[发明专利]可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔吸附材料，特别涉及一种可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法。

背景技术

在现代工业经济高度繁荣和发展的今天，环境污染问题日益成为一个不得不令人关注的严峻问题。其中，重金属污染由于其巨大的毒害性，严重威胁到了人类的生存环境和整个地球的生态系统，有关重金属水污染造成的悲剧屡见报道。所以，重金属水污染的治理日益成为许多科学研究领域的重要课题，包括重金属离子吸附剂和离子交换剂的研究开发。

近年来，介孔材料由于具有高比表面积和易于改性等突出优点成为新型的多孔吸附剂或吸附剂载体。介孔材料作为吸附剂材料，在环境保护领域可被用于重金属离子、有机染料等污染物的吸附去除，在传感器领域，可用于能吸附NOx等各种气体分子的敏感材料。它可以克服传统的重金属离子吸附剂和离子交换剂材料(例如：树脂、活性碳、粘土等)的孔径分布宽，对重金属吸附选择性不好，吸附容量低等诸多缺点。

目前，介孔材料在多相分离中多采取过滤分离或离心分离的方法。然而，对于多以超细粉体形式存在的介孔材料吸附剂，过滤分离和离心分离方法的效率低，操作复杂，成本高，制约了其在该领域里的发展。磁性复合介孔材料的可磁性分离的特点刚好弥补了单纯介孔材料的不足。然而，磁性复合介孔材料在重金属离子吸附领域的应用却鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决的单纯介孔材料的过滤分离和离心分离效率低，操作复杂，成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂，具有如下结构：四氧化三铁颗粒作为其内核颗粒，无定型氧化硅作为其外层介孔层，在内核与介孔层之间存在一层致密的氧化硅中间层。

本发明还提供了一种制备可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂的方法，包括如下步骤：

(1)、合成α-Fe₂O₃颗粒

将氯化铁溶于去离子水，其浓度为：1×10^-3～1×10^-1M，加盐酸溶液，其浓度为：1×10^-4～1×10^-1M，水热处理，温度为80～110℃，时间为8～48h，离心分离，去离子水洗涤数次；

(2)、包覆致密氧化硅中间层

将α-氧化铁颗粒分散在异丙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，加入正硅酸乙酯，其浓度范围为：1×10^-3～1×10^-2M，搅拌5～10h，离心分离，乙醇洗涤数次；

(3)、包覆氧化硅介孔层

将包覆了致密氧化硅中间层的颗粒分散在乙醇、去离子水、氨水的混合溶液中，加入正硅酸乙酯和十八烷基三甲氧基硅烷的混合溶液，其中正硅酸乙酯和十八烷基三甲氧基硅烷混合溶液的摩尔配比为1∶1～5∶1。搅拌1～10h后，离心分离，乙醇洗涤数次，干燥。煅烧以去除有机官能团，煅烧温度为500～600℃；

(4)、将内核还原成四氧化三铁磁性核

用氢气/氮气混合气将内核还原成四氧化三铁磁性核，还原温度为：300～500℃，样品记为MCMS。

通过上述技术手段，本发明的核壳结构磁性复合重金属离子吸附剂可磁性分离废水中的以下物质：

(1)、可吸附废水中Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Zn²⁺，Cu²⁺；

(2)、可选择性吸附废水中Hg²⁺。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明所提供的提供可磁分离的有机官能团改性的磁性核-介孔壳纳米结构磁性复合重金属离子吸附剂制备工艺流程图；

图2是按实施实例1，2，3工艺制备的样品MCMS(a)、BPTS-MCMS(b)、S-MCMS(c)、N-MCMS(d)的N₂吸附-脱附等温曲线图；

图3是按实施实例1，2，3工艺制备的样品MCMS(a)、BPTS-MCMS(b)、S-MCMS(c)、N-MCMS(d)的孔径分布曲线图；

图4是按实施实例1工艺制备的样品BPTS-MCMS的透射电镜照片；

图5是按实施实例2工艺制备的样品S-MCMS的透射电镜照片；

图6是按实施实例3工艺制备的样品N-MCMS的透射电镜照片；

图7是按实施实例1工艺制备的样品BPTS-MCMS的室温磁化曲线。