一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法，利用γ‑Fe

【技术实现步骤摘要】
一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及水污染处理
，具体来说，涉及一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法，尤其是涉及一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法和在水污染处理重金属离子中的应用。
技术介绍
近年来，各种新型材料的出现以及表征手段的完善，离子印迹技术取得了新的研究进展，在诸多领域均得到了广泛应用。由于离子印迹聚合物选择吸附目标离子的特性，被广泛应用于传感器(电化学和生物)、医药、食品的痕量分析等方面，以及重金属离子的分离与富集方面。重金属离子的污染是最普遍的环境问题之一，重金属离子通常具有高水溶性、不可生物降解，在环境中能够与非生物和生物成分相互作用，例如吸附到天然胶体上，甚至活生物体的蓄积，从而威胁人类健康和生态系统。因此，有对重金属离子高效去除的需求，且离子印迹聚合物选择性强，在重金属离子的分离与富集领域被广泛应用。比如，Ge等合成了以Pb(II)为模板离子的壳聚糖纳米吸附剂(PAACS)，比较了其在不同重金属离子上的吸附，研究结果表明PAACS对Pb(II)的吸附具有选择性，吸附剂可以用EDTA进行再循环。Ren等采用溶胶-凝胶法以Cu(II)离子作为模板制备了离子印迹聚合物。静态吸附实验显示聚合物对Cu(II)的吸附60min达到平衡，饱和吸附容量为39.82mg/g，相对于Pb(II)，Ni(II)，Cd(II)和Co(II)，离子印迹聚合物对于Cu(II)显示出高选择性。固相萃取(SPE)技术是利用固体吸附剂将样品中的目标离子与干扰离子分离，来达到富集目标离子的目的，成为分析化学的有利手段。所以不同模板离子的印迹聚合物被用于固相萃取(IIP-SPE)中，这些IIP-SPE能够轻易达到从复杂样品中分离、富集目标离子的效果。Tsoi等基于1-乙烯基咪唑，4-乙烯基吡啶和苯乙烯制备的As-IIPs，用于从环境水样品中分离和回收痕量元素As。结果表明，As-IIP-SPE用于电感耦合等离子体质谱的环境样品分析光谱法中，提供的检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别低至0.025和0.083mol/L。近几十年来，重金属和类金属(例如Hg，As，Pb，Cd和Cr)已经威胁到粮食安全，由于食物链的富集作用，会干扰人体代谢组学，从而增加发病率，甚至导致死亡。离子印迹聚合物与电化学方法相结合测定环境中痕量重金属也已经得到应用，如Alizadeh等采用沉淀聚合法合成了纳米级碳糊电极Ce-IP。实验结果表明，氧化方波伏安法显示该电极比使用非印迹聚合物改性的电极具有明显更好的响应。向Ce-IP修饰的电极中添加多壁碳纳米管可进一步提高方法的灵敏度，且该方法已成功应用于饮用水和海水加标样品中铈(III)的测定。Mahmoud等人通过在Zn(II)-N，N-o-水杨基亚胺三元配合物的存在下将甲基丙烯酸甲酯(单体)和乙二醇甲基丙烯酸甲酯(交联剂)共聚，成功合成Zn(II)离子印迹聚合物(IIPs)，并且已经实际应用于从食品和水样中分离和回收痕量Zn(II)离子。离子印迹聚合物具有耐酸、高温，不易降解，再生性能良好的特点，与目前发现的大多数敏感材料相比具有更高的经济效益，而且离子印迹与电化学相结合的方法制备的新型传感器(IIES)，在重金属检测等领域有着广泛的应用前景。邢陈丽等]已经成功制备出对多重重金属离子具有高灵敏性、选择性响应的新型多金属印迹传感器，且目前该多金属印迹传感器成功用于实际样品中微量Pb(II)、Cd(II)和Cu(II)等金属离子的检测。Sabrina等采用Cu(II)为模板，通过对苯二胺进行电聚合制备了一种基于电合成离子印迹聚合物(IIP)膜的新型伏安传感器，用于测定水样中的Cu(II)。针对几种潜在的干扰物(例如Ni(II)，Mn(II)，Hg(II)，Zn(II)，Co(II)，Pb(II)和Cd(II)离子)进行了选择性研究，新型IIP传感器对铜表现出高亲和力。随着工业化的发展，重金属离子例如铅、镉、砷等引起了越来越多的关注，由于它们有在食物链和生物体内积累的趋势，对环境造成极大危害的同时也给人类造成了严重的安全隐患。因此，开发高效、低成本的污染物去除技术成为当前研究的热点。在众多去除方法中，吸附法由于其简单高效的特点成为目前最常用的方法之一。纳米γ-Fe2O3颗粒不仅具有独特的磁学性质，且比表面积大、活性位点多以及容易修饰的特点，在生物医药、细胞分离以及污水处理等领域均有广泛的应用。吸附材料制备中离子印迹技术的加入为重金属离子的去除提供了高效特异性，为检测和分离目标重金属离子奠定了相应的理论和实验基础，给实际的工业应用带来广阔的发展空间。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种耐酸磁性纳米吸附剂及其制备方法，通过将纳米γ-Fe2O3与离子印迹技术相结合，制备了耐酸磁性纳米吸附剂(FS-IIP)，并且对镉离子具有良好的选择性以及吸附性能，同时克服了离子印迹聚合物难回收的特点，为其在重金属废水处理方面提供了一定的基础。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供一种耐酸磁性纳米吸附剂，以γ-Fe2O3颗粒为核心，从内至外依次包覆有二氧化硅层和聚合物层。进一步地，所述聚合物层在离子印迹聚合物中所占质量分数约为45％，γ-Fe2O3在离子印迹聚合物中所占质量分数约为36％，二氧化硅层在离子印迹聚合物中所占质量分数约为19％。进一步地，所述聚合物层包括如下基团：-C-O-C-、-C-N-H-、苯基、醛基和-CH2-。进一步地，所述吸附剂具有如下特征参数：所述吸附剂在XRD图谱的2θ角度位置为30.2°±0.2°、35.5°±0.2°、43.5°±0.2°、53.5°±0.2°、57.4°±0.2°、62.9°±0.2°有特征衍射峰。进一步地，所述吸附剂具有如下特征参数：在磁滞回归曲线中的饱和磁化强度不小于20emu/g，具有极强的可回收性。进一步地，所述吸附剂具有如下特征参数：在红外光谱图中在1148cm-1、1258cm-1、1454cm-1、1396cm-1、1726cm-1、2972cm-1处有吸收峰。进一步地，所述吸附剂具有图1所示XRD图中所示的特征衍射峰；进一步地，所述吸附剂具有图2所示磁滞回归曲线中的饱和磁化强度；进一步地，所述吸附剂具有图4所示红外光谱图的吸收峰。另一方面，本专利技术提供一种耐酸磁性纳米吸附剂的制备方法，利用γ-Fe2O3制备的耐酸性磁性纳米粒子(FS)为前驱体，采用表面印迹法以Cd(II)为模板，邻硝基苯甲醛为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，制备获得耐酸磁性纳米吸附剂(FS-IIP)。进一步地，本专利技术所述制备方法，具体步骤如下：1)FS的制备与表面修饰：取γ-Fe2O3分散到超纯水、乙醇和氨水的溶液中，再利用连续进样器点滴加入正硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌得到二氧化硅包裹的γ-Fe2O3；将上述产物磁性分离，分散至溶剂中，搅拌下用连续进样器将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐酸磁性纳米吸附剂，其特征在于，以γ-Fe

