[發明專利]一種磁性高嶺石/殼聚糖復合材料的水熱液相制備方法

無效

• 申請號: 201210560262.4
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN102989426A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 李世遷;陳盛;陳玉成;葉瑞洪
• 申請（專利權）人: 福建師范大學福清分校
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于磁性黏土復合吸附材料領域，具體涉及一種磁性高嶺石/殼聚糖復合材料的水熱液相制備方法。

背景技術

高嶺石屬于高嶺石亞族，是典型的1:1?型二八面體層狀硅酸鹽。高嶺石的基本晶層單元是由一層硅氧四面體[SiO₄]和一層鋁氧八面體[AlO₂(OH)₄]通過共同的氧連接成，每個晶層單元四面體中的氧原子與相鄰晶層單元的八面體羥基形成氫鍵，單元層與單元層間通過氫鍵及范德華力連接，這種結構特點就決定了它在垂直層面方向上有可膨脹性和較大的內、外表面積，使其具有較大的層間距，因而對水中的重金屬陽離子有一定的吸附性。高嶺石礦物具有較大的比表面積、較強的表面活性和吸附性能、較高的陽離子交換性能、以及廉價易得等優點，作為新型礦物吸附材料被廣泛應用。然而，由于高嶺石層間陽離子水解，其吸附性受到限制，并且吸附物質之后分離效果不佳，限制了高嶺石在水處理中的應用。因此，要發揮高嶺石更多功能性的作用，必須利用高嶺石的特性對其加以復合改性。

殼聚糖分子中含有羥基、氨基等活性基團，可作為重金屬配位體螯合去除水中的重金屬離子，并且天然、無毒無害、可生物降解，與環境有很好的相容性，作為水處理劑，具有綠色環保的特性，不會造成二次污染，在水處理方面可以用來制備高效低毒的多功能復合吸附劑。為解決黏土礦物復合吸附材料在吸附過程中難以固液分離的問題，選取磁性粒子和高嶺石相結合成磁性高嶺石，采用天然高分子殼聚糖(CS)對磁性高嶺石進行改性復合，以解決吸附劑難于從反應體系中分離、回收、再利用等難題，降低吸附材料成本。以期實現系列磁性高嶺石多功能型復合材料，為磁性高嶺石吸附材料性能提供新思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種磁性高嶺石/殼聚糖復合材料的水熱液相制備方法，本發明的復合材料在常溫下制備，反應條件溫和，工藝簡單，制備過程易控制，且價格低廉；所得材料結晶性好、純度高；平均粒徑為22.5nm；高嶺石成功負載了納米四氧化三鐵和殼聚糖微粒。該復合材料用于吸附和磁分離研究，具有良好吸附能力；在磁場下具有較高的磁分離性，既保持了高嶺石/殼聚糖良好的吸附效率，且提高了對吸附劑的重復利用率；同時還實現了對殼聚糖的固載化，在一定程度上解決了高嶺石/殼聚糖作為吸附劑應用分離回收困難的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種磁性高嶺石/殼聚糖復合材料的制備方法是采用水熱液相制備方法，基于高嶺石自身獨特的層狀結構，且具有陽離子交換性，以及四氧化三鐵負載或柱撐在高嶺石表面或層間，形成磁性高嶺石。殼聚糖（由浙江金殼生物化學品有限公司提供）在弱酸性溶液中呈正電性，因此可通過陽離子交換的方法將天然聚陽離子高分子殼聚糖插入到高嶺石的層間中，得到一種新的復合吸附材料。制備過程包括以下步驟：

（1）????四氧化三鐵與鹽酸在氮氣的保護下制備磁性四氧化三鐵；反應方程式如下：

Fe₃O_4?+?8HCl?→?FeCl_2?+?2FeCl_3?+?4H₂O

Fe²⁺+?2Fe³⁺+?8OH^-?→?Fe₃O₄?+?4H₂O

在氮氣保護下，在四氧化三鐵中加入適量吐溫-80，在劇烈攪拌下緩慢滴加氨水，pH?維持在9左右時，有大量的黑色沉淀產生，再繼續攪拌15?min，然后將水浴鍋的溫度升至80℃陳化3?h，反應結束后，室溫靜置沉淀24?h。將含有沉淀的燒杯放在永磁體上以加速沉降，棄去上清液，用蒸餾水將沉淀物反復洗滌3次，再將反應物分散于蒸餾水中，然后在超聲作用下進行磁分離提純，離心，得泥糊狀Fe₃O₄納米粒子。在30℃真空干燥24?h，制得粉末狀Fe₃O₄納米粒子。制備Fe₃O₄時亞鐵鹽(Fe²⁺?)和鐵鹽(Fe³⁺)的理論量比為0.5。在實際操作中需適當增大Fe²⁺的量來抵消Fe²⁺?的氧化損失。