磁性Fe3O4@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂及制备方法和应用与流程

本发明涉及一种磁性复合物纳米吸附材料，更具体涉及一种磁性Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂及其制备方法和应用，属于材料和环境工程领域。

背景技术：

随着经济社会的发展，环境污染问题受到了越来越多的关注。作为众多污染物的一种，有机染料被广泛应用于不同领域，比如化妆品、造纸、制革、纺织和印刷等领域之中。据报道，每年大约有2.8×10⁵吨染料被排放入水体中。有机染料具有较强的毒性，存在于水体中对生态环境产生很大的影响，因而有机染料的处理是目前的一个热门课题。传统处理有机物的方法是微生物处理，然而大部分染料由于其特殊的结构无法被生物降解。目前，吸附作为一种简单、廉价、容易操作的方法被广泛应用于染料处理。虽然很多吸附剂对染料有很明显的吸附效果，但是，在吸附后通常需要通过离心、过滤等方法将这些吸附剂分离出来。所以，制备出易于分离、对染料高效吸附的吸附剂显得非常有意义。

磁性纳米材料因其具有较大的比表面积、好的生物相容性、制备过程简单、耗费少以及优异的磁分离性能等优点而受到了各个领域的广泛关注。目前，很多磁性纳米材料吸附剂被制备出来，比如磁性碳纳米管、磁性石墨烯、磁性壳聚糖等。虽然它们能够比较高效地处理有机染料，有着比较好的磁分离性能，但是合成所用的原料一般价格较高且较难获得，合成过程较长，合成条件较苛刻，因此无法大批量合成用于实际应用。

植物酚在自然界广泛存在，来源丰富，价格低廉。植物酚与多胺可以在一定条件下聚合得到聚合物，但目前还没有制备磁性Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物的报道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种磁性Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂及其制备方法和应用。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：室温下，将磁性Fe₃O₄纳米粒子分散在pH＝8.5的缓冲液中，加入植物酚和多胺，得到Fe₃O₄-植物酚-多胺混合液；其中，多胺与植物酚的质量比为0.25-6:1，植物酚与磁性Fe₃O₄纳米粒子的质量比为1-6:1；室温反应20-30h后进行磁分离，最后水洗，即得到Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂。

所述的植物酚为邻苯二酚、焦性没食子酸、没食子酸中的一种。

所述的多胺是分子量为600-1800的聚乙烯亚胺。

所述的Fe₃O₄-植物酚-多胺混合液中，磁性Fe₃O₄纳米粒子的浓度为0.3-1mg/mL，植物酚的浓度为0.3-2mg/mL。

所述的缓冲液是浓度为10mM的Tris-HCl缓冲液。

所述的磁性Fe₃O₄纳米粒子通过以下方法制备得到：将二价铁盐和三价铁盐一同溶于水中，其中，Fe³⁺与Fe²⁺的摩尔比为2：1，Fe浓度为0.1-0.3mol/L；然后加入氨水溶液调节溶液的pH为12，于温度60℃反应2h，降至室温后水洗，最后磁分离，即得到磁性Fe₃O₄纳米粒子。

所述的磁性Fe₃O₄纳米粒子通过以下方法制备得到：将三价铁盐与柠檬酸钠一同溶于乙二醇中，加入醋酸钠，Fe³⁺、柠檬酸钠、醋酸钠的浓度分别为0.1-0.3mol/L、0.04-0.06mol/L、1-5mol/L；将溶液密封后于200℃加热10h，降至室温后水洗，最后磁分离，即得到磁性Fe₃O₄纳米粒子。

一种Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂，由上述制备方法制备得到。

上述Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂用于有机染料或重金属的富集。

本发明具有以下优点和有益效果：

(1)现有技术中用石墨烯、碳纳米管等材料制备得到的复合吸附剂虽然有比较好的效果，但是制备过程冗长，制备成本高，所用的制备原料也一般含有较强的毒性。植物酚广泛存在于自然界，来源广泛，价格低廉。植物酚和多胺在碱性条件下能形成聚合物，并可以包裹在磁性Fe₃O₄纳米粒子上，其制备过程简单，不需要苛刻条件，室温即能完成反应。

(2)本发明提供的磁性Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂将磁性纳米粒子、植物酚和多胺结合在一起，可作为吸附剂应用于吸附有机染料和重金属等。

