一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用，在基底材料表面包覆一层易于化学修饰的惰性保护层，在该惰性保护层上接枝全氟聚醚链以及亲水基团后得到所述磁性纳米材料。本发明专利技术采用与短碳链氟烷基化合物亲和力更强的全氟聚醚链作为磁性材料中的识别基团，并且选用强磁性的磁性纳米颗粒能够快速将材料与水溶液体系分离，这种磁性纳米功能材料能够高效识别短碳链全氟烷基物质，并且能够简便、快速的与水溶液分离。快速的与水溶液分离。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用


[0001]本专利技术涉及污水处理
，具体涉及一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用。

技术介绍

[0002]全氟烷基化合物由于其优异的性能被广泛的应用于化工、造纸、电子等行业中，主要包括长碳链全氟烷基化合物(碳链长度大于7)和短碳链全氟烷基化合物(碳链长度小于7)，其中，常见的长碳链全氟烷基化合物包括全氟辛酸(PFOA)、全氟辛基磺酸(PFOS)等，这类化合物能够诱发多种疾病，例如：癌症、高血压、生殖疾病等。短碳链全氟烷基化合物包括三氟乙酸、五氟丙酸、七氟丁酸、全氟-2-丙氧基丙酸(GenX)等，短碳链全氟烷基化合物的即时毒性远大于长碳链全氟烷基化合物，接触后在短时间内便会出现各种症状，会对人体的粘膜组织、上呼吸道、眼睛和皮肤带来巨大的损伤。
[0003]目前，已经报道了多种方法用于去除水体环境中的长碳链全氟烷基化合物，例如离子交换技术，以及利用氟物质之间的亲和力而设计的具有特异性识别能力的靶向捕获材料等。这些方法都能有效的去除水环境中的长碳链全氟烷基化合物，但是对于水环境中的短碳链全氟烷基化合物，这些方法对其的去除效率却较低。由于短碳链全氟烷基化合物的氟碳链很短，使其与靶向材料上的氟碳链亲和力大大降低，导致靶向材料对于短碳链全氟烷基化合物的去除效果非常不理想。因此，如何能够有效去除水环境中短碳链的全氟烷基化合物已成为本领域技术人员有待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用，以解决现有技术对水环境中短碳链的全氟烷基化合物去除效果不佳的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种磁性纳米功能材料，所述磁性纳米功能材料用于去除水环境中短碳链全氟烷基化合物，选取强磁性的磁性纳米颗粒作为基底材料，在基底材料表面包覆一层易于化学修饰的惰性保护层，在该惰性保护层上接枝全氟聚醚链以及亲水基团后得到所述磁性纳米功能材料。
[0007]优选地，所述基底材料包括Fe3O4、MnFe2O4、NiFe2O4、CoFe2O4的一种或多种，其粒径为5～100nm，磁性为70～150emu/g。
[0008]优选地，所述惰性保护层包括聚多巴胺、SiO2、脲醛树脂、密胺树脂、氨基苯酚-甲醛树脂、聚苯乙烯的一种或多种。
[0009]优选地，所述全氟聚醚链包括全氟聚羧醚(d、k、y、z型)、全氟聚醚酰氯(d、k、y、z型)、全氟聚醚酰氟(d、k、y、z型)、全氟聚醚酰氨(d、k、y、z型)、全氟聚醚单元醇二元醇(d、k、y、z型)、全氟聚醚烯烃(d、k、y、z型)、全氟聚醚丙烯醚、全氟聚醚丙烯酸酯、三甲氧基全氟聚
醚基硅烷、三乙氧基全氟聚醚基硅烷一种或多种。
[0010]优选地，所述亲水基团包括聚乙二醇、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺、羟乙基纤维素、聚醚氨和鲸蜡醇聚氧乙烯醚的一种或多种。
[0011]一种磁性纳米功能材料的制备方法，制备如本专利技术所述磁性纳米功能材料的方法，包括如下步骤：
[0012](1)改性磁性纳米颗粒的制备：
[0013]将磁性纳米颗粒溶解在有机溶剂中，随后加入二甲亚砜和多巴胺盐酸，在50～100℃条件下反应1～12h，再用无水乙醇洗涤后获得改性磁性纳米颗粒；其中，多巴胺盐酸与磁性纳米颗粒的质量比为1～10:1；
[0014](2)惰性保护层的包覆：
[0015]在反应器中加入Tris-buffer缓冲溶液，将步骤(1)制备得到的改性磁性纳米颗粒作为基底材料与惰性保护层材料加入反应器中加热反应，再用无水乙醇洗涤后得到惰性保护层包覆的磁性纳米颗粒；其中，基底材料与惰性保护层材料的质量比为2:1，在20～30℃条件下反应1～10h；
[0016](3)亲水基团的修饰：
[0017]取步骤(2)制备得到的惰性保护层包覆的磁性纳米颗粒放置于反应器中，并加入Tris-buffer缓冲溶液，再加入亲水基团后在一定温度下进行反应得到亲水改性的磁性纳米颗粒；其中，惰性保护层包覆的磁性纳米颗粒与亲水基团的质量比为1:2，在20～30℃条件下反应20～28h；
[0018](4)氟碳链的修饰：
[0019]取步骤(3)制备得到的亲水改性的磁性纳米颗粒放置于反应器中，加入有机溶剂后超声分散，随后加入不同结构的全氟聚醚链以及助剂(催化剂或缚酸剂)，搅拌加热反应后，用无水乙醇洗净并干燥，得到所述磁性纳米材料；其中，所述基底材料与所述全氟聚醚链的质量比为1:4。
