本发明专利技术公开了一种氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的制备方法，采用的技术方案为水热法、氢气还原以及水浴回流制备基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，该方法具有产量大易操作等优点，这种微纳结构氧化硅/铁复合物空心球具有对环境水体中重金属离子如铅离子、六价铬离子良好的吸附性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的一种新型制备方法，利用水热法、氢气还原以及水浴回流制备氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合空心球，属于化学药品领域。
技术介绍
近年来无机空心球的合成及研究备受瞩目。由于其具有独特的形貌和优异的物理化学性能，无机微纳结构空心球在很多领域都有潜在的应用前景，包括锂离子电池正极材料、催化剂载体、气体传感器、药物传输及控制释放以及环境水污染治理。硅酸盐材料由于其独特的结构以及环境友好和生物相容性等优点，同样具有广阔的应用价值。尽管多种纳米结构的硅酸盐材料已有报导，如纳米线、纳米管和介孔分子筛等，多孔硅酸盐微纳结构空心球的合成与研究还比较少。其中，硅酸铁空心球的合成一直是一个难点。与其他金属离子相比，三价铁离子由于其较低的溶度积常数(Ksp=AXlO-38),易于与水中的氢氧根离子生成氢氧化铁沉淀，因此不利于硅酸铁的有效合成。为了防止氢氧化物沉淀生成，选择一种可以稳定三价铁离子并能缓慢释放铁离子的配体尤为关键。纳米材料的表面化学修饰可以提供纳米材料特定的表面功能性，有利于纳米材料在各领域的应用，如生物医药、生物传感器、环境检测等。虽然纳米材料的表面修饰方法报道的很多，然而在微纳结构氧化硅/铁复合空心球表面进行修饰的研究未见诸报道。由于微纳结构氧化硅/铁复合空心球特殊的结构，在其表面进行化学修饰可能发现与纳米尺寸材料不同的现象与性能，因此具有一定的研究意义。此外，铁纳米材料的磁性能可以赋予其易回收、靶向运输等优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为克服现有技术中的不足之处，提供一种氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球。本专利技术提供了一种合成氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的合成方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为水热法、氢气还原以及水浴回流制备基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，该方法具有产量大易操作等优点，这种微纳结构氧化硅/铁复合物空心球具有对环境水体中重金属离子如铅离子、六价铬离子良好的吸附性能。氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的制备技术方案:氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)多孔硅酸铁空心球按以下步骤完成:称取0.08-0.12g 二氧化硅小球，加A 18-22mL去离子水，超声8_12min ;称取0.4-0.6mmol乙酰丙酮铁和7_9mmol尿素，力口入4-6mL无水乙醇和24-26mL去离子水，超声8-12min ;将上述两溶液倒入聚四氟乙烯高压釜内胆，磁力搅拌8-12min;然后将高压釜放入烘箱，反应温度为175_185°C，保温时间ll-13h ;待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，最后将产物放入烘箱在59-62°C下干燥ll-13h，即可得到最终产物多孔硅酸铁空心球；(2)磁性的氧化硅与铁复合物空心球按以下步骤完成:称取0.2-0.4g多孔硅酸铁空心球置于陶瓷舟内，然后将陶瓷舟放置于加热炉中，在氢气的气氛下加热到495-5050C，反应1.8-2.2h后，最后在氮气保护下冷却至室温得到的黑色粉末即为二氧化硅/铁复合空心球；(3)微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的表面氨基修饰按以下步骤完成:称取0.08-0.12g 二氧化硅/铁复合空心球置于三口烧瓶内，加入48-52mL甲苯和0.9-1.1mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷，在氮气氛围保护下，88-92°C水浴机械搅拌ll_13h ；自然冷却后，用磁铁分离得到修饰后的产物并用无水乙醇洗涤3-5次，最后在真空干燥箱烘干即得氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球。所述的氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，其特征在于:(I)多孔硅酸铁空心球按以下步骤完成:称取0.1g 二氧化硅小球，加入20mL去离子水，超声IOmin ;称取0.5mmol乙酰丙酮铁和8mmol尿素，加入5mL无水乙醇和25mL去离子水，超声IOmin ;将上述两溶液倒入聚四氟乙烯高压釜内胆，磁力搅拌IOmin ;然后将高压釜放入烘箱，反应温度为180°C，保温时间12h ;待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，最后将产物放入烘箱在60°C下干燥12h，即可得到最终产物多孔硅酸铁空心球；(2)磁性的氧化硅与铁复合物空心球按以下步骤完成:称取0.3g硅酸铁空心球置于陶瓷舟内，然后将陶瓷舟放置于加热炉中，在氢气的气氛下加热到500°C，反应2h后，最后在氮气保护下冷却至室温得到的黑色粉末即为二氧化硅/铁复合空心球；(3)微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的表面氨基修饰按以下步骤完成:称取0.1g 二氧化硅/铁复合空心球置于三口烧瓶内，加入50mL甲苯和ImL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，在氮气氛围保护下，90°C水浴机械搅拌12h ;自然冷却后，用磁铁分离得到修饰后的产物并用无水乙醇洗涤数次，最后在真空干燥箱烘干即得氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球。