[發(fā)明專利]一種殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒及其制備方法和應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710581115.8
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107362775A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 牛建瑞;李宗澤;李文亞;李再興;劉艷芳;賈秀秀
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;C02F1/28;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司13100
• 代理人: 周淑歌

技術領域

本發(fā)明涉及一種殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒、制備方法及其應用，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

對于廢水中難降解有機物的去除，吸附法是重要方法之一，與其他方法相比，吸附法種類繁多、操作簡便、技術發(fā)展成熟。吸附法去除水中難降解有機物主要通過固體吸附劑的物理和化學吸附性能，將有機物富集至吸附劑中達到去除或降低水中有機物的過程。吸附法的關鍵是選擇適宜的吸附劑，許多材料如二氧化硅、沸石、活性炭、樹脂等被應用為吸附劑。但是這些吸附劑有成本較高，不易脫附等缺點。伴隨著納米材料的發(fā)展，越來越多的納米材料被應用到吸附領域。納米材料的組成成分、尺寸形貌可控，并且擁有較大的比表面積和均一的孔徑分布，有較好的吸附容量。本發(fā)明提出在中空四氧化三鐵外層包裹二氧化硅纖維的方法，將二者的優(yōu)點融合。中空四氧化三鐵是一種優(yōu)良磁性的納米材料，具有超順磁性，在外加磁場的作用下能夠方便分離；纖維狀的納米二氧化硅材料具有較大的比表面積、結構和尺寸可控、綠色環(huán)保等優(yōu)點。制備得到的殼核結構纖維狀二氧化硅納米顆粒既擁有較大的比表面積又能通過磁性快速從溶液中分離。分離后通過水或無水乙醇清洗能重復利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒及其制備方法和應用。本發(fā)明提供的具體技術方案如下：

一種殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒，以中空四氧化三鐵為內(nèi)核，纖維狀的二氧化硅為外殼，通過水熱法制備中空四氧化三鐵，通過溶膠凝膠法制備前驅體后煅燒得到殼核結構磁性纖維狀二氧化硅。

進一步地，所述納米顆粒的飽和磁強度為23~30emu/g，比表面積為200~400m²/g，孔容為0.5~0.8cm³/g，孔徑為8~20nm。

一種上述殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒的制備方法主要包括：

（1）中空四氧化三鐵納米顆粒的制備：取摩爾比1:3:150~1:10:180的六水合三氯化鐵、模板劑和乙二醇混合，同時磁力攪拌，得到的混合物放入水熱合成反應釜中進行反應。反應得到的中空四氧化三鐵納米顆粒通過磁性分離，并用蒸餾水和無水乙醇交替清洗后烘干，標記為HFe₃O₄。

（2）外層包裹二氧化硅的四氧化三鐵納米顆粒的制備：將步驟（1）制備得到的HFe₃O₄加入到無水乙醇、蒸餾水和氨水組成的混合溶液中，室溫下機械攪拌15min。然后將與HFe₃O₄固液比為1:2~1:5的正硅酸乙酯逐滴加入到混合溶液后機械攪拌反應8~15h。得到的外層包裹二氧化硅的四氧化三鐵納米顆粒通過磁性分離，并用蒸餾水和無水乙醇交替清洗后烘干，標記為HFe₃O₄@SiO₂。

（3）殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒的制備：將步驟（2）制備得到的HFe₃O₄@SiO₂納米顆粒加入到尿素溶液后超聲0.5~2.5h形成溶液A。將十六烷基三甲基吡啶溶于正戊醇和環(huán)己烷組成的溶液形成溶液B。室溫下將與HFe₃O₄@SiO₂質量比為4:1~7:1的正硅酸乙酯逐滴加入溶液A與溶液B組成的混合溶液中，機械攪拌0.5~2.5h。然后在100~140℃下反應3~8h后降至室溫，得到的納米顆粒通過磁性分離，用無水乙醇和蒸餾水交替清洗，40~60℃烘干后在500~600℃煅燒4~10h。得到殼核結構磁性纖維狀二氧化硅納米顆粒，標記為HFe₃O₄@SiO₂@KCC。

所述步驟（1）中所用六水合三氯化鐵、銨鹽和乙二醇的摩爾比優(yōu)選1:5:180~1:10:180。

所述步驟（1）中所用模板劑優(yōu)選醋酸銨、尿素、十二胺中的一種。

所述步驟（1）中所用水熱合成反應溫度180-220℃，優(yōu)選190~210℃，反應時間10-15h，優(yōu)選10~13h。