[发明专利]巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能化磁性纳米材料的技术领域，特别涉及一种巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料的制备方法。本发明制备的巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料，可有效吸附和去除废水中的汞离子，达到无害化处理的目的。

背景技术

重金属污染是目前最为严峻的环境污染问题之一，我国重金属污染问题尤为突出。近年来，频频爆出重金属污染事件，让重金属污染的控制与治理亟不可待。如何能有效、安全地解决重金属污染，成为了当前热门的研究话题。目前常用于去除水中重金属的方法主要有：化学沉淀法、氧化还原处理法、吸附法、膜分离技术、离子交换处理法等。其中，吸附法应用最为广泛。而吸附法最关键的是要找出一种高效、经济、选择性好的新型吸附材料。

磁性纳米材料特别是Fe₃O₄纳米颗粒因其具有比表面积大、磁性强、对重金属吸附容量大、易分离、可重复使用等优点被广泛应用，但裸露的Fe₃O₄纳米颗粒在空气中极易氧化，在酸性环境中易腐蚀，磁偶极相互作用使其易发生团聚现象，导致Fe₃O₄纳米颗粒失去单畴磁极，进而失去纳米材料特有的性质，使其吸附效果与吸附选择性比较差。因此，需要对Fe₃O₄纳米颗粒外表面进行保护和改性修饰，以减少团聚现象发生，使其具有良好的分散性、抗氧化性和耐酸碱性，并在其表面引入化学稳定性强的活性官能团，增强对重金属的捕集能力。

巯基功能化磁性纳米Fe₃O₄材料因其对Hg(II)具有极强的亲和性能，而被广泛的用于去除水中的Hg(II)。Singh等（Singh S,Barick K C,Bahadur D.Journal of Hazardous Materials,2011,192:1539-1547）采用热分解法将乙酰丙酮铁、1,2-十六烷、月桂酸、月桂胺溶于苯甲基中加热至300℃并回流30min制得表面活性剂稳定的Fe₃O₄，然后将稳定化的Fe₃O₄溶于丙酮与二巯丁二酸(DMSA)反应24h，利用配体交换过程将DMSA引入Fe₃O₄表面，得到巯基功能化的Fe₃O₄磁性纳米颗粒；Pan等（Pan S D，Shen H Y,Xu Q H,Luo J,Hu M Q.Journal of Colloid and Interface Science,2012,365:204-212）采用化学共沉淀法得到油酸包覆的纳米Fe₃O₄颗粒，再利用分散聚合法使单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、二乙烯苯(DVB)在引发剂过甲氧基苯甲酰(BPO)的作用下，于80℃下反应3h得到环氧基功能化的高分子纳米Fe₃O₄颗粒即eO-Fe₃O₄-NMPs，然后将硫脲溶于乙醇溶液中，在60℃下反应6h，通过发生取代反应得到环硫化物eS-Fe₃O₄-NMPs，最后将NaHS和eS-Fe₃O₄-NMPs溶于水溶液中于室温搅拌反应12h，得到巯基修饰的纳米Fe₃O₄磁性高分子复合材料。

上述方法制得的巯基功能化磁性纳米材料对Hg(II)具有较好的吸附效果，且在外加磁场作用下能快速有效地从废水中分离，但普遍存在着制备能耗高、反应周期长、操作繁琐等缺点，限制了其在实际工程上的应用与推广。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种制备过程简单、能耗少、成本低、选择性好的巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料的制备方法。

巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料的制备方法，以三价铁盐和二价铁盐为原料，通过共沉淀法制备得到超顺磁性四氧化三铁颗粒；然后以硅烷交联剂为硅源，利用改进的溶胶-凝胶法对裸露的四氧化三铁纳米颗粒进行包裹，得到磁性二氧化硅载体；最后选用硅烷偶联剂对载体的表面进行功能化修饰，得到巯基功能化磁性二氧化硅纳米材料。

具体包括如下步骤：