一种吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂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技术领域，公开了一种吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂的制备方法及其应用

【技术实现步骤摘要】
一种吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂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
，涉及一种调节多面体低聚倍半硅氧烷
POSS
亲水性的方法，并涉及一种用于选择性吸附还原贵金属金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂的制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着近代科技的高速发展，金由于其优良的导电性，良好的延展性和优异的固有惰性，成为高科技电子产品中不可缺失的部分
。
但随着全球数字技术的飞速发展，电子设备的更新迭代以及工业的快速发展，导致大量含有贵金属的电子废物和含金废水被释放到环境中，造成环境污染和资源浪费
。
同时，由于电子和新能源产业的消费不断增长，从矿石中开采的黄金已经无法满足日益增长的需求
。
因此，必须通过开发从电子废物等非常规资源中提取黄金的有效手段来补充原有的获取途径
。
[0003]在贵金属吸附分离领域，已经报道了多种金的回收方法，例如：吸附，离子交换，溶液萃取和膜分离
。
在这些技术中，吸附法因其制备简单
、
成本低
、
循环性好和对环境友好等优点被认为是一种高效的金回收技术
。
目前，能够通过溶液吸附法回收金的二次资源主要为含金废水，以及部分含金有机废液
。
纳米材料在不同的含金废液中的分散性具有明显差异
。
而想要显著提高纳米材料的吸附容量，通过调控吸附剂的亲水性，使其良好地分散在不同的溶剂中尤其重要
。
因此设计开发新型的可调节亲水性材料，对金吸附容量的提升具有重要意义
。
[0004]基于四氧化三铁的复合磁性吸附剂在外加磁场的作用下，能够快速方便的分离富集目标物，这种复合材料已成为贵金属吸附分离处理中常用的分离方法，从而有效地解决吸附剂难以回收的问题
。
其中四氧化三铁容易受到环境的氧化或腐蚀，并且表面官能团少，难以功能化设计，在其表面设计一种核壳结构，将四氧化三铁包覆在内部，同时能够在表面功能化单体，不仅能够实现材料功能的定向设计，而且可以与磁性材料快速方便分离的优点进行结合
。
其中，硅基材料多面体低聚倍半硅氧烷
POSS
具有独特的纳米级结构，易于化学改性，具有良好的
pH
耐性，抗氧化性和耐高温等优点
。
特别是独特的立方刚性结构，
POSS
的八个顶点都可以被进一步有机官能团功能化，这使得
POSS
成为一种理想的改性试剂
。
因此设计一种核壳结构，利用
POSS
在四氧化三铁的表面进行热交联与包覆，不仅能够使材料能够快速分离，还能够保护磁性部分不受到环境的腐蚀与氧化
。
所以制备新型的复合
POSS
磁性材料，实现快速分离与可功能化相结合具有较高的研究价值，同时也是吸附分离领域的一大热点
。
[0005]吸附剂在溶液中的分散性，表面官能团的数量，形貌结构和比表面积决定了材料的吸附性能
。
但是大多数的研究都集中在材料的比表面积和形貌结构，忽视了吸附剂的分散性对材料吸附性能的重要作用，吸附剂在溶液中团聚将显著降低其吸附性能，是由于吸附位点没有在溶液中充分暴露
。
因此，调节吸附剂的亲水性使其能够良好的分散在溶液中
尤其重要，使吸附位点暴露在溶液中，并于目标物进行结合，从而提高吸附容量
。
硫代甘油这种功能单体能够识别吸附贵金属金，同时它能够调节材料的亲水性，通过调节硫代甘油的用量，可以同步实现材料亲水性的调节和吸附容量的提高，从而解决了吸附剂在溶液团聚导致吸附容量下降的问题
。
[0006]贵金属金在回收过程中，存在
Co(Ⅱ)、Cr(III)、Cu(Ⅱ)、K(I)、Mn(Ⅱ)、Na(I)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)
等其他干扰离子，因此选择对金具有特异性选择性的功能单体来制备金吸附剂是重要的问题，而硫代甘油本身就对金具有选择性，因此设计选用硫代甘油修饰复合
POSS
磁性材料
。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中金离子吸附剂在溶液中分散性差，收集困难等问题，本专利技术提出了一种吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂
