一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：1）采用水热法合成制备Fe3O4纳米颗粒；2）采用巯基乙酸对上述Fe3O4纳米颗粒进行修饰；3）将巯基乙酸修饰后的Fe3O4纳米颗粒分散到ZrCl4的DMF溶液中等步骤，最后将沉积后的固体干燥，即得赋磁多孔聚合材料；本发明专利技术制备的赋磁型复合材料吸附剂对空气和水以及热均具有良好的稳定性，无腐蚀性，而且具有强磁响应性。

【技术实现步骤摘要】
一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法
本专利技术涉及吸附分离应用领域，具体涉及一种具有赋磁型复合多孔材料吸附剂的制备方法。
技术介绍
采用多孔纳米材料吸附、富集煤电燃烧产生的金属元素，如汞、铅、砷和硒等有害物质是一种环境领域的重要方法。目前大多采用活性炭吸附的方式，然而考虑到此类材料在使用后不能回收利用和产生二次污染，因此选择的采用对环境低毒性多孔聚合物吸附富集分离烟气中的有害金属元素具有重要意义。电厂烟气具有较高温度，且在一定湿度条件下具有一定腐蚀性的特点，具有耐酸碱性和高的污染物吸附容量的锆基多孔聚合材料能很好的解决这类问题。为了进一步减少使用时对环境的影响，研究采用连续溶剂法制备赋磁多孔聚合物，使之能在磁场条件下有效回收，改善其使用性能。纳米材料的彻底分离和回收困难。为了解决纳米金属有机骨架材料分离困难的问题，柯飞等研究者通过层层自组装技术制备了核-壳结构的磁性金属有机骨架材料，并考察了Fe3O4@MIL-100(Fe)在克莱森缩合反应中的催化反应性能。研究表明，核-壳结构的磁性金属有机骨架材料不仅可以表现出较好的催化活性，而且可以实现催化剂的简单磁性分离。
技术实现思路
本专利技术提供一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，以及赋磁多孔复合材料吸附剂。本专利技术的具体技术方案如下：一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，包括以下步骤：1）采用水热法合成制备Fe3O4纳米颗粒；2）并将得到的颗粒在旋转永磁体搅拌条件下，采用巯基乙酸对上述Fe3O4纳米颗粒进行修饰；3）将巯基乙酸修饰后的Fe3O4纳米颗粒分散到ZrCl4的DMF溶液中，在110-130℃搅拌1-3h，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到的固体分散至对苯二甲酸的DMF溶液中，并转移至高压釜中，密封条件下在110-130℃低速搅拌反应1-3h，低速搅拌时，在高压釜外施加由旋转永磁体产生的微扰动磁场，永磁体旋转方向与低速搅拌方向相反，然后急速冷却至室温，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到一次沉积的固体；一次沉积的固体再分散到ZrCl4的DMF溶液中，在110-130℃搅拌1-3h，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到的固体分散至对苯二甲酸的DMF溶液中，并转移至高压釜中，密封条件下在110-130℃低速搅拌反应1-3h，低速搅拌时，在高压釜外施加由旋转永磁体产生的微扰动磁场，永磁体旋转方向与低速搅拌方向相反，然后急速冷却至室温，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到二次沉积的固体；按此方法进行3-5次沉积；最后将沉积后的固体干燥，即得赋磁多孔聚合材料。进一步地，步骤2）中，对Fe3O4纳米颗粒修饰时，先采用功率为5-10W/cm2，频率为15-30kHz的超声波处理3-5分钟；然后在剩磁强度为0.8-1.4T，旋转速度为6-12rpm的旋转永磁体条件下修饰5-10分钟。进一步地，步骤3）中，每克巯基乙酸修饰的Fe3O4对应0.8mol的ZrCl4的用量。进一步地，步骤3）中，每克巯基乙酸修饰的Fe3O4对应0.8mol的苯二甲酸用量。进一步地，步骤3）中，每次沉积时ZrCl4的DMF溶液的浓度为5-40mmol·L-1；苯二甲酸的DMF溶液浓度为5-40mmol·L-1。进一步地，步骤3）中，每次沉积时ZrCl4的DMF溶液的浓度优选为20mmol·L-1；苯二甲酸的DMF溶液浓度优选为20mmol·L-1。进一步地，步骤3）中，旋转永磁体的剩磁强度为0.8-1.4T之间。进一步地，步骤3）中，低速搅拌速度为20-60rpm；永磁体旋转速度为6-12rpm。进一步地，步骤3）中，急速冷却条件为1分钟内急速冷却至室温。进一步地，步骤3）中，沉积后的固体干燥条件为：120℃条件下，100-300W微波真空干燥3-6分钟，随后真空干燥3小时。上述方法制备的赋磁型复合材料吸附剂。本专利技术相比现有技术具有如下有益效果：1、本专利技术赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，采用连续溶剂的方法，制备高稳定和高吸附容量的赋磁型复合吸附材料。该材料尺度均一可控，制备过程简单，成本低，可根据需求放大生产。2、本专利技术采用锆基多孔材料制备原理为有机配体分子与金属离子或金属簇通过层层自组装过程形成。制得的材料为锆基多孔聚合物，克服了纳米材料难以回收利用等缺点，通过磁性分离可实现了吸附剂的多次循环使用，且其结构没有明显变化，具有良好的重复使用性。3、制备过程中，对Fe3O4修饰时，先采用声场驱动控制颗粒分散度，再经旋转永磁体条件下修饰，通过这种方法巯基化处理的Fe3O4，有效控制颗粒度。制备过程中，在聚四氟乙烯内衬外采用电机驱动环形可移动永磁体慢速旋转（6-12rpm）产生微扰动磁场，磁场作用的旋转方向与搅拌器搅拌方向相反，使得反应过程中磁性粒子悬浮且与液体旋转方向反向移动，便于粒子表面动态均匀沉积产生介孔。采用急速冷却方式致聚合物产生介孔，提高对吸附质的吸附容量；在外加磁场的反应釜中密封条件下加热反应，并维持低速搅拌，在磁场及搅拌作用下，使之沉积均匀，不团聚。附图说明附图1为实施例3制备的Fe3O4粒子TEM；附图2为实施例3的赋磁型复合材料吸附剂的TEM；附图3为实施例3的赋磁型复合材料吸附剂的磁性分离效果图；附图4为吸附循环后样品TEM；附图5不同实验条件得到的样品对比图；附图6为实施例3的赋磁型复合材料吸附剂证实其多孔性的聚合物BET（也作摘要附图）。具体实施方式本专利技术可以从下述的实施例中得到更清楚的说明，但本专利技术的内容不限于此。磁性颗粒Fe3O4的制备方法描述于Liu,J.;Sun,Z.K.;Deng,Y.H.;Zou,Y.;Li,C.Y.;Guo,X.H.;Xiong,L.Q.;Gao,Y.;Li,F.Y.;Zhao,D.Y.Angew.Chem.,Int.Ed.2009,48,5875–5879。实施例1：1.Fe3O4采用水热法合成：称取5.7g醋酸钠溶于50mL乙二醇溶液中加热使其充分溶解，将2.7gFeCl3·6H2O溶于上述溶液中，在50℃下搅拌1小时。然后将混合溶液转移到100mL的聚四氟乙烯高压釜中，加热至180℃，保持8小时。自然冷却至室温，磁性收集黑色磁性微球，分别用乙醇和去离子水洗涤3次。在60℃的真空干燥箱中干燥3小时。得到所需Fe3O4颗粒产品。2.巯基乙酸修饰Fe3O4：将1g上述制备的Fe3O4超声分散在80mL的巯基乙酸（硫代乙醇酸）（1.74mmol/L）的乙醇溶液中，控制温度在30℃，先采用功率为10W/cm2，频率为30kHz的超声波处理3分钟；然后在剩磁强度为0.8T，旋转速度为12rpm的旋转永磁体条件下修饰7分钟；修改后磁力收集产物并用蒸馏水和乙醇洗涤，得到巯基乙酸修饰的Fe3O4颗粒。3.将1g巯基乙酸修饰的Fe3O4颗粒分散到160mLZrCl4(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，包括以下步骤：/n1）采用水热法合成制备Fe

