[发明专利]一种磁性纳米离子液体复合微粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，特别涉及一种磁性纳米离子液体复合微粒及其制备方法和在去除水体中污染物中的应用。

背景技术

随着经济的迅猛发展，水环境污染日益严重，有机污染物日积月累并持久存在，已严重危害到生态系统的健康和人类社会的可持续发展。除了难以降解外，它们还具有较高的生物毒性和致癌、致畸、致突变性。因此，研究开发高效、经济的废水处理新技术成为全世界环保工作者关心的热点。

离子液体（Ionic Liquids）是由体积较大的有机阳离子和体积较小的无机阴离子组合而成的在室温或低温下呈液态的离子化合物。具有溶解范围广、电化学窗口宽、良好的热稳定性、“零”蒸气压、使用方便等优点，兼有液体和固体材料功能的“固态”液体，是传统高挥发性、有毒、易燃、易爆的有机溶剂或高腐蚀性等污染环境物的理想替代品，为环境友好的绿色溶剂，适宜于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。

离子液体具有较高粘度，在萃取水中有机污染物时，两相界面较小、回收困难以等问题，限制了离子液体的有效使用。磁性纳米材料不仅具有高比表面积及良好的分散性，而且具有顺磁性，将离子液体与磁性纳米二氧化硅微粒进行复合化的技术可以有效提高离子液体和水相之间的界面，降低离子液体在水相中的溶解度，实现离子液体的快速回收，有望在除去水体中污染物的领域中具有广泛的应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种磁性纳米离子液体复合微粒的制备方法；该方法基于磁性纳米二氧化硅微球为载体，通过化学反应，将离子液体以共价键结合在磁性纳米材料表面；具体是以油酸铁为铁源，化学沉淀法合成磁性Fe₃O₄纳米颗粒；以该纳米磁性粒子为核，正硅酸乙酯和硅烷偶联剂为硅源，利用溶胶-凝胶法制得表面氨基功能化的纳米核壳式磁性二氧化硅。以N,N-羰基二咪唑(CDI)和含有羧基的离子液体反应合成功能化离子液体，通过功能化离子液体与磁性纳米二氧化硅微粒表面氨基反应制备出磁性纳米离子液体复合微粒。

本发明的又一目的在于提供一种上述方法制备而成的磁性纳米离子液体复合微粒。

本发明的再一目的在于提供上述磁性纳米离子液体复合微粒在去除水体中污染物中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种磁性纳米离子液体复合微粒的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）将油酸铁、油酸和十八烯混合，加热至300～350℃，搅拌反应20～40分钟，冷却至室温，加入乙醇沉淀，离心分离，沉淀为磁性Fe₃O₄纳米微粒；将其分散于正己烷，得到浓度为0.5g/mL的磁性纳米Fe₃O₄溶液；将磁性纳米Fe₃O₄溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷混合并超声分散10分钟，加入氨水和正硅酸乙酯，在室温下搅拌反应24～48小时，再加入硅烷偶联剂，在室温下搅拌反应12～48小时；离心分离，固相为表面氨基功能化的纳米磁性二氧化硅微粒；

（2）表面氨基功能化的纳米磁性二氧化硅微粒和功能化离子液体混合，在30～50℃下，搅拌反应12～48小时；磁性分离，收集固相为磁性纳米离子液体复合微粒。

步骤（1）所述油酸铁、油酸和十八烯的质量比为6:（1～3）:（34～60）；所述油酸铁与乙醇的体积比1：100～1：300；所述聚氧乙烯壬基苯基醚的聚合度为520；所述磁性纳米Fe₃O₄溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷的体积比为1：（1～2）：（12～20）；所述磁性纳米Fe₃O₄溶液、氨水、正硅酸乙酯和硅烷偶联剂的体积比为10：1：（3～6）：（3～9）；所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷。

步骤（2）所述表面氨基功能化的纳米磁性二氧化硅微粒与功能化离子液体的质量比为1：5～1：10。

步骤（2）所述功能化离子液体按照以下操作步骤制备得到：将摩尔比为6：5的N,N-羰基二咪唑（CDI）和含有羧基的离子液体混合，在30～50℃下，搅拌反应24小时后，冷却至室温，得到功能化离子液体。