【技术特征摘要】
1.一种耐酸磁性纳米吸附剂，其特征在于，以γ-Fe2O3颗粒为核心，从内至外依次包覆有二氧化硅层和聚合物层，
所述聚合物层包括如下基团：-C-O-C-、-C-N-H-、苯基、醛基和-CH2-。


2.根据权利要求1所述耐酸磁性纳米吸附剂，其特征在于，具有如下特征参数：
在磁滞回归曲线中的饱和磁化强度不小于20emu/g。


3.根据权利要求1所述耐酸磁性纳米吸附剂，其特征在于，具有如下特征参数：在红外光谱图中在1148cm-1、1258cm-1、1454cm-1、1396cm-1、1726cm-1、2972cm-1处有吸收峰。


4.根据权利要求2～3任一所述耐酸磁性纳米吸附剂，其特征在于，所述耐酸磁性纳米吸附剂具有图1所示XRD图中所示的特征衍射峰；具有图2所示磁滞回归曲线中的饱和磁化强度；具有图4所示红外光谱图的吸收峰。


5.一种权利要求1～4任一项所述耐酸磁性纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，利用γ-Fe2O3制备的耐酸性磁性纳米粒子为前驱体，采用表面印迹法以Cd(II)为模板，邻硝基苯甲醛为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，制备获得耐酸磁性纳米吸附剂。


6.根据权利要求5所述耐酸磁性纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)FS的制备与表面修饰：取γ-Fe2O3分散到超纯水、乙醇和氨水的溶液中，再利用连续进样器点滴加入正硅酸四乙酯，搅拌得到二氧化硅包裹的γ-Fe2O3；将上述产物磁性分离，分散至溶剂中，搅拌下用连续进样器将3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到圆底烧瓶中，加热反应，洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈润华，王庆伟，董淮海，黄通锦，田菲，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43