一种有机包裹的磁性纳米吸附剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于吸附材料制备领域，具体涉及一种有机包裹的磁性纳米吸附剂及其制 备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着工业的发展，大量含有重金属离子的工业废水随之产生。但是，大量的污水没 有经过必要的处理，而是直接排入水域中，会对生态环境产生巨大危害。目前对金属铜的检 测方法有火焰原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法和石墨炉原子吸收光谱 等。FAAS由于在分析中操作简单、分析速度快、应用范围广等优点得到广泛的应用。然而，在 实际操作中，环境样品中的金属镉的存在浓度极低及其组成复杂，用FAAS很难直接测定， 需要对样品采用适当的预处理以保证获得准确可靠的分析结果。固相萃取由于其独特的性 质成为目前最高效可靠的预处理技术。而磁性固相萃取材料可以很容易地通过外加磁场进 行分离和收集，操作简单，已获得了广泛的关注。
[0003] 目前有许多种途径来制备磁性微球，通常包括聚合物包覆并除去溶剂、聚合物内 金属离子化学沉淀、改进悬浮聚合、乳液聚合、分散聚合等。与其它方法相比，分散聚合可以 合成分布均匀的粒子，操作简单且不会有较宽的粒径分布，是种很好的替代方法。而且，纳 米材料还具有微环境效应，在相同体积下，粒径越小，比表面积越大，吸附的效果会更好、更 明显。
[0004] 分散聚合由于其简便性常用来制备单分散粒子。Cao L. Q. (The Journal of Supercritical Fluids, 2011，58(2): 233-238)等在超临界二氧化碳（ScCO2)环境下，米 用微凝胶的交联共聚方法，亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，制备了 4-乙烯基吡啶交联甲基丙 酸烯酸（4VP-CO-MAA)吸附剂，并用于Cu(II)的吸附。Nikita T. T. (Talanta, 2013，116: 670-677)等合成了磁性的4-乙烯基吡啶微球，并用于Cr (VI)的吸附。目前，尚无采用分散 聚合法合成聚乙二醇甲基丙烯酸酯和4-乙烯基吡啶共聚的磁性吸附剂的相关报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种有机包裹的磁性纳米吸附剂及其制备方法和应用，其 粒径分布均匀，晶体结晶性好，而且具有很好吸附性能，键合牢固、性质稳定，重现性好，富 集倍数较大，可以在较宽的PH范围内使用，适用于环境水样中痕量Cu(II)的富集预处理。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种有机包裹的磁性纳米吸附剂的制备方法包括以下步骤： (1) 磁性纳米粒子的制备； (2) 有机包裹的磁性纳米粒子的制备。
[0007] 具体步骤如下： (1)快速准确称取2·0~2·5 g FeCl3*6H20,并溶解于60~70 mL乙二醇中，加入5.0~6.0 g无水醋酸钠，磁力搅拌均勾，50~60 °C水浴环境中，继续强力搅拌20~30 min，直至溶质完全 溶解，190~210 °C反应6~10 h，冷却至室温，用无水乙醇和去离子水分别洗绦数次，50 °C干燥 24 h，制得磁性纳米粒子； (2)将0. 2~0. 3 g磁性纳米粒子分散于15~20 mL乙醇中，加入1~2 mL 4-乙烯基吡啶 与]-2 mL聚乙二醇甲基丙稀酸醋，超声振荡20~30 min ; 将0. 3~0. 5g聚乙烯吡咯烷酮-K30溶解于10~20 mL乙醇中，加热至70~80°C，加入超 声好的混合单体溶液、0. 5~1.0 g季戊四醇三丙烯酸酯和0. 1~0. 2 g AIBN，在氮气保护下搅 拌反应1〇~12 h，用乙醇与去离子水磁析分离清洗，50°C真空干燥12 h，得到有机包裹的磁 性纳米粒子，即所述的有机包裹的磁性纳米吸附剂。
[0008] 吸附剂的粒径为270~290 nm。
[0009] 所述的吸附剂用于环境水样中痕量Cu (II)的富集预处理。
[0010] 本发明的显著优点在于： (1)本发明合成的有机包裹磁性纳米吸附剂，以单分散的四氧化三铁为磁核，分散聚合 合成。粒径分布均一，产物具有很好的稳定性，且能在较宽的PH范围内使用。
[0011] (2)本发明合成的有机包裹磁性纳米吸附剂，以聚乙二醇甲基丙烯酸酯和4-乙烯 基吡啶为单体，反应引入功能基团，可以提高其吸附能力与选择性。
[0012] (3)本发明合成的有机包裹磁性纳米吸附剂，具有富集倍数较大，重现性好，可重 复利用，再生性好的优点。
【附图说明】
[0013] 图1是有机包裹磁性纳米吸附剂的扫描电镜图。
[0014] 图2有机包裹磁性纳米吸附剂的XRD图谱。
[0015] 图3是pH对有机包裹磁性纳米吸附剂吸附Cu (II)性能的影响。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1 有机包裹磁性纳米吸附剂的制备 (1)磁核的制备：快速准确称取2. 0 g FeCl3 · 6H20溶解于60 mL乙二醇中，加入5. Og 无水醋酸钠于烧杯中混合。混合液用磁力搅拌器进行搅拌，并移入50°C水浴环境中，继续强 力搅拌20min，直至溶质完全溶解形成均一橙色溶液，将该溶液密封于100 mL聚四氟乙烯 反应釜中，用不锈钢外套锁紧，置于190°C反应炉中加热反应6h。取出后在空气中冷却至室 温，移出反应产物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤数次，以除去残留物质。在50°C真空 干燥箱中干燥24 h，得到磁性纳米粒子。
[0017] (2)有机包裹磁性粒子：将0· 2g Fe3O4分散于15mL乙醇中，加入I mL 4-VP与1 mL PEGMA，超声振荡20min。将溶有0. 3g PVP-K30的10 mL乙醇溶液倒入三口烧瓶中，移入 油浴锅中加热至70°C。把超声好的混合单体溶液加入到三口烧瓶中，加入0.5 g交联剂季 戊四醇三丙烯酸酯和0.1 g AIBN，在氮气保护的环境下搅拌反应10h。完成后用乙醇与去 离子水磁析分离清洗若干次，于50°C真空干燥12 h，得到有机包裹磁性纳米吸附剂。
[0018] 实施例2 有机包裹磁性纳米吸附剂的制备 (1)磁核的制备：快速准确称取2.5 g FeCl3 ·6Η20溶解于70 mL乙二醇中，加入6. O g无水醋酸钠于烧杯中混合。混合液用磁力搅拌器进行搅拌，并移入60°C水浴环境中，继续 强力搅拌30 min，直至溶质完全溶解形成均一橙色溶液，将该溶液密封于100 mL聚四氟乙 烯反应釜中，用不锈钢外套锁紧，置于210°C反应炉中加热反应10 h。取出后在空气中冷却 至室温，移出反应产物，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤数次，以除去残留物质。在50°C 真空干燥箱中干燥24 h，得到磁性纳米粒子。
[0019] (2)有机包裹磁性粒子：将0. 3 g Fe3O4