[发明专利]纳米水处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种污水处理技术领域的材料及其制备方法，具体是一种可磁分离的纳 米水处理剂及其制备方法。

背景技术

伴随着工业化进程的加速推进，我国水体污染日益严重，重金属是污水中最常见的污染 物，对环境和人体极为有害，开发能高效除去重金属的水处理剂是目前面临的迫切任务。

目前，治理含重金属离子废水主要有化学沉淀法。这类方法是用氢氧化钠、氢氧化钙或 者氨基甲酸盐类聚合物与废水中的重金属生成难溶性的盐或络合物达到除去重金属的目的。 这类方法对重金属除去不彻底，产生的含重金属的沉降物不稳定，易造成二次污染。

经过对现有技术的检索发现，X.Feng等人在《Science》(科学，1997，276，923～ 926)上公开了一种高效除去废水中重金属的方法，他们在中孔二氧化硅材料的孔中修饰巯基 基团，这种材料有很高的表面积，可以高效除去重金属，但是由于中孔二氧化硅材料内部孔 不容易暴露，对重金属的的吸附不容易达到平衡，更重要的是中孔二氧化硅材料与废水的固 液分离很困难，残留在水中的吸附材料可造成二次污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种纳米水处理剂及其制备方法，与现有技 术比较具有更高的表面积，有机功能基团在水处理剂表面可以达到100％覆盖，提高了对污 水中重金属的吸附率。同时本纳米水处理剂具有磁性，可以通过磁力把纳米水处理剂从废水 中分离。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及纳米水处理剂为磁性纳米粒子和中孔二氧化硅组成的复合粒子，其中：磁性 纳米粒子与中孔二氧化硅的质量比为1∶99～1∶1，该磁性纳米粒子包埋在中孔二氧化硅纳 米粒子的内部。

所述复合粒子的平均粒径为50～1500nm，饱和磁化强度在10～100emu/g。

所述的中孔二氧化硅的表面覆盖有机单分子层，该有机单分子层的组分为巯基丙烷，其 覆盖率为10％～100％。

本发明涉及上述纳米水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步、在水中加入表面活性剂后依次加入磁性纳米粒子、扩孔剂和碱液，经过搅拌混 合后滴加正硅酸乙酯，反应1～6h后，过滤，真空干燥获得磁性纳米粒子/中孔二氧化硅复合 物。

所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基 溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种 或其混合，该表面活性剂在水中浓度为1～3mg/mL。

所述的磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁、铁、钴、镍、铁钴合金、铁镍合金或 钴镍合金的纳米粒子中的一种或其混合，该磁性纳米粒子的直径为6～500nm，在水中的浓度 为0.02～1.46mg/mL。

所述的扩孔剂为三甲基苯，该三甲基苯在溶液中的体积比为1～3％；

所述的碱液是指浓度为1～3mol/L的氢氧化钾或氢氧化钠或质量百分比浓度为10％～28 ％的氨水中的一种或其混合。

第二步、将磁性纳米粒子/中孔二氧化硅复合物分散在有机溶剂中，经搅拌均匀后加入 有机硅烷，经过回流处理获得纳米水处理剂。

所述的有机溶剂为甲苯、苯、正己烷、四氢呋喃、正庚烷中一种或其混合。

所述的将磁性纳米粒子/中孔二氧化硅复合物分散在有机溶剂中是指：采用机械搅拌方 式进行搅拌或采用机械搅拌方式进行搅拌的同时再滴加用量为磁性纳米粒子/中孔二氧化硅 复合物质量的1/10～1/2的去离子水。

所述的有机硅烷为巯基三乙氧基硅烷或巯基三甲氧基硅烷之一或其混合，其用量为每 1g磁性纳米粒子/中孔二氧化硅复合物加入1～20mL的有机硅烷。

利用本发明所述方法制备所得的这种水处理剂分散在废水中搅拌一定时间后，用磁场可 以把水处理剂从水中分离。处理后的废水中重金属含量小于0.1ppm，即0.1克重金属/10⁶克 水。

本发明制备得到的水处理剂与其他水处理剂比较有更高的表面积，有机功能基团在水处 理剂表面可以达到100％覆盖，对废水中重金属的除去几乎可达到100％。本发明制备得到的 水处理剂可以用磁场从水中方便分离，不会造成二次污染。

具体实施方式