复合磁性纳米粒子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及芳香烃吸附分离材料的技术领域，公开了一种复合磁性纳米粒子及其制备方法以及该复合磁性纳米粒子在吸附分离芳香烃材料中应用。本发明专利技术提供的复合磁性纳米粒子具有核壳结构，包括作为内核的Fe

【技术实现步骤摘要】
复合磁性纳米粒子及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及芳香烃吸附分离材料的
，具体涉及一种复合磁性纳米粒子及其制备方法以及该复合磁性纳米粒子从含芳香烃的混合物中吸附分离芳香烃化合物的应用。

技术介绍

[0002]石脑油是指原油从常压蒸馏开始馏出的温度(即初馏点80℃左右)到180℃之间的轻馏分，其烃类组成碳数分布在C4-C10之间。石脑油主要由正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃分子组成，其中，正构烷烃和异构烷烃合计约占60％左右，环烷烃约占20％左右，芳香烃约占10％左右。
[0003]我国原油普遍偏重，石脑油收率较低，所以如何高效利用石脑油这种化石原料是一个很重要的课题。
[0004]石脑油在炼油工业中具有极其重要的应用价值，主要用于催化重整、乙烯裂解(占我国乙烯原料总量的60％以上)以及汽油调配。催化重整和乙烯裂解是石油化工领域成熟的工业化技术。催化重整的目的是生产芳香烃、高辛烷值汽油和氢气；在该技术中，环烷烃是优质的原料，很容易脱氢转化为芳香烃。乙烯裂解的主要目的是生产乙烯、丙烯以及丁二烯；在该技术中，正构烷烃是优质的原料。与异构烷烃、环烷烃相比，正构烷烃裂解产生的乙烯收率更高；环烷烃裂解后具有较高的丙烯和丁二烯的产率；而芳香烃的苯环在典型的裂解条件下难以裂解，对乙烯的生成几乎没有贡献，且易结焦，缩短装置生产周期。
[0005]目前，工业上主要采用轻重切割的方式分离石脑油，这种方法的缺点是不能有效地按照组分分离，做到“宜芳则芳，宜烯则烯”，造成原料不能充分物尽其用。因此，如何实现石脑油中烃类分子的定向分离，是优化利用石脑油资源的主要发展方向。
[0006]华东理工大学利用13X分子筛吸附分离石脑油中芳香烃。在吸附温度290℃，进料气态空速为75h-1
，吸附时间为30min，N2脱附气态空速为150h-1
时的脱附时间为75min的条件下，13X分子筛对芳香烃的吸附量为18.9mg/g。
[0007]CN1715368A公开了一种分离石脑油中芳香烃和正构烷烃的方法。该方法先用极性固体吸附剂分离出芳香烃，之后再用5A分子筛分离出正构烷烃。
[0008]CN101265152A公开了一种离子液体作为萃取精馏分离苯-环己烷的应用。其中离子液体阳离子为咪唑阳离子，阴离子为氟磷酸或卤素，离子液体溶剂为一种或者两种或两种以上离子液体的复配。
[0009]随着我国对环境保护和能源高效利用的重视，对化工产品的质量、分离效率、能耗、设备成本以及环境友好等提出了更高的要求。磁性纳米粒子是近年来发展起来的一类新型功能材料，不但能呈现磁响应特性，且表面易于功能化。磁性纳米粒子可作为磁性介质，通过在其表面进行适当修饰后能作为方便高效的吸附分离材料。目前聚合修饰功能化磁性粒子应用于吸附分离芳香烃的研究还未见报道。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是为了克服现有技术中吸附分离芳香烃化合物的选择性低、吸附量低、脱附回收困难和分离成本高的问题，提供一种复合磁性纳米粒子及其制备方法，以及该复合磁性纳米粒子用于从含芳香烃的混合物中吸附分离芳香烃化合物时，具有较高的选择性和吸附量。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种复合磁性纳米粒子，所述复合磁性纳米粒子具有核壳结构，包括作为内核的Fe3O4磁性纳米粒子和包覆所述内核的壳层，所述壳层从内向外依次包括：SiO2层、硅烷偶联剂层和聚合物层。
[0012]本专利技术第二方面提供一种复合磁性纳米粒子的制备方法，该方法包括：
[0013](1)将FeCl3·
6H2O、丁二酸和尿素溶解在丙二醇中并进行水热反应，反应得到的混合物进行冷却、分离、洗涤和干燥，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
[0014](2)将所述Fe3O4磁性纳米粒子分散在醇溶液中，调节pH至8-9，再加入正硅酸烷基酯，进行搅拌、分离、洗涤、干燥，得到Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子；
[0015](3)将所述Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子分散在醇溶液中，调节pH至9-10，再加入硅烷偶联剂，进行搅拌、冷却、洗涤、干燥，得到磁性纳米粒子；
[0016](4)将所述磁性纳米粒子分散在有机溶剂中，加入引发剂、交联剂、单体进行聚合反应，将聚合反应产物进行冷却、洗涤、干燥，得到所述复合磁性纳米粒子。
[0017]优选地，步骤(1)中，FeCl3·