[0020]优选地，所述步骤(1)中强磁性纳米颗粒的合成包括如下步骤：选取对应的基底材料，将其加入反应器中，以辛醚作为溶剂，在室温下搅拌加入油酸、油胺和1,2-十六烷基二醇，加热搅拌后，继续升温至100℃，搅拌保温后，以4℃/min的速率将温度升至200℃，继续保温一段时间，再以4℃/min的速率将温度升至300℃，继续保温一段时间后，冷却至室温，加入无水乙醇以及环己烷，离心分离后使用无水乙醇洗涤多次，得到强磁性纳米颗粒。
[0021]优选地，每一步骤制备得到的产物保存在-10～10℃的条件下。
[0022]优选地，对制备得到的所述磁性纳米材料进行如下步骤的筛选：将合成的所述磁性纳米材料放置在去离子水中，密封后超声分散2～60min，再将其放在钕磁铁上静置2～60min后清洗掉悬浮在溶液中的颗粒，得到筛选后的磁性强并且包覆较好的磁性纳米材料。
[0023]一种将磁性纳米功能材料用于去除水环境中短碳链全氟烷基化合物的应用，所述磁性纳米功能材料由本专利技术所述的制备方法获得，具体包括如下步骤：
[0024]将制备的磁性纳米功能材料放置于含有短碳链全氟烷基化合物的模拟废水中，使用超声分散10～120min，随后密封后置于恒温振荡器中，在恒温条件下振荡20～120min；再放置于钕磁铁上静置10～200s后，取上层清液用滤膜进行过滤，随后测定短碳链全氟烷基化合物的去除率。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]1、本专利技术选取具强磁性并且具有较好的生物相容性的磁性纳米颗粒作为基底材料，这种材料为超顺磁材料，具有很强的矫顽力，在磁场作用下能够达到快速分离的效果；选用球形、粒径小的磁性颗粒，这样颗粒能够提供较大的比表面积。由于金属磁性材料具备极大的表面能，因此很容易在其表面包覆上惰性保护层，选用的惰性保护层材料具有很多活性位点，能够通过简单的化学反应在惰性保护层修饰上全氟聚醚链和亲水基团，一方面可以通过亲水基团提高磁性纳米颗粒在水中的分散性，使材料更好的分散在在水环境中，另一方面通过所修饰的全氟聚醚链去识别水环境中的短碳链全氟烷基化合物，并与其牢牢结合，从而通过磁场作用将短碳链全氟烷基化合物从水环境中去除。
[0027]2、本专利技术选用的全氟聚醚链对短碳链全氟烷基化合物具有很好的识别作用，能够迅速将其捕获并与其牢固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米功能材料，其特征在于，所述磁性纳米功能材料用于去除水环境中短碳链全氟烷基化合物，选取强磁性的磁性纳米颗粒作为基底材料，在基底材料表面包覆一层易于化学修饰的惰性保护层，在该惰性保护层上接枝全氟聚醚链以及亲水基团后得到所述磁性纳米功能材料。2.根据权利要求1所述磁性纳米功能材料，其特征在于，所述基底材料包括Fe3O4、MnFe2O4、NiFe2O4、CoFe2O4的一种或多种，其粒径为5~100nm，磁性为70~150 emu/g。3.根据权利要求1所述磁性纳米功能材料，其特征在于，所述惰性保护层包括聚多巴胺、SiO2、脲醛树脂、密胺树脂、氨基苯酚-甲醛树脂、聚苯乙烯的一种或多种。4.根据权利要求1所述磁性纳米功能材料，其特征在于，所述全氟聚醚链包括全氟聚羧醚（d、k、y、z型）、全氟聚醚酰氯（d、k、y、z型）、全氟聚醚酰氟（d、k、y、z型）、全氟聚醚酰氨（d、k、y、z型）、全氟聚醚单元醇或二元醇（d、k、y、z型）、全氟聚醚烯烃（d、k、y、z型）全氟聚醚丙烯醚、全氟聚醚丙烯酸酯、三甲氧基全氟聚醚基硅烷、三乙氧基全氟聚醚基硅烷一种或多种。5.根据权利要求1所述磁性纳米功能材料，其特征在于，所述亲水基团包括聚乙二醇、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙烯醇、N, N-二甲基甲酰胺、羟乙基纤维素、聚醚氨的一种或多种。6.一种磁性纳米功能材料的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1~5任一项所述磁性纳米功能材料的方法，包括如下步骤：（1）改性磁性纳米颗粒的制备：将磁性纳米颗粒溶解在有机溶剂中，随后加入二甲亚砜和多巴胺盐酸，在50~100 ℃条件下反应1~12 h，再用无水乙醇洗涤后获得改性磁性纳米颗粒；其中，多巴胺盐酸与磁性纳米颗粒的质量比为1~10:1；（2）惰性保护层的包覆：在反应器中加入Tris-buffer缓冲溶液，将步骤（1）制备得到的改性磁性纳米颗粒作为基底材料与惰性保护层材料加入反应器中加热反应，再用无水乙醇洗涤后得到惰性保护层包覆的磁性纳米颗粒；其中，基底材料与惰性保护层材料的质量比为2:1，在20~30 ℃条件下反应1~10 h；（3）亲水基团的修饰：取步骤（2）制备得到的惰性保护层包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟，向佳，罗义，陈立义，郑汶江，刘波，颜杰，杨虎，李颜利，
申请(专利权)人：中昊晨光化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：