一种金离子印迹Yolk-Shell磁性纳米机器人的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于吸附分离功能材料制备技术领域，公开了一种金离子印迹Yolk

【技术实现步骤摘要】
一种金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于吸附分离功能材料制备
，提供了一种金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和人民生活水平的提高，手机和电脑等电子产品更新速度不断加快，导致废旧电子产品数量的急剧增加。据统计表明：2030年我国电子废弃物量将达到2722万吨，可回收金属总价值将达到1600亿元，若回收率达到85％，将比开采原生矿石节省约300亿千瓦时能源，减少近2200万吨碳排放。此外，研究表明：1吨废弃手机含有347克金，40部手机中金的含量相当于开采1吨矿石。由此可见：电子废弃物就是一座尚待开采的“金矿”。因此，电子废弃物中金的回收不仅具有显著的经济效益，而且对可持续发展具有长远而深刻的意义。
[0003]目前，用于从浸出溶液中逐步分离和回收贵金属的湿法冶金技术，包括沉淀法、溶剂萃取法、电解法和吸附法。吸附法以其操作简便、成本效益高、环境友好、回收能力强等优点被认为是一种很有前途的吸附方法。然而，电子废弃物组分复杂、元素种类多，其中金属就超过20多种，而金的含量不到0.1％，金的选择性提取存在巨大挑战。离子印迹聚合物(IIP)以离子为模板，通过静电作用、金属配位键、螯合作用与功能单体自组装，制备出具有特定印迹孔穴，兼具特异性识别与选择性吸附的三维孔穴结构“离子钥匙”的“人工锁”的吸附剂，具有选择性好、吸附容量大、稳定性高、重复使用寿命长等优势，在金属的回收分离方面备受关注。
[0004]人造微纳米机器人(微纳米马达)是一种介于微纳米尺度的智能动力装置，能将外部环境能量转化为自身运动的动能，并且凭借其可控性和可修饰性等优势，在靶向药物输送、精准医疗、生物传感和环境修复等领域具有广阔的应用前景。目前，已经提出了多种类型动力的微纳米机器人，如化学燃料驱动、酶驱动、光驱动、电场驱动、超声驱动和磁驱动等。其中，磁力驱动的纳米机器人具有易于回收、响应速度快、精度高，运动持久，远程控制、无毒无害、经济效益高等特点，是良好的吸附剂基底材料。
[0005]快速混合对于实现有效的化学反应至关重要。由于被动扩散缓慢且不可靠，通常需要物理搅拌或摇动以确保完全反应，例如，使用机械搅拌器或磁力搅拌器。受趋磁细菌的启发，磁性棒状结构材料被广泛应用于光学、催化和生物传感等方面，但其自混合功能往往被忽视。因此，我们设计制备磁性棒状结构机器人，通过在外加磁场中自搅拌，以加速混合过程，提高吸附过程中的传质效率。同时，其优异的磁性可以避免耗时耗力的离心、沉淀等分离过程，有效地解决吸附剂难以回收的问题。
[0006]从电子废弃物浸出液中回收金，存在大量的Ni(II)、Co(II)、Na(I)、Zn(II)、Pb(II)、Cu(II)和Fe(III)等其他干扰离子，因此采用合适的技术和选取具有优异选择性的功能单体是解决当前回收金纯度低问题的关键。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中金离子吸附剂不易收集、吸附速率较慢和选择性差等问题，本专利技术提出一种金离子印迹Yolk
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Shell结构的磁性纳米机器人(MNR
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IIP
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YS)的制备方法，并用于从电子废弃物浸出液中高效选择性富集金。
[0008]本专利技术首先采用水热法合成粒径约为150nm的四氧化三铁纳米颗粒。随后，通过磁场辅助凝胶
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溶胶法构建磁性纳米机器人。通过硅烷偶联剂接枝双键后，利用离子印迹技术在纳米机器人表面构建印迹层。洗去模板后，利用HF溶液刻蚀中间硅层，得到金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人吸附剂，并对其吸附金的性能进行了探究。同时对吸附金后的材料的催化性能和染料降解等方面进行了一系列研究。
[0009]为达到上述技术的目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O
4 NPs)的制备
[0012]将一定量六水合三氯化铁(FeCl3·
6H2O)分散于适量乙二醇中。随后依次加入一定量的柠檬酸钠二水(Na3Cit
·
2H2O)和无水乙酸钠(NaAc)，混合均匀后超声处理，直至混合液中无明显沉淀物。将混合物转移至水热反应釜中，在一定温度T1下反应一定时间t1，冷却至室温后离心收集，用去离子水和乙醇洗涤数次，真空干燥后备用。
[0013](2)乙烯基官能化磁性纳米机器人(MNR
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MPS)的制备
[0014]2.1)将一定量步骤(1)中所制备的Fe3O
4 NPs加入适量无水乙醇中，超声分散。随后将其置于一定温度T2的水浴中，加入适量氨水，在一定转速下机械搅拌一定时间t2，然后降低转速，加入一定量正硅酸四乙酯(TEOS)后反应一段时间t3。将其置于一定磁场强度的条形磁铁正上方一段时间t4后缓慢放于平稳处静置一段时间t5，通过磁铁分离产物，用去离子水和乙醇洗涤数次，得到磁性纳米机器人(MNR)，真空干燥后备用。
[0015]2.2)将适量步骤1)中所制备的MNR超声分散于一定量的无水乙醇和去离子水中，一定温度(T3)搅拌的条件下依次加入适量氨水和3