(3)本发明的磁性Fe₃O₄@植物酚/多胺纳米复合物吸附剂具有很强的磁分离性能，成本低廉，制备工艺简单、工艺参数易控制，合成时间短，具有很好的应用前景。

附图说明

图1实施例1制得磁性Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂透射电镜图；

图2实施例2制得磁性Fe₃O₄@焦性没食子酸/多胺纳米复合物吸附剂透射电镜图；

图3实施例1制得磁性Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂对染料的吸附分离图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但不限制本发明。

实施例1

在500mL三口烧瓶中，氮气保护下，加入400mL的混合铁盐(FeCl₃·6H₂O 14.4g，FeCl₂·4H₂O 5.84g)溶液，1h后升温至40℃，剧烈搅拌下缓慢滴加56mL 28.0％(w/v)的氨水，反应30min。升温至60℃，继续反应2h。反应结束后冷却至室温，磁分离，用去离子水洗至中性，得到磁性Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制500mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入500mg Fe₃O₄纳米粒子，再加入500mg邻苯二酚和1g多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到磁性Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂，其透射电镜图如图1所示，

本实施例制好的磁性Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂进行磁响应性观察及吸附测定，其对染料的吸附分离图如图3所示，磁性复合吸附剂表现出较好的磁响应性能和吸附效果。图3显示了甲基蓝(Methyl Blue)、橙黄(Orange G)以及苋菜红(Amaranth)的饱和吸附量随pH的变化，插图显示复合材料对染料有很好的吸附，并显示出很好的磁分离效果。

实施例2

将1.30g FeCl₃与0.50g柠檬酸钠一同溶于40mL乙二醇中，加入2.40g醋酸钠。混合物溶液在密闭的聚四氟乙烯罐中200℃加热10h。冷却后，磁分离，水洗，得到Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制100mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入100mg Fe₃O₄纳米粒子，超声5min使其完全分散。再加入200mg焦性没食子酸和100mg多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到Fe₃O₄@焦性没食子酸/多胺纳米复合物吸附剂。所得产品表现出良好的磁响应性与吸附性能。

实施例3

将1.30g FeCl₃与0.50g柠檬酸钠一同溶于40mL乙二醇中，加入2.40g醋酸钠。混合物溶液在密闭的聚四氟乙烯罐中200℃加热10h。冷却后，磁分离，水洗，得到Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制100mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入100mg Fe₃O₄纳米粒子，超声5min使其完全分散。再加入200mg没食子酸和100mg多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到Fe₃O₄@没食子酸/多胺纳米复合物吸附剂。所得产品表现出良好的磁响应性与吸附性能。

实施例4

将1.30g FeCl₃与0.50g柠檬酸钠一同溶于40mL乙二醇中，加入2.40g醋酸钠，混合溶在密闭的聚四氟乙烯罐中200℃加热10h。冷却后，磁分离，水洗，得到Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制100mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入100mg Fe₃O₄纳米粒子，超声5min使其完全分散。再加入200mg邻苯二酚和100mg多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂。所得产品表现出良好的磁响应性与吸附性能。

实施例5

在500mL三口烧瓶中，氮气保护下，加入400mL的混合铁盐(FeCl₃·6H₂O 14.4g，FeCl₂·4H₂O 5.84g)溶液，1h后升温至40℃，剧烈搅拌下缓慢滴加56mL 28.0％(w/v)的氨水，反应30min。升温至60℃，继续反应2h。反应结束后冷却至室温，磁分离，用去离子水洗到中性，得到磁性Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制500mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入500mg Fe₃O₄纳米粒子，再加入500mg邻苯二酚和125mg多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂。所得产品表现出良好的磁响应性与吸附性能。

实施例6

在500mL三口烧瓶中，氮气保护下，加入400mL的混合铁盐(FeCl₃·6H₂O 14.4g，FeCl₂·4H₂O 5.84g)溶液，1h后升温至40℃，剧烈搅.拌下缓慢滴加56mL 28.0％(w/v)的氨水，反应30min。升温至60℃，继续反应2h。反应结束后冷却至室温，磁分离，用去离子水洗到中性，得到磁性Fe₃O₄纳米粒子。常温下，配制500mL Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)。随后加入500mg Fe₃O₄纳米粒子，再加入500mg邻苯二酚和3g多胺，并于室温搅拌24h。反应完成后，磁分离，用去离子水洗几遍，烘干后得到Fe₃O₄@邻苯二酚/多胺纳米复合物吸附剂。所得产品表现出良好的磁响应性与吸附性能。