【技术特征摘要】
1.一种赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1）采用水热法合成制备Fe3O4纳米颗粒；
2）用巯基乙酸对上述Fe3O4纳米颗粒进行修饰；
3）将巯基乙酸修饰后的Fe3O4纳米颗粒分散到ZrCl4的DMF溶液中，在110-130℃搅拌1-3h，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到的固体分散至对苯二甲酸的DMF溶液中，并转移至高压釜中，密封条件下在110-130℃低速搅拌反应1-3h，低速搅拌时，在高压釜外施加由旋转永磁体产生的微扰动磁场，永磁体旋转方向与低速搅拌方向相反，然后急速冷却至室温，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到一次沉积的固体；
一次沉积的固体再分散到ZrCl4的DMF溶液中，在110-130℃搅拌1-3h，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到的固体分散至对苯二甲酸的DMF溶液中，并转移至高压釜中，密封条件下在110-130℃低速搅拌反应1-3h，低速搅拌时，在高压釜外施加由旋转永磁体产生的微扰动磁场，永磁体旋转方向与低速搅拌方向相反，然后急速冷却至室温，并磁性分离，用DMF洗涤三次，得到二次沉积的固体；按此方法进行3-5次沉积；最后将沉积后的固体干燥，即得赋磁多孔聚合材料。


2.根据权利要求1所述赋磁多孔复合材料吸附剂的制备方法，步骤2）中，对Fe3O4纳米颗粒修饰时，先采用功率为5-10W/cm2，频率为15-30kHz的超声波处理3-5分钟；然后在剩磁强度为0.8-1.4T，旋转速度为6-12rpm的旋转永磁体条件下修饰5-10分钟。


3.根据权利要求2所述赋磁多孔复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：许月阳，曾勇平，仲兆平，薛建明，管一明，王宏亮，柏源，徐振，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院有限公司，扬州大学，东南大学，国电环境保护研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32