[發明專利]磁性醌介體納米功能材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710066553.0
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN106824288A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 郭建博;逯彩彩;宋圓圓;楊丹;李海波
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J35/10;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F3/34;C02F101/38;C02F101/12;C02F101/10
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 墨偉

技術領域

本發明屬于水環境治理用介體功能材料領域，具體涉及一種磁性醌介體納米功能材料及其制備方法，可用于催化環境污染物的生物降解，如偶氮染料、高氯酸鹽、亞硒酸鹽等。

背景技術

隨著我國經濟的持續快速增長，水資源消耗大幅度增加，使得水環境污染問題日趨嚴重。例如：偶氮染料是紡織廢水中典型的污染物，它排入河流后，不僅影響河水的色度和濁度，而且會轉變為致癌芳香胺，造成水環境污染，影響人類的健康；高氯酸鹽是一種持久性的無機污染物，擴散速度快、穩定性高、難降解，它能夠抑制碘的吸收并削弱甲狀腺功能；農業灌溉、礦業開采和工業污水排放，使硒污染了環境, 動物的硒慢性中毒會造成繁殖畸形，人類攝入可溶性硒會產生慢性硒中毒等。因此研究水環境污染的去除或者轉化具有重要的意義?，F有的水環境中污染物處理的方法可分為物理法、化學法、生物法。其中，物理法主要有吸附法和膜分離法等，化學法主要有混凝法和氧化法等，然而，這些凈化的方法的運行成本通常較高，且容易造成二次污染。相比而言，生物法，不僅成本低，且可減少二次污染的產生，生物法作為一種最為經濟、有效的水處理方法得到廣泛的應用。

廢水的生物處理法，一般采用厭氧-好氧工藝處理，經過厭氧階段處理可提高其后續好氧可生化性。然而，多數環境污染物的微生物菌種在厭氧條件下，代謝速率緩慢、處理污染物的效率低。因此，厭氧階段的反應速率成為環境污染物完全生物降解或去除的限速步驟。最近氧化還原介體催化強化難降解污染物的化學和生物轉化的研究，為難降解污染物高效生物降解提供了新的研究思路。

氧化還原介體研究的最初階段是水溶性介體直接投加利用，但水溶性介體存在易流失造成二次污染和連續投加成本增加問題，且研究主要集中在實驗室階段。為了解決水溶性介體易流失的問題，研究者研發了介體的固定化技術，主要以氧化還原介體以物理性包埋、吸附或者化學鍵合等方式固定在載體上，開展催化污染物厭氧生物降解/轉化效果和中試反應器研究?，F有報道的介體固定化技術，從固定載體的尺寸大小，可分為宏觀尺寸載體和微觀尺寸載體固定技術。宏觀尺寸載體的固定技術有效的避免了水溶性介體流失造成二次污染和連續投加成本增加問題。但是宏觀尺寸的載體的表面積小，氧化還原介體的修飾率較低，影響了介體催化效率。于是，微納米載體的介體固定化技術受到了關注。但是常規的納米載體的固定技術也存在介體的隨水流失的問題，造成對環境的二次污染。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種磁性醌介體納米功能材料及其制備方法和應用，其將醌介體通過化學鍵合的方式修飾在磁性Fe₃O₄納米粒子的表面，制得醌介體修飾的磁性粒子，可用于催化環境污染物的生物降解。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種磁性醌介體納米功能材料，其是以納米Fe₃O₄顆粒為磁性內核、以非晶態SiO₂為中間殼層，在Fe₃O₄- SiO₂的外表面修飾有氨基，在所述氨基上接枝有蒽醌-2-磺?；拇判约{米功能材料。

本發明還提供了上述磁性醌介體納米功能材料的制備方法，包括以下步驟：

A、制備Fe₃O₄磁性納米粒子：以FeCl₃和FeCl₂為原料配制成溶液，緩慢加熱到40-80℃，加入氨水、攪拌10min-2h，洗滌，再將濕態的Fe₃O₄轉移至檸檬酸鈉溶液中，超聲分散，洗滌，制得Fe₃O₄磁性納米粒子；

B、在Fe₃O₄磁性納米粒子外表面包裹SiO₂層：將Fe₃O₄磁性納米粒子分散于水和無水乙醇的混合溶液中，再依次加入四乙氧基硅烷和氨水，氮氣氛圍下攪拌反應1-8 h后，洗滌產物、干燥，得Fe₃O₄- SiO₂磁性粒子；