一种离子液体固载磁性纳米二氧化硅材料，及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种离子液体固载磁性纳米二氧化硅材料，及其制备方法和应用。所述材料的制备是先利用铁源，水热法合成磁性Fe3O4纳米颗粒，以磁性Fe3O4纳米颗粒为核，正硅酸四乙酯为硅源，溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体固载磁性纳米二氧化硅材料，及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及新型纳米结构吸附分离功能材料的制备和应用，具体来说，涉及一种咪唑类离子液体固载磁性纳米二氧化硅材料，其制备方法及其在铼/锝吸附分离中的应用。

技术介绍

[0002]99锝(
99
Tc)是铀235(U
‑
235)和钚
‑
239(Pu
‑
239)的裂变产物之一,需要作为核废料处置。另一方面，99mTc是临床核医学诊断中应用最广泛的核素，诊断衰变后变成
99
Tc会随病人排泄等进入环境中。锝(Tc)主要以高锝酸盐(TcO4
‑
)的形式存在，具有半衰期长，裂变产率高等特点。TcO4
‑
在地下水和生物系统中具有较高的溶解度和环境迁移能力，与其他放射性核素相比，核废料一旦泄漏，
99
Tc更容易进入当地生态系统，威胁生态平衡。因此，非常有必要开发高效的TcO4
‑
清除剂。
[0003]由于锝具有一定的放射性，在常规的实验室无法进行研究的，铼(Re)作为一种非放射性金属元素，ReO4
‑
具有与TcO4
‑
相似的物理化学性质，Dien Li等人在“环境放射性杂志”上发表的《阴离子交换和季铵官能化的MIL
‑
101
‑
Cr金属有机骨架(MOF)用于地下水中ReO4‑
/TcO4‑
螯合》，和Junqiang Yang等人在“化学工程杂志”上发表的《十六烷基吡啶(HDPy)改性膨润土用于废水中
99
Tc的高效选择性去除》中均有披露，铼常被用来代替锝进行研究。另外，铼本身也是一种稀有金属，不仅具有良好的塑性、力学性能和抗蠕变性能，而且具有抗磨损和抗腐蚀性能，铼及其合金被广泛应用于航空航天、电子、石油化工等领域。铼没有独立的自然矿，常与其他金属伴生，比如硫化铜矿、钼矿和铀矿等其他主要矿物中，这使得从这些矿物中回收微量铼成为一个挑战。因此，铼的分离回收也具有重要的研究价值和应用前景。
[0004]目前分离Tc(VII)/Re(VII)常用的方法有化学沉淀法，氧化还原法，溶剂萃取法，吸附法等。其中，吸附方法简单，方便，高效，备受关注。
[0005]离子液体具有结构的可调性，通过改变配比组合可设计合成出具备特殊功能的离子液体新材料，因此被称为“未来的溶剂”。二氧化硅作为一种资源丰富的无机材料，因其成本低，化学稳定性和热稳定性好，除此之外，还能够被制定成特定的形貌，容易被不同的官能团修饰，而被广泛用作吸附剂基材。将离子液体化学负载到固体基质，既保留了固体物本身的优点，又保留了离子液体本身的物理化学特性。
[0006]在CN111359585专利资料中，记载了通过利用电离辐射技术，在烷基化的二氧化硅基材上接枝聚合导入含有不饱和双键的离子液体单体，得到了一系列含有不饱和双键的离子液体共价键合固载的硅基吸附材料，经实验证明该吸附材料具有良好的耐酸耐碱性，以及较高的吸附容量，然而，该材料为微米级宏观吸附材料，比表面积小，吸附速率存在一定的劣势，纳米尺度的吸附材料有望解决这个弱点。然而传统纳米尺度的吸附材料存在使用后回收困难等问题，不利于后处理和大规模应用。
[0007]磁性纳米材料是一种新型的功能材料。与常规磁性材料相比磁性纳米材料的特征物理尺寸在三维空间中至少有一维恰好处于纳米量级(1～100nm)，因此，往往表现出传统
材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如超顺磁性、巨磁阻效应等。磁性来源于电子轨道磁矩和自旋轨道磁矩，因此磁性材料的磁性与材料的体积和所处的温度密切相关。
[0008]磁性Fe3O4纳米粒子由于其优异的超顺磁性，被广泛应用于生物医药、磁流体、磁性催化、磁共振成像、磁记录材料等领域，已经成为热门的磁性纳米功能材料。近年来，大量的研究工作致力于制备形貌规则、单分散、磁性优异，并能长期保持稳定的无机磁性纳米粒子。随着纳米科技的发展与成熟，磁性Fe3O4纳米粒子的制备方法与工艺得到不断改进与创新。
[0009]针对上述问题，近几年来，磁性纳米材料作为一种新型吸附剂引起了人们的广泛关注。这是因为它具有较大的比表面积，高效的吸附效率，简单的吸附方法以及重复利用的性能。并且在外界磁场条件下分离，可实现快速，简单的后处理过程。利用辐射接枝技术制备离子液体固载磁性纳米二氧化硅的文献和专利尚未见报道。

