[發(fā)明專利]β-環(huán)糊精功能化的Fe3O4磁性納米吸附劑及其應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110202410.0
• 申請(qǐng)日: 2011-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN102350312A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董川;王海霞;周葉紅;雙少敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/24
• 分類號(hào): B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F103/30;C02F101/38
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁性納米材料及其應(yīng)用，特別涉及一種β-環(huán)糊精功能化的Fe₃O₄磁性納米吸附劑，以及用該吸附劑去除廢水中亞甲基藍(lán)的方法。

背景技術(shù)

隨著紡織印染行業(yè)的大力發(fā)展，其排放的有機(jī)染料廢水成為威脅人類生存環(huán)境的一大殺手。有機(jī)染料廢水不僅色度高，影響水生生物生長(zhǎng)，而且大多數(shù)染料還具有生物毒性，這些有毒物質(zhì)通過食物鏈的傳遞將直接對(duì)人體造成不同程度的傷害。亞甲基藍(lán)作為一種重要的有機(jī)合成離子型染料，被廣泛應(yīng)用于印染工業(yè)中，含亞甲基藍(lán)的工業(yè)廢水的排放將會(huì)對(duì)其他純凈水體造成嚴(yán)重污染。

常見的去除廢水中有機(jī)染料的方法有物理、化學(xué)及生物降解等方法。現(xiàn)行的化學(xué)和生物降解的方法易受染料種類的影響，不能保證出水效果完全達(dá)到要求。而物理吸附法由于其操作簡(jiǎn)單、分離效果好，被廣泛應(yīng)用于去除廢水中的有機(jī)染料。但是一些常規(guī)吸附劑如生物炭和粉末狀活性碳用量大，且在吸附去除有機(jī)染料后往往難以分離回收，容易造成資源浪費(fèi)和二次污染。而磁性納米材料作為一種特殊的納米材料，不僅具有普通納米材料的比表面積大，內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)阻力小，吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且還具有異常的磁學(xué)性質(zhì)，突出的表現(xiàn)就是可利用外磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)快速有效的固液分離，減少二次污染，且處理工藝方便，便于規(guī)模化使用。因此磁性納米材料可作為一種優(yōu)質(zhì)的材料用于對(duì)有機(jī)染料的吸附。

環(huán)糊精作為一類特殊的納米吸附材料，分子具有略呈錐形的中空?qǐng)A筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在其空洞結(jié)構(gòu)中，外側(cè)上端(較大開口端)由C2和C3的仲羥基構(gòu)成，下端(較小開口端)由C6的伯羥基構(gòu)成，具有親水性，而空腔內(nèi)由于受到C-H鍵的屏蔽作用形成了疏水區(qū)。因而它能夠象酶一樣提供一個(gè)疏水的結(jié)合部位，具有疏水基團(tuán)的染料分子恰恰是環(huán)糊精包合的合適客體分子。因此環(huán)糊精用作廢水吸附劑時(shí)可以有效的去除有機(jī)染料分子。

隨著磁性納米材料技術(shù)的飛速發(fā)展，大環(huán)主體分子對(duì)磁性納米粒子進(jìn)行表面功能化的研究日益增加，由于環(huán)糊精與有機(jī)染料分子的高效包合能力，所以用環(huán)糊精功能化的磁性納米粒子不僅能對(duì)有機(jī)染料進(jìn)行強(qiáng)有力的吸附，而且其磁響應(yīng)性使得后期的分離操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化使用，可適用于對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)染料的吸附。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種磁性納米吸附劑及其制備方法，該吸附劑穩(wěn)定性、溶解性好，吸附能力強(qiáng)，對(duì)廢水中偶氮類染料如亞甲基藍(lán)、亞甲基紅等具有較強(qiáng)的去除能力；

本發(fā)明的另一目的是提供一種磁性納米吸附劑去除廢水中亞甲基藍(lán)的方法，該方法不僅吸附效果好，反應(yīng)溫和，工藝過程簡(jiǎn)單，而且固液分離容易，二次污染少，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種磁性納米吸附劑，通過如下方法制得：

(1)Fe₃O₄磁性納米粒子(MNP)的制備；

(2)將步驟(1)制得的MNP在超聲波作用下分散于乙醇和水的混合液中，之后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，MNP，APTES以及乙醇和水的質(zhì)量比為1∶0.5-1.3∶1088-1632∶20-23.3；將混合物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下劇烈機(jī)械攪拌，在25-30℃時(shí)反應(yīng)4-7h后，通過永久磁鐵進(jìn)行分離，棄去上清液，將沉淀重新分散于無水乙醇中，洗滌除去雜質(zhì)，沉淀物30-50℃真空干燥8-10h，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷修飾的Fe₃O₄磁性納米粒子(APTES-MNP)；

(3)先制備甲苯磺酰基咪唑(Ts-Im)，再在水相中制備得到C-6取代的環(huán)糊精磺酸酯(6-TsO-β-CD)；

(4)將步驟(2)合成的APTES-MNP和步驟(3)合成的6-TsO-β-CD通過共價(jià)縮合反應(yīng)制備得到β-環(huán)糊精功能化的Fe₃O₄磁性納米吸附劑(β-CD-MNP)。步驟(1)、(3)和(4)可參照Haining?Cao，Jiang?He，Li?Deng，Xiaoqing?Gao.Fabrication?of?cyclodextrin-functionalized?superparamagnetic?Fe₃O₄/amino-silane?core-shell?nanoparticles?via?layer-by-layer?method?Journal?of?Applied?Surface?Science[J]，2009，255(18)：7974-7980文獻(xiàn)制備。