[發明專利]一種巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710696896.5
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107442085A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 郭永福;朱鶴;陳寬;沈奕;汪曦;王欽
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: B01J20/28
• 分類號: B01J20/28;B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 劉奇

技術領域

本發明涉及磁性納米復合材料技術領域，尤其涉及一種巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

水是人類生存中最重要的資源之一，隨著經濟全球化以及工業擴大化，工業廢水的排放量越來越大，直接或間接給生物的生存帶來威脅，并危及人類健康，特別是重金屬排放造成的水污染也已成為一個嚴峻問題。

對于工業廢水中重金屬及有機污染物的去除，目前常用的方法主要為生物法、化學沉淀法、膜分離法、離子交換法以及吸附法等。吸附法具有費用低、操作簡便、不易造成二次污染、去除效率高等特點。然而，常規的吸附材料如活性炭、粘土、氧化硅、纖維素和殼聚糖等，對某些重金屬如汞的親和力相對較弱，導致其吸附容量偏低。磁性納米材料是一種新穎、高效、易分離以及可再生的重金屬吸附材料，能夠快速從溶液中分離出來，且綠色無污染。現有技術中，B等公開了通過方法將硅酸四乙酯與3-巰基丙基三甲氧基硅烷結合，成功將巰基引入CoFe₂O₄納米材料上，并將此復合材料(CoFe₂O₄@SiO₂-SH)用于鉛和汞的吸附(參見Removal ofPb(II)ions from aqueous systems using thiol-functionalized cobalt-ferrite magnetic nanoparticles,Journal ofSol-Gel Science and Technology,2013,68(3):365～373以及The removal ofHg(II)ions from aqueous solutions by using thiol-functionalized cobalt ferrite magnetic nanoparticles,Journal of Sol-Gel Science and Technology,2015,74(1):199～207)，但是存在巰基引入量小，僅在較低重金屬離子濃度下能表現出良好吸附率，吸附容量低(對Pb(II)的吸附容量為1.8mg/g，對Hg(II)的吸附容量為1.9mg/g)的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用，增大巰基引入量，提高CoFe₂O₄@SiO₂-SH的吸附性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，所述巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料具有式I所示化學組成：

CoFe₂O₄@SiO₂-SH 式I，

式I中SiO₂-SH為巰基改性SiO₂，所述巰基改性SiO₂為殼，所述CoFe₂O₄為核，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將鈷鐵氧體、十六烷基三甲基溴化銨、硅源、堿源以及水混合進行水解反應，得到CoFe₂O₄@SiO₂前體；

(2)將所述步驟(1)得到的CoFe₂O₄@SiO₂前體進行煅燒，得到CoFe₂O₄@SiO₂；

(3)將所述步驟(2)得到的CoFe₂O₄@SiO₂進行無機酸活化，得到活化產物；

(4)在惰性氣體中，將所述步驟(2)得到的活化產物與一元醇、帶巰基的硅烷偶聯劑、甘油與堿源混合進行硅烷化反應，得到巰基改性二氧化硅鈷鐵氧體核殼結構磁性納米復合材料。

優選地，所述步驟(1)中鈷鐵氧體、十六烷基三甲基溴化銨與硅源的質量比為0.3～1.2:0.15～0.6:1～4。

優選地，所述步驟(1)中水解反應的溫度為50～90℃，所述水解反應的時間為2～6h。

優選地，所述步驟(2)中煅燒的溫度350～600℃，所述煅燒的時間為3～6h。

優選地，所述步驟(3)中無機酸活化的時間為8～12h。