[发明专利]磁性Fe3O4-POSS-COOH功能化纳米吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性Fe₃O₄‑POSS‑COOH功能化纳米吸附材料及其制备方法。首先，将Fe₃O₄均匀分散在乙醇溶液中，加入偶联剂后搅拌均匀，得到功能化磁性四氧化三铁；然后再利用点击化学将功能化磁性四氧化三铁、笼型八乙烯基倍半硅氧烷（POSS）和巯基酸类化合物通过紫外灯照射得到磁性Fe₃O₄‑POSS‑COOH功能化纳米吸附材料。本发明优点在于将磁性纳米粒子和笼型八乙烯基倍半硅氧烷结合，具有丰富多孔结构，有较大的比表面积，能大量吸附金属离子及有效解决吸附剂的分离回收问题；另外，该吸附材料制备工艺简单，重复性好，具有分离性能和再生循环能力，因而在制革废水处理中具有很好的经济价值。

技术领域

本发明属于材料技术和工业废水处理技术领域，具体涉及一种磁性Fe₃O₄-POSS-COOH功能化纳米吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，纺织业、造纸、皮革、印刷等产生的废水已经成为严重的环境问题，其中制革废水的主要污染物铬（Ⅵ）金属离子具有很强的毒性和致癌性，严重污染了水环境，威胁着人类的生活与健康。吸附技术由于它的简单便捷、低成本消耗及高效率引起了巨大关注，设计合成高效、高吸附量的吸附剂应用于水环境的修复被认为是最具吸引力和前景的一种方法。

多孔有机无机杂化聚合物具有多级孔结构、高比表面积、低质量密度、结构稳定和易功能化等优势，是在水修复中非常有应用前景的吸附剂之一。其中，无机部分可以赋予多孔聚合物高的热和化学稳定性及良好的生物相容性，有机部分可以产生新的协同性能使其在应用方面产生重要的作用。各种不同种类的有机功能基团，例如羟基、羧基、巯基、苯等已经被用来功能化多孔聚合物。此外由于孔结构中大的比表面积和孔体积、大量分子和离子可以迅速扩散到孔隙的内表面从而显著地促进吸附的过程。

多面体低聚倍半硅氧烷（POSS；R₈SiO₁₂），作为有机-无机杂化材料，具有无机立方笼型硅氧内核，在其八个顶角上Si原子所连接的基团R可以为反应性或惰性有机基团，拓扑上使其成为非常理想的杂化纳米材料构筑块。POSS基有机-无机杂化多孔聚合物是一类含有笼型倍半硅氧烷的杂化多孔聚合物。其高比表面积、结构中大量的笼型Si-O-Si结构，非常有利于和废水中的无机重金属离子和有机污染物染料发生相互作用，并且其结构中亦可引入功能有机基团，从而进一步促进和污染物分子之间的作用达到良好的吸附去除效果。纳米吸附剂在液相吸附中存在难分离、回收成本高等缺点，一定程度上阻碍了纳米吸附剂的实际应用。Fe₃O₄有超顺磁性，可在施加外磁场的条件下，很容易将纳米吸附剂从液相中分离与回收。但由于纯的Fe₃O₄容易团聚减少了它的活性吸附位点，阻碍了它的吸附性能。因此，将它与POSS结合，使其有更好的分散性，同时在介孔材料上修饰一些有机活性官能团，能更有效的与水中的金属离子鏊合。而羧基（-COOH）可以与制革废水中铬（Ⅵ）离子鏊合，因而把磁性Fe₃O₄-POSS与-COOH结合可以得到羧基功能化纳米吸附材料，即Fe₃O₄-POSS-COOH，可以用于吸附制革废水中铬（Ⅵ）离子，能够有效减轻重金属污染的现状。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供磁性Fe₃O₄-POSS-COOH功能化纳米吸附材料及其制备方法。合成工艺简单且能够通过外加磁场回收利用的磁性Fe₃O₄-POSS-COOH功能化纳米吸附材料及其制备方法，该方法制备的磁性Fe₃O₄-POSS-COOH功能化纳米吸附材料能够处理制革废水中的铬（Ⅵ）离子。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：