技术实现思路

[0010]除非另有定义，本文所用的所有技术和科学术语具有本专利技术所属领域普通技术人员共同理解的相同含义。虽然与本文所述相似或等同的任何方法和材料可用于实施或测试本专利技术，但本文描述的是优选的方法和材料。对于本专利技术的目的，下面定义了以下术语。
[0011]本文所用术语“约”指与参比品的数量、水平、数值、维度、大小或用量相比，差异可高达30％、20％或10％的数量、水平、数值、维度、大小或用量。本文所使用的百分含量，除非另有说明，均以重量计。
[0012]在全篇说明书和权利要求书中，除非另有要求，以下词语“包含”和其变体“含有”和“包括”应理解为意指包括所述的整体或步骤，或一组整体或步骤，但不排除任何其它整体或步骤，或其它一组整体或步骤。
[0013]针对现有技术存在的不足，本专利技术在于提供一种离子液体固载磁性纳米二氧化硅材料制备方法及其在溶液中锝/铼的吸附分离应用。本专利技术以磁性纳米二氧化硅作为基材，利用电离辐射接枝技术导入含有烯基的功能化离子液体，得到较好吸附性能，可利用磁性进行快速回收的新型硅基吸附材料。
[0014]本专利技术提供了一种离子液体共价固载磁性纳米二氧化硅，所述磁性纳米二氧化硅的饱和磁化强度为10
‑
200emu
·
g
‑1，优选为30
‑
92emu
·
g
‑1。
[0015]本专利技术还提供了一种优选的磁性纳米二氧化硅，所述磁性纳米二氧化硅为具有核壳结构的磁性纳米微球，微球的粒径为200
‑
800nm，优选为300～500nm。
[0016]本专利技术还提供了一种优选的磁性纳米二氧化硅，所述磁性纳米二氧化硅接枝率≥10％。
[0017]为实现以上目的，本专利技术提供了离子液体固载纳米二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
[0018]1)利用铁源，水热合成法制备磁性Fe3O4纳米颗粒；
[0019]2)以步骤1)制备的磁性Fe3O4纳米颗粒为核，硅源为壳，溶胶
‑
凝胶法制备核壳式磁性纳米二氧化硅；
[0020]3)将步骤2)制备的核壳式磁性纳米二氧化硅与硅烷偶联剂反应后得到烷基化磁性纳米二氧化硅；
[0021]4)在步骤3)制备的烷基化磁性纳米二氧化硅上诱发接枝聚合反应，导入含有不饱和双键的离子液体单体，得到离子液体共价固载磁性纳米二氧化硅。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体共价固载磁性纳米二氧化硅，其特征在于，所述磁性纳米二氧化硅的饱和磁化强度为10
‑
200emu
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g
‑1，优选为30
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92emu
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g
‑1。2.根据权利要求1所述的磁性纳米二氧化硅，其特征在于，所述磁性纳米二氧化硅为具有核壳结构的磁性纳米微球。3.根据权利要求2所述的磁性纳米二氧化硅，其特征在于，所述磁性纳米微球的粒径为200
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800nm，优选为300～500nm。4.根据权利要求1所述的磁性纳米二氧化硅，其特征在于，所述磁性纳米二氧化硅接枝率≥10％。5.一种制备权利要求1
‑
4任一项所述磁性纳米二氧化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)利用铁源，水热合成法制备磁性Fe3O4纳米颗粒；2)以步骤1)制备的磁性Fe3O4纳米颗粒为核，硅源为壳，溶胶
‑
凝胶法制备核壳式磁性纳米二氧化硅；3)将步骤2)制备的核壳式磁性纳米二氧化硅与硅烷偶联剂反应后得到烷基化磁性纳米二氧化硅；4)在步骤3)制备的烷基化磁性纳米二氧化硅上诱发接枝聚合反应，导入含有不饱和双键的离子液体单体，得到离子液体共价固载磁性纳米二氧化硅。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述铁源选自：FeCl2·
4H2O和/或FeCl3·
6H2O，所述硅源选自：正硅酸四乙酯、三甲基氯硅烷、r
‑
缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中水热合成法为将乙二醇加到质量比分为1.35:3.6:1的FeCl3·
6H2O:乙酸钠:聚乙二醇中，即先将FeCl3·
6H2O和乙二醇超声至完全溶解，再依次加入乙酸钠和聚乙二醇，搅拌至均匀溶液，把均匀溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在180
‑
240℃下反应20
‑
24h，自然冷却至室温，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗，磁性收集沉淀，至液体澄清，真空干燥得到磁性Fe3O4纳米颗粒；所述步骤2)中溶胶
‑
凝胶法为将磁性Fe3O4纳米颗粒超声分散于体积比为80:17:1的无水乙醇：去离子水：氨水的混合溶液中至完全分散后，边搅拌边缓慢逐滴加入1.25体积份的正硅酸四乙酯，持续搅拌反应6
‑
8h后，磁性收集沉淀，并用去离子水和无水乙醇超声清洗，至液体澄清，真空干燥得到核壳式磁性纳米二氧化硅；所述步骤3)中核壳式磁性纳米二氧化硅与硅烷偶联剂反应为：核壳式磁性纳米二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵根堂，王楠，赵龙，
申请(专利权)人：湖北千里材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：