，得到混合溶液；d、在搅拌条件下向混合溶液中缓慢滴入1.00mol/LNaOH溶液，再滴加浓氨水，直至溶液完全变黑，待溶液完全变黑，然后继续滴加少量氢氧化钠溶30℃下搅拌保温2h；e、搅拌保温结束后，离心分离反应混合物。将分离得到的黑色固体用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次，经磁分离后80℃真空干燥，得到Fe3O4纳米颗粒，备用；f、将得到的Fe3O4纳米颗粒分散在无水乙醇中，超声震荡使颗粒分散均匀后依次添加无水乙醇、去离子水、浓氨水，得到悬浊液；g、将悬浊液在80℃下搅拌0.5h，缓慢滴加0.5g正硅酸乙酯，在80℃下搅拌回流反应2h，将反应后的溶液离心得到固体产物，再用去离子水洗涤三次，制得磁性SiO2核；h、将磁性SiO2核分散在无水乙醇中，超声震荡使颗粒分散均匀后依次添加去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、浓氨水，得到SiO2悬浊液；i、将SiO2悬浊液在80℃下搅拌，缓慢滴加正硅酸乙酯，在80℃下搅拌回流反应，得到固体产物；j、将固体产物在无水乙醇和浓盐酸混合液中90℃回流48h以去除模板剂十六烷基三甲基溴化铵，此过程重复两次以上，直至红外光谱中CTAB的吸收峰消失，再将固体产物用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，经磁分离后，80℃真空干燥，得到磁性介孔二氧化硅。作为优选，所述d步骤中，NaOH溶液的添加量为1.00mol/LFeCl3溶液与0.50mol/LFeSO4的体积和。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于，本专利技术提供一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法，先利用离子液体合成Fe3O4纳米颗粒，再以Fe3O4纳米粒子为种子，在加热条件下慢慢滴加TEOS形成核，再以CTAB为模板剂合成Fe3O4@SiO2，最后除去模板剂，得到以Fe3O4为磁核的介孔二氧化硅。通过实验证明先合成Fe3O4@SiO2核的必要性。最后用核壳结构的介孔Fe3O4@SiO2去除水体中的微量铜离子。结果表明磁性介孔二氧化硅表面及内部存在着大量的介孔结构，当pH6、温度在60℃时，磁性介孔二氧化硅对铜离子有较强的吸附能力；吸附时间为7h左右，磁性介孔二氧化硅对铜离子的吸附容量达到饱和。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1提供的Fe3O4@SiO2纳米粒子的扫描电镜(SEM)图，其中，B为A的放大图，B右下角为单个颗粒的透射电镜(TEM)图；图2为Fe3O4和Fe3O4@SiO2纳米粒子的广角X射线衍射(WAXRD)；图3为吸光度A-铜离子浓度c(mg/L)标准曲线图；图4为pH值对磁性介孔二氧化硅吸附效果的影响图；图5为硫酸铜溶液初始浓度对磁性介孔二氧化硅吸附效果的影响图；图6为温度对磁性介孔二氧化硅吸附效果的影响图；图7为吸附时间对磁性介孔二氧化硅吸附效果的影响图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。原料：六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O，国药集团，分析纯)；七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O，天津市光复精细化工厂，分析纯)；1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF4，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，≥97.0％)；氨水(NH3·H2O，成都市科隆化学品有限公司，分析纯)；正硅酸乙酯(TEOS，天津大茂试剂厂，分析纯)；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，天津科密欧，色谱纯)；氢氧化钠(NaOH，西陇科学，分析纯)；无水乙醇(C2H5OH，天津富宇精细化工厂，分析纯)；硫酸铜(CuSO4，天津市大茂科学试剂厂，分析纯)；硫酸(H2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：/na、首先准确称取FeCl3·6H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得1.00mol/LFeCl3溶液备用；/nb、准确称取FeSO4·7H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得0.50mol/LFeSO4溶液备用；/nc、分别取相同体积的1.00mol/L FeCl3溶液与0.50mol/L FeSO4溶液于烧杯中混合均匀，同时用水浴加热并保温在30℃，得到混合溶液；/nd、在搅拌条件下向混合溶液中缓慢滴入1.00mol/LNaOH溶液，再滴加浓氨水，直至溶液完全变黑，待溶液完全变黑，然后继续滴加少量氢氧化钠溶30℃下搅拌保温2h；/ne、搅拌保温结束后，离心分离反应混合物。将分离得到的黑色固体用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次，经磁分离后80℃真空干燥，得到Fe3O4纳米颗粒，备用；/nf、将得到的Fe3O4纳米颗粒分散在无水乙醇中，超声震荡使颗粒分散均匀后依次添加无水乙醇、去离子水、浓氨水，得到悬浊液；/ng、将悬浊液在80℃下搅拌0.5h，缓慢滴加0.5g正硅酸乙酯，在80℃下搅拌回流反应2h，将反应后的溶液离心得到固体产物，再用去离子水洗涤三次，制得磁性SiO2核；/nh、将磁性SiO2核分散在无水乙醇中，超声震荡使颗粒分散均匀后依次添加去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、浓氨水，得到SiO2悬浊液；/ni、将SiO2悬浊液在80℃下搅拌，缓慢滴加正硅酸乙酯，在80℃下搅拌回流反应，得到固体产物；/nj、将固体产物在无水乙醇和浓盐酸混合液中90℃回流48h以去除模板剂十六烷基三甲基溴化铵，此过程重复两次以上，直至红外光谱中CTAB的吸收峰消失，再将固体产物用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，经磁分离后，80℃真空干燥，得到磁性介孔二氧化硅。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于去除水中铜离子的磁性介孔二氧化硅的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先准确称取FeCl3·6H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得1.00mol/LFeCl3溶液备用；
b、准确称取FeSO4·7H2O于烧杯中，用体积比1:1的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与H2O的混合溶液溶解，获得0.50mol/LFeSO4溶液备用；
c、分别取相同体积的1.00mol/LFeCl3溶液与0.50mol/LFeSO4溶液于烧杯中混合均匀，同时用水浴加热并保温在30℃，得到混合溶液；
d、在搅拌条件下向混合溶液中缓慢滴入1.00mol/LNaOH溶液，再滴加浓氨水，直至溶液完全变黑，待溶液完全变黑，然后继续滴加少量氢氧化钠溶30℃下搅拌保温2h；
e、搅拌保温结束后，离心分离反应混合物。将分离得到的黑色固体用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次，经磁分离后80℃真空干燥，得到Fe3O4纳米颗粒，备用；
f、将得到的Fe3O4纳米颗粒分散在无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪梅，邵媛媛，王雅楼，韩泰森，赛东舜，成文清，东玉洁，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37