6H2O、丁二酸、尿素和丙二醇的用量比为3-6mmol∶1-2mmol∶30-60mmol∶25-45mL。
[0018]优选地，步骤(2)中，Fe3O4磁性纳米粒子和正硅酸烷基酯的用量比为0.1-1g∶0.1-4mL。
[0019]优选地，步骤(3)中，Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子和硅烷偶联剂的用量比为0.1-0.8g∶1-4mL。
[0020]优选地，步骤(4)中，所述单体包含单体A，以单体A为100质量份计，所述磁性纳米粒子为10-30质量份，所述引发剂为0.01-5质量份，所述交联剂为10-100质量份。
[0021]优选地，所述单体包含单体A和单体B，以单体A为100质量份计，所述单体B为1-100质量份，所述磁性纳米粒子为10-30质量份，所述引发剂为0.01-5质量份，所述交联剂为10-100质量份。
[0022]本专利技术第三方面提供一种上述的方法制得的复合磁性纳米粒子。
[0023]本专利技术第四方面提供一种上述的复合磁性纳米粒子从含芳香烃的混合物中吸附分离芳香烃化合物的应用。
[0024]本专利技术提供的复合磁性纳米粒子具有核壳结构，所述复合磁性纳米粒子兼具Fe3O4磁性纳米粒子和吡啶环的特性，同时还具有较大的比表面积。采用本专利技术提供的复合磁性纳米粒子吸附分离芳香烃化合物时，具有分离介质易于回收利用，操作简便快捷等优势。相比现有技术，本专利技术提供的复合磁性纳米粒子对芳香烃化合物具有较高的选择性和吸附量，其中，最大吸附量为55.42mg/g。
附图说明
[0025]图1是实施例1制得的复合磁性纳米粒子S1的结构示意图。
[0026]图2是实施例1中Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子(C1)和磁性纳米粒子(C2)的红外波谱分析图。
[0027]图3是实施例1制得的复合磁性纳米粒子S1的分离效果图。
具体实施方式
[0028]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029]本专利技术第一方面提供一种复合磁性纳米粒子，所述复合磁性纳米粒子具有核壳结构，包括作为内核的Fe3O4磁性纳米粒子和包覆所述内核的壳层，所述壳层从内向外依次包括：SiO2层、硅烷偶联剂层和聚合物层。
[0030]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合磁性纳米粒子，其特征在于，所述复合磁性纳米粒子具有核壳结构，包括作为内核的Fe3O4磁性纳米粒子和包覆所述内核的壳层，所述壳层从内向外依次包括：SiO2层、硅烷偶联剂层和聚合物层。2.根据权利要求1所述的复合磁性纳米粒子，其中，所述复合磁性纳米粒子的比表面积为10-1000m2/g，优选为100-500m2/g；优选地，所述复合磁性纳米粒子的平均粒径为150-2000nm；所述Fe3O4磁性纳米粒子的平均粒径为20-200nm，所述SiO2层的厚度为10-100nm，所述硅烷偶联剂层的厚度为1-5nm，所述聚合物层的厚度为70-2000nm。3.一种复合磁性纳米粒子的制备方法，该方法包括：(1)将FeCl3·
6H2O、丁二酸和尿素溶解在丙二醇中并进行水热反应，反应得到的混合物进行冷却、分离、洗涤和干燥，得到Fe3O4磁性纳米粒子；(2)将所述Fe3O4磁性纳米粒子分散在醇溶液中，调节pH至8-9，再加入正硅酸烷基酯，进行搅拌、分离、洗涤、干燥，得到Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子；(3)将所述Fe3O4/SiO2核壳磁性纳米粒子分散在醇溶液中，调节pH至9-10，再加入硅烷偶联剂，进行搅拌、冷却、洗涤、干燥，得到磁性纳米粒子；(4)将所述磁性纳米粒子分散在有机溶剂中，加入引发剂、交联剂、单体进行聚合反应，将聚合反应产物进行冷却、洗涤、干燥，得到所述复合磁性纳米粒子。4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(1)中，FeCl3·
6H2O、丁二酸、尿素和丙二醇的用量比为3-6mmol∶1-2mmol∶30-60mmol∶25-45mL，优选地，所述水热反应的条件包括：温度为120-300℃，优选为180-220℃；时间为5-24h，优选为8-16h。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，步骤(2)中，Fe3O4磁性纳米粒子和正硅酸烷基酯的用量比为0.1-1g∶0.1-4mL；优选地，所述醇溶液选自甲醇溶液、乙醇溶液、丙醇溶液和异丙醇溶液中的至少一种，优选为乙醇溶液；优选地，所述正硅酸烷基酯选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯和正硅酸四异丙酯中的至少一种，优选为正硅酸四乙酯。6.根据权利要求3-5中任意一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓鹏，陈婧，王蔼廉，计文希，张韬毅，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：