[發(fā)明專利]一種膨潤(rùn)土包覆四氧化三鐵納米材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710784182.X
• 申請(qǐng)日: 2017-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107486135B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董華平;李益民;屠妮;牛登琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紹興文理學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J20/12
• 分類號(hào): B01J20/12;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 33220 紹興市越興專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 蔣衛(wèi)東

本發(fā)明涉及一種膨潤(rùn)土包覆四氧化三鐵納米材料，F(xiàn)e₃O₄納米粒子包裹在膨潤(rùn)土內(nèi)表面，平均粒徑為30?40nm。本發(fā)明將Fe³⁺吸附在膨潤(rùn)土納米薄片上，利用水熱還原法，在膨潤(rùn)土薄片上原位合成Fe₃O₄，通過(guò)膨潤(rùn)土片層之間的記憶和恢復(fù)功能，將Fe₃O₄磁性粒子嵌入到膨潤(rùn)土內(nèi)層表面之間，制得膨潤(rùn)土包覆Fe₃O₄磁性納米材料。與目前報(bào)道的磁性層狀膨潤(rùn)土不同的是，由于Fe₃O₄納米粒子的嵌入，使得膨潤(rùn)土片層之間的間距明顯擴(kuò)大，充分釋放膨潤(rùn)土內(nèi)表面，使其能夠高效吸附生物大分子、零價(jià)金屬等；同時(shí)由于膨潤(rùn)土薄片的束縛，使得Fe₃O₄納米粒子尺寸變得更小，更加分散均勻，能夠增強(qiáng)磁性納米材料的吸附能力和反應(yīng)活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備及環(huán)保工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種膨潤(rùn)土包覆四氧化三鐵納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

膨潤(rùn)土是一種在我國(guó)儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的層狀硅酸鹽礦物材料，具有比表面積大、陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)功能可調(diào)等特點(diǎn)。膨潤(rùn)土作為一種性能優(yōu)良的吸附材料和催化劑載體，廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的吸附以及催化降解等領(lǐng)域。根據(jù)膨潤(rùn)土的層狀結(jié)構(gòu)和層間陽(yáng)離子交換的特點(diǎn)，其層間內(nèi)表面吸附容量比外表面大很多，大部分表面帶正電的環(huán)境污染物、小分子藥物等主要通過(guò)陽(yáng)離子交換被吸附在層間內(nèi)表面，因此膨潤(rùn)土對(duì)這些物質(zhì)具有很高的吸附效率。但是，由于膨潤(rùn)土層間距較小，約為1.2-1.5nm左右，一些尺寸較大（10nm以上）的生物大分子、納米零價(jià)金屬以及表面帶負(fù)電的環(huán)境污染物無(wú)法通過(guò)陽(yáng)離子交換被吸附至內(nèi)表面，只是少量的被吸附在空間狹小的膨潤(rùn)土外表面。因此，層狀膨潤(rùn)土對(duì)上述物質(zhì)的吸附容量比較低，沒(méi)有充分發(fā)揮膨潤(rùn)土比表面積大的優(yōu)點(diǎn)。而且，生物大分子和零價(jià)金屬等催化劑被集中吸附在膨潤(rùn)土外表面，分散效果不佳，導(dǎo)致其對(duì)環(huán)境污染物的催化效率明顯下降。

通過(guò)浸泡、高速離心、制漿和膠化等步驟可以將膨潤(rùn)土從層狀結(jié)構(gòu)中剝離開(kāi)來(lái)，形成比表面積更大的膨潤(rùn)土凝膠。該凝膠在親水介質(zhì)中高度分散，原本位于層間的內(nèi)表面得到充分釋放，從而顯著增大了膨潤(rùn)土對(duì)生物大分子，零價(jià)金屬等吸附容量和分散效果。而且，膨潤(rùn)土從層狀結(jié)構(gòu)變成凝膠之后，其親水膨脹性、穩(wěn)定性、觸變性、吸附性和可塑性都得到明顯增強(qiáng)，從而能夠進(jìn)一步擴(kuò)大膨潤(rùn)土在生物大分子吸附、藥物及催化劑載體、環(huán)保、建筑和日化用品等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。但層狀膨潤(rùn)土剝離成凝膠后，其納米尺寸更小，材料的分離和回收更加困難。

利用磁性載體吸附技術(shù)，將磁性物質(zhì)負(fù)載在膨潤(rùn)土載體上，能夠制備得到磁性膨潤(rùn)土材料，從而實(shí)現(xiàn)材料的快速分離和回收。到目前為止，磁性膨潤(rùn)土載體的制備方法主要是將層狀膨潤(rùn)土材料與Fe²⁺、Fe³⁺一起混合，通過(guò)共沉淀或水熱法等方法制備得到。該磁性膨潤(rùn)土并沒(méi)有改變膨潤(rùn)土的層狀結(jié)構(gòu)，形成的磁性Fe₃O₄納米顆粒大部分被吸附在膨潤(rùn)土外表面，不僅占據(jù)了膨潤(rùn)土外表面的吸附位點(diǎn)，影響被吸附物質(zhì)在外表面的吸附，還會(huì)阻礙膨潤(rùn)土內(nèi)表面陽(yáng)離子與污染物等被吸附物之間的離子交換，從而降低磁性膨潤(rùn)土的吸附容量和應(yīng)用價(jià)值。而且，負(fù)載在外表面的Fe₃O₄納米粒子在多批次操作之后極易脫落，從而降低磁性膨潤(rùn)土載體的磁響應(yīng)性，影響材料的分離與回收。