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(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)，反应一段时间t6，通过磁铁分离产物，用去离子水和乙醇洗涤数次，得到乙烯基官能化磁性纳米机器人(MNR
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MPS)，真空干燥后备用。
[0016](3)金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人(MNR
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IIP
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YS)的制备
[0017]3.1)将一定量的HAuCl4、乙烯基咪唑、去离子水、甲醇混合，然后置于一定温度(T4)磁力搅拌器中预聚合一段时间(t7)，然后加入一定量的MNR
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MPS、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈，在一定温度(T5)下聚合交联反应一段时间(t8)，磁铁收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，再使用酸性硫脲溶液浸泡一段时间(t9)以去除印迹聚合物上的模板，最后用去离子水合乙醇反复冲洗，得到的印迹磁性纳米机器人(MNR
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IIP)，真空干燥后备用。
[0018]非印迹材料(MNR
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NIP)的制备过程相同，只是未添加模板HAuCl4。
[0019]3.2)将步骤1)所得两种固体分别加入一定浓度氢氟酸溶液中，震荡一段时间(t
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)，磁铁收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，得到的金离子印迹交联Yolk
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Shell磁性纳米机器人(MNR
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IIP
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YS)和非印迹Yolk
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备四氧化三铁纳米颗粒Fe3O
4 NPs，备用；(2)制备乙烯基官能化磁性纳米机器人MNR
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MPS，备用；(3)金离子印迹Yolk
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Shell磁性纳米机器人MNR
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IIP
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YS的制备；3.1)将HAuCl4、乙烯基咪唑、去离子水、甲醇混合，然后置于一定温度磁力搅拌器中预聚合一段时间，然后加入MNR
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MPS、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈，在一定温度下聚合交联反应一段时间，磁铁收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，再使用酸性硫脲溶液浸泡一段时间以去除印迹聚合物上的模板，最后用去离子水合乙醇反复冲洗，得到的印迹磁性纳米机器人MNR
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IIP，真空干燥后备用；3.2)将步骤3.1)所得固体加入一定浓度氢氟酸溶液中，震荡一段时间，磁铁收集产物，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，得到的金离子印迹交联Yolk
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Shell结构的磁性纳米机器人MNR
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IIP
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YS，真空干燥后备用。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)的3.1)中，MNR
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MPS、HAuCl4、乙烯基咪唑、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、去离子水和甲醇的用量比为50mg：0.2
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0.8mmol：0.8mmol：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，潘阳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：