Fe3O4@POSS@MTG
的制备方法，并用于含金废水中快速选择性富集金离子
。
[0008]本专利技术先利用水热法制备了粒径约为
100
‑
200nm
的四氧化三铁纳米颗粒
。
随后利用路易斯酸碱理论将丙烯酸锚定在四氧化三铁表面，引入乙烯自由基
。
然后在甲醇溶剂中，利用自由基引发，在四氧化三铁的表面聚合一层
POSS
核壳结构，实现复合
POSS
磁性材料的制备
Fe3O4@POSS。
随后对
POSS
上引入的大量乙烯基进行官能化，与硫代甘油上的巯基在紫外的条件下进行点击反应，将硫代甘油修饰在
POSS
表面
。
然后通过调节硫代甘油添加的用量来实现对
POSS
磁性复合材料在溶液中分散性的调控，得到了一系列不同亲水性与吸附容量的材料
。
最后探究了复合纳米材料对金的吸附性能以及强化金还原等一系列研究
。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010](1)
磁性基底材料四氧化三铁纳米材料的制备
[0011]将三氯化铁
FeCl3加入到乙二醇中，随后依次加入柠檬酸钠
Na3Cit
·
2H2O
和乙酸钠
NaAc
，超声混合均匀至颜色澄清透明后转移至水热反应釜中反应，自然冷却至室温，并通过离心分离，然后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空烘干，得到产物四氧化三铁纳米材料
。
[0012](2)
磁性纳米复合材料
Fe3O4@AA
的制备
[0013]将步骤
(1)
中制备的四氧化三铁纳米材料加入丙烯酸溶液中，在氮气氛围下加热并持续搅拌，通过离心收集，并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空烘干，得到产物
Fe3O4@AA。
[0014](3)
磁性纳米核壳材料
Fe3O4@POSS
的制备
[0015]将步骤
(2)
制备的
Fe3O4@AA
添加到甲醇中，超声混合均匀后，依次加入
POSS
和偶氮二异丁腈
AIBN
后并超声混合均匀，持续搅拌反应，通过离心收集，然后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空干燥，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
磁性基底材料四氧化三铁纳米材料的制备：将三氯化铁
FeCl3加入到乙二醇中，随后依次加入柠檬酸钠
Na3Cit
·
2H2O
和乙酸钠
NaAc
，超声混合均匀至颜色澄清透明后转移至水热反应釜中反应，自然冷却至室温，并通过离心分离，然后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空烘干，得到产物四氧化三铁纳米材料；
(2)
磁性纳米复合材料
Fe3O4@AA
的制备：将步骤
(1)
中制备的四氧化三铁纳米材料加入丙烯酸溶液中，在氮气氛围下加热并持续搅拌，通过离心收集，并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空烘干，得到产物
Fe3O4@AA
；
(3)
磁性纳米核壳材料
Fe3O4@POSS
的制备：将步骤
(2)
制备的
Fe3O4@AA
添加到甲醇中，超声混合均匀后，依次加入
POSS
和偶氮二异丁腈
AIBN
后并超声混合均匀，持续搅拌反应，通过离心收集，然后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空干燥，得到产物
Fe3O4@POSS
；
(4)
磁性提金纳米复合材料
Fe3O4@POSS@MTG
的制备：将步骤
(3)
制备的
Fe3O4@POSS
添加到四氢呋喃中超声混合均匀，然后依次加入硫代甘油
MTG
与
2,2
‑
二甲氧基
‑2‑
苯基苯乙酮
DMPA
，超声混合均匀，在紫外光照射的条件下持续搅拌反应后，收集，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，真空干燥，得到产物吸附金的亲水性多面体低聚倍半硅氧烷磁性纳米吸附剂，记为
Fe3O4@POSS@MTG。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，
FeCl3、
乙二醇
、NaCit
·
2H2O、NaAc
的用量比为
1.8
‑
5.4g
：
20
‑
100mL
：
0.4
‑
1.5g
：
2.0
‑
6.0g。3.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，水热反应的温度为
18...

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