所述的氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，其特征在于:所述的加热炉为水平管式加热炉。所述的氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，其特征在于:所述的氢气气氛中的氢气流速为30 mL/min。相对于现有技术的有益效果是，其一，上述制备方法得到的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球是由氧化硅与铁纳米单元组成的多孔中空结构，具有很高的比表面；其二，氢气还原过程洁净环保，没有引入杂质，同时又赋予了材料很强的磁性；其三，后续表面修饰操作简单，对六价铬离子去除效果好；其四，该制备工艺操作简单、价格低廉。对合成出的多孔硅酸铁空心球、微纳结构氧化硅/铁复合物空心球进行水处理应用的研究。众所周知，Pb2+，Cd2+，Hg2+，Cr (VI)等重金属离子污染物在工业污水排放中大量存在，因此对重金属离子的吸附具有非常重要的环境保护意义。本试验以多孔硅酸铁空心球、微纳结构氧化硅/铁复合物空心球对重金属离子的吸附进行了实验测试。多孔硅酸铁空心球对重金属离子的吸附试验。具体实施方式:首先选用铅离子溶液作为模拟重金属污染工业废水。称取20mg多孔硅酸铁空心球，加入40mL不同浓度的铅离子溶液中，超声5min使硅酸铁空心球均匀分散在铅离子溶液中。然后将混合溶液放入摇床摇荡12h以达吸附平衡。吸附平衡后，将混合液离心，取上澄清液，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)测定残余铅离子浓度，结合起始铅离子浓度，可以得到吸附等温线。微纳结构氧化硅/铁复合物空心球对重金属离子的吸附试验。具体实施方式:首先选用六价铬离子溶液作为模拟重金属污染工业废水。称取IOmg微纳结构氧化硅/铁复合物空心球，加入IOmL不同pH值、浓度为8ppm的六价铬离子溶液中，超声5min使微纳结构氧化硅/铁复合物空心球均匀分散在六价铬离子溶液中。然后用磁铁将微纳结构氧化硅/铁复合物空心球从六价铬离子溶液中分离开来，取上澄清液，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)和测定上澄清液总铬离子浓度；取上澄清液，滴加二苯碳酰二肼(IOg/L)和浓硫酸(5M)，然后通过紫外可见分光光谱仪(UV-Vis)即可测得上澄清液六价铬离子浓度。本专利技术的原理为:本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）多孔硅酸铁空心球按以下步骤完成：称取0.08?0.12g二氧化硅小球，加入18?22mL去离子水，超声8?12min；称取0.4?0.6mmol乙酰丙酮铁和7?9mmol尿素，加入4?6mL无水乙醇和24?26mL去离子水，超声8?12min；将上述两溶液倒入聚四氟乙烯高压釜内胆，磁力搅拌8?12min；然后将高压釜放入烘箱，反应温度为175?185℃，保温时间11?13h；待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，最后将产物放入烘箱在59?62℃下干燥11?13h，即可得到最终产物多孔硅酸铁空心球；（2）磁性的氧化硅与铁复合物空心球按以下步骤完成：称取0.2?0.4g多孔硅酸铁空心球置于陶瓷舟内，然后将陶瓷舟放置于加热炉中，在氢气的气氛下加热到495?505℃，反应1.8?2.2h后，最后在氮气保护下冷却至室温得到的黑色粉末即为二氧化硅/铁复合空心球；（3）微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的表面氨基修饰按以下步骤完成：称取0.08?0.12g二氧化硅/铁复合空心球置于三口烧瓶内，加入48?52mL甲苯和0.9?1.1mL?3?氨基丙基三乙氧基硅烷,在氮气氛围保护下，88?92℃水浴机械搅拌11?13h；自然冷却后，用磁铁分离得到修饰后的产物并用无水乙醇洗涤3?5次，最后在真空干燥箱烘干即得氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球。...
【技术特征摘要】
1.基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)多孔硅酸铁空心球按以下步骤完成:称取0.08-0.12g 二氧化硅小球，加入18-22mL去离子水，超声8_12min ;称取0.4-0.6mmol乙酰丙酮铁和7_9mmol尿素，加入4_6mL无水乙醇和24-26mL去离子水，超声8-12min ;将上述两溶液倒入聚四氟乙烯高压釜内胆，磁力搅拌8-12min ;然后将高压釜放入烘箱，反应温度为175_185°C，保温时间ll_13h ;待反应完毕，高压釜自然冷却后，取出反应产物，用去离子水和无水乙醇反复洗涤至中性，最后将产物放入烘箱在59-62°C下干燥ll-13h，即可得到最终产物多孔硅酸铁空心球； (2)磁性的氧化硅与铁复合物空心球按以下步骤完成:称取0.2-0.4g多孔硅酸铁空心球置于陶瓷舟内，然后将陶瓷舟放置于加热炉中，在氢气的气氛下加热到495-505°C，反应1.8-2.2h后，最后在氮气保护下冷却至室温得到的黑色粉末即为二氧化硅/铁复合空心球； (3)微纳结构氧化硅/铁复合物空心球的表面氨基修饰按以下步骤完成:称取0.08-0.12g 二氧化硅/铁复合空心球置于三口烧瓶内，加入48-52mL甲苯和0.9-1.1mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷，在氮气氛围保护下，88-92°C水浴机械搅拌ll_13h ；自然冷却后，用磁铁分离得到修饰后的产物并用无水乙醇洗涤3-5次，最后在真空干燥箱烘干即得氨基修饰的微纳结构氧化硅/铁复合物空心球。2.根据权利要求1所述的氨基修饰的微纳结构氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚洪林，汪国忠，赵振富，康升红，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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